Сейсмоприемник

 

Изобретение относится к устройствам для измерения параметров колебаний почвы, механизмов и сооружений. Целью изобретения является повышение осевой и снижение поперечной чувствительности . Цель достигается применением двух биморфных пьезоэлементов 6, выполненных в виде равнонапряженных балок, консольно закрепленных на инертной массе 2, подвешенной на магнитах 4 и 5. Концы пьезоэлементов соединены с корпусом 1 сейсмоприемника трехзвенной тягой 7,8, выполненной из гибких нитей. Это позволяет увеличить продольную чувствительность сейсмоприемника при снижении его эффективной жесткости, а также снизить боковую чувствительность. 3 з.п.ф-лы, 5 ил. s (Л со со со Oi оо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

511 4 С 01 Ч 1/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) СЕЙСМОПРИЕМНИК

f 5 Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3927374/24-25 (22) 10.07.84 (46) 07.10.87. Бюл. В 37 (72) В.Н. Некрасов, С.В. Сергеев и А.Б. Гросул (53) 550.834(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 898365, кл. G 0 1 V 1/ 16, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 911406, кл. С 01 V 1/16, 1980. (57) Изобретение относится к устройствам для измерения параметров колебаний почвы, механизмов и сооружений, „„Я0„„1343368 А1

Целью изобретения является повышение осевой и снижение поперечной чувствительности. Цель достигается применением двух биморфных пьезоэлементов

6, выполненных в виде равнонапряженных балок, консольно закрепленных на инертной массе 2, подвешенной на магнитах 4 и 5 ° Концы пьезоэлементов соединены с корпусом 1 сейсмоприемника трехзвенной тягой 7,8, выполненной из гибких нитей. Это позволяет увеличить продольную чувствительность сейсмоприемника при снижении его эффективной жесткости, а также снизить боковую чувствительность. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

1343368

Изобретение относится к приборам и устройствам для измерения параметров колебаний почвы, механизмов и сооружений .

Цель изобретения — повышение осевой и снижение поперечной чувствительности.

На фиг.1 показан сейсмоприемник, разрез; на фиг.2 — сечение А-А íà !ð фиг.1; на фиг.З вЂ” сечение Б-Б на фиг.1 иа фиг,4 — трансформация сил, прилагаемых к биморфу, на фиг.5 эпюры напряжения в биморфах.

Внутри корпуса сейсмоприемника 1 размещена инерционная масса 2, сцентрированная в корпусе с помощью кольцевых пружин 3. Для компенсации силы тяжести массы 2 в состав приемника введена магнитная пружина 4, которая благодаря наличию в ее составе катушки 5 индуктивности обеспечивает проверку работоспособности сейсмоприемника. Биморфные пьезоэлектрические элементы 6, выполненные в виде двух 25 ориентированных параллельно направлению рабочего перемещения массы 2 балок,своими основаниями жестко закреплены на массе 2 равноудаленно от ее оси. Свободные концы элементов 6 свя- ЗО заны с корпусом общей гибкой тягой, выполненной трехзвенной, при этом звено 7, связанное с корпусом 1, проходит вдоль оси массы 2, а звенья

8, идущие к элементам 6, имеют одина- 3 ковые длины, величина которых превышает половину расстояния между элементами. Биморфные эЛементы 6 выполнены в виде равнонапряженных балок переменной ширины, увеличивающейся 40 к основанию. Электрические сигналы с элементов 6 поступают во встроенный блок 9 электроники, где усиливаются, фильтруются и подаются на магистральный соединительный кабель 10. 45

Сейсмоприемник работает следующим образом.

При воздействии на корпус 1 сейсмоприемника колебательных ускорений звено 7 гибкой тяги, связывающей массу 2 через элементы 6 с корпусом 1, испытывает воздействие инерционных сил массы, ориентированных вдоль оси сейсмоприемника по направлению рабочего перемещения массы 2. При этом звенья 8, связывающие элементы 6 со звеном 7, находятся Вод воздействием сил Fi (фиг.5), величина которых может достигать значений, много больших F:

Fi= F -- )

2 - 1 где 1

1 — длина звена 8, — половина расстояния между основаниями биморАов, жестко закрепленных в массе 2.

