Длиннопериодный вертикальный сейсмометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 17) 2790

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.06.77 (21) 2517671/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.01.80. Бюллетень № 4 (45) Дата опубликования описания 30.01.80 (51) М Кч "G 0IV 1/16

Гасударственный комитет (53) УДК 550.834 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

Г. Л. Шнирман (71) Заявитель Ордена Ленина институт физики Земли имени О. |О. Шмидта (54) ДЛИННОПЕРИОДНЪ|Й ВЕРТИКАЛЬНЫЙ

СЕЙСМОМЕТР

Изобретение относится к геофизическим приборам и может быть использовано в сейсмометрии.

Известны длиннопериодные вертикальные сейсмометры (1, 2), содержащие корпус, маятник, упругие шарниры, подвесную пружину и преобразователь и предназначенные для регистрации сейсмическихволн.

В этих сейсмометрах, как и во многих других отечественных и зарубежных инструментах, используются глубоко астазированные маятники, причем астазирование осуществляется таким положением подвесной пружины, компенсирующей действие силы тяжести, при котором переменная составляющая момента упругой силы этой пружины стремится опрокинуть маятник, а суммарный момент всех действующих на маятник сил, оставаясь восстанавливающим, доводится до достаточно малой величины, так как часть сил, действующих на свободно колеблющийся маятник сейсмометра при

его угловых отклонениях пропорциональна синусу и косинусу угла отклонения, а часть — самому углу (например, моменты сил, возникающих в упругих шарнирах),то после разложения синуса и косинуса в степенной ряд и доведения разности членов уравнения движения маятника, содержащих первую степень углового отклонения, до существенно малой величины, заметное действие на движение маятника могут оказывать члены уравнения, содержащие вторую степень углового отклонения маятника, 5 хотя и малые, но теперь уже соизмеримые с первыми.

Как показывает анализ полного уравнения движения маятника вертикального сейсмометра, в случае глубокого астазироваIp ния эти члены уравнения явл:.ются источником нелинейности колебаний. Длительность полуколебаний маятника в противоположных направлениях станозптся неодинаковой, сильно зависящей от амплитуды, 15 и в направлении более длительного полуколебания маятника появляется дополнительное, неустойчивое положение равновесия, за которым маятник опрокидывается, причем, чем глубже астазирование, то есть чем больше период собственных колебаний маятника, тем больше нелинейность этих колебаний и тем ближе к положению равновесия зона, где маятник опрокидывается.

Эти процессы развиваются быстрее, чем увеличивается период собственных колебаний маятника (зависимость квадратичная) и практически ограничивают область стабильной работы большинства известных сейсмометров периодом собственных колеЗ0 баний маятника в 20 — 25 с, 712790

Известен длиннопериодпый всртика lbный сейсмометр (3), содержащий корпус, маятник, упругие шарниры, подвесную пружину н преобразователь.

Указанный сейсмометр содержит также магнитоэлектрический автокомпенсатор нелинейности, состоящий из катушки и кольцевого постоянного магнита, при этом катушка выполнена с тремя обмоточными пазами, в которых размещены обмотки, причем крайние пазы выполнены по сечению в виде прямоугольных треугольников с максимальной глубиной пазов у одноименных стенок каркаса. Обмотки, размещенные в крайних пазах, включены согласно, соединены между собой последовательно и подключены через реостаты к источнику постоянного тока, а обмотка, размещенная в среднем пазе и соединенная с источником, подключена к нему по отпошснию к остальным обмоткам параллельно встречно.

Если не учитывать поля рассеяния кольцевого магнита и считать, что магнитное поле обрабатывается на краях полюсных наконечников, то подобный компенсатор может решить поставленную задачу. Однако фактическое существование внсмагнитного зазора полей рассеяния, существенно неодинаковых на внешней и внутренней стороне кольцевого магнитного зазора и нахождение в этих полях рассеяния частей двух обмоток, значительно усложняет работу компенсатора и ограничивает его эффективность. Еще большим недостатком магнитоэлектрического автокомпенсатора нелинейности этого сейсмометра является

его исключительная чувствительность к малым изменениям положения равновесия маятника. Нетрудно показать, что при небольшом температурном смещении равновесия маятника, еще вполне допустимом по условиям эксплуатации сейсмометра — при работе магнитоэлектрического автокомпенсатора нелинейности появляется дополнительный восстанавливающий или опрокидывающий момент, который существенно изменяет период собственных колебаний маятника, и может довести его до опрокидывания. Таким образом, автокомпенсатор нелинейности сейсмометра ликвидирует основное преимущество сейсмометров с электродинамическими преобразователями, допускающих в процессе эксплуатации небольшие постепенные смещения положения равновесия маятника без изменения его периода колебаний.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона сейсмометра за счет увеличения периода собственных колебаний маятника.

Поставленная цель достигается тем, что в сейсмометре между корпусом и маятником концентрично оси вращения маятника установлен дополнительный упругий элемент, выполненный в виде плоской спиl0

40 д

65 ральной пружины с возможностью регулирования ее начального закручивания.

