CC BY
04. Прокис Джон. Цифровая связь. Пер. с англ./ Под ред. Д.Д. Кловского.- М. : Радио и связь. 2000.800 с.
5. Теория электрической связи: Учебник для вузов / А.Г. Зюко, Д.Д. Кловский, В.И. Коржик, М.В. Назаров; Под ред. Д.Д. Кловского. - М.: Радио и связь, 1998. - 432 с.
List of literature
1. Vershinin V.A. Modelirovaniye priyema perekryvayushchikhsya signalov pri ispol'zovanii obelyayushchego fil'tra i algoritma Viterbi [Modeling the reception of overlapping signals using a whitening filter and the Viterbi algorithm] // Informatsionnyye tekhnologii i telekommunikatsii [Information technologies and telecommunications]. 2022. Vol. 10. No. 4. [in Russian]
2. Vershinin V.A. Modelirovaniye asinkhronnoy peredachi dvoichnykh soobshcheniy uzkopolosnymi
perekryvayushchimisya signalami [Modeling of asynchronous transmission of binary messages by narrow-band overlapping signals]// Zametki uchenogo [Notes of a scientist]. 2023. No. 8. [in Russian]
3. Sergienko A.B. Tsifrovaya obrabotka signalov [Digital signal processing]. SPb.: Piter. 2003.- 804 p. [in Russian]
4. Prokis Dzhon. Cifrovaja svjaz' [Digital communication]. Per. s angl./ edited by D.D. Klovskogo.- M.: Radio i svjaz'. 2000.- 800 p. [in Russian]
5. Teoriya elektricheskoy svyazi: Uchebnik dlya vuzov [Theory of telecommunications: the Textbook for high schools] / A.G. Zyuko, D.D. Klovskiy, V.I. Korzhik, M.V. Nazarov; edited by D.D. Klovskogo. -M. : Radio i svyaz. 1998.- 432 p. [in Russian]
УДК 622.28.017
МЕТОД ПРОГРАММНОЙ КОРРЕКЦИИ САМОРАЗОГРЕВА ТЕНЗОРЕЗИСТОРОВ ПРИ
ИЗМЕРЕНИИ МАЛЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
КачальскийВ.Г.
Новосибирский государственный технический университет, доцент, кандидат технических наук,
Россия, 630073, пр-т. К.Маркса, 20
A METHOD FOR SOFTWARE CORRECTION OF SELF-HEATING OF STRAIN GAGES WHEN
MEASURING SMALL DISPLACEMENTS
V.G. Kachalsky
Novosibirsk State Technical University, Associate Professor, Candidate of Technical Sciences,
Russia, 630073, 20 K.Marx Ave.
АННОТАЦИЯ
Исследуется возможность применения метода программной компенсации температурных воздействий на измерительную систему регистрации малых перемещений многоканальным скважинным деформометром при исследовании напряженно деформированного состояния массивов горных пород и искусственных сооружений методом параллельных скважин.
ABSTRACT
The possibility of using the software temperature compensation of the measuring system for the registration of small displacement downhole multi deformometer in the study of stress-strain state of rocks and structures the method of parallel wells.
Ключевые слова: многоканальный деформометр, температурный дрейф, тензодатчик, температурная компенсация.
Key words: multi-channel deformometer, temperature drift, strain gauge, temperature compensation
Введение. Исследования напряжений на основе натурных экспериментов, обеспечивающие получение объективных данных, имеют важное значение как для формирования параметров расчетной геомеханической модели объекта, так и для уточнения результатов численного моделирования напряженно-деформированного состояния (НДС) массивов горных пород и конструктивных элементов промышленных сооружений. Достоверность информации о величинах действующих напряжений в массиве и элементах конструкции определяет надежность оценок безопасного состояния инженерных сооружений.
Цель исследования. Процесс натурного определения напряженного состояния массива горных пород методом параллельных скважин, состоящий из последовательности опытов на объекте, а также технические и программные средства, разработаны в ИГД СО РАН [1 - 5]. Процедура проведения натурных исследований данным методом, определяющая повышенные требования к аппаратурной и программной реализации имеет следующие особенности:
• продолжительность измерения деформаций стенок измерительной скважины может достигать, как правило, не мене 2-х часов;
• температура окружающей среды и массива горных пород могут значительно отличаться;
• процесс бурения параллельной возмущающей скважины сопровождается принудительным охлаждением массива низкотемпературной водой;
• при измерении напряжений в нескольких точках от устья измерительной скважины необходимы перемещения деформометра и стабилизация показаний измерительных устройств в новом положении.
