Классификация систем автоматического управления (стр. 4 )

Блок схема устройства, основанного на прямом методе измерений.

ФЭ устройство смещается относительно опорной линии при движении, величины этих смещений преобразуются устройством 2 в электрические сигналы и подаются на регистрирующее устройство 4, сюда же передаются данные от датчика пути 3.

Достоинство метода прямого измерения – простота. Но с удалением от источника луч расходится и увеличивается линейные размеры пучка, что уменьшает точность регистрации. На открытых площадках влияет турбулентность атмосферы.

Точность систем  - 1мм на 200м

Существуют опытный образец установки прямолинейности с использованием ОКГ и оптико-электронной системы, основанной на способе последовательного интегрирования, который заключается в последовательном интегрировании величин угловых отклонений точек базовых поверхностей направляющих путей от опорной референтной линии. Устройство состоит из пяти элементов :

Устройство для задания прямолинейной референтной линии. Непрерывное измерение угловых отклонений точек базовых поверхностей направляющих от опорной линии Отсчет пути от начала контролируемого участка направляющей до текущей измеряемой точки Последовательное интегрирование угловых отклонений по пути Непрерывная регистрация полученных результатов интегрирования

Структурная схема устройства определяется способом задания опорной линии и выбором элементов решающих задачи 1-4 (Основной критерий – точность измерения величин)

Точность определения отклонения определяется точностью измерений улов и точность регистрации пути. Поэтому используются датчики пути, основанные на дискретном измерении пути (на счете импульсов) и поэтому точность не зависит от погрешностей измерения скорости пути.

Блок – схема автоматического прибора

Лазер Углоизмерительная следящая система Интегратор Датчик пути Регистратор

Точность – 0.2мм на 100м пути (X, Y,H – 10 минут)

Луч лазера коллимируется оптической системой и задает проектное положение, углоизмерительная следящая система располагается на подвижной каретке и при прокатывании каретки осуществляет непрерывное измерение угловых отклонений точек базовых поверхностей направляющей от оси луча лазера. Полеченная информация о величинах углов непрерывно вводится в число-импульсное интегрирующее фотоэлектрическое устройство, осуществляющее интегрирование указанных углов по пути. Выход интегратора подключен ко входу регистратора. Для получения координат направляющей привязывается к пунктам геодезической. основы (при помощи жезла m= 0.05мм.)

Автоматизация инженерно-геодезических измерений (ИГИ)

Под автоматизацией производства понимается процесс, при котором функции измерения передаются приборам и автоматическим устройствам. Внедрение автоматизации в ИГР позволило решить следующие задачи:

Повысить точность измерений Выполнять дистанционное наблюдение Повысить производство труда Снизить затраты на выполнение работ

Основные требования к элементам АС геодезического назначения:

АСГН имеют сложную структуру и могут содержать усилители, исполнительные механизмы, регистрирующие устройства. Например следящие оптико-электронные системы включают: фотоприемники, оптико-механические компенсаторы, исполнительные электродвигатели и др.

Для получения информации об объекте электронная часть содержит блоки-усилители, демодуляторы, детекторы и т. д. В АСГН используются различные виды датчиков. Датчиками называют преобразователи контролируемой величины, в величину, удобную для дистанционной передачи и дальнейшей обработки. Датчики различают по роду энергии и физическими величинам передаваемым на их вход и получаемые на входе, по принципу действия и конструкции.

Большинство датчиков делятся на 2 класса:

Параметрические Генераторные

В параметрических датчиках при изменении входной величины изменяются параметры схемы датчика, в результате чего возникает измерение выходной величины. Для работы таких датчиков необходим внешний источник питания (реостатные, индуктивные, емкостные).

В генераторных датчиках происходит непосредственное преобразование одного вида энергии в другой (фотоэлектрические, ньезометрические, термопара)

Основным элементом датчика является чувствительный элемент, первым воспринимающий измерительную величину и преобразующий её к виду, удобному для дальнейшей обработки.

