RU194024U1 - DEVICE FOR CONTROL OF THE TECHNICAL CONDITION OF CONSTRUCTION STRUCTURES - Google Patents

Abstract

Заявляемая полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для оценки и прогнозирования технического состояния судоходных шлюзов, причальных сооружений, мостовых опор, конструкций зданий и других строительных сооружений по результатам измерения уклона их отдельных частей относительно горизонтальной плоскости. Устройство упрощает процесс дистанционного мониторинга технического состояния строительных конструкций. Также как и прототип, устройство содержит пузырьковый уровень и веб-камеру, размещенные в светонепроницаемом отсеке таким образом, чтобы пузырьковый уровень полностью присутствовал в кадре, а также блок обработки и хранения фотоизображения. В отличие от прототипа, все узлы устройства размещены в одном защитном корпусе со съемной крышкой, при этом светонепроницаемый отсек выполнен разборным, снабжен верхней съемной крышкой, на которой размещена веб-камера, и закреплен внутри защитного корпуса с помощью разъемного соединения. В свою очередь, внутри защитного корпуса дополнительно размещен блок питания, снабженный кабельным выводом и соединенный с веб-камерой, источником светового потока и блоком обработки и хранения фотоизображения, выполненным с возможностью беспроводного подключения к центру мониторинга технического состояния сооружений. Кроме того, в отличие от прототипа подсветка пузырькового уровня выполнена с возможностью получения рассеянного потока света. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.The inventive utility model relates to measuring technique and can be used to assess and predict the technical condition of shipping locks, mooring structures, bridge supports, building structures and other building structures based on the measurement of the slope of their individual parts relative to the horizontal plane. The device simplifies the process of remote monitoring of the technical condition of building structures. Like the prototype, the device contains a bubble level and a webcam placed in an opaque compartment so that the bubble level is fully present in the frame, as well as a photo processing and storage unit. Unlike the prototype, all nodes of the device are located in one protective case with a removable cover, while the light-tight compartment is made collapsible, equipped with a removable top cover on which the webcam is placed, and is fixed inside the protective case using a detachable connection. In turn, inside the protective case there is additionally a power supply unit equipped with a cable outlet and connected to a web camera, a light source and a photo processing and storage unit, which can be wirelessly connected to the center for monitoring the technical condition of structures. In addition, unlike the prototype, the illumination of the bubble level is made with the possibility of obtaining a diffused stream of light. 3 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Заявляемая полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для оценки и прогнозирования технического состояния судоходных шлюзов, мостовых опор, причальных сооружений, конструкций зданий и других сооружений по результатам измерения углов уклона отдельных частей строительных конструкций относительно горизонтальной плоскости.The inventive utility model relates to measuring technique and can be used to assess and predict the technical condition of shipping locks, bridge supports, mooring structures, building structures and other structures based on the measurement of the slope angles of individual parts of building structures relative to the horizontal plane.

Контроль технического состояния гидротехнических сооружений выполняется по результатам эксплуатационных наблюдений и специальных исследований за качественными признаками или количественными параметрами, характеризующими наиболее значимые свойства сооружения (см. «Методические рекомендации по контролю технического состояния и оценке безопасности судоходных гидротехнических сооружений». - М.: РОСМОРРЕЧФЛОТ, 2011, стр. 136.). Предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность контроля технического состояния строительных конструкций за счет увеличения числа наблюдений и автоматизации процедуры мониторинга по результатам измерения уклона (крена) конструкций в процессе их эксплуатации.Monitoring the technical condition of hydraulic structures is carried out according to the results of operational observations and special studies of qualitative features or quantitative parameters characterizing the most significant properties of the structure (see “Methodological recommendations for monitoring the technical condition and safety assessment of navigable hydraulic structures.” - M .: ROSMORRECHFLOT, 2011 , p. 136.). The proposed device allows to increase the efficiency of monitoring the technical condition of building structures by increasing the number of observations and automation of the monitoring procedure based on the measurement of the slope (roll) of structures during their operation.

