СЕЙСМОПРИЕМНИК Российский патент 1998 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к сейсмометрии и может быть использовано для приема и преобразования сейсмических сигналов в электрический сигнал.

Известен сейсмоприемник, содержащий основание, корпус с преобразователем линейного перемещения в электрический сигнал, опорные элементы, закрепленные на корпусе, упругой элемент и калибратор в виде устройства для перемещения чувствительного элемента преобразователя относительно корпуса [1]. В сейсмоприемнике калибровочное воздействие приложено к чувствительному элементу преобразователя, что ограничивает амплитудный и частотный диапазоны измерений из-за невозможности использования высокочувствительных и широкодиапазонных преобразователей линейного перемещения с герметичным корпусом и жидкостным чувствительным элементом, например молекулярно-электронных.

Известен также сейсмоприемник, содержащий основание, корпус с преобразователем линейного перемещения в электрический сигнал, опорные элементы, закрепленные на корпусе, упругий элемент, установленный между корпусом и основанием, и калибратор в виде устройства для перемещения корпуса относительно основания [2]. В сейсмоприемнике калибровочное воздействие приложено к корпусу с преобразователем линейного перемещения, это не требует в режиме калибровки контакта с чувствительным элементом и позволяет использовать преобразователи с герметичным корпусом и жидкостным чувствительным элементом, например молекулярно-электронные, что расширяет диапазон измерений.

Недостатком известного сейсмоприемника является ограничение частного диапазона и снижение точности измерений в области верхних частот из-за нежесткого соединения корпуса с основанием через упругий элемент и пьезокалибратор и, следовательно, неидентичности перемещения корпуса с преобразователем и основания при воздействии на последний сейсмического сигнала. Кроме того, поскольку корпус с преобразователем линейного перемещения установлен непосредственно на пьезокалибраторе, ударное воздействие на основание при транспортировке или эксплуатации сейсмоприемника приводит к выходу из строя пьезокалибратора (поломке хрупких пьезокерамических пластин), что снижает надежность сейсмоприемника.

Задачей изобретения является повышение точности, расширение частотного диапазона измерений и повышение надежности.

Поставленная задача решается тем, что в сейсмоприемнике, содержащем основание, корпус с преобразователем линейного перемещения в электрический сигнал, опорные элементы, закрепленные на корпусе, упругий элемент, установленный между корпусом и основанием, и калибратор в виде устройства для перемещения корпуса относительно основания, опорные элементы расположены в горизонтальной плоскости, совмещенной с центром масс корпуса, при этом два элемента расположены также в вертикальной плоскости, совмещенной с центром масс корпуса, а третий - на его периферии, калибратор выполнен в виде устройства для углового перемещения корпуса относительно основания.

На чертеже представлена схема предлагаемого сейсмоприемника, например, для преобразования горизонтальной составляющей сейсмического сигнала.

Сейсмоприемник содержит основание 1, корпус 2 с преобразователем 3 линейного перемещения в электрический сигнал, опорные элементы 4, 5 и 6, закрепленные на корпусе 2 и расположенные в горизонтальной плоскости 7, совмещенной с центром масс (ц.м.) корпуса 2, при этом элементы 4 и 5 расположены также в вертикальной плоскости 8, совмещенной с центром масс (ц.м.) корпуса 2, а элемент 6 - на периферии корпуса 2, упругий элемент 9, установленный между корпусом 2 и основанием 1, и калибратор. Упругий элемент 9 выполнен в виде, например, пружины сжатия и расположен таким образом, что обеспечивает в режиме приема постоянный поджим опорного элемента 6 к основанию 1. Калибратор выполнен в виде, например, бесконтактного электромагнитного устройства и состоит из цилиндрического постоянного магнита 10, закрепленного на корпусе 2, и катушки 11, закрепленной на основании 1 и охватывающий магнит 10. Обмотка катушки 11 подключена к источнику 12 постоянного и переменного регулируемого напряжения. Преобразователь 3 может быть выполнен в виде высокочувствительного и широкодиапазонного молекулярно-электронного преобразователя с герметичным корпусом и жидкостным чувствительным элементом для преобразования, например, горизонтальной составляющей сейсмического сигнала в электрический сигнал (см. Введение в молекулярную электронику. /Под ред. П.С.Лидоренко. М.: Энергоатомиздат, 1984, с. 235).

На чертеже обозначены: стрелка А - направление поворота корпуса 2 вокруг линии пересечения плоскостей 7 и 8, стрелка Б - направление угловых гармонических перемещений корпуса 2 вокруг линии пересечения плоскостей 7 и 8.