Датчики по принципу действия и назначению могут быть разделены на классы:

Омические (реостатные, контактного сопротивления) Индуктивные и трансформаторные датчики перемещения Магнитомодулляционные Радиационные, акустические, термические датчики перемещения Пневматические и гидравлические Емкостные и пьезоэлектрические Цифровые датчики перемещения и угла поворота Датчики скоростного напора, расхода

В АСГН применяются многие из перечисленных датчиков

Основные характеристики датчика:

Статическая характеристика – зависимость выходной величины вых от входной вх при установившемся режиме:

  вых = F(вых);

Крутизна

Мощность на выходе датчика Pвых Мощность на входе датчика Рвх

Порогом чувствительности датчика называется минимальное изменение входной величины, которое может быть воспринято последующими элементами измерительной схемы и вызвать изменение полезного выходного сигнала.

Статическая характеристика датчика задаётся аналитически или графически, она характеризует связь между выходной величиной и входной. По виду статической зависимости датчики делятся на датчики с линейной, нелинейной и релейной характеристиками

Потенциометрические  датчики

Реостаты с ползунком применяемые в автоматике для преобразования перемещений в электрическое напряжение, называют потенциометрами и потенциальными датчиками. Их применяют в качестве датчиков непрерывного действия для преобразования в напряжение механических или угловых перемещений.

Достоинства – простота конструкции, питание от любой сети.

Недостатки – наличие скользящего контакта, нелинейность статической характеристики.

Применяют при определении осадок и смещении сооружений.

Индуктивные датчики

Для преобразования линейных и угловых механических перемещений в электрический сигнал могут применяться индуктивные датчики. Принцип действия заключается в изменении индуктивности и индуктивного сопротивления элементов схемы датчика при изменении их взаимного расположения. Состоит из нескольких катушек индуктивности. Применяют индуктивные датчик для вертикального проектирования точек створных измерений.

Точность – 0,001мм в диапазоне до 1мм,  0,01″ - в диапазоне до десятков ″

Недостаток – трудность регулировки для получения нулевых значений напряжения на выходе дифференциального датчика, работа только на переменном токе.

Емкостные датчики

Для преобразования перемещения в изменение выходного напряжения может быть использованы конденсаторы переменной емкости – емкостные датчики. Принцип их действия основа на учете изменения электрических параметров схемы датчика при изменении емкости конденсатора переменной емкости за счёт механического перемещения пластин конденсатора или изменения диэлектрической проницаемости среды конденсатора.

Статическая характеристика – гипербола

Точность определения углов наклона ±0,2″ и  <

Фотоэлектрические датчики

Фотоэлектрический датчик (ФД) содержит (ЧЭ) чувствительный элемент, усилительное звено, устройство преобразования информации, регистратор. Измерение линейных углов смещений ФД в большинстве случаев выполняется относительно оптической оси светового луча, при помощи которого задают проектное положение геодезической опорной линии. (светодиод – электрич. тахеометр).

Достоинства – возможность полной автоматизации измерений и обработки информации, высокая точность измерений.

Чувствительный элемент содержит координатор и приемник лучистой энергии назначение которой состоит в первичном преобразовании информации о линейных или угловых смещениях в электрический сигнал. Координаты ФЭД выполняют первичное распознавание пространственного положение излучателя относительно базовой точки (оптической оси) датчика. Они могут быть выполнены в виде двух или четырёхгранной светоделительной призмы, в виде сканирующей цели, мозаичной структуры из фотоприемников. Приёмник лучистой энергии осуществляет, связь между оптической и электрической частями фотоэлектрического датчика. К ПЛЭ предъявляют определенные требования к его спектральной чувствительности и световой характеристике, напряжению шумов, пороговой мощности, частотной характеристики. Очень важны и габариты датчика.

Методика выполнения гидростатического и гидродинамического  нивелирования

При строительстве крупных гидротехнических сооружений, где возникают различные помехи для измерений, загроможденность галерей и проходов плотины строительным материалом; при наблюдении за деформациями основания высоких труб, антенных устройств, телевизионных башен, где требуется более высокая точность, чем точность геометрического нивелирования, может применяться гидростатическое нивелирование.

Определение превышений между пунктами основано на использовании законов гидростатики. В гидростатических нивелирах сосуды с жидкостью соединены между собой шлангами. Измерения уровня жидкости в сообщающихся сосудах выполняются одновременно после наступления гидростатического равновесия  .

В настоящее время по теории и практике гидростатического нивелирования опубликовано достаточно большое количество работ.