Устройство для компенсации искажений электродинамического сейсмометра
Использование: сейсмометрия, виброметрия. Сущность изобретения: устройство содержит дополнительные эквиваленты отрицательного сопротивления отрицательной индуктивности и емкости электромеханического аналога сейсмометра, соединенные между собой параллельно и связанные с входным буферным каскадом. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 Ч 1/16
ГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО- СССР (ГОСПАТЕ НТ СССР) : vu48HNf . Ъ %0КИ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Cl l ;; ..
M О (р (21) 4855471/25 (22) 31.07.90 (46) 23.06.93. Бюл. М 23 (71) Опытно-методическая геофизическая экспедиция Института сейсмостойкого строительства и сейсмологии АН ТаджССР (72) Ю.Х.Гилязов (56) Авторское свидетельство СССР
М 203946, кл. G 01 V 1/16, 1967.
Изобретение относится к сейсмометрии и может быть использовано для регистрации и измерений в сейсмологии, сейсморазведке и виброметрии.
Цель изобретения — повышение эффективности устройства, путем изменения диапазона регистрируемых частот, а также расширение динамического диапазона, сейсмометра за счет повышения его чувствительности при регистрации микросейсм и снижения чувствительности при регистрации сверхинтенсивных колебаний, амплиту.да которых превышает максимально возможную обусловленную конструкцией сейсмометра величину отклонения маятника сейсмометра от положения равновесия.
На чертеже представлена схема предполэгаемого устройства.
Устройство состоит из электродинамического сейсмометра с рабочей катушкой 1 с внутренним сопротивлением В -2 и индуктивностью 4-3, последовательно соединенных эквивалента отрицательного сопротивления Я -4 и эквивалента отрица тельной индуктивности 4 -5. представляющих собой в совокупности отрицательный.. Ж 1822Ч 95 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ
ИСКАЖЕНИИ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО СЕЙСМОМЕТРА (57) Использование: сейсмометрия, виброметрия. Сущность изобретения: устройство содержит дополнительные эквиваленты отрицательного сопротивления отрицательной индуктивности и емкости электромеханического аналога сейсмометра, соединенные между собой параллельно и связанные с входным буферным каскадом. 1 ил. эквивалент катушки сейсмометра; параллельно соединенных эквивалента отрицательного сопротивления R-6. эквивалента отрицательНоА индуктивности L-7 и набора емкостей
С...Ci-8, переключателя чувствительности — 9 и входного буферного каскада — 10.
Устройство работает следующим образом.
При возникновении сейсмических колебаний через замкнутый контур-катушка сейсмометра 1,2,3, отрицательный эквивалент катушки сейсмометра 4,5, параллельно соединенные эквиваленты отрицательного сопротивления — 6, отрицательной индуктивности — 7 и отрицательной или положительной емкости — 8, начинает циркулировать ток I. Величина импеданса замкнутого контура 2,3,4,5(6,7,8) такова, что, во-первых, ее механический аналог упругой связи имеет жесткость Котр, отрицательную по величине. но равную по модулю жесткости пружины инертной массы сейсмометра, а во-вторых, механический аналог демпфирующей связи Нотр. равен по модулю и противоположен по знаку демпфирующей связи Н сейсмометра, А это означает, что ток
1822995
25 пРТ ) п Тф .
30 (1 ) 1)) к.
2I2
Мх+ Нх+ Кх+ ml -М g или х+ 2pх+ й4x+ М =-ф (2) 55 х(р) - Л 4(p) (6) Е(р) - трЛ 4 (р), m
l, протекающий по замкнутому контуру воздействует на инертную массу сейсмометра с силой, равной и противоположно направленной силам воздействия со стороны упругих пружин и демпфирующего устройства (в том числе и остаточного воздушного демпфирования), т,е. эти силы при колебаниях исследуемого объекта компенсируют друг друга, э следовательно, перемещения (колебания) корпуса сейсмоприемника относительно инертной массы соответствуют колебаниям исследуемого объекта.
Так происходит компенсация АЧХ и
ФЧХ искажений устройства. Однако замкнутый контур устройства в соответствии с чертежом имеет кроме этого и такой дополнительный импенданс, что его механический эквивалент оказывается подобен рычагу что позволяет электродинамическим способом "регулировать" рычаг между инертной массой и рабочей катушкой сейсмометра, а этом в свою очередь позволяет регулировать чувствительность сейсмометра в зависимости от величины эквивалента емкости С-8. А достигается это тем, что величины параметров L, R и С выбираются иэ следующих условий. где m — коэффициент электромеханической связи;
То — период колебаний инертной массы; (о — приведенная длина сейсмометра;
Kp — момент инерции сейсмометра;
0Π— коэффициент воздушного успокоения;
Л- коэффициент, характеризующий увеличение Л > 1 или уменьшение Л < 1 перемещения катушки сейсмометрэ.
Известно, что взаимосвязь между движением маятника сейсмометра х, колебаниями (и током I, протекающим через катушку электродинамического сейсмометра описывается следующим дифференциальным уравнением, представляющим из себя условие баланса сил. где M — масса инертной массы сейсмометра;
Н вЂ” постоянный коэффициент демпфирования;
К - жесткость пружины;
m — коэффициент электромеханической связи (чувствительность сейсмоприемника);
P = щ — коэффициент затухания мехаК нической сщстемы сеймометрэ; мь = Ч вЂ”" — частота собственных колеба10 ний инертной массы.