В то же время сила, изгибающая биморф и вызывающая появление на нем электрических зарядов Риу. определяется следующим выражением:

1, F --. м-

211, -1

Таким образом, в предлагаемом сейсмоприемнике механические колебания корпуса в рабочем направлении пе редаются пьезоэлектрическим элементом 6 с трансформацией изгибающей силы, что приводит к существенному увеличению осевой чувствительности.

При этом отсутствие жесткой связи элементов 6 с корпусом 1 в поперечном направлении, что обеспечивается длиной гибкой тяги 7, способствует значительному снижению поперечной чувствительности сейсмоприемника, так как возможные поперечные смещения массы относительно корпуса передаются элементом 6 ослабленными более, чем в Лх/2L, раз, где дх — поперечное смещение массы относительно корпуса, Ь вЂ” длина тяги 7.

В сейсмоприемнике каждый элемент

Ь выполнен в виде равнонапряженной откуда следует, что величина Fu>z в предлагаемом сейсмоприемнике, у которого биморфы размещены параллельно оси чувствительности и направлению рабочего перемещения массы, может быть существенно увеличена по сравнению с традиционным поперечным размещением биморфа и приложенной к нему силы, где Fuv не может превысить величины F/2. Коэффициент трансформации силы Рим в рассматриваемом случае определяется разностью длин ф, 1 и 1 и может достигать значений

10-20. Во столько же раз возрастает

Fuqq по сравнению с традиционным значением F/2, а следовательно, увеличивается и электрическое напряжение с элементов 6, т.е. повышается осевая чувствительность (коэффициент преобразования) сейсмоприемника.

13433 балки (фиг.3) переменной ширины, увеличивающейся к основанию. Эпюра напряжения в такой балке показывает, что у основания отсутствует концент5 рация напряжений и распределены они по длине балки равномерно, что способствует более эффективному преобразованию механических деформаций биморфа в электрический сигнал. Кроме того, прогиб такой балки, имеющей равное сопротивление изгибу, на 507. больше прогиба призматической балки при воздействии одинаковой силы F.

Это обстоятельство свидетельствует о воэможности получения больших значений выходного напряжения с трапециевидного в плане биморфа при воздействии одной и той же изгибающей силы

F. Однако для того, чтобы изгибающие напряжения не привели к излому в узкой части элемента 6, наконечник его следует изготавливать в виде ме", таллической накладки. При этом зона перекрытия биморфа накладкой определяется максимально допустимым значением изгибающего момента, который выдерживает каждый элемент 6.

Результаты экспериментальных проверок и испытаний показали, что пред- Зо ложенные сейсмоприемники путем соответствующей регулировки силы магнитной пружины могут преобразовываться как в вертикальные, так и в горизонтальные приемники сейсмических коле35 баний. Малые габариты, высокая чувствительность, широкий частотный и динамический диапазоны, надежность делают возможным их широкое применение в скважинной и морской сейсмо68 4 метрии, где из них можно собирать трехкомпонентные измерительные модули.

Формула изобретения

1. Сейсмоприемник, содержащий корпус и инерционную массу, связанную с корпусом посредством магнитной пружины и биморфных пьезоэлектрических элементов, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения осевой при одновременном снижении поперечной чувствительности, биморфные пьезоэлектрические элементы выполнены в виду двух равноудаленных от оси инерционной массы балок, основания которых жестко закреплены на инерционной массе, а свободные концы связаны с корпусом общей гибкой тягой.

2. Сейсмоприемник по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что общая гибкая тяга выполнена трехзвенной, при этом звено, связанное с корпусом, проходит вдоль оси инерционной массы, а звенья, идущие к биморфным пьезоэлектрическим элементам, имеют одинаковые длины, превышающие половину расстояния между основаниями этих элементов.

3. Сейсмоприемник по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что биморфI ные пьезоэлектрические, элементы ориентированы параллельно оси симметрии инерционной массы.

4. Сейсмоприемник по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что балки выполнены равнонапряженными.

Puz. 2

1343368 иа

Puz. 5

Составитель М, Спасский

Редактор В. Данко Техред А.Кравчук Корректор М. Шароши

Заказ 4820/47 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4