Указанные выше особенности определяют специальные требования к программно -техническому обеспечению эксперимента. В работе [7] достаточно подробно описаны техническая структура аппаратуры и математический подход к коррекции результатов эксперимента. Необходимость коррекции определяется как особенностями процедуры данного эксперимента, так и возможными нештатными ситуациями, а именно возможным попаданием охлаждающей жидкости в измерительную скважину и её воздействием на деформометр. В зависимости от места
проникновения жидкости эксперимент либо останавливается, либо требует коррекции полученных результатов. Подобные проблемы рассматривались при исследовании сигналов от инклинометрических датчиков при измерении наклона субгоризонтальных(слабонаклонных) скважин.
Материал и методы исследования.
Рассмотрим процедуру программно -математической коррекции данных на примере проведённых экспериментов в бетоне на промышленном объекте. На рис. 1. показаны графики "время - смещение", полученные на основе скорректированных данных процесса деформации стенок скважины, снятых с помощью 4-х компонентного деформометра. На графике видно, что показания измерительной часть комплекса по всем измерительным парам, обусловленные температурным дрейфом увеличиваются по модулю, хотя основные деформации от бурения возмущающей скважины уже закончились на 120 -ой минуте от начала эксперимента.
Рис.1. Графики измеренных смещений контура скважины до коррекции
дрейфа.
Выделим линейные составляющие (1) дрейфа в соответствии с уравнением (2) из работы [6]
УомлШ = -Л^ф'] +У1Ш Уш^Ш = -Л2хЦ] +У2Ш
Уош,к [Л = -Акх [/] + ук Ц], (1)
где уащЩ - откорректированные по г - му каналу измерения смещений контура измерительной скважины, г = 1,2,... к;
к - число направлений измерения смещений контура скважины;
Щ - дискретное время, Щ = 0,1,.....;
Лг - коэффициент квазилинейной функции температурного дрейфа;
хЩ] - отсчёты времени работы системы с начала записи дрейфа,
Щ = 0,1,2,..- дискретное время; N число отсчётов временных рядов за время измерения дрейфа;
уЩ - отсчеты по г - му каналу измерения смещений контура измерительной скважины.
Для выделения используем отрезки графика на рис.1. с явно выраженным дрейфом с 120 по 190 минуты процесса эксперимента. Процессы приведены на рис.2.
Рис.2. Участки графиков, выделенных из процессов деформирования и дрейфа с явно выраженным наклоном.
Расчет коэффициентов Л, г = 1,2,3,4 методом наименьших квадратов приводит к следующей системе уравнений коррекции:
у±] = х1] - (0,277 * £у + 15,78) у2^ = х2у - (0,206 * £у + 7,178) у3; = хз; - (0,212 * £у - 2,34) уз; = хз; - (0,242 * ^ - 0,25) з
где уц - откорректированные значения
смещений в момент tj;
- исходные значения смещений от г - ой пары балочек, полученные в результате эксперимента в момент
^ - дискретное значение отсчётов времени.
Полученные коэффициенты наклона А,{0,277; 0,206; 0,212; 0,242} близки по своим абсолютным значениям, что свидетельствует об одинаковом влиянии температурного дрейфа на все 4 канала измерения.
После коррекции исходных данных с учетом (2) графики показаны на рис.3.
Время х10 мин. от начала эксперимента
Рис.3. Графики смещений контура скважины после квазилинейной коррекции исходных данных
На графиках рис.3 практически отсутствует остаточный дрейф, что иллюстрирует успешное применение предложенной процедуры (2) коррекции дрейфа. Справедливость применение линейной коррекции можно обосновать квазилинейной температурной зависимостью показаний тензодатчиков. С ростом или падением температуры изменяется сигнал ненагруженного датчика - дрейф или ошибка нуля. Данная ошибка указывается в процентах диапазона. Если датчик имеет относительную ошибку нуля 0,01% , то абсолютная ошибка при изменении температуры в процессе проведения эксперимента на 20 °С, чувствительности тензодатчика & = 2 мВ/В и питающем напряжении 10 В будет:
ди = 0,01% = (2*10)*0,01*20 = 0,04 мВ. Таким образом, сигнал ненагруженного датчика за время эксперимента может измениться на 0,04мВ. При коэффициенте передачи канала измерения ~1мкм/мкВ вклад дрейфа (3) в основной сигнал может достигать 40мкм. Данный результат имеет максимальное оценочное значение. Как видно из графиков на рис. 1 максимальный дрейф не превышает 6-8 мкм, что может быть сравнимо с изменением полезного сигнала на участках измерений с незначительным уровнем напряжений.
