СЕЙСМОГРАФ Российский патент 2005 года по МПК G01V1/18 

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.).

Известно устройство - сейсмограф, содержащий инертную массу и ее плечо до оси качаний, преобразователь колебаний маятниковой системы в электрический сигнал и усилитель электрического сигнала с введенным продленным плечом маятника с магнитом на его конце, причем, масса магнита должна быть значительно меньше инертной массы, которая должна обладать 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. [1].

Недостатком данного сейсмографа является то, что при установлении положения равновесия кроме вертикальной составляющей силы притяжения магнита к фрагменту магнитомягкой поверхности вращения действует горизонтальная составляющая, существенно влияющая на элементы подвеса и могущая повредить их.

Задачей изобретения является создание сейсмографа, позволяющего устранить деформирующее влияние горизонтальной составляющей силы притяжения магнита к магнитомягкой поверхности вращения на элементы подвеса маятника, что обеспечит получение технического результата, состоящего в повышении надежности работы сейсмографа при одновременном сохранении увеличения периода собственных колебаний. Этот технический результат в предлагаемом сейсмографе, содержащем инертную массу 1 и ее плечо до оси качаний 2, преобразователь колебаний маятниковой системы в электрический сигнал 3 и усилитель электрического сигнала, достигается тем, что в продолжение плеча 2 через ось качания 4 устанавливается продленное плечо 5 с фрагментом магнитомягкой цилиндрической поверхности вращения 7 на его конце, с радиусом, равным продленному плечу маятника. Под цилиндрической поверхностью вращения 7 установлена скрепленная с корпусом цилиндрическая магнитная система Ш-образного сечения 6 в виде сборки постоянного магнита цилиндрической формы, включенного в цилиндрическое ярмо из магнитомягкого материала, причем ось цилиндрической магнитной системы находится на расстоянии радиуса продленного плеча маятника (фиг.1).

Установление положения равновесия достигается при равенстве сил 8, определяемой силой тяжести инертной массы и силы притяжения цилиндрической поверхности вращения 7 к магнитной системе 9. При этом необходимо, чтобы масса цилиндрической поверхности вращения 7 была значительно меньше инертной массы 1, которая должна обладать инерционными свойствами.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображены: инертная масса 1, ее плечо до оси качаний 2, преобразователь колебаний маятниковой системы в электрический сигнал 3, ось качания 4, продленное плечо 5, магнитная система 6, фрагмент цилиндрической поверхности вращения 7. Действие магнитных сил поясняется чертежом, где на фиг.2 изображено Ш-образное сечение магнитной системы 4 и цилиндрической поверхности вращения 5 и действие магнитных сил.

Устройство работает следующим образом. При колебаниях грунта инертная масса 1 выходит из положения равновесия. Возврат массы 1 в исходное положение осуществляется за счет краевого магнитного эффекта, то есть одинаковым и незначительным по величине притяжением концов цилиндрической поверхности вращения 7 к цилиндрической магнитной системе 6. При этом примагничивания фрагмента цилиндрической поверхности 7 к цилиндрической магнитной системе 6 не происходит. Если сердцевина магнитной системы 4 (фиг.2), выполненная из постоянного магнита, имеет сверху полюс N, то верх ярма магнитной системы, выполненного из магнитомягкого материала, будет иметь соответственно полюс S. Сердцевина имеет меньшие размеры, чем ярмо магнитной системы 4, вследствие чего влияние ярма магнитной системы на нижний край цилиндрической поверхности вращения будет большим, чем сердцевины, и нижний край поверхности 5 будет иметь полюс N, как и сердцевина. Таким образом, за счет одинакового притяжения нижнего края поверхности 5 к верхним краям ярма магнитной системы 4 происходит центрирование поверхности 5 посередине магнитной системы вследствие взаимной компенсации горизонтальных противоположных составляющих вектора силы притяжения фрагмента цилиндрической поверхности вращения к ярму 1, исключая тем самым горизонтальную составляющую силы притяжения магнита к фрагменту поверхности вращения, действующей на элементы подвеса маятника в прототипе. При этом при настройке и работе не происходит примагничивания поверхности 5 к магнитной системе 4, так как по мере приближения нижнего края поверхности 5 к магнитной системе увеличивается отталкивающая сила центрального постоянного магнита 2 и при равенстве вертикальных сил притяжения 3 и отталкивания 2 фрагмент цилиндрической поверхности вращения занимает стабильное положение в вертикальном направлении, при этом уравновешивая силу, определяемую силой тяжести инертной массы. Кроме того, при настройке, для установки сейсмографа в положение равновесия обоих плеч, необходимо предусмотреть возможность смещения магнитной системы 4 в горизонтальной плоскости вдоль плеча маятника и в вертикальной плоскости параллельно оси качания.

Сравнительный анализ с прототипом показал, что заявленное изобретение, за счет введения продленного плеча маятника с фрагментом магнитомягкой цилиндрической поверхности вращения на его конце и скрепленной с корпусом цилиндрической магнитной системы Ш-образного сечения в виде сборки центрального постоянного магнита цилиндрической формы, включенного в цилиндрическое ярмо из магнитомягкого материала, позволяет увеличить период собственных колебаний и повысить надежность элементов подвеса сейсмографа, 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

Патент РФ № 2208816 от 20.07.2003 Сейсмограф / В.В.Круглов, Е.А.Лапицкий, А.С.Шушлебин.

Сейсмограф относится к области измерительной техники и может быть использован в средствах регистрации горизонтальных колебаний грунта, генерируемых сейсмическими волнами от источников естественного и искусственного происхождения. Сейсмограф содержит инертную массу и ее плечо до оси качаний, продленное плечо маятника с фрагментом магнитомягкой цилиндрической поверхности вращения на его конце с радиусом, равным продленному плечу маятника. Масса магнитомягкой цилиндрической поверхности вращения значительно меньше инертной массы. Сейсмограф также содержит цилиндрическую магнитную систему Ш-образного сечения в виде сборки центрального постоянного магнита цилиндрической формы, включенного в цилиндрическое ярмо из магнитомягкого материала, преобразователь колебаний маятниковой системы в электрический сигнал и усилитель электрического сигнала. Технический результат: повышение надежности работы сейсмографа при одновременном сохранении увеличения периода собственных колебаний. 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 фрагментом магнитомягкой цилиндрической поверхности вращения на его конце с радиусом, равным продленному плечу маятника, причем масса магнитомягкой цилиндрической поверхности вращения должна быть значительно меньше инертной массы, и введена цилиндрическая магнитная система Ш-образного сечения в виде сборки центрального постоянного магнита цилиндрической формы, включенного в цилиндрическое ярмо из магнитомягкого материала, ось которой находится на расстоянии радиуса продленного плеча маятника, скрепленная с корпусом и установленная под фрагментом цилиндрической поверхности вращения.