Сейсмограф с лазерной регистрацией

Изобретение относится к устройствам для регистрации колебаний грунта, генерируемых сейсмическими волнами от естественных и искусственных источников (землетрясений, извержений вулканов, взрывов, техногенных катастроф и др.). Сущность: устройство содержит маятниковый сейсмометр, индукционная катушка (1) которого жестко скреплена с маятником и объединена в цепь с рамкой (2) зеркального гальванометра. Для регистрации электрического тока, возникающего в цепи при помещении индукционной катушки (1) сейсмометра в однородное магнитное поле и движении маятника, в устройство введены лазер (5), фокусирующая линза (3) и линейка (4) фоточувствительных элементов. Причем излучение, формируемое лазером (5) и фокусируемое линзой (3), отражается от зеркальца гальванометра и попадает на линейку (4) фоточувствительных элементов, после чего оцифровывается и подается на ЭВМ. Технический результат: повышение разрешающей способности сейсмографа, возможность функционирования при любой освещенности и в реальном масштабе времени. 2 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использована в средствах регистрации колебаний грунта, генерируемых сейсмическими волнами от естественных и искусственных источников (землетрясений, извержений вулканов, взрывов, техногенных катастроф и др.). [МПК G01V1/18]

Известны сейсмографы [1], сформированные на базе сейсмоприемников, например [2] (СВК-МIII, СВК-Д), электромеханических фильтров, регистрирующих гальванометров (ГК-УПМ), осветителей (коллиматоров) K-VIIIM [3] и регистриров станционных типа РС-IIМК [4]. Также из уровня техники известен сейсмограф, описанный в документе SU 195146 А1 (опубл. 12.04.1967, всего 3 листа).

При колебаниях грунта, инертная масса сейсмоприемника сохраняет состояние покоя, что приводит к сжатию или разряжению пружины, вследствие чего инертная масса приходит в колебательные движения относительно начального положения.

В дальнейшем изменяющееся в соответствии с колебаниями грунта напряжение усиливается гальванометрическим усилителем и регистрируется фотографическим путем при помощи зеркального гальванометра.

Недостатком данного сейсмографа является то, что с его помощью невозможно получить высокую разрешающую способность, а также то, что осуществлять регистрацию можно только в условиях полной темноты с последующим проявлением фотобумаги. Схема сейсмографа с гальванометрической регистрацией представлена на фиг. 1, где С - преобразователь сейсмометра; Г - рамка гальванометра с зеркальцем; О - оптический коллиматор; Б - барабан фоторегистрира.

Задачей изобретения является создание сейсмографа с гальванометрической регистрацией, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в повышении разрешающей способности сейсмографа и его возможности работать в любых условиях освещенности в реальном масштабе времени. Этот технический результат в предлагаемом сейсмографе, содержащем инертную массу, плечо и элементы подвеса, преобразователь колебаний инертной массы относительно основания в электрический сигнал и гальванический усилитель электрического сигнала с зеркалом гальванометра, достигается тем, что в него вместо оптического коллиматора [3] и фоторегистрира [4] введены лазер [5] и линейка фоточувствительных элементов [6] соответственно. Данная замена произведена для того, чтобы повысить разрешающую способность прибора за счет большей высоконаправленности лазерного излучения по сравнению со световым излучением коллиматора. Причем, монохроматичность лазерного излучения позволит осуществлять регистрацию в любых условиях освещенности. Кроме того, замена фоторегистрира на линейку фоточувствительных элементов (LCCD-линейку, п.з.с.-линейку) позволит осуществлять цифровую регистрацию и обрабатывать сигнал в реальном масштабе времени за счет исключения операций по работе с фотобумагой.

Сущность изобретения поясняется схемой, где на фиг.2 изображены: сейсмометр; гальванометр; 1-катушка сейсмометра в поле постоянного магнита; 2-рамка гальванометра; 3-линза фокусирующая; 4-фотоэлектронная линейка; 5-лазер.

Устройство работает следующим образом. Индукционная катушка 1, жестко скрепленная с маятником, помещается в однородное магнитное поле, чаще всего в поле постоянного магнита. При движении маятника магнитный поток, проходящий через катушку 1, меняется, и возникают электродвижущие силы, а, следовательно, в цепи, состоящей из катушки 1 и рамки гальванометра 2, возбуждается электрический ток. Этот ток регистрируется при помощи зеркального гальванометра следующим образом: излучение, формируемое лазером 5, фокусируется линзой 3 до требуемого диаметра, отражается от зеркальца гальванометра и попадает на линейку фоточувствительных элементов 4 (LCCD-линейку, п.з.с.-линейку). Требуемый диаметр фокусировки определяется исходя из размеров фоточувствительного элемента линейки. Регистрируемый сигнал оцифровывается и подается на ЭВМ, где может использоваться в виде сейсмограммы, удобной оператору для ее обработки на автоматизированном рабочем месте сейсмолога-интерпретатора.

Сравнительный анализ с прототипом показал, что заявленное изобретение позволяет повысить разрешающую способность устройства и обеспечить цифровую регистрацию в любых условиях освещенности в реальном масштабе времени за счет применения в устройстве известного сейсмографа лазера и линейки фоточувствительных элементов (LCCD-линейки, п.з.с.-линейки) вместо оптического коллиматора и фоторегистрира соответственно.

Следовательно, техническое решение соответствует критерию "новизна".

Кроме того, так как заявленный технический результат может быть использован в системах сейсмического мониторинга (ядерных взрывов, землетрясений и т.п.), то изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».

Источники информации:

1. Аппаратура и методика сейсмометрических наблюдений в СССР. - М.: Изд-во «Наука», 1974.

2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации изделия (сейсмографа) КСВ-М.00.000 ТО. - М.: 1974.

3. Инструкция по эксплуатации коллиматора К-VIII-М. Министерство приборостроения, средств автоматизации и систем управления СССР «ГЛАВФИЗПРИБОР».

4. Марносов В.П. Геофизические приборы. Регистрир станционный типа РС-IIМК. Выпуск 1, ч.1., учебное пособие. - М.: МО СССР, 1972. С. 55-58.

5. О. Звелто. Принципы лазеров. Пер. с англ. - третье издание перераб. и доп. изд. - М.: Мир, 1990. С. 18-22.

6. Техническое описание и инструкция по эксплуатации системы регистрирования оптических спектров «Линейка 2К/14U» М.: Научный парк МГУ им. М.В. Ломоносова, НПО «Дельта-Тех». 2003г.

Сейсмограф, включающий маятниковый сейсмометр, индукционная катушка которого жестко скреплена с маятником и объединена в цепь с рамкой гальванометра, отличающийся тем, что в качестве гальванометра используют зеркальный гальванометр, а для регистрации электрического тока, возникающего в цепи при помещении индукционной катушки сейсмометра в однородное магнитное поле и движении маятника, в сейсмограф введены лазер, фокусирующая линза и линейка фоточувствительных элементов, причем излучение, формируемое лазером и фокусируемое линзой, отражается от зеркальца гальванометра и попадает на линейку фоточувствительных элементов, после чего оцифровывается и подается на ЭВМ.