Как показывает анализ полного уравнения движения маятника вертикального сеllсмометра в случае глубокого астазирования, нелинейность колебаний маятника и положение зоны его неустойчивости, определенно зависит от суммарного начального изгиба всех упругих шарниров маятника, их крутильнои жесткости и начальной длины подвесной пружины и, следовательно, может существенно меняться при регулировке периода собственных колебаний маятника (глубины астезирования и положения его равновесия), так как при этом меняется наклон пружины и изгибаются ее шарниры. Очевидно, что введение дополнительного соответственно направленного закручивания вокруг оси вращения маятника специального упругого элемента, может скомпенсировать суммарное действие начального закручивания всех остальных упругих элементов системы подвеса маятника, влияние суммарной крутильной жесткости всех изгибаемых упругих элементов, в том числе и специального компенсирующего элемента, влияние остаточной величины начальной длины его пружины (если она не точно нулевая) нелинейного магнитного взаимодействия материалов катушки преобразователя с полем кольцевого зазора магнита и деталей маятника с полем рассеяния магнита, и уменьшить таким образом до любой требуемой величины член уравнения движения маятника, содержащий угловое отклонение во второй степени, о есть практически исключить нестабильность маятниковой системы. При этом, как показывает анализ полного уравнения движения такой маятниковой системы, малые смещения положения равновесия маятника не сопровождаются значительными изменениями периода его собственных колебаний и возможным опрокидыванием.

На чертеже схематично изображена конструкция маятника сейсмометра. Маятник вертикального сейсмометра 1, связанный с основанием прибора упругим шарниром 2, подвешен на пружине 3 нулевой начальной длины через упругий шарнир 4. Пружина

3 через упругий шарнир 5 связана с основанием прибора, причем перемещение оси упругого шарнира 5 в вертикальном направлении регулирует положение равновесия маятника, а в горизонтальном — период его собственных колебаний. В районе оси вращения маятник связан с основанием прибора дополнительным упругим элементом 6, представляющим собой плоскую спиральную пружину, один из концов которой жестко связан с маятником, а другой — с основанием прибора. Смещение заделки этого конца пружины по окружности с центром на оси вращения маятника создает закручивание, компенсирующее в резул.

712790

Составитель Т. Райкова

Техред А. Камышиикова

Редактор Н. Коляда

Заказ 2904/15

Корректор P. Беркович

Подписное

Изд. № 143

Тираж 673

Типография, пр. Сапунова, 2 тате соответствующего подбора величины и направления смещения, нелинейпосгь колеоаний маятника и удаляющее границу зоны неустойчивости от положения pat Hntteсия маятника.

Изменение углового положения равновесия маятника при закручивании этого специального упругого элемента, легко устра1!яется изменением натяжен!!я 1!Одвеснои пружины, а сохранение требуемого !!ериода собственных колебаний обеспечивается соответствующим горизонтальным сме!цением шарнира 5, то есть теми видами регулировок, которые предусмотрены в конструкции каждого длиннопериодного вертикального сейсмометра.

Аотя после значительного уменьшения в результате астазирования члена уравнения движения маятника, содержащего угловое отклонение в первой степени, и соответствующего уменьшения закручиваемым упругим элементом члена уравнения, содержащего угловое смещение во второй степени, может оказаться практически деиствующим член уравнения, содержащий угловое смещение в третьей степени, но этот член уравнения движения маятника, являясь знакопеременным, как и все члены уравнения, содержащие угловое смещение в нечетной степени, не приводит к асимметричным колебаниям и потере устойчивости маятника и только несколько уменьшает длительность периода его собственных колебаний при значительном росте амплитуды.

В макете сейсмометра рассматриваемого типа достигнуто расширение частотного диапазона в сторону низших частот с 25 с (прототип) до 50 с и дальнейшее увеличсH1 с периода собственных колебаний маят1111ка Оыло Ограничено только Отсутствием эксперимен B IHHQII экземпляре приемника достаточно точной системы термокомпенсации. Нелинейности колебаний маятника прп 3 f0:i обнару?IicHQ не было.

Формула изобретения

1. ДЛ1!ннопериодный HcpTIIHa. ibHbIII сейс»о»lcTp, содержащ1ш корпус, маятник, упругие шарниры, подвесную пружину и преобразователь, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона за счет увеличения периода собственных колебаний маятника> в сеllсмометре между корпусом и маятником концснтрично оси вращения маятника, установлен дополнительный упрупш элемент.

2. Сейсмометр по п. 1, отл и ч а ю щи йся тем, что упругий элемент выполнен в виде плоской спиральной пружины с возможностью регулирования ее начального закручивания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. «Аппаратура и методика сейсмометрических наблюдений в СССР». Сб. под ред.

Арановича 3. И. и др. М., «Наука», 1974, с. 44 — 45.

2. «Аппаратура и методика сейсмометрических наблюдений в СССР». Сб. под ред.

Арановп !а 3. И. tt,ip., М.. «Наука», 1974, с. 47 — 48.

3. Авторское св:!дстельство СССР

Ъ 530295, кл, G 011! 1/16, 1975 (прототип).