Вертикальный сейсмометр

 

((1) 769465

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.10.78 (21) 2678670/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07,10.80. Бюллетень № 37 (45) Дата опубликования описания 07.10.80 (51) М 1 л з

G 01Ч 1/16

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 550.834 (008.8) (72) Автор изобретения

А. В. Рыков

Ордена Ленина институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта (71) Заявитель (54) В ЕРТИ КАЛ ЬН Ы Й С E Й СМОМ ЕТР

ВГ Т Б,ФКй ак@м );. .."!

Изобретение относится к области геофизического приборостроения и может использоваться как сейсмометр или гравиметр.

Известны вертикальные сейсмометры, имеющие инертную массу, упругие элементы, уравновешивающие массу в поле тяготения Земли, магнитоэлектрический преобразователь и параметрический преобразователь смещений в электрический ток (1).

Главным их недостатком является небольшая чувствительность к ускорениям, которые возникают при медленных, длиннопериодных колебаниях грунта, период которых может достигать периодов собственных колебаний Земли и выше. Малая чувствительность таких сейсмометров объясняется тем, что в обычной механической конструкции сейсмометра упругие уравновешивающие силы в десятки и сотни раз превосходят инерционные силы его массы, возникающие при сверхдлиннопериодных колебаниях грунта или основания прибора.

Поэтому, для наблюдения таких колебаний приходится использовать сложные электронные схемы усиления и преобразования слабых перемещений инертной массы (2).

Для достижения большой чувствительности сейсмометра необходимо во много раз уменьшить упругость возвращающего в 30 еравновесное состояние упругого элемента по сравнению с инерционным эффектом массы или, что тоже самое, увеличить период собственных колебаний сейсмометра.

Действительно, периоды вертикальных сейсмометров соответственно для поступательного и вращательного движений инертной массы равны

= " Vс: = — 2 1 О) где и — инертная масса;

К вЂ” момент инерции вращающейся массы;

С1 — линейная упругость возвращающего к равновесию упругого элемента;

С2 — угловая упругость упругого элемента.

Чувствительность к ускорениям сейсмометров выражается соответственно для поступательного и вращательного движения массы соотношениями: где Х вЂ” ускорения грунта, 0 — угол отклонения вращающейся инертной массы, 45

65 х — перемещение инертной массы, RI» — расстояние центра массы до оси вращения.

Формулы (2) показывают зависимость чувствительности сейсмометра к ускорениям от периода Т, Наиболее близким техническим решением является сейсмомстр, содержащий корпус, инертную массу, упругий элемент, преобразователь смещения, обмотку, расположенную в магните (3). В нем увеличение периода достигается за счет увеличения момента HHcpllèè с помощью отрицательной обратной связи по ускорению движения инертной массы. Период Т увеличивается по закону возрастания К, а чувствительность остается неизменной (см. формулы выше), т. е. эти устройства придают ссйсмометрам улучшенные фильтрующис свойства, полезные для выделения длиннопсриодных волн на фоне короткопериодных колебаний.

Целью изобретения является одновременное увеличение чувствительности и периода собственных колебаний вертикального сейсмометра.

Поставленная цель достигается тем, что упругий элемент разделен на две части и его точка деления жестко связана с одной из двух взаимоперемещающихся деталей датчика преобразователя смещений и с обмоткой, входящей в поле магнита, жестко связанного с корпусом сейсмометра, а вторая деталь датчика преобразователя смещений жестко связана с инертной массой, при этом выход преобразователя смещений подключен через корректирующие фильтры к обмотке, расположенной в поле магнита, по схеме обратной отрицательной связи между точкой деления упругого элемента и инертной массой.

Изобретение поясняется чертежом, Сейсмометр содержит инертную массу 1 подвешенную на пружине 2, Преобразователь смещений 3 имеет две взаимоперсмещаюшихся детали параметрического датчика (напрнмер, две пластины конденсатора, обмотка возбуждения и обмотка приема трансформаторного датчика, ферритовый или металлический стержень и обмотки измерительного моста индуктивного датчика и т. п.), каждый из которых жестко крепится к точкс деления пружины 2 на две части и к массе 1. Обмотка, жестко скрепленная с пружиной 2, и магнит, жестко скрепленный с корпусом прибора, образуют магнитоэлектрический преобразователь 4.

