СЕЙСМОГРАФ Российский патент 2003 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в средствах регистрации горизонтальных колебаний грунта, генерируемых сейсмическими волнами от естественных и искусственных источников (землетрясений, извержений вулканов, взрывов, техногенных катастроф и др.).

Известны устройства - сейсмографы, включающие в себя маятниковую систему, состоящую из инертной массы и плеча, закрепленного на оси качаний, преобразователя колебаний в электрический сигнал и электрический усилитель [1].

Наиболее близким по техническим признакам к настоящему сейсмографу является горизонтальный сейсмограф К-212-С2, кинематическая схема которого изображена на фиг.1, в котором плечо инертной массы М, определяющее период собственных колебаний, смещено относительно горизонта (оси OY) на некоторый угол α. Угол α позволяет увеличить период собственных колебаний маятника по сравнению с вертикальным маятником, где угол α=90^o. Задача настройки данного сейсмографа сводится к установке угла α, по величине приближающегося к нулю, но не равного ему, причем чем меньше угол α, тем период собственных колебаний маятника Т больше. В случае, когда угол α=0, маятниковая система переходит в неустойчивое состояние, при котором происходят "завалы" плеча ОМ и настройка такого устройства невозможна.

При внешнем механическом воздействии на маятниковую систему она выходит из состояния равновесия и возвращается в исходное положение, совершая колебательные движения.

В дальнейшем изменяющееся в соответствии с колебаниями грунта напряжение усиливается электрическим усилителем и регистрируется самописцем или иным регистратором.

Недостатком данного сейсмографа является то, что с его помощью невозможно получить значительные периоды собственных колебаний, необходимых для измерения величины смещения грунта, поскольку периоды последних в известных устройствах соизмеримы с периодами колебаний грунта [2].

Задачей изобретения является создание горизонтального сейсмографа, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в увеличении периода собственных колебаний маятника. Этот технический результат в предлагаемом сейсмографе, содержащем инертную массу М и ее плечо до оси качаний R₁, преобразователь колебаний маятниковой системы в электрический сигнал С и усилитель электрического сигнала, достигается тем, что в продолжение плеча R₁ через ось качания О устанавливается продленное плечо R₂ с магнитом m на конце. Снизу от магнита располагается фрагмент цилиндрической поверхности вращения S из магнитомягкого материала с радиусом несколько большим, чем продленное плечо R₂, скрепленный с корпусом. Больший радиус необходим для того, чтобы при работе магнит m не прикасался к цилиндрической поверхности вращения S. Установление положения равновесия достигается при равенстве сил F₁, определяемой силой тяжести инертной массы, и вертикальной составляющей силы притяжения магнита m к цилиндрической поверхности вращения F₂. При этом необходимо, чтобы масса магнита m была значительно меньше инертной массы М, которая должна обладать инерционными свойствами.

Сущность изобретения поясняется фиг.2, где изображены инертная масса М, ее плечо до оси качаний R₁, преобразователь колебаний маятниковой системы в электрический сигнал С, ось качания О, продленное плечо R₂, магнит m, фрагмент цилиндрической поверхности вращения S.

Устройство работает следующим образом. При колебаниях грунта инертная масса М выходит из положения равновесия. Возврат массы М в исходное положение - к середине цилиндрической поверхности вращения - осуществляется за счет краевого магнитного эффекта, то есть одинаковым и незначительным по величине притяжением магнита m к краям цилиндрической поверхности вращения.

Таким образом, время возврата в исходное положение инертной массы М оказывается более медленным чем в традиционном горизонтальном сейсмографе, и период колебаний при этом естественно увеличивается.

Сравнительный анализ с прототипом показал, что заявленное изобретение позволяет увеличить период собственных колебаний маятника за счет продленного плеча с магнитом на конце и цилиндрической поверхности вращения, выполненной из магнитомягкого материала, что было невозможно в прототипе.

Следовательно, техническое решение соответствует критерию "новизна".

Кроме того, так как заявленный технический результат достигается введением всей совокупности существенных признаков, что в известной патентной и научной литературе не обнаружено на дату подачи заявки, изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Источники информации
1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации изделия (сейсмографа) К-212-С2. /ДБИ 2.787.007 ТО. - М., 1981, с.7-14.

2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации изделия (сейсмографа) К-212-С2. /ДБИ 2.787.007 ТО. - М., 1981, с.4-5, 29а-30.

Использование: в средствах регистрации горизонтальных колебаний грунта, генерируемых сейсмическими волнами от источников естественного и искусственного происхождения. Сущность: устройство содержит горизонтальный сейсмограф с продленным плечом маятника с магнитом на его конце и фрагмент магнитомягкой цилиндрической поверхности вращения, радиусом, несколько большим радиуса вращения магнита, скрепленный с корпусом и установленный ниже магнита. Ось цилиндрической поверхности совпадает с осью качаний маятника. Технический результат: увеличение периода собственных колебаний маятниковой системы, что существенно для регистрации смещений грунта, возникающих при прохождении сейсмических волн. 2 ил.

Сейсмограф, содержащий инертную массу и ее плечо до оси качаний, преобразователь колебаний маятниковой системы в электрический сигнал и усилитель электрического сигнала, отличающийся тем, что в него введено продленное плечо маятника с магнитом на его конце, причем масса магнита значительно меньше инертной массы, обладающей инерционными свойствами, и фрагмент магнитомягкой цилиндрической поверхности вращения радиусом, большим радиуса вращения магнита, скрепленный с корпусом, установленный ниже магнита, причем ось цилиндрической поверхности совпадает с осью качаний маятника.