Сейсмометр

 

ОП ИЗДАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВНДИТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву« (22) ЗаЯвлЕно 18.02.77 (21) 2454011/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) ПриоритетОпубликовано05.03.79.Бюллетень № g

- ата опубликования описания 09.03.78

С4иоз Соеетсмик

Социалистияесюп

Республик аа jaleritHNb6I Ваматат

СССР ю двмм азвбретвнаа я аткрмтю (72) Л втор изобретения

A. В. Рыков

Ордена Ленина Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта

AH СССР (71) Заявитель (54) СЕЙСМОМЕТР

Изобретение относится к области геофизического приборостроения и, в частности, к сейсмометрам.

Известен сейсмометр, содержащий инертн ю массу, подвешенную на основании сейсмометра, магнитоэлектричес кий преобразователь, параметрический преобразователь колебаний, действуюших на инертную массу, и измерительную электронную схему (1)

Главный недостаток его в том, что расширение частотного диапазона в сто» рону больших периодов сейсмических волн достигается за счет увеличения инертной массы, размеров сейсмометра применения в цепи обратной связи двой» ного дифференцирования. Последний способ нри одновременном расширении часто гного диапазона в сторону больших периодов в 1Ч раз приводит к потере чувст вительности сейсмометра в и раз (2j. а

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому сейсмометру является сейсмометр сейсмостанцин

Дс-БП, содержащий инертную массу, подвешенную на основании сейсмометра, магнитоэлектрический пре образ ователь, параметрический индуктивный преобразо»ватель колебаний, действующих на инертную массу, и измерительную мостовую схему с ключевым детектором (3)

Он имеет следующие недостатки.

Для продления частотной характеристики до периода сейсмических волн 100 с сейсмометр настраивается на механический период 15-25 с, что возможно при размерахне менее 215 370250 мм

3 и большой массе маятника (масса более 2,5 кг, вес прибора 22 кг). При воздействии обратной связи по ускорению сейсмометр увеличивает свой период до 100 с. При этом его чувствительность снижается в 25 раз до величины 1,2 10 Вlм, что соответствует чувствительности по ускорению

5,у = 3 10 Bf g-2. Измерительная мостовая схема при данной чувствителен ности имеет усиление 1 500. Дальней651283 шее повышение чувствительности за счет усиления невозможно иэ-оа шумов индуктивного преобразователя.

Ueab предлагаемого изобретенияповышение чувствительности сейсмометра

trpb одновременном расширении часточ ного диапазона.

Она достигается за счет того, что в сейсмометр введены два соосно расположенных контакта, один из которых укреплен на основании сейсмометра, а второй жестко связан с инертной массой, . причем указанные контакты включены в активное плечо измерительной схемы, выход ключевого детектора которой через резистор и конденсатор, включенный параллельно резисто ру, связан с обмоткой магнитоэлектрического преобразователя.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Инертная масса 1 жестко связана с контактом 6 через рычаг 2. Рычаг 2 имеет ось вращения 3. Инертная масса соединена с каркасом обмотки магнитоэлектрического преобразователя 4, концы которой выведены через резистор Я и конденсатор С к выходу ключевого детектора измерительной схемы 5. Контакт 7 соосно расположен относительно контакта..6 и укреплен на основании сейсмометра 8. Контакты 6 и 7 вклю чены в активное плечо измерительной мостовой схемы 5. Масса сейсмометра вывешена в горизонтальное равновесное состояние пружиной 9.

Сейсмометр, изображенный на чер"геже, представляет собой вертикальный прибор, реагирующий иа колебаиияв вер тикальной плоскости. Горизонтальный сейсмометр осуществляется проще, чем вертикальный. Пружина для вывешива» ния массы отсутствует. Масса свободно висит на оси вращения. Все остальные элементы горизонтальногосейсмометра те же самые, что и у вертикаль ного.

Предлагаемый сейсмометр работает следующим образом.

При воздействии внешних колебаний на инертную массу она перемещается относительно основания. В результате перемещения массы происходит либо замыкание контактов пары 6-7, либо их размыкание. В зависимости от этого на выходе мостовой схемы 5 с ключевым детектором появляется максималь-. горизонтального сейсмометра уравновешивание достигается регулировкой наклона прибора. При уравновешенном измерительном мосте напряжение выхода ключевого детектора равно нулю. При внешних колебаниях или изменении силы тяжести равновесие нарушается и появляется на выходе сейсмометра сигнал, пропорциональный внешнему воздействию.