Сопротивления RI, R2 и конденсаторы Сь

С, являясь фильтрами, включены в цепь обратной связи между выходом преобразователя 3 и обмоткой магнитоэлсктрического преобразователя 4, образуя электромеханическую отрицательную обратную связь между массой 1 и точкой деления 2.

25 зо

Сейсмометр работает следующим образом.

При колебаниях корпуса прибора, установленного на грунте, возникают инсрционныс силы, смсщающис массу 1 относитель» о корпуса. Упруп»й элемент 2 растягивается IICIII сжимается в зависимости от знака смешения массы 1, »»оро>кдая относительное смещение точки деления упругого элсмснTB 2 II iv»clccb» 1, »;.ото1)ос I»3Mcp5»cTcsI iIpc0I5разователсм 3. Зг»сктричсск»»»» ток прсооразоиатсля 3, пропорциональный этому смещению, поступаст в обмотку преобразователя 4. Под действием тока обмотка, а вместе с ней и точка 3cz»cl»l»51 упругого элсмента 2, перемещаются. Направлс»шс тока и соотвстствующсс сму движение точки деления упругого элемента 2 выбрано таким образом, что образуется электромеханическая обратная связь между точкой деления упругого элемента 2 и массой 1, действие которой приводит к уменьшению относительного смещения точки деления упругого элемента 2 и массы 1. Следствием этого являются уменьшение упругости участка пружины 2, расположенного между точкой деления пружины и массой, увеличение чувствительности и периода собственных колебаний сейсмометра. Теоретическое рассмотрение описанного устройства приводит к следующей зависимости периода сейсмометра Т, от коэффициента отрицательной обратной связи lz:

T, = Т, Видно, что при росте !г дробь (1 - - й) стремится асимтотически к 1, (2 - lг) что свидетельствует о теоретической нсограничснной возможности увеличения периода и чувствительности предлагаемого ссйсмометра. Однако, предел существует и определяется инерционными свойствами узла части упругого элемента 2. При увеличении и влияние инерционности узла 2 возрастает и приводит к явлению проскакивания по инерции нуля относительного смсщения участка 2 и массы 1. Возникают паразитные высокочастотные колебания узла 2 около нуля, которые могут быть устранены применением фильтров типа RI, Сь

R» и С, в цепи обратной связи.

Макет предлагаемого сейсмометра испытывался в лабораторных условиях, Испытания показали полное соответствие с вышеизложенным. Так, на макете получено

10-кратное повышение чувствительности и более, чем 3-кратное увеличение периода собственных колебаний сейсмометра по сравнению с обычной механической системой сейсмометра или по сравнению с прототипом.

Формула изобретения г z

Составитель Т. Райкова

Техред О. Павлова

Редактор Т. Авдейчик

Корректор О. Силуянова

Заказ 2255!12 Изд. ¹ 515 Тираж 649 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4i5

Типография, пр. Сапунова. 2

Вертикальный сейсмометр, содержащий корпус, инертную массу, упругий элемент, преобразователь смещений, обмотку, расположенную в поле магнита, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью одновременного увеличения чувствительности и периода собственных колебаний сейсмометра, упругий элемент разделен на две части и его точка деления жестко связана с одной из двух взаимоперемещающихся деталей датчика преобразователя смещений и с обмоткой, входящей в поле магнита, жестко связанного с корпусом сейсмомстра, а вторая деталь датчика прсобразоватсля смещений жестко связана с инертной массой, прн этом выход преобразователя смещений подключен по схеме обратной отрицательной связи между точкой деления упругого элемента и инертной массой через корректирующие фильтры к обмотке, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ветчинкин Л. Н. «Электронный сейсмограф с емкостным датчиком» вЂ” «Изв. ЛН

СССР, сер. геофил.», М., 1962, № 4.

10 2. Agnew D., Berger 1., Buland R., Гаггсl! Ж, and Gilbert F. — International DepIogment of aculегоmetcrs: Л network fo.

Very l ong Period Seisnlolog EOS vol. 57, № 4, April 1976.

15 3. Рыков А. В., Забел1ш М. В., Давыдов В. И. «Длиннопериодная сейсмическая станция ДС-БП». — В сб. Сейсмические приборы, Наука, М., 1976, вып. 9, с. 6 — 9 (прототип) .