ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ СЕЙСМОПРИЕМНИК Российский патент 1997 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к виброизмерительной технике и может быть использовано в сейсмической разведке.

Эксплуатация сейсмоприемников требует их периодической калибровки. Под калибровкой сейсмоприемников обычно понимается определение их амплитудно-частотных характеристик.

Известны электродинамические сейсмоприемники, содержащие магнитную систему с кольцевым зазором, маятник, катушку, спирально-лучевые пружины и калибровочное устройство, выполненное в виде сооснорасположенной магнитной системы, установленной на маятнике, и цилиндрической катушки, закрепленной на корпусе [1]
В таких сейсмоприемниках калибровочная катушка находится в общем магнитном поле с рабочей обмоткой, что приводит к так называемому трансформаторному эффекту, который искажает калибровочный сигнал, снижая точность калибровки на 30-40%
Указанный недостаток устранен в электродинамическом сейсмоприемнике, описанном в [2] Достигнуто это тем, что калибровочное устройство установлено на преобразователе со стороны, противоположной кольцевому зазору магнита магнитной системы, симметрично относительно вертикальной оси прибора, на расстоянии не менее радиуса магнита от центра тяжести маятника.

Недостатки такого сейсмоприемника усложненность конструкции из-за наличия специального калибровочного устройства, необходимость учета влияния его амплитудно-частотной характеристики при калибровке.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является электродинамический сейсмоприемник, описанный в [3] Такой сейсмоприемник содержит магнитную систему, состоящую из корпуса и магнита с полюсными наконечниками, размещенными внутри корпуса, катушку с двумя последовательно соединенными обмотками, размещенную в промежутке между корпусом и полюсными наконечниками и подвешенную к магнитной системе на трех упругих элементах, например ирисовых пружинах, а при этом свободные выводы обмоток катушки подключены к одним концам первого и второго упругих элементов, другие концы которых являются выводами сейсмоприемника.

Конструкция такого сейсмоприемника не содержит калибровочного устройства. Поэтому для его калибровки требуется наличие специальной вибрационной установки.

Изобретение направлено на обеспечение возможности его калибровки без применения специальных калибровочных средств.

Это достигается тем, что в электродинамическом сейсмоприемнике, содержащем магнитную систему, состоящую из корпуса и магнита с полюсными наконечниками, размещенными внутри корпуса, две крышки, размещенные на корпусе, катушку с двумя обмотками, размещенную в промежутке между корпусом и полюсными наконечниками, и подвешенную к магнитной системе на трех упругих элементах, например ирисовых пружинах, причем первые выводы обмоток катушки подключены к одним концам первого и второго упругих элементов, другие концы которых являются первым и вторым выходами сейсмоприемника, который отличается от известного тем, что катушка подвешена к магнитной системе также на четвертом упругом элементе, вторые выводы обмоток катушки подключены к одним концам третьего и четвертого упругих элементов, другие концы которых являются третьим и четвертым выходами сейсмоприемника.

Кроме того, для оперативного переключения обмоток сейсмоприемник может содержать дополнительно переключатель, контакты которого соединены с его третьим и четвертым выходами.

На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого электродинамического сейсмоприемника; на фиг. 2 его электрическая схема.

Электродинамический сейсмоприемник содержит корпус 1, постоянный магнит 2 с полюсными наконечниками 3, две крышки 4, катушку 5 с идентичными обмотками 6 и 7, первый 8, второй 9, третий 10 и четвертый 11 упругие элементы, выполненные, например, на ирисовых пружинах, и изоляционные прокладки 12 и 13. В состав сейсмоприемника может входить переключатель 14 (не показан).

Постоянный магнит 2 с полюсными наконечниками 3 размещен внутри корпуса 1 и образует вместе с ним магнитную систему сейсмоприемника. Катушка 5 с обмотками 6 и 7 размещена в промежутке между корпусом 1 и полюсными наконечниками 3 и подвешена к магнитной системе на четырех упругих элементах 8-11, электрически изолированных друг от друга изоляционными прокладками (шайбами) 12 и 13, причем изоляционные прокладки 12 закаты между полюсными наконечниками 3 и крышками 4, обеспечивая жесткую механическую связь между ними и соответствующими концами упругих элементов 8-11.

Первые выводы обмоток 6 и 7 катушки 5 подключены к одним концам соответственно первого 8 и второго 9 упругих элементов, другие концы которых являются первым 15 и вторым 16 выходами сейсмоприемника.

Вторые выводы обмоток 6 и 7 катушки 5 подключены к одним концам соответственно третьего 10 и четвертого 11 упругих элементов, другие концы которых являются третьим 17 и четвертым 18 выходам сейсмоприемника и соединены с первыми контактами 19 переключателя 14, вторые контакты 20 которого подключены к дополнительным выводам 21 и 22 сейсмоприемника.

Каждая из крышек 4, установленная на корпусе 1, имеет по паре сквозных отверстий для укладки сигнальных проводов 23 сейсмоприемника.

Переключатель 14 сейсмоприемника предназначен лишь для оперативной перекоммутации обмоток 6 и 7 катушки 5. В общем случае возможна замена переключателя 14 на зажимы (клеммы) с перемычками. Возможна также перепайка выводов сейсмоприемника при смене режимов его работы.

Работе сейсмоприемника может осуществляться в двух режимах: в режиме калибровки и рабочем режиме.

При работе сейсмоприемника в режиме калибровки замыкаются контакты 19 и 20 переключателя 14 таким образом, как показано на фиг. 3а (раздельное включение обмоток 6 и 7).