Известны устройства дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций здания или инженерно-строительных сооружений (патент РФ №2.037.797, МПК G01B 7/16, 2006; Учебник авт. Казачека B.C. и др. «Обследование и испытание зданий и сооружений». - М.: Высшая школа, 2006, С. 164), основанные на опросе тензометрических датчиков, установленных в местах диагностирования конструкций, преобразовании полученной с датчиков информации и ее передачи на компьютер, установленный в пункте контроля. Результаты опроса датчиков отражаются в виде наглядной картины текущего состояния конструкции на экране монитора компьютера.Known devices for remote monitoring and diagnostics of the state of building structures or civil engineering structures (RF patent No. 2.037.797, IPC G01B 7/16, 2006; Textbook auth. Kazachek BC et al. "Inspection and testing of buildings and structures.” - M. : Vysshaya Shkola, 2006, P. 164), based on a survey of strain gauges installed in the places of diagnosis of structures, the conversion of information received from the sensors and its transmission to the computer installed in the control point. The results of the survey of sensors are reflected in the form of a visual picture of the current state of the structure on the computer monitor screen.

Недостатком устройств является относительно узкая область их применения, обусловленная тем, что при контроле состояния конструкции строительного сооружения используется информация только о напряжениях в местах установки датчиков, что не дает объективной картины о деформациях, возникающих в конструкции в целом. Это снижает качество контроля.The disadvantage of the devices is the relatively narrow scope of their application, due to the fact that when monitoring the state of the construction of the building structure, information is only used on the stresses at the installation sites of the sensors, which does not give an objective picture of the deformations that occur in the structure as a whole. This reduces the quality of control.

Более достоверные и объективные сведения позволяют получить устройства, использующие в качестве датчиков механические или электрические щелемеры (см. пат. РФ №2178049, МПК E04D 23/00, G01B 5/30, опубл. 2002 г.; пат. РФ №2448225, МПК E04D 23/00, опубл. 2012 г.). С их помощью снимаются величины смещений секций или элементов конструкций, разделенных трещинами. Достаточно точные измерения расхождений швов и трещин строительных конструкций позволяет осуществлять система мониторинга технического состояния зданий и сооружений с использованием датчиков с часовым механизмом. Датчик оснащен электронным преобразователем и радиомодулем, который позволяет получать непрерывную информацию о смещениях с передачей ее на расстояние.More reliable and objective information allows to obtain devices that use mechanical or electric gages as sensors (see US Pat. RF No. 2178049, IPC E04D 23/00, G01B 5/30, publ. 2002; RF Pat. No. 2448225, IPC E04D 23/00, publ. 2012). With their help, the displacements of sections or structural elements separated by cracks are removed. Sufficiently accurate measurements of the differences in the seams and cracks of building structures allows the system to monitor the technical condition of buildings and structures using sensors with a clockwork. The sensor is equipped with an electronic converter and a radio module, which allows you to receive continuous information about offsets with its transmission to a distance.

Недостатком устройств является большие габариты и высокая стоимость.The disadvantage of this device is its large size and high cost.