М
Уравнение (1) в операторной форме имеет вид:
15 (P 2))р+ Откуда смещение х(р) и величины электродвижущей силы Е(р) - mpx(p) катушки сейс20 мометра будут равны, х(р)- (4) Р2 + 2 + Q + — Г- p е(р) - ()) рх(р)г ° (5) Ф.Р+ 4+ Так каку нас по условию 4; = -4. Ri - -R). т.е. p4 + p4 + R) + й) - О то импеданс замкнутого контура будет равен 35 ® —.+я 40 где 9(р) - = — 1-+q+pC — проводи 1 1 1 ГР) Р мость контура. Подставляя в выражение 1/Z(p) - 9(p) значения L, R и С иэ формул (1) и учитываем, что Tp = 2_#_lмо, Dp =Po/0))р получим 45 ийм + i/À- 1 м д(р) ® ) P ° 50 Если подставить это значение 1/Z(p) в формулу (4) и (5), то знаменатель этих формул станет равным 1/ р2. а сами формулы примут вид; т.е. колебания маятника и корпуса сейсмометрэ относительно друг друга, а также передача информации осуществляются без искажений с коэффициентом увеличения 1822995 равным у. При этом если ) < 1, то емкость С является положительной (С > О, ф-ла (1)), а амплитуда относительных колебаний сейсмомассы и корпуса сейсмометрэ меньше амплитуды колебаний исследуемого объекта (ф-ла (6))), что позволяет при соответствующем выборе у и С регистрировать такие колебания, амплитуда которых существенно превышает в десятки и даже в сотни раэ максимальную величину отклонения сейсмомассы от положения равновесия. которая обусловлена конструкцией сейсмоприемника. При у > 1 емкость С отрицательна (C < О ф-ла (1)) и амплитуда относительных смещений сейсмомассы и корпуса сейсмометра оказывается выше, чем амплитуда колебаний исследуемого процесса. Такой режим регистрации наилучшим образом соответствует регистрации микросейсм у(1еличивэя чувствительность сейсмометра в у раз. Таким образом, подключая с помощью переключателя 9 то одну, то другу<о емкость, как положительную, так и отрицательную, в том числе и нулевую, можно по своему усмотрению регулировать чувст()ительность устройства. При этом сигнал на входе буферного каскада равен U(p) = Е(р) --(-P-= II (P) Ф =Е(р) = гпр А g (p), то есть информация О скорости колебаний либо B усиленном (lambda> 1) либо в ослабленном g: 1) виде регистрируется без искажений, Для того, чтобы в случае необходимости можно было регистрировать информацию не о скорости, а о величине смещения ON,eêòà. сигнал после буферного каскада следует проинтегрировать, Техническая эффективность предполагаемого изобретения заключается в более полном соответствии выходного информационного сигнала параметрам колебаний исследуемого объекта (почва, корпус механизма и т.п,) и смещении нижней граничной частоты рабочего диапазона частот за пределы собственной резонансной частоты инертной массы сейсмометра, что приводит к расширению рабочего диапазона частот в область низких частот. Техническая эффективность заключается также и в том, что любые демпфирующие связи (в том числе и остаточное воздушное) могут быть скомпенсированы устройством электродинэмически, т.е. беэ нарушения уже существующих демпфирующих связей в сейсмометре и беэ помещения сейсмометра в корпус под вакуум. Технико-экономическая эффективность предполагаемого изобретения заключается в том, что с помощью одного сейсмоприемника без изменения его KollcT p,:..ции и внутренних <1араме1ров можно Организовать наблюдения за микросейсмэми (у > 1), за событиями средней интенсивности g -1), за 5 событиями высокой интенсивности (y < 1) и зэ кэ ас1рофическими собы) иями (y «1). Формула изобретения устройство для компенсации искаже10 ний электродинамического сейсмометра, содержащее входной буферный каскад и эквивэле<(ты отрицательного сопротивления и отрицэ:ельной индук1ивности рабочей катушки сейсмометрэ. при этом "квиваленты 15 отрицательного сопротивления и отрицагельнnй индуктивности pabo«eA катушки СЕйС(ьо<;ЕEPB СОЕД)НЕНЫ ПОСЛЕДОВатЕЛЬНО С Одним из BI IE <)дое рэ!)Оче<1 ка ушки сейсмометра, второй г<ывод КоТороА соединен с 20 вход<<ым 8,«1.ерным кэсKaäoì. о т л и ч а ющ е <1,. 1 re!«, ч<о ц<.лью повышения 3<()фек 1ITBIIo(.(и I fir.ra!I< )< НОВ BTOÐI-. :BE""O ill (<ОтОptlK СОЕди,;е, .:,> ус< м, а ",: же . ог(олните<1ьные 3К; 11:; ы оТ риц . ель:ог(coi ротивле3(3 (1
2- 2? о Я =-"1, тГi <. Г, (1, ")"о ч у <П ° 1 где m ° о. ;,лици-нг .:, О,.тро<(1<)ханической ;l(: 1и ., K;: .:. ..- нии инертной массы c(и моме1ра: lB — г1р. в(д<,<((1; я длина оейомометрг; 1 < — <,оь(е(<т инер(„;1и .::::и<) м(1метра, 55 .1,, — <(Озфф(ци(л()::<)аду<нного усг(окоения; —,оз!.фициент. хар;IK ге„изyю(ций увели"е )ие „ ll) < (и уr. I(!BI! Ie (y < 1) пер;,с-.щ;н,. I BTyUl;,и се:-:«,ис(<летра 1822995 Составитель Техред М. Моргентал Корректор А. Мотыль Редактор О. Стенина Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2179 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5
