Пщелко Николай Сергеевич – доктор технических наук (2011), доцент (1997), профессор кафедры физики
Тихорецкий проспект, д. 3, Санкт-Петербург, 194064
Nikolay S. Pshchelko, Dr Sci. (Eng.) (2011), Associate Professor (1997), Professor of the Department of Physics
3 Tikhoretsky Ave, St. Petersburg 194064
Царёва Ольга Сергеевна – кандидат технических наук (2020), доцент Высшей школы промышленно-гражданского и дорожного строительства Инженерно-строительного института
Политехническая ул, д. 29, Санкт-Петербург, 195220
Olga S. Tsareva, Cand. Sci. (Eng.) (2020), Associate Professor of the Higher School of Industrial, Civil and Road Construction, Civil Engineering Institute of Peter the Great
29 Polytechnicheskaya St., St. Petersburg 195220
Введение. Для контроля положения конструкций и грунтового массива используют периодические геодезические наблюдения. Поскольку наиболее опасным видом деформации здания является крен, рассмотрены существующие методы его определения. На начальном этапе при обнаружении крена для своевременного принятия превентивных мер важна информация не столько о величине крена, сколько о его направлении. Поэтому задача определения направления отклонения от вертикали при малых углах отклонений является актуальной. Для повышения чувствительности рассматриваемого измерительного устройства предлагается использовать силовое действие электрического поля.Цель работы. Расчет значений электрических напряжений, обеспечивающих надежную работу рассматриваемого устройства в зависимости от его геометрических размеров и характеристик применяемых материалов.Материалы и методы. В устройстве используются проводящие, полупроводящие и диэлектрические материалы. Расчет основан на анализе сил, действующих на вертикально подвешенный груз в присутствии электрического поля. Рассматриваются условия равновесия и нестабильности положения груза, возникающего за счет сильной положительной обратной связи в электрическом поле.Результаты. Выполнен расчет, позволяющий обеспечить обоснованный выбор геометрических и электрофизических характеристик разработанного устройства. Получена формула для значений используемых электрических напряжений, обеспечивающих его безотказную работу. Рассчитанные значения искомых напряжений оказались приемлемыми для практических применений. Предложены основные элементы конструкции устройства и один из возможных способов регистрации информационного сигнала.Заключение. Разработанное устройство в условиях нестабильности положения груза в достаточно сильном электрическом поле отличается тем, что позволяет измерять направление отклонения даже при его значении, стремящемся к нулю. В то же время при таких малых отклонениях становятся существенными неточность изготовления устройства и влияние случайных факторов. В работе предложены способы решения этих проблем.
Introduction. Periodic geodetic observations are used to control the position of building structures and soil massifs. Since tilt is considered to be one of the most dangerous types of building deformations, this paper considers existing methods for its determination. When a horizontal displacement (tilt) is detected, it is of particular importance to assess not so much its angle but its direction. This allows preventive measures to be timely enforced. Therefore, determination of the direction of horizontal displacements at small tilt angles presents a relevant research problem. In order to increase the sensitivity of the considered measuring device, it is proposed to use the action of electric field.Aim. Calculation of electrical voltages that ensure reliable operation of the device under consideration, depending on its geometric dimensions and characteristics of the materials used.Materials and methods. The device was made of conductive, semiconductive and dielectric materials. Calculations were based on an analysis of forces acting on a vertically suspended load in the presence of electric field. The conditions of equilibrium and instability of the position of the load arising due to strong positive feedback in electric field were considered.Results. Calculations were performed to support a reasonable choice of geometric and electrophysical characteristics of the developed device. A formula was obtained for the values of electrical voltages that could ensure troublefree operation of the device. The calculated values of operating voltages were found to be acceptable for practical application. The main structural elements of the device and one of the possible methods for registering information signals were proposed.Conclusion. Due to the instable position of the load in a sufficiently strong electric field, the developed device allows the direction of displacements to be measured even when their values tend to zero. This makes the developed device promising for practical application. However, it should be noted that, under such small displacements, the accuracy of the device depends on the manufacturing conditions and random factors.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.