По технической сущности и назначению наиболее близким аналогом предлагаемого устройства и принятым за его прототип является система контроля технического состояния строительных сооружений по пат. РФ №108602, МПК G01B 21/22, опубл. 2011 г. Система состоит из двух физических устройств, размещаемых на объекте мониторинга: датчика уклона, состоящего из веб-камеры, ампулы пузырькового уровня и системы подсветки, а также из блока обработки и хранения информации, представляющего собой портативный компьютер, к которому подключен интерфейс веб-камеры, с программным обеспечением для обработки изображения. Известная система позволяет вести непрерывный дистанционный контроль путем измерения уклона (крена) отдельных частей строительных конструкций. Для измерения указанного параметра используют горизонтальный пузырьковый уровень и веб-камеру, размещенные в герметичном светонепроницаемом корпусе таким образом, чтобы пузырек уровня полностью присутствовал в кадре веб-камеры. Фотоизображение пузырька обрабатывают с помощью компьютерной программы в блоке обработки изображения, после чего определяют величину уклона сооружения. Сигнал в цифровом виде, подают в общую компьютерную сеть (центр мониторинга), объединяющую другие устройства контроля состояния массива и снабженную блоком сравнения величины деформации с допустимым значением и блоком сигнализации об аварийной ситуации.By technical nature and purpose, the closest analogue of the proposed device and adopted for its prototype is a system for monitoring the technical condition of building structures according to US Pat. RF №108602, IPC G01B 21/22, publ. 2011. The system consists of two physical devices located at the monitoring object: a slope sensor, consisting of a web camera, a bubble-level ampoule and a backlight system, as well as an information processing and storage unit, which is a laptop computer connected to a web interface cameras with image processing software. The known system allows continuous remote monitoring by measuring the slope (roll) of individual parts of building structures. To measure this parameter, a horizontal bubble level and a webcam are used, placed in a sealed opaque case so that the level bubble is fully present in the frame of the webcam. The bubble image is processed using a computer program in the image processing unit, after which the slope of the structure is determined. The signal in digital form is fed into a common computer network (monitoring center), combining other devices for monitoring the state of the array and equipped with a unit for comparing the strain value with an acceptable value and an emergency signaling unit.

Основным недостатком прототипа является громоздкость конструктивного исполнения системы и физическая разобщенность ее основных функциональных узлов. Это вызывает необходимость размещения на объекте обследования нескольких устройств, даже в случае выполнения надлежащих мероприятий в единственной точке, что усложняет и снижает эффективность использования системы при проведении контроля. Также к недостаткам прототипа следует отнести недостаточно качественное изображение ампулы пузырькового уровня и, вследствие этого невысокую эффективность алгоритма обработки цифрового сигнала.The main disadvantage of the prototype is the cumbersome design of the system and the physical disunity of its main functional units. This necessitates the placement of several devices at the survey site, even if the appropriate measures are taken at a single point, which complicates and reduces the efficiency of the system during monitoring. Also, the disadvantages of the prototype include insufficiently high-quality image of the ampoule of the bubble level and, as a result, the low efficiency of the digital signal processing algorithm.

Заявляемая полезная модель позволяет упростить дистанционный контроль технического состояния строительных конструкций за счет реализации устройства контроля в едином конструктиве, которое обеспечивало бы простоту и удобство его применения.The inventive utility model allows to simplify remote monitoring of the technical condition of building structures due to the implementation of the control device in a single construct, which would ensure simplicity and ease of use.

