В процессе строительства и эксплуатации мостов, высоток, тоннелей и иных массивных сооружений возникает риск крена (наклона). Это может происходить по нескольким причинам: слабый неравномерный грунт у основания, вибрации от транспорта, неблагоприятные природные условия или недочеты в проектировании.
В крупных архитектурных строениях необходимо постоянно проверять вертикальную осевую симметрию. Для этого применяют датчики — инклинометры (от латинского слова inclino, что значит «наклонять»). Эти устройства позволяют замерить угол наклона объекта касательно гравитационного поля Земли и азимута (направления).
Какие датчики бывают?
По способу измерения различают инклинометры косвенного и непосредственного измерения. Для первых используют данные радиолокации, метода последовательных ходов и ориентирования с поверхности, показания сейсмики. Для вторых — датчики поля силы тяжести, обусловленные тяготением Земли, магнитного поля, телезондирования и гироскопического эффекта.
По конструкционным особенностям приборы бывают трех видов:
-
с одной осью Х — диапазон измерения 360 градусов;
-
двухосевые Х и Y — ±90;
-
трехосевые X, Y, Z — ±90 угол наклона по осям X, Y и датчик-акселерометр по X, Y, Z.
Принцип работы и тип чувствительного элемента датчика зависят от модели. Выделяют инклинометры электрические и гироскопические.
Электрические
Простые в использовании, не нуждаются в сложных программных обеспечениях, а автоматически распознаются системой управления. Обладают высокой точностью и малыми габаритами. В таких моделях полностью отсутствуют подвижные механические узлы. Используют при обследовании скважин, которые не обсажены трубами из металла. Состоят из корпуса с цифровым дисплеем и механизма инклинометра.
Гироскопические
Современные модели не нужно настраивать, так как они имеют специальную функцию самопрограммирования. Все данные приходят на компьютер и сохраняются в автоматическом режиме. При геофизических исследованиях скважин могут работать автономно и в составе станции. Позволяют измерить азимут во всем пространстве зенитного угла. Состоят из двух гироскопов.
Где используют инклинометры?
Инклинометры обеспечивают высокоточные показания и мониторят исправность наклона, поэтому их широко применяют во многих отраслях:
-
горнодобывающей промышленности — измерение азимута и угла наклона при смещении буровой скважины. Используют для контроля безопасного положения работы крупного специализированного транспорта и землеройных машин. Инклинометры в бурении скважин выявляют отклонение от оси с точностью до 0,3 градуса;
-
строительстве и архитектуре — мониторинг состояния тоннелей, мостов, трубопроводов, применяют в кранах на стройплощадках для контроля рабочего и остаточного прогиба стрелы;
-
автомобилестроении — в противоугонных системах для наблюдения за размером наклона кузова.
А также ими проверяют углы наклона в судостроении, нефтеперерабатывающей промышленности, системах безопасности, атомной и ветроэнергетике.
Одним и тем же инклинометром, если подходит конструкция, можно пользоваться в разнотипном оборудовании, что делает его универсальным.
Особенности датчиков угла наклона
На объекте, находящемся в неподвижном состоянии, датчик позволяет замерить его угловые характеристики относительно пространственного расположения. Если объект подвержен вибрациям или находится в постоянном перемещении, то необходимо подключать дополнительное оборудование. Для этого пользуются приборами, оснащенными акселерометрами и специальными устройствами для цифрового считывания и обработки информации.
В зависимости от того, какая скорость у объекта наблюдения и для каких целей нужен мониторинг, инклинометр имеет разные динамические свойства.
Большинство моделей сохраняют исправность и бесперебойно работают при температуре от -60 до +80 градусов.
К слову, фиксирование показаний может производиться как в самом датчике, так и дистанционно. В последнее время в приоритете электронные дистанционные методы регистрации.
Например, популярностью пользуются бесконтактные инклинометры TMS/TMM, которые работают по принципу емкостной технологии MEMS. Имеют высокое разрешение и точность во всем диапазоне измерения: 360 градусов для однокоординатных и ±90 градусов для двухкоординатных приборов. Выпускаются в прочных герметичных пластмассовых или алюминиевых корпусах. Подходят для тяжелых условий использования, не боятся УФ-излучений.
Датчики угла наклона, независимо от типа и модели, простые и надежные в работе, практически не имеют погрешности. Их легко настраивать, не требуют больших затрат на эксплуатацию и пригодны для вычислений во многих отраслях.