МИКРОБАРОГРАФ Российский патент 1996 года по МПК G01L7/22 

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и предназначено для регистрации высокочастотных изменений плотности атмосферы с целью прогнозирования землетрясений, обнаружения искусственных возмущений атмосферы, оконтуривания газо-нефтяных месторождений и излучения изменений плотности атмосферы на показания геофизических приборов и земную поверхность.

Известен микробарограф, содержащий корпус, барометрический датчик, фотоэлектрический преобразователь, отсчетное устройство и регистратор [1] Причем в барометрический датчик, состоящий из рамки, нитей подвеса, зеркала датчика, коромысла и пустотелого герметичного шара, жестко закрепленного на один из концов коромысла, введена пружина, упругий момент которой скомпенсирован упругим моментом закрученных нитей подвеса датчика, связанная одним концом через рычаг с зеркалом датчика, а другим концом жестко скрепленная с корпусом, и противовес, расположенный на втором конце коромысла датчика и состоящий из резьбовой втулки со смещающимися по ней тремя гайками. Однако этот микробарограф регистрирует не только короткопериодные, но и длиннопериодные изменения плотности атмосферы. Это ограничивает увеличение его чувствительности.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является микробарограф, содержащий основание, барометрический датчик в виде полого шара с коромыслом, на котором закреплен противовес и подвижный конец измерительной пружины, фотоэлектрический преобразователь, отсчетное устройство и регистратор [2] Причем, с целью повышения чувствительности и упрощения конструкции, противовес барометрического датчика выполнен в виде шторки фотоэлектрического преобразователя, измерительная пружина снабжена микрометрическим винтом, а в барометрический датчик введен вертикально установленный капилляр, нижний конец которого сообщен с плотностью шара, а верхний с контролируемой средой. Микробарограф не регистрирует длиннопериодные изменения плотности атмосферы, что позволяет получить большое увеличение чувствительности при регистрации короткопериодного изменения плотности атмосферы. Однако, при этом большая чувствительность достигается лишь для узкой полосы высокочастотных изменений плотности атмосферы и наблюдается значительный дрейф нульпункта прибора. Это является недостатком микробарографа.

Целью изобретения является увеличение полосы регистрируемых при высокой чувствительности высокочастотных изменений плотности атмосферы и полная компенсация дрейфа нульпункта прибора.

Поставленная цель достигается тем, что в микробарограф, включающий корпус, в котором размещены барометрический датчик, содержащий первый полый шар с вертикально установленным капилляром, нижний конец которого сообщен с полостью шара, а верхний с контролируемой средой, закрепленный на одном конце коромысла, подвешенного на упругих нитях в монтажной рамке, на другом конце которого закреплен противовес выполненный в виде шторки фотоэлектрического преобразователя, измерительная пружина, один конец которой закреплен на коромысле, а второй связан с микрометрическим винтом отсчетного устройства, а также включающий регистратор, связанный с фотоэлектрическим преобразователем, в барометрический датчик введены закрепленные на конце коромысла дополнительные полые шары с вертикально установленными капиллярами, нижние концы которых сообщены с полостями шаров, а верхние с контролируемой средой, и компенсационная пружина, один конец которой связан с коромыслом, а другой с монтажной рамкой, причем, компенсационная и измерительная пружина изготовлены из одинакового материала, пружины закреплены на противоположных плечах коромысла симметрично относительно нитей подвеса, упругие моменты пружин одинаковы и имеют противоположное направление относительно нитей подвеса, которые в исходном положении не закручены, при этом капилляры полых шаров выполнены с различными диаметрами.

Конструкция микробарографа изображена на чертеже.

В монтажной рамке 1, жестко закрепленной на корпусе прибора (на чертеже не показан) на упругих не закрученных нитях 2 подвешено коромысло 3 горизонтально расположенное, на одном конце которого закреплены полые шары 4 с капиллярами различных диаметров 5, установленных вертикально. Нижние концы капилляров сообщаются с полостью шаров, а верхние с контролируемой средой. На другом конце коромысла закреплен противовес 6, выполненный в виде шторки фотоэлектрического преобразователя. По центру шторки выполнено прямоугольное отверстие 7. С одной стороны шторки, симметрично отверстию 7 размещен светодиод 8, с другой дифференциальный фотоэлемент 9 фотоэлектрического преобразователя. Светодиод и фотоэлемент при помощи технологического стержня жестко соединены с монтажной рамкой. Нижние концы компенсационной 10 и измерительной 11 пружин закреплены на коромысле симметрично относительно нитей подвеса. Верхний конец компенсационной пружины при помощи технологического стержня связан с монтажной рамкой, а верхний конец измерительной пружины с микрометрическим винтом 12 отсчетного устройства. В цель дифференциального фотоэлемента подключен регистратор 13.

