СЕЙСМОГРАФ Российский патент 2007 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 по оси качаний, 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, преобразователь колебаний маятниковой системы в электрический сигнал и усилитель электрического сигнала [1].

Недостатком данного сейсмографа является то, что кроме вертикальной составляющей силы притяжения фрагмента магнитомягкой поверхности вращения к Ш-образной цилиндрической магнитной системе при отклонениях от положения равновесия действует боковая составляющая, появляющаяся вследствие действия краевого магнитного эффекта, что существенно влияет на элементы подвеса и может повредить их.

Задачей изобретения является создание сейсмографа, позволяющего устранить деформирующее влияние боковой составляющей силы притяжения магнитомягкой поверхности вращения к Ш-образной цилиндрической магнитной системе 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 магнитомягким кольцом 7, скрепленным внутренней стороной с концом продленного плеча, причем в нижнем крае кольца в месте соединения его с плечом 5 имеется расширенное утолщение, и радиусом, равным ему. Под магнитомягким кольцом 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 силы 8, определяемой силой тяжести инертной массы, и силы притяжения магнитомягкого кольца 7 к магнитной системе - 9. При этом необходимо, чтобы масса магнитомягкого кольца 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, магнитомягкое кольцо 7. Действие магнитных сил поясняется чертежом, где на фиг.2 изображено Ш-образное сечение магнитной системы 4, фрагмент магнитомягкого кольца 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 края магнитомягкого кольца с расширенным утолщением 7 к цилиндрической магнитной системе 6. При этом примагничивания магнитомягкого кольца 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 магнитомягкого кольца будет большим, чем сердцевины, и нижний край кольца с расширенным утолщением 5 будет иметь полюс N, как и сердцевина. Таким образом, за счет одинакового притяжения нижнего края кольца с расширенным утолщением 5 к верхним краям ярма магнитной системы 4 происходит центрирование кольца с расширенным утолщением 5 посередине магнитной системы вследствие взаимной компенсации горизонтальных противоположных составляющих вектора силы притяжения магнитомягкого кольца к ярму 1, исключая тем самым горизонтальную составляющую силы притяжения магнита к магнитомягкому кольцу, и боковую составляющую, возникающую при отклонениях плеча маятника от положения равновесия, которая действует на элементы подвеса маятника в прототипе. При этом при настройке и работе не происходит примагничивания кольца с расширенным утолщением 5 к магнитной системе 4, так как по мере приближения нижнего края кольца с расширенным утолщением 5 к магнитной системе увеличивается отталкивающая сила центрального постоянного магнита 2 и при равенстве вертикальных сил притяжения 3 и отталкивания 2 магнитомягкое кольцо занимает стабильное положение в вертикальном и радиальном направлении, при этом уравновешивая силу, определяемую силой тяжести инертной массы. При выходе из положения равновесия возврат маятника в начальное положение будет происходить из-за сохранения краевого магнитного эффекта за счет расширенного утолщения на нижнем крае магнитомягкого кольца, чего не было в прототипе. 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 замены фрагмента магнитомягкой цилиндрической поверхности вращения магнитомягким кольцом с расширенным утолщением на нижнем крае под местом крепления кольца к плечу позволяет увеличить период собственных колебаний и повысить надежность элементов подвеса сейсмографа, так как исключаются радиальная и боковая составляющие силы притяжения магнитомягкой поверхности вращения к магнитной системе, 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. Патент на изобретение №2258245 от 10.08.2005, РФ, бюл. №22. Сейсмограф / М.Ю.Дорофеев, Е.А.Лапицкий, В.Ю.Овчаренко, 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. Сущность изобретения заключается в том, что сейсмограф содержит инертную массу и ее плечо до оси качаний, продленное плечо маятника с магнитомягким кольцом на его конце с радиусом, равным продленному плечу маятника, причем масса магнитомягкого кольца 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 магнитомягким кольцом, у которого в месте соединения с продленным плечом имеется расширенное утолщение на нижнем крае, преобразователь колебаний маятниковой системы в электрический сигнал и усилитель электрического сигнала. Технический результат изобретения позволяет устранить деформирующее влияние боковой составляющей силы притяжения магнитомягкой поверхности вращения к Ш-образной цилиндрической магнитной системе на элементы подвеса маятника, что обеспечит 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 магнитомягким кольцом на его конце с радиусом, равным продленному плечу маятника, причем масса магнитомягкого кольца 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 магнитомягким кольцом, у которого на нижнем крае в месте соединения с продленным плечом имеется расширенное утолщение.