Результаты исследования и их обсуждение. Рассмотрим влияние коррекции дрейфа на результаты вычисления напряжений для исходных данных (рис. 4а) и откорректированных (рис.4Ь).
Номер опыта 1 Теоретические
деформации 1 -ой 2 -ой 3 -ей 4 -ой пары в мкм.
■0.47 1.26 -5.83 -6.34 Напряж. по координатам, главные напряги, угол Tay в град. XX VY XY SI S2 HS2 0.3 -0.7 -0.3 0.4 0.8 73. Средней вадратические ошибки DZETA =0.002 0.0 0.1 0.0
1-2-3 0.3 -0.6 -0.3 0.4 -0.7 73. 1-2-4 0.4 -0.7 -0.3 0.5 0.8 74
1-3-4 0.3 -0.6 0.4 0.S -0.7 71.
2-3-4 0.3 -0.8 -0.3 0.4 -0.9 73.
Глубина Gk
0.50 11746.0 j
J
Глуб.м Пара 1 Пара 2 Пара 3 Пара 4 *
0.50 -0.33 1.12 -5.65 -6.49
КОНЕЦ ИНТЕРВАЛА
Рис.4. Результаты расчета величин напряжений в бетонном массиве. а - по исходным данным (см. рис.1); Ь - по откорректированным данным (см. рис.3).
Сравнение результатов оценок применение коррекции
среднеквадратичных ошибок компонентов экспериментальным данным
дрейфа к значительно
напряжений (строка DZETA) показывает, что уменьшает ошибки определения и позволяет
получить более точные оценки величин напряжений.
Выводы. Рассмотренный пример
предложенной в данной работе программной компенсации температурного дрейфа показаний измерительной системы при проведении экспериментов методом параллельных скважин, даёт возможность повысить точность натурного определения действующих величин напряжений в массиве.
Список литературы.
Статьи из журналов.
1. Курленя М.В., Барышников В.Д., Бобров Г.Ф., Попов С.Н., Федоренко В.К. Способ определения НДС в массиве горных пород. // Открытия и изобретения. - 1981. № 40
2. Барышников В.Д., Попов С.Н. и др. Способ натурного определения упругих свойств горных пород в методе параллельных скважин. // ФТПРПИ. -1982. №1
3. Барышников В.Д., Качальский В.Г. Автоматизированный измерительный комплекс приборов для определения напряжений в массиве горных пород методом параллельных скважин.// ФТПРПИ. -2010. №3. - С.115-119.
4. Колмаков В.Д. Техника экспериментального измерения напряжений методом параллельных
скважин в скальных породах. // Исследование напряжений в горных породах. - Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1985. - С.120-126.
5. Барышников В.Д., Курленя М.В., Гахова Л.Н. Опыт применения метода параллельных скважин для оценки действующих напряжений в бетонном массиве. // Гидротехническое строительство. -1998. №9. - С.59-62.
6. Качальский В.Г. Программно-техническое обеспечение экспериментальных исследований НДС массива горных пород методом параллельных скважин // Труды X междунар. научной конф. «ГЕО-Сибирь-2014»,- Новосибирск: СГГА, 2014.-№4. - С.109-114.
7. Барышников Д.В., Качальский В.Г. К вопросу температурного влияния на показания датчиков угла наклона в инклинометрической системе.//Интерэкспо ГЕО-Сибирь : 15 междунар. науч. конгр. : Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология : сб. материалов междунар. науч. конф., Новосибирск, 24-26 апр. 2019 г. : в 9 т. - Новосибирск : Изд-во СГУГиТ, 2019. - Т. 2, № 4. - С. 16-19
© В.Г. Качальский, 2024г.