В исходном положении барометрический датчик настраивается при помощи измерительной пружины таким образом, чтобы ток в цепи фотоэлемента был равен нулю. При этом составляющие фотоэлемента освещены световым потоком светодиода одинаково. Так как объемные и весовые моменты барометрического датчика при его изготовлении относительно нитей подвеса равны, то при наличии капилляров микробарограф не может регистрировать длиннопериодные изменения плотности атмосферы объемные и весовые моменты за большие промежутки времени успевают выравниваться. При возникновении короткопериодных изменений атмосферы происходит нарушение равенства как объемных, так и весовых моментов датчика, коромысло начинает отклоняться от положения равновесия в зависимости от знака изменения плотности атмосферы. При этом будут изменяться площади освещения и в цепи фотоэлемента появляется разностный ток, который будет регистрироваться на регистраторе. Пусть плотность контролируемой среды уменьшилась, тогда за счет разности плотностей воздуха внутри шаров и вне их возникает разностный момент шаров, а также разностный объемный момент того же знака. При этом, вследствие выравнивания плотности воздуха внутри шаров относительно плотности контролируемой среды, возникает реактивная сила вытекающей из шаров через капилляры части воздуха, которая приводит к дополнительному моменту того же знака. Сумма этих трех моментов приведет к отклонению коромысла конец коромысла, на котором закреплены шары, отклонится вниз. Каждый из шаров коромысла будет реагировать в большей степени на определенную полосу частот изменения плотности контролируемой среды чем больше диаметр капилляра шара, тем выше полоса частот, которую будет регистрировать прибор. Подбором диаметров шаров и их количества можно добиться уверенной регистрации высокочастотных изменений плотности контролируемой среды в широких пределах - от 10 до 0,001 Гц.

По сравнению с прототипом предложенный микробарограф обладает следующими преимуществами:
1) Значительно увеличена полоса регистрируемых высокочастотных изменений плотности атмосферы.

2) Достигается полная компенсация дрейфа нульпункта микробарографа.

Использование: в микробарографии для регистрации высокочастотных изменений плотности атмосферы с целью прогнозирования землетрясений, обнаружения искусственных возмущений атмосферы и т.п. Сущность изобретения: с целью увеличения диапазона измерений и компенсации дрейфа нуля прибора, микробарограф включает барометрический датчик, содержащий полые шары 4 с вертикально установленными капиллярами 5, закрепленные на одном конце коромысла 3, подвешенного на упругих нитях 2 в монтажной рамке 1, на другом конце которого закреплен противовес 6, выполненный в виде шторки фотоэлектрического преобразователя, и измерительную 11 и компенсационную 10 пружины, а также включает регистратор 13, связанный с фотоэлектрическим преобразователем. Компенсационная 10 и измерительная 11 пружины изготовлены из одинакового материала, пружины закреплены на противоположных плечах коромысла 3 симметрично относительно нитей 2 подвеса, упругие моменты пружин одинаковы и имеют противоположное напряжение относительно нитей подвеса, которые в исходном положении не закручены, при этом капилляры 5 полых шаров 4 выполнены с различными диаметрами. 1 ил.

Микробарограф, включающий корпус, в котором размещены барометрический датчик, содержащий первый полый шар с вертикально установленным капилляром, нижний конец которого сообщен с полостью шара, а верхний с контролируемой средой, закрепленный на одном конце коромысла, подвешенного на упругих нитях в монтажной рамке, на другом конце которого закреплен противовес, выполненный в виде шторки фотоэлектрического преобразователя, и измерительная пружина, один конец которой закреплен на коромысле, а второй связан с микрометрическим винтом отсчетного устройства, а также включающий регистратор, связанный с фотоэлектрическим преобразователем, отличающийся тем, что в барометрический датчик введены закрепленные на конце коромысла дополнительные полые шары с вертикально установленными капиллярами, нижние концы которых сообщены с полостями шаров, а верхние с контролируемой средой, и компенсационная пружина, один конец которой связан с коромыслом, а другой с монтажной рамкой, причем компенсационная и измерительная пружина изготовлены из одинакового материала, пружины закреплены на противоположных плечах коромысла симметрично относительно нитей подвеса, упругие моменты пружин одинаковы и имеют противоположное направление относительно нитей подвеса, которые в исходном положении не закручены, при этом капилляры полых шаров выполнены с различными диаметрами.