Сейсмодатчик
Изобретение относится к измерению механических колебаний с помощью электрических средств и может быть использовано в качестве охранного устройства. Цель - повышение чувствительности и упрощение устройства. За счет использования в качестве чувствительного элемента двухэлектродного электровакуумного прибора, содержащего анод и катод, соединенные через нагрузочные резисторы с источником высокого напряжения постоянного тока, и помещенный между электродами легкий шарик с металлическим покрытием, повышается надежность и упрощается конструкция охранного устройства. 2 ил.
coIo3 coBF Tñêèõ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 Ч 1/16
ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР Ig3,р d
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4486288/25 (22) 26.09.88 (46) 15.08.91. Бюл. ¹ 30 (72) А.Е. Богатых (53) 550.83 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 325557, кл. G 01 P 15/08.
Авторское свидетельство СССР
¹ 1206984, кл. G 01 P 15/08. (54) сеЙсмОдАтчик (57) Изобретение относится к измерению механических колебаний с помощью электИзобретение относится к области измерения механических колебаний с помощью электрических средств и может быть использовано в качестве охранного устройства.
Цель изобретения — повышение чувствительности и упрощение сейсмодатчика.
На фиг. 1 дана электрическая структурная схема сейсмодатчика; на фиг. 2 — диаграммы его работы.
Чувствительный элемент содержит герметизирующий корпус 1, внутри которого находятся катод 2, легкий шарик 3 с металлическим покрытием, анод 4. Источник 5 высокого напряжения постоянного тока через резисторы 6 и 7 соединен соответственно с анодом и катодом. Анод и катод ,чувствительного элемента через согласующие усилители 8 и 9 соединены с, R u Sвходами триггера 10. Генератор 11 импульсов через первый вход элемента И 12, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера 10, соединен со счетным входом счетчика 13 импульсов. Выходы 14—,, SU, 1670644 А1 рических средств и может быть использовано в качестве охранного устройства. Цель— повышение чувствительности и упрощение устройства. 3а счет использования в качестве чувствительного элемента двухэлектродного электровакуумного прибора, содержащего анод и катод, соединенные через нагрузочные резисторы с источником высокого напряжения постоянного тока, и помещенный между электродами легкий шарик с металлическим покрытием, повышается надежность и упрощается конструкция охранного устройства. 2 ил.
17 счетчика импульсов соединены с S-входами триггеров 18 — 21, которые вместе с элементами И 22-25 образуют выходную схему сейсмодатчика. Первые входы элементов И
22 — 25 являются входом считывания информации выходной схемы, который соединен с
S-входом триггера 10, выходы этих элементов являются выходами сейсмодатчика.
Вторые входы элементов 22 и 23 соединены с прямыми выходами триггеров 18 и
19, а элементов 24 и 25 — c обратными выходами триггеров 20 и 21. Обратный выход триггера 10 соединен с R-входами счетчика
13 и триггеров 18 — 21, которые образуют вход сброса выходной схемы.
На диаграмме (фиг.2) показаны: кривая изменения ускорений при сейсмоколебаниях; характер движения шарика; импульсы анодного и катодного токов: сигналы на выходе триггера 10; сигнал на выходе элемента 23 сейсмодатчика и сигнал на выходе элемента 24 сейсмодатчика, Сущность изобретения заключается в том, что анод и катод чувствительноГо эле1670644 откуда
15
Ла tf а11
2 2 мента образуют плоский конденсатор, на который подано высоков напряжение О, Между пластинами этого конденсатора действует электрическое поле напряженностью
Е-U/I, где I — расстояние между анодом и катодом.
Легкий шарик, имеющий металлическое покрытие, заряжается до величины заряда
Q-CU, где С вЂ” емкость шарика.
Знак заряда зависит от того, от какого электрода шарик зарядился. Емкость шарика равна
С =4лгео где г — радиус шарика, причем г < I; ео — электрическая проницаемость вакуума.
Электрическое поле действует на шарик с силой
F=QE, направление которой определяется знаком заряда. Параметры выбираются так, чтобы сила F; шарика G
6 = — кгзр9, 4
3 гдеp — средняя плотность шарика;
g — ускорение силы тяжести.
Шарик поднимается с ускорением
F — G а1 =
Al где а - 4/3 багзp, — масса шарика, В момент касания шариком анода в анодной. цепи протечет импульс тока Ь,, шарик перезарядится и начнет падать с ускорением:
F+G а2—
Гп
Когда шарик коснется катода, в катодной цепи протечет импульс тока I», шарик опять перезарядится и начнет подниматься.