Для решения проблемы в заявленной полезной модели используется следующая совокупность существенных признаков: устройство контроля технического состояния строительных конструкций, содержащее также как и прототип, пузырьковый уровень, выполненный в виде прозрачной ампулы, веб-камеру, размещенную таким образом, чтобы пузырьковый уровень полностью присутствовал в кадре, и блок обработки и хранения фотоизображения, вход которого соединен с веб-камерой, при этом подсветка пузырькового уровня осуществляется световым потоком через отверстие под ним, в свою очередь пузырьковый уровень, веб-камера и источник светового потока размещены в светонепроницаемом отсеке, в отличие от прототипа, размещено в защитном корпусе со съемной крышкой, при этом светонепроницаемый отсек выполнен разборным, снабжен верхней съемной крышкой, на которой размещена веб-камера, и закреплен внутри защитного корпуса с помощью разъемного соединения, в свою очередь, внутри защитного корпуса дополнительно размещен блок питания, снабженный кабельным выводом и соединенный с веб-камерой, источником светового потока и блоком обработки и хранения фотоизображения, выполненным с возможностью беспроводной сетевой коммуникации. Кроме того в отличие от прототипа подсветка пузырькового уровня выполнена с возможностью получения рассеянного потока света, за счет размещения источника светового потока на боковой стенке нижней части светонепроницаемого отсека, вытянутой в длину и покрытой светоотражающей краской. Это обеспечивает более равномерную подсветку пузырькового уровня и уменьшение количества световых бликов на его поверхности, что позволяет увеличить скорость обработки изображения с цифровой камеры, а также уменьшить количество фреймов, не поддающихся корректной обработке.To solve the problem, the claimed utility model uses the following set of essential features: a device for monitoring the technical condition of building structures, which also contains a prototype, a bubble level made in the form of a transparent ampoule, and a webcam placed so that the bubble level is fully present in the frame and a photo processing and storage unit, the input of which is connected to the web camera, while the illumination of the bubble level is carried out by the light flux through the hole e under it, in turn, the bubble level, the webcam and the light source are located in an opaque compartment, unlike the prototype, are housed in a protective housing with a removable cover, while the opaque compartment is made collapsible, equipped with a removable top cover on which a webcam, and is fixed inside the protective case by means of a detachable connection, in turn, inside the protective case there is an additional power supply unit equipped with a cable outlet and connected to the webcam, a light source th stream and the processing unit and storing images, adapted to a wireless communications network. In addition, unlike the prototype, the illumination of the bubble level is made with the possibility of obtaining a diffused light stream, by placing the light source on the side wall of the lower part of the opaque compartment, elongated in length and covered with reflective paint. This provides a more uniform illumination of the bubble level and a decrease in the number of light flares on its surface, which allows to increase the processing speed of images from a digital camera, as well as reduce the number of frames that cannot be processed correctly.

Сущность предлагаемой модели заключается в размещении непосредственно на контролируемом объекте одного компактного переносного устройства, осуществляющего измерение необходимых параметров и за счет беспроводной сетевой коммуникации - передачу информации, полученной в ходе измерений, в центр мониторинга. Это по сравнению с прототипом снижает сложность и повышает технологичность дистанционного мониторинга технического состояния строительных конструкций. Одновременно повышается точность измерений, уменьшается сложность аппаратной реализации данного устройства и повышается удобство его эксплуатации, а также появляется возможность передачи оперативной информации на мобильные телефоны сотовой связи. Компактное и вместе с этим изолированное размещение в едином корпусе оптических и электрических узлов контрольно-измерительного устройства позволяет обеспечить защиту их от внешних воздействий и при этом исключить негативное влияние узлов друг на друга.The essence of the proposed model is to place directly on a controlled object one compact portable device that measures the necessary parameters and, through wireless network communication, transfers information received during the measurements to the monitoring center. This, compared with the prototype, reduces complexity and increases the manufacturability of remote monitoring of the technical condition of building structures. At the same time, the accuracy of measurements is increased, the complexity of the hardware implementation of this device is reduced and the convenience of its operation is increased, as well as the possibility of transferring operational information to mobile phones of cellular communication. The compact and at the same time isolated placement of optical and electrical components of the control and measuring device in a single casing allows them to be protected from external influences while eliminating the negative influence of the components on each other.

Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что упрощение контроля за техническим состояние строительных конструкций, обеспечивается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».A comparison of the proposed device and the prototype showed that simplification of control over the technical condition of building structures is ensured as a result of a new set of features, which proves that the proposed utility model meets the patentability criterion of “novelty”.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлено схематическое изображение устройства (вид сбоку), на фиг. 2 - фото устройства со снятой крышкой.The essence of the proposed utility model is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 is a schematic representation of a device (side view), FIG. 2 - photo of the device with the cover removed.

