Приложение 30 (справочное). Контроль пространственного положения элементов подводной части сооружений и их дефектоскопия с помощью гидроакустической аппаратуры

Приложение 30
(справочное)

Контроль пространственного положения элементов подводной части сооружений и их дефектоскопия с помощью гидроакустической аппаратуры

Гидроакустический метод рекомендуется к применению для определения пространственного положения элементов; построения поперечных и продольных профилей сооружения; поиска дефектов конструкций и объектов на акватории, препятствующих безопасности судоходства; промеров глубин морского дна.

1. В качестве средств измерений для реализации методики гидроакустического контроля необходимо использовать комплект аппаратуры, состоящий из электронного блока, регистратора, гидроакустических антенн, измерительной рамы и спуско-подъемного устройства. Структурная схема измерений и оборудования представлена на рис. 1. Антенна 1 равномерно поднимается по тросам 3 с грузами 4 с помощью лебедки 5, либо перемещается горизонтально вдоль рамки 2. По команде, вырабатываемой в регистраторе от генератора, на антенну по кабелю передаются электрические импульсы с частотой f. Антенна преобразует эти импульсы в акустические сигналы, которые отражаются от объекта и возвращаются к антенне, где снова преобразуются в электрические сигналы и подаются к предварительному усилителю. После усиления сигналы запоминает блок памяти, из которого они считываются и записываются пером на электротермическую бумагу регистратора. Благодаря блоку памяти стандартный эхолотный регистратор обеспечивает запись крупномасштабного акустического изображения, что позволяет получать детализированные высокоразрешенные первичные материалы.

2. Гидроакустический комплекс должен обладать следующими техническими характеристиками. Основная рабочая частота сканирующего импульса f - 1 мгц; частота посылок сигнала 10 гц; диапазоны измерений - 2.5, 5, 10, 20 м; питание 220 в - 50 гц, 24 в. Погрешность определения положения точек сооружения относительно опорной плоскости - 5 мм, а друг относительно друга - 3 мм. Разрешающая способность 3-5 мм.

Структурная схема измерений

3. Гидроакустические работы проводятся в двух режимах. В режиме бокового обзора обследуемая поверхность сканируется антенной, имеющей "ножевую" характеристику направленности. При каждой посылке импульса акустические сигналы отражаются от узкой полоски обследуемого объекта и записываются на регистраторе в виде одной строки. Из последовательности строк в процессе перемещения антенны формируется акустическое изображение обследуемой поверхности. Данный режим следует применять при поиске дефектов конструкций; обследовании дна; измерении пространственного положения шпунтовых и спайных конструкций, оболочек большого диаметра.

В другом виде наблюдений - режиме промерного профилирования необходимо использовать узконаправленные антенны. В этом случае на выходе получаются высокоточные эхограммы горизонтального или вертикального профиля сооружения. Данный режим необходимо применять при профилировании; детальных измерениях дефектных участков; промерах морского дна; круговом сканировании акватории для обнаружения затопленных предметов.

4. Все виды акустических работ при осмотре и измерениях причальных сооружений выполняются единообразно с причалов. Планово-высотное обоснование работ должно обеспечивать возможность определения координат точек наблюдений Р (х, у, z) в установленной системе координат. При отсутствии в порту водомерного поста необходимо организовать его в зоне работ. В районах приливных морей измерения целесообразно выполнять в периоды высокой воды и минимальных приливно-отливных течений. Перед началом регистрационной записи измерительная рама фиксируется на точке измерения в строго горизонтальном положении, перпендикулярно базовой линии (рис. 1). Грузы опускают до дна, а затем приподнимают на 20 см. Затем антенну в рамке по направляющим тросам с помощью лебедки опускают вниз. Счетчик глубин устанавливают в нулевое положение в момент касания антенной поверхности воды. После спуска рамки оператор должен включить и настроить аппаратуру, визуально контролируя качество записи. При этом если измерения ведутся в промерном режиме, параметры аппаратуры устанавливаются так, чтобы четко прослеживалась одна линия отражения, а если в режиме бокового обзора, то добиваются наличия разрешенных сигналов в пределах заданной дальности. На ленте фиксируют: место проведения измерений, дату и время, номер точки наблюдения, режим работы аппаратуры. Затем включают механизм подъема антенны и производят запись эхограммы или акустического изображения, на которых автоматически через 0,5 м ставится метка глубины.

При горизонтальном профилировании антенна перемещается вдоль рамки на расстояние 2 м. В крайнее положение антенну переводят с помощью возвратного тросика. Перемещение антенны происходит автоматически, при этом на ленте фиксируются не отметки глубин, а ее смещения в горизонтальном направлении. После записи эхограммы установку в собранном виде перемещают на расстояние 2 м. При этом конечная точка предыдущей записи становится начальной на следующей точке наблюдения, а совокупность эхограмм представляет собой непрерывный продольный профиль сооружения.

Для осмотра дна необходимо на измерительную раму установить механизм вращения, который осуществляет плавный поворот антенны с грузами на 360 градусов. В этом случае оперативные метки соответствуют углу поворота рамки на 10 градусов. Положение, при котором ось антенны перпендикулярна базовой линии, принимается за нулевое. Расстояние между точками наблюдения должно выбираться с учетом необходимости перекрытия всей площади обследования. При обнаружении объекта, глубина которого меньше установленной навигационной глубины, необходимо сгустить сеть наблюдений, для того чтобы засечь его дополнительно хотя бы еще в одной точке.

5. Обработка материалов сводится к определению расстояний R от антенны до объекта и расчету координат точек отражения элементов объекта А (х, у, z) относительно точки наблюдения Р (х, у, z). Расстояние R вычисляется по формуле:

R(z) = 0,5 * С * t(z), (1)

где: С - скорость распространения акустического сигнала в воде;

t(z) - время пробега акустической волны до объекта и обратно.

Скорость можно определить экспериментально либо по формуле Вуда:

C = 1410 + 4,21 * T + 1,14 * S, (2)

где: Т - температура воды;

S - соленость воды.

Суммарная погрешность расчета координат точки отражения А (х, у, z):

, (3)

где: - ошибка в определении положения центра антенны относительно начала координат;

- ошибка местоположения точки отражения относительно центра антенны.

Результаты обработки должны быть оформлены в виде технического отчета, в котором помимо документации о геометрии сооружения включаются планы расположения точек измерений и пояснительная записка с указанием методики работ.

Пересчет временных координат в пространственные по формуле (1) осуществляется при помощи масштабной линейки или автоматически на дигитайзере. Обработанные данные заносятся в ПК и формируются в файлы графической информации. Вся обработка ведется в системе ACAD. Окончательные результаты представляются в виде графиков, сечений, двумерных и трехмерных изображений элементов конструкций.