Процесс непрерывно повторяется. Время подъема tl и опускания tz шарика on еделяется выражениями tt = 2I /а1 >
t2 = >I /ез . При воздействии иа сейсмодатчик сейсмоколебаний он получает ускорение Лд изменяющееся во времени по синусоидальному закону. Для того, чтобы зафиксировать сейсмоколебания, параметры сейсмодатчика выбираются так, чтобы частота колебаний шарика по крайней мере в 2 раза превышала частоту сейсмоколебаний. Пусть на интервале колебаний шарика ускорение b, д совпадает с ускорением силы тяжести. При подъеме шарика анод будет набегать на него и время подъема определится выражением;
2l «(2Г а1+Ла а1 2 а1
При опускании шарика катод будет убегать от него и время опускания будет равно
1ат — Ла 1ат (2ат )
Чтобы зафиксировать сейсмоколебания, можно контролировать интервалы tl или tz. Действующее ускорение сейсмоколебаний определяется отклонениями временных интервалов, т,е. величинами:
At<=-) Ьа, Л2=
2а1 2а
Так как а1 Сейсмодатчик работает следующим образом. Сейсмодатчик устанавливается в зоне обнаружения на глубине 40-50 см так, чтобы направление электрического поля конденсатора, образованного анодом и катодом, совпадало с направлением силы тяжести, причем анод размещается над катодом. При включении напряжения и отсутствии сейсмоколебаний шарик заряжается отрицательно и движется с ускорением а1 к аноду. На графике l(t) (фиг.2) показан характер движения шарика в промежутке!во времени t. Когда шарик коснется анода, происходит его перезаряд, а значит в анодной цепи пройдет импульс тока .4 =a/t, где t- длительность касания шарика. На графике I(t) (фиг.2) показаны импульсы анодного I, и катодного T токов во время с работы сейсмодатчика. Этот импульс усилится согласующим усилителем 8 и перебросит триггер 10 в состояние О, который, в свою очередь, обеспечит сброс счетчика 13 и триггеров 18-21 выходной схемы. Переэарядившись, шарик начнет падать с ускорением az на катод, B это время tz измеритель временных интервалов не работает. В момент касания катода шарик снова перезарядится, в катодной цепи пройдет ток I». Через согласующий усилитель 9 импульс перебросит триггер 10 в состояние 1. На графике Т (t) (фиг.2) показана работа триггера 10 в процессе работы сейсмодатчика, Сброс счетчика и выходной схемы прекратится. Откроется элемент 12 и импульсы 1670644 генератора 11 будут считаться счетчиком 13 в течение времени t1 подъема шарика. На графике N(t) показана работа счетчика 13 в процессе работы сейсмодатчика. Счетчик насчитает г N„= f (импульсов). а1 где f — частота генератора 11, В процессе счета на выходах "7 и 16 счетчика 13 появятся импульсы, сигнализирующие о насчете оаданных уровней N11 и Niz импульсов, При этом сработают триггеры 21 и 20 и снимут сигналы с вторых входов элементов 25 и 24. В момент касания анода шариком через усилитель 8 пройдет импульс, которьв . откроются элементы 22 — 25, Так как триггеры 21 и 20 сработали,. а 18 и 19 нет, то на выходах сейсмодатчика сигналов не будет. Этим же импульсом триггер 10 сбросится в состояние 0 и произойдет сброс выходной схемы. Процесс повторяется, При появлении сейсмоколебаний с ускорением Лд,изменяющимся по синусоидальному закону (причем на первой полуволне ускорение сейсмоколебаний действует вверх, а на второй вниз). сейсмодатчик работает следующим образом. Время подъема шарика t1 на первой полуволне ускорения Лд возрастет на величину Л11 и счетчик насчитает импульсов N = No+ Л11 f, превышающих заданный уровень Nz1. В этом случае в процессе счета пройдут импульсы на выходах 17, 16, 15 и окажутся сработавшими триггеры 21, 20, 19. При касании шариком анода произойдет считывание информации и элемент 23 на своем выходе сформирует сигнал. На фиг, 2 показано, что при прохождении первой полуволны ускорения Лд на выходе элемента 23 дважды формировались импульсы, Эти сигналы дают характеристику длительности - и амплитуды полуволны. При изменении направления ускорения Ьд (на второй полуволне) время подъема шарика будет, наоборот, уменьшаться. Счетчик насчитает импульсов меньше, чем заданный уровень N11 и сработает лишь триггер 21. При считывании информации сработает элемент 24. ka фиг, 2 показано, что на второй полуволне ускорения сейсмодатчик выдал два сигнала на выходе элемента 24. При подходе нарушителя амплитуда сейсмоколебаний увеличивается, На положительной полувол не ускорения Л д подъем шарика насто.ько замедлится, что число импульсов в счетчике превысит не только уровень NQ3, но и уровень Nzz. В этом случае при опросе выходная схем а выдаст сигналы сразу на выходах элементов 22 и 23, а на отрицательной полуволне ускорения Лд сработают элементы 24 и 25, Выходные сигналы с сейсмодатчика поступают на анализатор, который проводит их дополнительный анализ— кон тролирует частоту сейсмокслебаний и г зрастание амплитуды, По результатам это о анализа идентифицируется подход нарушител . ; объекту охраны, При необходимости выходная схема может содержать большое количество выходов, т.е. обеспе4ивать более детальную градацию сейсмоколебаний. Формула изобретения Сейсмодатчик, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде электровакуу лного двухэлектродного прибора, электроды которого чсреэ нагрузочные резисторы соединены с источником высокого напряжения постоянного тока, и измеритель временных интервалов, включающий гензратор импульсов. выход которого соединен с первым входом элемента И, выход последнего — со счетным входом счетчика импульсов, выходы которого соединены через выходную схему с выходами сейсмодатчика, отличающийся тем,что,сцелью повышения чувствительности и упрощения сейсмодатчика, в межэлектродном пространстве чувствительного элемента размещен шарик с металлическим покрытием, а в измеритель временных интервалов введен триггер, R- u S-входы которого соединены через согласующие усилители соответственно с анодом и катодом чувствительного элемента, прямой выход — с вторым входом элемента И, инверсный в.-..<од — с R-входом счетчика импульсов и входом сброса, кроме того, R-вход триггера соединен с входом считывания информации выходной схемы. 1670644 О а 0 (! ! ! 7 ! 1 ! I I ! bing 31 +o+ Ф1г Яы Яых. 14 Фиг. 2 Сос гавитель Д.Заргарян Техред М.Моргентал Корректор Т.Колб Редактор О.Спесивых Производственно-изда« il .:KL1) комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2750 т r>;: 330 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. r,. cсква, Ж-35, Раушская наб., 4/5
