Трехкомпонентный пьезоэлектрический сейсмометр

 

Использование: сейсмометрия, измерения параметров колебаний грунта и сооружений при естественных и искусственных сейсмических воздействиях. Сущность изобретения: в сейсмометре к инерционному элементу в виде тела вращения и корпусу прикреплены три пары плоских изгибных пьезоэлементов, расположенных в плоскостях , составляющих с осью симметрии инерционного элемента arcctg 2. Соответственно оси чувствительности компонент сейсмометра составляют с осью инерционного элемента arctg 2. Сейсмометр снабжен тремя парами бесконтактных устройств демпфирования, элементы которых закреплены на корпусе и инерционном элементе так, что направления перемещений элементов демпферов совпадают с осями чувствительности компонент сейсмометра. Сейсмометр позволяет реализовать широкополосную велосимметрическую характеристику и пригоден для регистрации слабых землетрясений.1 ил. СО С

союз соВетских социАлистических

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ (21) 4946986/25 (22) 19,06.91 (46) 30,03.93. Бюл. N. 12 (71) Институт физики Земли АН СССР (72) B.Ì.Фремд (73) В.М.Фремд (56) Фремд B.М. Трехкомпонентные симметричные пьезоэлектрические сейсмометоы, в кн. Сейсмические приборы, М.; Наука, вып.21, 1990, с. 23-25.

Башилов M.Ï. и др. Трехкомпонентный скважинный пьезоэлектрический сейсмометр ТСС в кн. Сейсмические приборы. M.:

Наука, вып,19. 1987, с. 38 — 41, (54) ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИКЕСКИЙ СЕЙСМОМЕТР (57) Использование: сейсмометрия, измерения параметров колебаний грунта и сооружений при естественных и искусственных

Изобретение относится к сейсмометрии, в частности, к устройствам для приема и преобразования сейсмических колебаний в электрические сигналы, и может быть использовано для измерения параметров колебаний грунта и сооружений при естественных и искусственных сейсмических воздействиях.

Цель изобретения — обеспечение широкополосной велосимметрической характеристики при одновременном повышении чувствительности, Поставленная цель достигается тем, что в сейсмометре плоские изгибные пьезоэлементы прикреплены к корпусу и инерционному элементу, имеющему форму тела вращения так, что каждая пара пьезаэле,,SUÄÄ 1806387 АЗ (st)s G 01 V 1/16 сейсмических воздействиях. Сущность изобретения: в сейсмометре к инерционному элементу в виде тела вращения и корпусу прикреплены три пары плоских изгибных пьезоэлементов, расположенных в плоскостях, составляющих с осью симметрии инерционного элемента arcctg 2. Соответственно оси чувствительности компонент сейсмометра составляют с осью инерционного элемента arctg У2. Сейсмометр снабжен тремя парами бесконтактных устройств демпфирования, элементы которых закреплены на корпусе и инерционном элементе так, что направления перемещений элементов демпферов совпадают с осями чувствительности компонент сейсмометра.

Сейсмометр позволяет реализовать широкополосную велосимметрическую характери-. стику и пригоден для регистрации слабых землетрясений. 1 ил. ментов лежит в плоскости, составляющей угол arcctg У2 с осью симметрии инерционного элемента. три пары пьезоэлементов расположенных друг относительно друга через 120 по окружности с центром на оси симметрии инерционного элемента, кроме того на корпусе и инерционном элементе попарно-противоположно, по осям, перпендикулярным плоскостям пьезоэлементов и проходящим через центр тяжести инерционного элемента прикреплены три пары взаимных элементов бесконтактных устройств демпфирования, а к верхней точке инерционного элемента, лежащей на его оси симметрии, и к находящейся над этой точкой на той же оси точке корпуса прикреплена своими концами спиральная пружина

1806387 с жесткостью, компенсирующей вес инерционного элемента. 1а чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого трехкомпонентнof о пьезоэлектрического сейсмометра.

В соответствии с чертежом трехкомпонентный пьезоэлектрический сейсмометр содержит корпус 1, инерционный элемент 2, три пары плоских изгибных пьезоэлементов

3, три пары демпфирующих устройств 4 и спи рал ьную пружину 5.

Трехкомпонентный пьезоэлектрический сейсмометр работает следующим образом, При сейсмических колебаниях объекта, на котором закреплен корпус 1 прибора инерционный элемент 2 колеблется относительно корпуса 1. При этом движения произвольного направления раскладываются по трем взаимно перпендикулярным напоавлениям, составляющим углы агстц 2 с осью симметрии инерционного элемента 2 и перпендикулярным плоскостям соответствующих пар пьезоэлементов 3. Колебания инерционного элемента 2 относительно корпуса 1 приводят к изгибным деформациям пьезоэлементов 3 и на их обкладках возникают электрические заряды, пропорциональные этим деформациям, Устройства демпфирования 4, например, электромагнитные, за счет взаимных перемещений их элементов гасят колебания в направлениях

cooTBGTcTBóþùèõ осей чувствительности компонент сейсмометра. При коэффициенте затухания много большем единицы и близких собственной и вынуждающей частотах колебаний изгибные деформации пьезоэлементов 3 и снимаемые с их обкладок заряды будут пропорциональны скоростям колебаний основания сейсмометра в тем более широком диапазоне частот, чем больше величина коэффициента затухания. Спиральная пружина 5 йри работе сейсмометра компенсирует вес инерционного элемента 2, тем самым разгружая пьезоэлементы 3 и обеспечивая вибропрочность сейсмометра.

Таким образом, благодаря использованию в трехкомпонентном пьезоэлектрическом сейсмометре плоских изгибных пьезоэлементов, располо>кенных симмет40

45 жена одна относительно другой через 120 по окружности с центром на оси сииметрии инерционногоэлемента, сейсмометрдополнительно содержит три пары демпфирующих элементов, закрепленных на корпусе и инерционном элементе попарно противополо>кно в плоскостях, перпендикулярных плоскостям соответствующих пар пьезоэлементов, при этом инерционный элемент прикреплен к корпусу посредством спиральной пружины, ось которой совпадает с осью симметрии инерционного элемента. рично отно= ITcflbHo оси инерционного элемента, а также трех пар демпфирующих устройств, размещенных вдоль осей чувствительности компонент сейсмометра, удается; во-первых, понизить собственную частоту колебаний компонент сейсмометра, выведя ее в диапазон регистрируемых сейсмических частот колебаний, /Ъ во-вторых, загасить резонансные колебания инерционного элемента сейсмометра относительно его корпуса с величиной коэффициента затухания много большей единицы и тем самым обеспечить получение

15 широкополосной велосимметрической характеристики сейсмометра, в-третьих, повысить чувствительность сейсмометра за счет использования тяжелой массы и изгибных пьезоэлементов при

20 высоком коэффициенте использования объема сейсмометра.

Формула изобретения

Трехкомпонентный пьезоэлектрический сейсмометр, содержащий корпус, общий инерционный элемент и три пары плоских изгибных пьезоэлементов, жестко связанных с корпусом и инерционным элементом, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности при од30 новременном обеспечении широкополосной велосимметрической характеристики, плоские изгибные пьезоэлементы прикреплены к корпусу и инерционному элементу таким образом, что каждая их пара лежит в плоскости, составляющей arctg 2 с осью, симметрии инерционного элемента, при этом каждая пара пьезоэлементов располо1806387

Составитель В,Фремд

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Л.Пилипенко

Редактор Н.Коляда

Заказ 975 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

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