Предлагаемая полезная модель представляет собой устройство, элементы которого находятся в конструктивном единстве и функциональной взаимосвязи и обеспечивают получение, обработку и передачу информации в виде последовательности цифровых значений величины уклона и времени ее измерения, а также регистрацию отклонений измеренной величины уклона от заданных предельных значений. Прибор содержит пузырьковый уровень 1, размещенный в светонепроницаемом отсеке 2, и веб-камеру 3, размещенную в отсеке 2 таким образом, чтобы пузырьковый уровень полностью отображался в кадре. Источник светового потока 4, например, в виде светодиодной ленты, размещен на боковой стенке нижней части 5 отсека 2 таким образом, чтобы свет от светодиодов рассеивался, отражаясь от поверхности дна и стенок отсека. Для увеличения степени рассеивания света нижняя часть 5 отсека вытянута в длину и покрыта светоотражающей краской, что образует удлиненную камеру освещения с удаленным от отверстия 6 источником светового потока 4. После отражения от дна и стенок нижней части 5 отсека, свет, проходя через отверстие 6, экспонирует пузырьковый уровень на объектив цифровой фотокамеры 3. Светонепроницаемый отсек 2 помещен в защитный корпус 7, внутри которого также размещены блок обработки и хранения информации 8 в виде одноплатного портативного компьютера и блок питания 9 с кабелем питания 10. Защитный корпус 7 снабжен съемной крышкой 11. Для обеспечения нормальной работы устройства в натурных условиях корпус 7 выполнен в герметичном, антикоррозионном и противоударном исполнении, позволяющем защитить элементы устройства от внешних воздействий.The proposed utility model is a device, the elements of which are in constructive unity and functional interconnection and ensure the receipt, processing and transmission of information in the form of a sequence of digital values of the slope and the time of its measurement, as well as registration of deviations of the measured slope from the specified limit values. The device contains a bubble level 1 located in an opaque compartment 2, and a webcam 3 located in a compartment 2 so that the bubble level is fully displayed in the frame. The light source 4, for example, in the form of an LED strip, is placed on the side wall of the lower part 5 of compartment 2 so that the light from the LEDs is scattered, reflected from the surface of the bottom and the walls of the compartment. To increase the degree of light scattering, the lower part 5 of the compartment is elongated and coated with reflective paint, which forms an elongated lighting chamber with a source of light flux 4 removed from the hole 6. After reflection from the bottom and walls of the lower part 5 of the compartment, the light passing through the opening 6 exposes the bubble level to the lens of digital camera 3. The light-tight compartment 2 is placed in a protective housing 7, inside which is also placed a unit for processing and storing information 8 in the form of a single-board laptop computer and a unit power supply 9 with a power cable 10. The protective housing 7 is equipped with a removable cover 11. To ensure normal operation of the device in natural conditions, the housing 7 is made in a sealed, anti-corrosion and shockproof design, which allows to protect the elements of the device from external influences.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Для оценки технического состояния строительного сооружения (например, судоходного шлюза) в процессе его эксплуатации непрерывно или с заданной периодичностью производятся измерения уклона стенок камеры шлюза относительно горизонтальной плоскости. Для этого на верхнюю горизонтальную поверхность стенки устанавливают прибор, основными элементами которого являются пузырьковый уровень 1, веб-камера 3 и блок 8, и с их помощью определяют отклонение стенки. С выхода блока 8 сигнал по беспроводной связи поступает в центр мониторинга технического состояния сооружения, где осуществляется сравнение величины деформации с ее допустимым значением. Если отклонение параметра превысит допустимое значение, на устройстве сравнения центра мониторинга появится сигнал, сообщающий о необходимости принятия оперативных мер.To assess the technical condition of a building structure (for example, a shipping lock) during its operation, continuously or with a given frequency, the slope of the walls of the lock chamber relative to a horizontal plane is measured. To do this, install the device on the upper horizontal surface of the wall, the main elements of which are the bubble level 1, webcam 3 and block 8, and with their help determine the deviation of the wall. From the output of block 8, the signal is transmitted wirelessly to the center for monitoring the technical condition of the structure, where the magnitude of the deformation is compared with its acceptable value. If the deviation of the parameter exceeds the permissible value, a signal will appear on the monitoring center comparing device informing of the need for taking operational measures.