Устройство работает следующим образом. Сейсмический сигнал через основание 1, опорные элементы 4, 5, 6 и корпус 2 воздействует на преобразователь 3. Горизонтальная составляющая сейсмического сигнала за счет инерционных свойств жидкого чувствительного элемента молекулярно-электронного преобразователя 3 преобразуется в пропорциональный электрический сигнал. Поскольку центр масс корпуса 2 совмещен с линией пересечения плоскостей 7 и 8, проходящей через опорные элементы 4 и 5, то воздействие линейных составляющих сейсмического сигнала во всем диапазоне измерений не приводит к относительному перемещению основания 1 и корпуса 2 и не искажает параметры сейсмического воздействия. Упругий элемент 9 установлен таким образом, что обеспечивает в режиме приема постоянный контакт опорного элемента 6 с основанием 1 в диапазоне предельных угловых составляющих сейсмического сигнала и предельных отклонений центра масс корпуса 2 от линии пересечения плоскостей 7 и 8, возникающих при изготовлении и эксплуатации сейсмоприемника.

В режиме калибровки в обмотку катушки подается постоянное напряжение от источника 12. В результате электромагнитного взаимодействия магнит 10 втягивается в катушку 11, сжимает упругий элемент 9 и поворачивает корпус 2 вокруг линии пересечения плоскостей 7 и 8 на фиксированный угол в направлении стрелки А (против часовой стрелки). В обмотку катушки 11 от источника 12 подается переменное напряжение, изменяющееся по гармоническому закону, с заданными амплитудой и частотой. При этом корпус 2 в результате электромагнитного взаимодействия магнита 10 и переменного магнитного поля катушки 11 совершает угловые гармонические перемещения вокруг линии пересечения плоскостей 7 и 8 по стрелке Б. На жидкость чувствительного элемента преобразователя 3 воздействует переменное ускорение, пропорциональное изменению проекции ускорения свободного падения на измерительную ось преобразователя 3 и эквивалентное инерционному воздействию при сейсмическом сигнале, которое преобразуется в электрический сигнал. Изменяя амплитуду и частоту напряжения от источника 12, проводят калибровку сейсмоприемника в заданных диапазонах параметров сейсмических сигналов. После окончания калибровки обмотку катушки 11 отключают от источника 12, корпус 2 под действием упругого элемента 9 поворачивается в опорах 4 и 5 по часовой стрелке до соприкосновения опоры 6 с основанием 1. Сейсмоприемник готов к приему сейсмических сигналов.

В корпусе 2 могут быть установлены преобразователь 3 вертикальной составляющей сейсмического сигнала при вертикальном положении его измерительной оси либо три симметричных однокомпонентных преобразователя, образующих систему трехкомпонентного приема сейсмических сигналов (см. прототип). При этом принципиальная схема сейсмоприемника и методика его калибровки не изменяются.

Жесткая связь корпуса 2 с основанием 1 через опорные элементы 4, 5 и 6 расширяет частотный диапазон измерений сейсмоприемника в области верхних частот и обеспечивает идентичность передачи сейсмического сигнала от основания 1 к преобразователю 3, что повышает точность измерений.

Отсутствие механической связи калибратора и основания 1 исключает выход из строя (поломку) калибратора при ударных воздействиях на основание 1 в процессе транспортирования и эксплуатации сейсмоприемника, что повышает его надежность.

Изобретение относится к сейсмометрии, в частности к приемникам сейсмических сигналов, и может быть использовано в сетях сейсмических наблюдений. Сущность изобретения: сейсмоприемник содержит основание, корпус с преобразователем линейного перемещения в электрический сигнал, упругий элемент, опорные элементы и калибратор. Три опорных элемента расположены в горизонтальной плоскости, совмещенной с центром масс корпуса, при этом два из них расположены также в вертикальной плоскости, совмещенной с центром масс корпуса, а третий - на его периферии. Калибратор выполнен в виде устройства для углового перемещения корпуса относительно основания вокруг линии пересечения горизонтальной и вертикальной плоскостей. 1 ил.

Сейсмоприемник, содержащий основание, корпус с преобразователем линейного перемещения в электрический сигнал, опорные элементы, закрепленные на корпусе, упругий элемент, установленный между корпусом и основанием, и калибратор в виде устройства для перемещения корпуса относительно основания, отличающийся тем, что опорные элементы расположены в горизонтальной плоскости, совмещенной с центром масс корпуса, при этом два элемента расположены также в вертикальной плоскости, совмещенной с центром масс корпуса, а третий на его периферии, а калибратор выполнен в виде устройства для углового перемещения корпуса относительно основания.