Сейсмометр с устройством градуировки

 

Использование: измерительная техника , в частности сейсмометрия и виброметрия. Сущность изобретения: в опоры калибруемого сейсмометра устанавливают пьезоэлектрические возбудители колебаний , соединенные через блок нормирования с генератором колебаний.2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 V 1/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

00 О

IQl фь, Ì Ь) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4747836/25 (22) 20.09.89 (46) 30.03.93. Бюл. N. 12 (72) С.А.Чеховской, В. Н, Нечаев и А.А.Дреньков (56) Сейсмометры, регистраторы и сейсмометрические каналы. М.: Наука, 1986, с. 83—

92 (сейсмические приборы, вып. 18).

Аппаратура и методика наблюдений в

СССР. М.: Наука, 1974, с. 46 — 47 и 174-175.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к сейсмометрии, и может быть использовано для градуировки сейсмометров при выпуске их из производства и в процессе эксплуатации, Цель изобретения — повышение точности градуировки сейсмометров, снабженных установочными винтами с подпятниками, Поставленная цель достигается тем, что в сейсмометр встроен возбудитель колебаний, выполненный в виде пьезоэлементов, размещенных в выемках подпятников, при этом верхняя плоскость каждого пьезоэлемента скреплена с дном выемки, а нижняя— совмещена с опорной плоскостью подпятника, причем пьезоэлементы через блок нормирования и усилитель соединены с генератором и блоком смещения.

В основу изобретения положено свойство.пьезоэлектрического материала деформироваться под действием электрического поля. Величина деформации пьезоэлектрического материала линейно зависит от величины электрического напряжения и характеризуется соотношением Ы „1805422 А1 (54) СЕЙСМОМЕТР С УСТРОЙСТВОМ ГРАДУИРОВКИ (57) Использование; измерительная техника, в частности сейсмометрия и виброметрия. Сущность изобретенйя: в опоры калибруемого сейсмометра устанавливают пьезоэлектрические возбудители колебаний, соединенные через блок нормирования с генератором колебаний. 2 ил.! С.V

--Е -а где l — первоначальная длина пьезомат ала, м;

С вЂ” электрическая емкость матери

Кл/В;

U — электрическое напряжение на обкладках пьезоматериала, В;

Š— модуль )Онга, Нlм2;

S — площадь поверхности пьезоматериала, м;

d — пьезоэлектрический модуль, Кл/Н.

На фиг,1 показан предлагаемый сейсмометр с устройством градуировки; на фиг.2 — пример выполнения устройства.

Сейсмометр с устройством градуировки (фиг.1) содержит пьезоэлектрический возбу" дитель 1 с токопроводящими обкладками 2, который встроен в углубление 3, сделанное в опоре 4, соединенной с основанием 5 сейсмометра (на чертеже не показан) и находящейся на фундаменте 6, Число пьезоэлектрических возбудителей соответствует количеству опор градуируемого прибора, Пьезоэлектрические возбудители 1 через обкладки 2 подключены к блоку нормирования 7, Блок нормирования 7 через.

1805422 усилитель постоянного тока 8 соединен с генератором 9 электрических сигналов и блоком смещения 10, которые, в свою очередь. связаны между собой. Устройство градуировки содержит. блок питания 1f„ выходы которого подключены к усилителю постоянного тока 8.

Градуировка сейсмометра производится следующим образом, Постоянное напря-, жение требуемой величины подается с блока смещения 10 через последовательно соединенные генератор 9, усилитель постоянного тока 8 и блок нормирования 7 на пьезоэлектрический возбудитель 1, который при этом увеличивает свои геометрические размеры в вертикальном направлении, и опоры 4 отрываются от фундамента 6. Градуировка. сейсмометра осуществляется переменными по напряжению. нормированными сигналами с генератора 9, которые через последовательно соединенные усилитель постоянного тока 8 и блок формирования 7 подаются на пьезоэлектрический возбудитель 1. Деформация пьезоэлектрического возбудителя 1, а, следовательно, амплитуда и частота перемещения основания 5 градуируемого прибора в соответствии с соотношением (1) изменяются пропорционально приложенному к его обкладкам 2 переменному напряжению. Блок нормирования 7 служит для приведения коэффициентов преобразования пьезоэлектрических возбудителей к единому значению. Это позволяет значительно уменьшить поперечную составляющую колебаний. Нормирование осуществляется при выпуске из и роизводства сейсмометра со встроенными в опоры пьезоэлектрическими возбудителями перед началом операций по их градуировке.

