Крутильный сейсмометр Советский патент 1984 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к 1еофизич кому приборостроению и может быть использовано для измерения крутильных колебаний в сейсмометрии и разв дочной геофизике. Известен крутильный сейсмометр, содержаор й корпус, преобразователь инертную массу, подвес из радиально ориентированных пластин и три подвиж ных диска 1 Зг Недостатком сейсмометра является то, что инертная масса, подвешенная на радиально ориентированных пластиг нах, реагирует не только на крутильные колебания, но также на горизоктальные колебания j что снижает точность измерения крутильной компоненты колебания. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является крутил ный сейсмометр, содержащий корпус, чувствительный элемент и ферромагнитный диск, при этом чувствительный элемент размегцен в диаметральной плоскости ферромагнитного дискаС2. Недостатком известного устройства являетбя низкая точность измерения динамических характеристик сейсмич- :ких сигналов. Это вызвано тем, что амплитуда ЭДС, возбуждаемой в ка тушке сейсмическим сигналом, пропорциональна величине горизонтальной составляющей Н геомагнитного поля. Поскольку, для территории СССР эта величина изменяется в пределах 0,j1-0,4 Э, то и ЭДС, возбуждаемая одним и тем же сейсмическим сигналом, но в разных регионах может отличаться в 4 раза, что существенно ограничивает возможность использо-о вания прибора. Целью изобретения является повыше ние точности измерения за счет обеспечения внутренней калибровки. Указанная цель достигается тем. что в сейсмометр, содержащий корпус чувствительный элемент и ферромагнит ный -диск, дополнительно введены возбудитель колебаний, контактный узел механизм возврата и арретирующее гстройство, закрепленное на корпусе при этом контактньй узел жестко закреплен на ферромагнитном диске и расположен в его диаметральной пло кости перпендикулярно плоскости 4yBC вителЬного элемента, а возбудитель колебаний и механизм возврата жестко закреплены а корпусе и связаны с контактным узлом, причем ферромагнитный диск установлен с возможностью поворота вокруг ве1)тикальной оси относительно корпуса. На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого сейсмометра. Сейсмометр состоит из возбудителя 1 (например, пьезоэлемент), связанного посредством контактного узла 2-е ферромагнитным диском 3 и жестко укрепленным на корпусе 4, чувствительного элемента 5, с вертикальной осью 6, механизма 7 возврата и арретирующего устройства 8, Устройство работает следующим образ ом. Сейсмометр устанавливается корпусом 4 в грунт таким образом, что плоскость чувствительного элемента 5 ориентируется вдоль горизонтальной составляющей геомагнитного поля. Перед проведением измерения сейсмического сигнала арретирующее устройство 8 освобождает ферромагнитный диск 3, который получает возможность свободно поворачиваться вокруг вертикальной оси 6. Посредством возбуди-с теля 1 через контактный узел 2 и механизм 7 возврата, ферромагнитному диску 3 вместе с чувствительным элементом 5 сообщают эталонные гармонические колебания постоянной частоты и амплитуды, которые вызывают появление ЭДС в чувствительном элементе 5. Механизм 7 возврата обеспечивает постоянный прижим контактного узла 2 к возбудителю 1. Величина этой ЭДС будет зависеть только от величины горизонтальной составляющей геомагнитного, поля Н, поскольку частота и амплитуд колебаний, генерируемых возбудителем 1, известны и задаются с icoкой степенью точности постояннь1ми . для любой точки наблюдений. После этого арретирующее устройство 8 воздействует на ферромагнитный диск 3 и жёстко закрепляет его относительно корпуса 1. Далее проводится непосредственная регистрация сейсмического сигнала. Поскольку амплитуда и частота генерируемо.го возбудителем сигнала известны, то сопоставляя ЭДС калибровочного сигнала и ЭДС возбужденную сейсмическим сигналом, можно с высокой степенью точности определить истинную амплитуду сейсмического сигнала. Изготовление контактного узла 2 из материала с малой магнитной проницаемостью

(например, стекло) и размещение его в диаметральной плоскости диска, перпендикулярной плоскости чувствительного элемента,, позволяет получить минимальное искажение внешнего геомагнитного поля вблизи чувствительного элемента. Механизм возврата 7 может быть реализован на основе упругих пластин, пружин, пьезоэлемента, включенного в противофазе к возбудителю и др.

Возбудитель может быть выполнен в виде генератора колебаний пьезоэлектрического ,механического, гидравлического и другтх типов. Если возбудитель выполнен на основе генератора пьезоэлектрического типа, колебание задается посредством изменения во времени напряжения на поверхности пьезоэлемента. В этом-, случае пластинка из пьезоэлектрика совершает вследствие обратного пьезоэлектрического эффекта вынужденные механические колебания, амплитуда и частота которых зависят от амплитуды и частоты внешнего электрического поля.

Возбудитель механического типа может представлять собой привод (например, электромотор), снабженньй кулачковым валом, который при вращении сообщает ферромагнитному диску

посредством контактного узла гармонические колебания, амплитуда которых зависит от эксцентриситета кулачкового механизма, а частота от скорости вращения привода. Для увеличения стабильности задаваемых частот и амплитуд сейсмометр может быть снабжен несколькими идентичными, закрепленными на корпусе блоками, состоящим из возбудителя, контактного узла и механизма возврата. В зависимости от поставленных задач, возбудители этих блоков могут работать синфазно, противофазно и со сдвигом по фазе.

Расчеты и опыты на сейсмометре, подтверждают, что при использовании возбудителей на основе генераторов пьезоэлектрического типа ферромагнитному диску сообщаются контролируемые колебания в диапазоне частот 1-10 Гц, 10-100 Гц с амплитудами в пределах 10 (мм, а при использовании возбудителей механического типа генерируются колебания с частотой 0,3-30 Гц, с амплитудами . Использование таких контрольных сигналов позволяет повысить точность измерения крутильной компоненты колебания в 3-4 раза по сравнению с известным устройством.

КРУТИЛЬНЫЙ СЕЙСМШЕТР, содержащий корпус, чувствительный элемент и ферромагнитный диск, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет обеспечения внутренней калибровки, .в него дополнительно введены возбудитель колебаний, контактный узел, механизм возврата и арретирующее устройство, закрепленное на корпусе, при этом контактный узел жестко закреплен на ферромагнитном диске и расположен в его диаметральной плоскости перпендикулярно плоскости чувствительного элемента, а .возбудитель колебаний и механизм возврата жестко закреплены на корпусе и связаны с контактным узлом, причем ферромагнитный диск установлен с возможностью поворота вокруг вертикальной оси относительно корпуса.