По сравнению с известными аналогами предложенное техническое решение упрощает дистанционный мониторинг технического состояния строительных конструкций и сокращает время его проведения. Устройство позволяет осуществлять периодический или непрерывный контроль с регистрацией, обработкой и хранением полученной информации, с возможностью передачи оперативной информации на любые приемные устройств, имеющие выход в интернет, а также на мобильные телефоны сотовой связи.Compared with well-known analogues, the proposed technical solution simplifies remote monitoring of the technical condition of building structures and reduces the time of its implementation. The device allows for periodic or continuous monitoring with registration, processing and storage of received information, with the possibility of transmitting operational information to any receiving devices with Internet access, as well as to mobile telephones.

Описанное устройство разработано специалистами Испытательного центра гидротехнических сооружений и кафедры гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в процессе выполнения научно-исследовательских работ. Проведенные испытания модели дали положительный результат, подтвердивший возможность использования устройства как для определения текущего уровня безопасности гидротехнического сооружений, так и для построения прогнозных моделей объекта.The described device was developed by specialists of the Testing Center for Hydrotechnical Structures and the Department of Hydrotechnical Structures, Structures and Hydraulics FSBEI HE “State University of the Sea and River Fleet named after Admiral S.O. Makarova "in the process of performing research work. The tests of the model gave a positive result, which confirmed the possibility of using the device both to determine the current level of safety of hydraulic structures, and to build predictive models of the object.

Claims (4)

1. Устройство контроля технического состояния строительных сооружений, содержащее пузырьковый уровень, выполненный в виде прозрачной ампулы, веб-камеру, размещенную таким образом, чтобы пузырьковый уровень полностью присутствовал в кадре, и блок обработки и хранения фотоизображения, вход которого соединен с веб-камерой, при этом подсветка пузырькового уровня осуществляется световым потоком через отверстие под пузырьковым уровнем, в свою очередь, пузырьковый уровень, веб-камера и источник светового потока размещены в светонепроницаемом отсеке, отличающееся тем, что оно размещено во внешнем противоударном и антикоррозионном герметичном корпусе со съемной крышкой, при этом светонепроницаемый отсек выполнен разборным, снабжен верхней съемной крышкой, на которой размещена веб-камера, и закреплен внутри внешнего корпуса с помощью разъемного соединения, в свою очередь, внутри внешнего корпуса дополнительно размещен блок питания, снабженный кабельным выводом и соединенный с веб-камерой, источником светового потока и блоком обработки и хранения фотоизображения, выполненным с возможностью беспроводной сетевой коммуникации.1. A device for monitoring the technical condition of building structures, containing a bubble level made in the form of a transparent ampoule, a webcam placed so that the bubble level is fully present in the frame, and a photo processing and storage unit, the input of which is connected to the webcam, in this case, the illumination of the bubble level is carried out by the light flux through the hole under the bubble level, in turn, the bubble level, the webcam and the light source are placed in a lightproof m compartment, characterized in that it is housed in an external shockproof and anti-corrosion sealed enclosure with a removable cover, while the lightproof compartment is collapsible, provided with a removable top cover on which the webcam is placed, and is fixed inside the outer case using a detachable connection, in in turn, inside the external case, a power supply unit is additionally provided, equipped with a cable outlet and connected to a web camera, a light flux source and a photo processing and storage unit, made m with the possibility of a wireless communication network. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подсветка пузырькового уровня выполнена с возможностью получения рассеянного потока света за счет размещения источника светового потока на боковой стенке нижней части светонепроницаемого отсека.2. The device according to p. 1, characterized in that the illumination of the bubble level is made with the possibility of obtaining a diffused light stream by placing the light source on the side wall of the lower part of the opaque compartment. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что нижняя часть светонепроницаемого отсека вытянута в длину.3. The device according to p. 2, characterized in that the lower part of the opaque compartment is elongated in length. 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что нижняя часть светонепроницаемого отсека покрыта светоотражающей краской.4. The device according to p. 2, characterized in that the lower part of the opaque compartment is covered with reflective paint.

Images