Патент ссср 347708

 

I т t

j °

° 1

347708

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое о1 авт. свидетельства J¹â€”

Заявлено 08 1.1971 (№ 1607808/26-25) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 10.VIII.1972. Бюллетень ¹ 24

Дата опубликования описания 05.Х.1972

М. Кл. G Olv 1/18

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 550.834 (088.8) Авторы изобретения

Б. Г. Успенский и В. М. Фремд

Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта

Заявитель

СЕЙСМОГРАФ

Изобретение относится к области сейсмометрии.

Известны сейсмографы без обратной связи, основание которых жестко связано с почвой.

В них при прохождении сейсмических волн ре- 5 гистрируется движение относительно основания инертной массы прибора, роль которой выполняет обычно маятник с одной степенью свободы. Такие сейсмографы вносят амплитудные и фазовые искажения измеряемых сме- 10 щений почвы на периодах, превышающих споственный период маятника. Кроме того, длиннопериодные (собственный период — десятки секунд) маятники обладают малой стабильностью параметров и повышенной чувствитель- 15 ностью к возмущениям несейсмического прочсхождения.

Известны сейсмографы с активной отрицательной обратной связью по положению инертной массы, которые при наличии дифференци- 20 рующей цепи обратной связи на периодах, превышающих собственный период маятника, выдают сигнал, пропорциональный скорости смещения почвы. При этом основание сейсмометра жестко связано с почвой. Однако и — !à- 25 кие длиннопериоднь!е сейсмографы имеют повышенную чувствительность к несейсмическим помехам и нестабильные параметры маятника, поскольку цепь обратной связи охватывает не весь измерительный тракт, так как пз- 30 менение выходной величины сравнивается в динамике с движением инертной массы, а последпее является лишь продуктом задающего воздействия (смещения почвы) . Максимальный же эффект соответствия выходной величины задающему воздействию достигается в том случае, когда все звенья прямого тракта охвачены обратной связью. Таким образом, если в цепи прямой передачи преобразуется смещение почвы в выходной сигнал, то звено отрицательной обратной связи должно осуществлять Обратное преобразование выходной величины компенсации задающего воздействия.

Известны устройства для компенсационных измерений пеэлектрических величин, например датчик-преобразователь с силовой компенсацией, в цепи обратной связи которых используют магнитоэлектрическпй механизм для преобразования электрической выходной велич:ны в неэлектрическую. При этом измеряемо" воздействие прикладывается непосредственно к преобразователю цепи прямой передачи. В сейсмографе такое четкое разделение мест приложения задающего воздействия невозх! ОЖ1-;О, так как инерционные силы, возникающие при двпжен11п почвы, воздействуют не только на подвижную часть преобразователя смешений в цепи прямой передачи, но и на подвижную часть преобразователя в звене об3

3 ратной связи, всегда связанную с почвой. В известных устройствах с общей отрицательной обратной связью измеряемое воздействие в явном виде ко мне tc«pye Tcs! только преобр азователем цепи обратной связи. Наличие восстанавливающей силы в самом сейсмометре приводит к тому, что на периодах смещения почвы, превышающих собственный период маятника, задающее воздействие компенсируется и в цепи прямой передачи.

Цель изобретенся — улучшение стабильности и линейности измерительного тракта, уменьшение чувствительности к внешним и внÄ Tреннпм помехам несейсмического происхождения в широком диапазоне периодов, причем длиннопериодная граница неискаженной регистрации смещений почвы намного превышает собственный период колебаний используемого маятника.

Цель достигается тем, что компенсация задающего воздействия осуществляется с помощью включенного в цепь обратной связи магнитоэлектрического преобразователя, преобразующего поступающий в обмотку его подвижной части электрический ток с выхода сейсмографа в движение основания маятника, обладающего одной степенью свободы, таким образом, что направления движений инертной массы сейсмометра, вызываемые смещением почвы и воздействием преобразователя звена обратной связи, различны. Возможно одновременное оперативное изменение полосы пропускания сейсмографа и его чувствительности к смещениям почвы в пределах этой полосы путем изменения глубины обратной связи.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый сейсмограф в вертикальном варианте; на фиг. 2 дана амплитудно-частотная характеристика.

С платформой 1, имеющей возможность перемещаться относительно почвы, жестко связано основание 2 маятника 3 с инертной массой 4 и пружиной 5. Регистрация относительных движений инертной массы и основания производится датчиком перемещений б, выходной сигнал которого усиливается (преобразуется) электронным устройством 7, имеющим выход для подключения внешних регистрирующих устройств. Часть выходного сигнала через электродинамический или какой-либо иной преобразователь 8 подводится обратно к маятнику 3 с целью демпфирования и коррекции

его динамических свойств.

В цепь отрицательной обратной связи включен магнитоэлектрический преобразователь с постоянным магнитом 9, магнитопроводом 10 и подвижной катушкой 11, размещенной в зазоре магнитной системы, которая жестко связана с почвой. Катушка 11 жестко связана с платформой 1, на которой размещен сейсмограф. Собственный вес сейсмографа скомпенсирован упругой пружиной 12, связанной с платформой 1 и с почвой.