Изменением значений переменных напряжений по амплитуде и частоте можно задавать колебания градуируемому прибору в широких пределах как по перемещению от 1 — 10 до 500 нм. так и по частоте от 0,01 до 1000 Гц. При этом погрешность воспроизведения механических колебаний Ьснования градуируемого прибора будет определяться, в основном, погрешностью задания переменного напряжения с генератора 9 и при использовании серийно выпускаемых приборов, например, Г6-34 будет не более 17, Сравнивая значения параметров движения, измеренные сейсмометром Хизб с действительными значениями параметра Хд, вычисленными, например, для амплитуды перемещения с использованием соотношения (1), можно определять относительную погрешность результата градуировки

XH3M ° д . 1 00,У

Х

После снятия переменного и постоянного напряжений градуируемый прибор возвращается в исходное состояние, т.е, опоры

4 приходят в соприкосновение с фундаментом 6. При этом время на проведение граду-. ировки снижается в несколько раз за счет исключения операции снятия градуируемо"0 го прибора с.фундамента и его транспортирования к месту градуировки и обратно.

Устройство градуировки может быть выполнено, например, как это показано на фиг.2.

Блок нормирования 7 выполнен в виде регулируемого делителя напряжений на ре-. зисторах 12 — 17, Усилитель постоянного тока выполнен на электронной лампе 18 и резисторах 19 — 21. Генератор 9. электриче20 ских сигналов использован серийный, тип

Г6-34, а блок 10 задания постоянных напря. жений и блок питания 11, тип Б5-10. В качестве. пьезоэлектрического возбудителя использован пьезоэлемент ПП-4, имеющий кольцеобразную форму с внешним диаметром 30 мм, внутренним — 18 мм и толщиной

5 мм, В усилителе постоянного тока исполь-: зована электронная лампа 6Ж1П и резисторы.

30 Пример. Для задания механических колебаний на градуируемый прибор использовались серийно выпускаемые пьезоэлементы ПП-4.. Низкочастотный электрический сигнал подавался на пьезоэ35 лементы генератора Г6-34 через усилитель постоянного тока, выполненный на электронной лампе 6Ж1П. Максимальное амплитудное значение синусоидального сигнала, которое подавалось на пьезоэлементы, со40 ставляло 70 B. При этом получены механические колебания основания сейсмометра массой около 100 кг с частотами 0,1; 1; 10;

100 Гц и амплитудой до 500 нм. Случайная составляющая погрешности воспроизве45 дения амплитуд не превысила 1 . Экспериментальйые исследования показали, что по сравнению с прототипом заявляемое устройство имеет значительно меньшую суммарную погрешность градуировки, 50 Грузоподьемность трех пьезоэлементов, встроенных в три опоры, составила 100 кг.

В диапазоне 1-500 нм описанное устройство заменяет косвенные методы граду55 ировки ceAGMOMeTpob прямыми, что позволяет определить систематическую составляющую погрешности измерения амплитуды колебаний и вычислить суммарную погрешность.

1805422 .

Составитель С.Чеховской

Техред М,МоРгентал КоРРектоР M.Ñàë áoðñêàÿ

Редактор

Заказ 941 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35; Рауиская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Формула изобретения

Сейсмометр с устройством градуировки, содержащий размещенные в корпусе инертную массу и преобразователь колебаний, установленные на общем основании, снабженном установочными винтами с подпятниками, а также устройство градуировки, включающее возбудитель колебаний и генератор, отл ич а ю щи йс я тем,что, с целью повышения точности градуировки за счет осуществленич воздействия на основание сейсмометра, в него введены усилитель, блоки нормирования и смещения, а возбудитель колебаний выполнен в виде пьезоэлементов, размещенных в выемках

5 подпятников, при этом верхняя плоскость каждого пьезоэлемента скреплена с дном выемки, а нижняя совмещена с опорной плоскостью подпятника, причем пьезоэлементы через блок нормирования и усили10 тель соединены с генератором и блоком смещения,