В одну из обмоток катушки 5, например, обмотку 6, через соответствующие вход 15 и вывод 21 с внешнего генератора (не показан) подается синусоидальный сигнал U_вх определенной частоты и амплитуды. В результате вокруг обмотки 6 образуется полем постоянного магнита 2, заставляет катушку 5 совершать колебательные движения. Колебания катушки 5, в свою очередь, наводят ЭДС индукции в другой обмотке катушки 5 обмотке 7. Данная ЭДС в качестве выходного сигнала U_вых. сейсмоприемника регистрируется (измеряется) внешним приборам, например осциллографом (не показан), подключенным к выходу 16 и выводу 22.

Аналогичные измерения проводятся при различных частотах входного сигнала U_вх, сохраняя при этом его амплитуду постоянной (U_вх.= const).

Процесс калибровки завершается построением амплитудно-частотной характеристики сейсмоприемника определяется зависимости U_вых/U_вх. от частоты входного сигнала, ее исследованием, определением верхней и нижней границ частотного диапазона сейсмоприемника, анализом неравномерности полученной амплитудно-частотной характеристики и сравнением ее с требуемой амплитудно-частотной характеристики и т.п.

В рабочем режиме замыкаются контакты 19 и 20 переключателя 14 таким образом, как показано на фиг. 2б (последовательное включение обмоток), сейсмоприемник устанавливается на исследуемый объект. Выходные сигналы сейсмоприемника снимаются с выхода 15 и 15 и регистрируются специальным прибором (не показан). Выводы 21 и 22 в этом режиме работы не используются.

Таким образом, в предлагаемом сейсмоприемнике достигнута возможность его калибровки без использования специальных калибровочных устройств в его конструкции. Не требуется также использования при этом специальных вибрационных стендов (столов).

Автором изготовлен и испытан опытный образец предлагаемого сейсмоприемника со следующими основными параметрами: сопротивление двухсекционной обмотки постоянному току 780 • 2 1560 Ом, частота собственных колебаний 1,5 Гц, коэффициент преобразования 250 В•м^-1, коэффициент затухания 0,6. При подаче на одну из секций обмотки от генератора Г6 37 напряжения с амплитудой U_вх. 1,25 В в диапазоне частот 5-50 Гц замеры на другой секции составили U_вых. 1,18-1,21 В.

Изготовленный образец испытывался на столе 4815 вибростенда 4805 фирмы Брюль и Кьер при виброскорости 0,005 м/с. В диапазоне частот 5-50 Гц выходной сигнал сейсмоприемника был в пределах 1,23-1,27 В.

Разница замеров при использовании одной из секций обмотки сейсмоприемника в качестве калибровочной и традиционном методе "сейсмоприемник вибростенд" не превысил 0,6 дБ.

Из вышеизложенного следует, что сущность данного изобретения заключается в использовании свойств самого сейсмоприемника для проведения его калибровки. При этом автору не известны случаи аналогичного решения технической задачи. Анализ работ [1-3] показал, что оно не известно из уровня техники. Это позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "новизна". В то же время можно отметить, что это решение для специалиста явным образом не вытекает из уровня техники, а существенные признаки, приведенные в отличительной части формулы изобретения, не обнаруживаются в решениях аналогах. В самом деле, для калибровки известных сейсмоприемников ими используются вибрационные стенды, или в конструкции самого сейсмоприемника предусматривается специальное калибровочное устройство. В заявляемом решении для целей калибровки используется его рабочие обмотки. Указанное обеспечивает по мнению автора, соответствие его критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый сейсмоприемник можно использовать в различных областях науки и техники. В частности, разработанный и изготовленный автором образец будет использован при исследовании сейсмической обстановки в районе размещения атомной электростанции.

Использование: относится к виброизмерительной технике и может быть использовано в сейсмической разведке. Сущность изобретения: устройство содержит магнитную систему, состоящую из корпуса и магнита с полюсными наконечниками, размещенными внутри корпуса, две крышки, размещенные внутри корпуса, катушку с двумя обмотками, размещенную в промежутке между корпусом и полюсными наконечниками и подвешенную к магнитной системе на трех упругих элементах, например, ирисовых пружинах, причем первые выводы обмоток катушки подключены к одним концам первого и второго упругих элементов, другие концы которых являются первым и вторым выходами сейсмоприемника. Для обеспечения возможности калибровки катушка подвешена к магнитной системе также на четвертом упругом элементе, вторые выводы обмоток катушки подключены к одним концам третьего и четвертого упругих элементов, другие концы которых являются третьим и четвертым выходами сейсмоприемника. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электродинамический сейсмоприемник, содержащий магнитную систему, состоящую из корпуса и магнита с полюсными наконечниками, размещенными в корпусе, две крышки, размещенные на корпусе, катушку с двумя обмотками, размещенную в промежутке между корпусом и полюсными наконечниками и подвешенную к магнитной системе на трех упругих элементах, например ирисовых пружинах, причем первые выводы обмоток катушки подключены к одним концам первого и второго упругих элементов, другие концы которых являются первым и вторым выходами сейсмоприемника, отличающийся тем, что катушка подвешена к магнитной системе также на четвертом упругом элементе, вторые выводы обмоток катушки подключены к одним концам третьего и четвертого упругих элементов, другие концы которых являются третьим и четвертым выходами сейсмоприемника. 2. Сейсмоприемник по п. 1, отличающийся тем, что он содержит дополнительно переключатель, контакты которого соединены с его третьим и четвертым выходами.