Обратная отрицательная связь через резистор В обеспечивает автоматическую установку выходного напряжения в динамический диапазон сейсмометра, стабилизацию чувствительности и положения

)$

И

30 ное выходное напряжение положительной или отрицательной полярности. Напряжение вызывает через резистор R ток в обмотке магнитоэлектрического преобразователя. Направление этого тока таково, что в случае размыкания контактов масса под действием тока движется в направлении сближения контактов 6 и 7 и, наоборот; при замыкании контактов движется в сторону их раэмыкания. Колебательный процесс вблизи г контакта непрерывно продолжаегся. По лучившаяся обратная связь аналогична обратной связи по смешению. Под ее воздействием частота колебаний массы повышается до 5-20 Гц. Для гашения указанных колебаний введен конденсатор С, который образует с активным сопротивлением обмотки магнитоэлектрического преобразователя дифференцирующую ячейку. Образуется отрицательная обратная связь по скорости движения массы, которая гасит колебания. В Go лее высокочастотной области ячейка перестает дифференцировать и на высокой частоте возникают вибрации с микроскопической амплитудой. Практически масса сейсмометра оказывается неподвижной. На выходе измерительной мостовой схемы 5 устанавливается некоторое эффективное напряжение, значение кото рого находится в промежутке между максимальными положительными и отрицательными напряжениями. Это является следствием того, что эффективное сопротивление контакта между 6 и 7, образующееся при микровибрации, уравновешивает до некоторой степени активный мост измерительной схемы. Измерительный мост в отсутствии внешних колебаний может быть точно уравновешен в вертикальном сейсмометре с помощью подстроечного грузика или с помощью изменения натяжения пружины 9. Для

651283 массы сейсмометра, линейность выходного сигнала внешнему воздействию, возможность простой регулировки с помощью резистора чувствительности сейсмометра.

Чувствительность сейсмометра определяется с отношением

Ь

8 = io 5 а е где S — чувствительность в вольтах на единицу ускорения, - расстояние центра тяжести от оси врашения, — расстояние "точки" контакта пары 6-7 от оси вращения; ф — масса маятника, Я вЂ” коэффициент преобразования контактного преобразователя на единицу силы.

Коеффиииеит l SI легко иемеряетоя путем приложения извес. гной силы к массе сейсмометра (например, калиброванный груз ) . .Для сейсмометра при« менимы все известные методы калибровки и снятия частотной характеристики.

Испытания макета предлагаемого сейсмометра дали следующие результаты.

Измеренный коэффициент преобраэо» вания % у = 2 5к10 Б/

N 0,1 кг > Ь =0,3 м E,=О,ООбщ.

Вычисления по формуле чувствительности дают 6 = 5 10 В/ Q.

Эта чувствительность достигнута при питании измерительной мостовой схемы напряжением 6,3 Б и усилением сигнала всего в 4 раза. При этом измерительная мостовая схема работает в импульсном режиме амплитудного насьццения, который является прямым следствием работы контактов 6 и 7 между состояниями "да" и нет", Сравнение предлагаемого сейсмоме ра с сейсмометром ДС-БП показывает, что при большей чувствительности масса сейсмометра снижена в 25 раз, максимальный линейный размер сокращен в 3 раза, линейное усиление заменено усилением с амплитудным насыщением и снижено в 400 раз. При аналогичном линейном усилении чувствительность сейсмометра может быть повышена до

2м10 B/ +, что на порядок больфС

are необходимой величины чувствителъ

1 ности для регистрации приливных гравитационных волн Земли с многочасовым периодом.

Следовательнор при gвеошч IMH чу&c7 вительнос ги предлагаемого сейсмьмет ра появляется возможность значительно расширить частотный диапазон в сторону больших периодов. В зависимости от выбранной чувствительности сейсмо метра он может быть использован для регистрации малых ускорений грунта или объекта, для регистрации скорости движения грунта или объекта при однократном интегрировании выходного напряжения, для регистрации смещения грунта или объекта при двухкратном интегрировании выходного напряжения, для регистрации изменений силы тяжести.

Выходное напряжение предлагаемого сейсмометра допускает применение лю бых современных средств регистрации.

Ф ормула изобретения

Сейсмометр, содержащий инертную массу, подвешенную на основании сейсмометра, магнитоэлектрический преобразователь, параметрический преобразователь ускорений, действующих на инертную массу и измерительную мостовую схему с ключевым детектором, отличающийся тем,что, с целью повышения чувствительности при одновременном расширении частотного диапазона, в него введены два соосно расположенных контакта, один из которых укреплен на основании сейсмометра, а второй жестко связан с инертной массой, причем указанные контакты включены в активное плечо измерительной мостовой схемы, выход ключевого детектора которой через резистор и конденсатор, включенный параллельно резистору, связан с обмот кой магнитоэлектрического преобразователя.

Источники информашш, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР

Ио 338869, G 01 Ч 1/18, 1972.

2. Сб. Аппаратура и методика сейсмометрических наблюдений в СССР

И., Наука, 1974, с. 37-42.

3. Каталог геофизической аппаратуры. Сейсмостанция Дс-Вп, вып. Lll, ИФЗ AH СССР, N., 1976, 651283

Составитедь Т. Райков

P ×» Б Павдов 1епред 3. Фанта Корректор П, Яасидица

Заказ 798/42 Тира»к 696 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР

an деиам изобретений и открьггий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, уд. Проектная, 4