Преобразователь звена обратной связи является колебательной системой. В прецизион47708

ll0il нгпроконо loci.oé системе измерения движений почвы, работоспособной при замыкании цспн обратной связи, затухание колебательных систем цепи I!ps!i!oi передачи и звена обратной связи больше апериодпческого, а периоды собственных колебаний этих систем значительно отличаются:

10 где Т,— период собственных свободных колебаний сейсмографа; период собственных колебаний магпитоэлектрического преобразователя цепи обратной связи, катушка которого связана с платформой, 15

Использование в сейсмографе с отрицательной обратной связью по смещению почвы местных обратных связей, охватывающих маят40 ник и магнитоэлектрический преобразователь, компенсирующий смещение почвы, не обязателы:о. Однако применение этих цепей с входящими в них элементами допускает определенную свободу выбора собственных парамет45 ров колебательных систем и упрощает построение сейсмографа с необходимым запасом устойчивости.

Амплитудно-частотная характеристика системы с разомкнутой петлей обратной связи в функции периода смещений почвы показана кривой 1б (фиг. 2). Правый склон 1ба характеристики обусловлен влиянием восстанавливающей силы в сейсмографе на периодах, превышающих собственный период маятника Т,.

55 Левый склон 1б б характеристики обусловлен влиянием фильтра нижних частот, входящего в состав усилителя-преобразователя, либо воздействием местной цепи обратной связи, охватывающей сейсмограф, либо того и другого вместе. Влияние частотных свойств магнитоэлектрнчсского преобразователя цепи обратГ I ной связи невелико, если Т„((7 с, где Т„ период собственных колебаний преобразователя с учетом влияния цепи местной обратной

65 связи.

Колебателы1ая система звена обратной связи демпфируется демпфером 13, жестко свя20 занным с платформой 1.

Соотношение (1) определяет частоту собстьснных колебаний преобразователя в цепи обратной связи, которая при Tс=-10 — 15 сек должна составлять 10гц или более. Для дости25 жения высо1 ой собственной частоты ivtB! HIITOэлектрический преобразователь охватывают цепью местной жесткой отрицательной обратной связи 14 — 11 — l — 15 — 14 (фпг. 1). На входь1 сравнива1сщего устройства 14 подают сиг30 на Ibt с выхода сейсмографа и от датчика 15 положения платформы.

Разность сигналов усиливается сравниваюIIIим устройством, имеющим достаточно мощный токовый выход для согласования с обмот35 кой подвижной катушки.

347708

Результирующая амплитудно-частотная характеристика канала с замкнутой петлей общей отрицательной обратной связи показана кривыми 17, 18 (фиг. 2), причем при заданной характеристике системы с разомкнутой петлей обратной связи полоса пропускания сейсмографа по смещениям почвы, определяемая наибольшим Т,.„„и наименьшим Т„„„периодами в зависимости от глубины отрицательной обратной связи может быть различной.

С увеличением глубины обратной связи уменьшается чувствительность сейсмографа и расширяется полоса пропускания (кривая 18) .

Для обеих кривых 17, 18 частотной характеристики канала с обратной связью по смещению почвы наиболее существенно то, что длиннопериодная граница неискаженной регистрации смещений значительно больше собственного периода используемого маятника.,Предлагаемый сейсмограф обладает малой чувствительностью к помехам несейсмического происхождения, определяемой в основном стабильностью звена обратной связи. Линейность сейсмографа в пределах плоской части амплитудно-частотной характеристики определяется линейностью звена обратной связи.

Предмет изобретения

Сейсмограф, содержащий маятник с одной степенью свободы, датчик перемещения инертной массы относительно основания сейсмографа, усилитель-преобразователь сигналов датчика, устройства демпфирования механичесКНх колебательных систем в ветвях прямой передачи и обратной связи, отличающийся тем, что, с целью улучшения стабильности и линейности измерительного тракта, уменьшения чувствительности к внешним и внутренним помехам несейсмического происхождения и расширения частотного диапазона регистрируемых смещений почвы, в том числе в сторону больших периодов, превышающих период собственных колебаний используемого маятника, он снабжен устройством компенсации движения основания, под влиянием сме20 щения почвы, включающим компенсационный преобразователь выходной величины сейсмографа в пропорциональное смещение основания, содержащий жестко связанную с почвой неподвижную часть и жестко связанную с ос25 нованием подвижную часть, причем подвижная часть преобразователя снабжена упругой пружиной для связи с почвой.

347708

ГчаКС 1иаКС2

Фиг. 2

Корректор В. Жолудева

Редактор И. Орлова

Заказ 3219/16 Изд. № 1348 Тираж 406 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4)5

Типография, пр. Сапунова, 2! т

Ъ Кии МиН1

Составитель В. ГРинь

Техред Л. Куклина