Длиннопериодный вертикальный сейсмометр Советский патент 1984 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к сейсмометрии и может быть преимущественно использовано при скважинных измерениях сейсмических сигналов удаленных зёмлятрасений и их предвестнико в диапазоне 0,05-20 Гц.

Известен длиннопериодный вертикальный сейсмометр, содержащий корпус, инерционный маятник и соединяющий их цилиндрический шарнирный блок, состоящий из неподвижной оси, закрепленной на корпусе, и поворотной планки, соединенной с маятником при этом неподвижная ось и поворотная планка соединены между собой двумя парами крестообразных пластин (плоских пружин) ij .

В этом сейсмойетре расширение динамического диапазона достигнуто путем повьашения стабильности оси вращения шарнира за счет дополнителной пары плоских пружин. Это спра- ведливо только для очень тяжелых маятников, ибо для сравнительно легких маятников скважинных длиннопериодных сейсмометров внесенная жесткость дополнительного креста уменьшит период собственных колебаний маятника и сократит частотный диапазон.

Кроме того, в стационарном, больших габаритов и веса длиннопериодном сейсмометре подвесная пружина сочленена с маятником, как и с корпусом при помощи известного пилинд)ического шарнирного блока, предназначенного для ь еньшения затуханий свободных колебаний маятника. Однако сочленение подвесной пружины с маятником при помощи шарнирного блока оправдано только в случае стационарных сейсмометров, имеющих тяжелую массу маятника/ где используется цилиндрический шарнирный блок больших размеров. Помимо этого, наличие шарнирного блока для связи подвесной пружины с маятником увеличивает вес последней и снижает частоту паразитного резонанса подвесной пружины до 4-5 Гц, тем самым ограничивая высокочастотную часть диапазона.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является длиннопериодный вертикальный сейсмометр СДВ, содержащий корпус, маятник с инертной массой и электродинамическим и параметрическим преобразователями и подвесную пружину, соединенную с корпусом первым упругим шарниром, а с маятником - вторым упругим шарниром 2j .

Упругие шарниры в известном устройстве выполнены крестообразными, а в качестве параметрического преобразователя использован индуктивный преобразователь перемещений, iсохраняющий высокую чувствительность

в инфранизкочастотной области спект ра сейсмо сигналов.

Недостатками известного устройст являются сравнительно узкий частотный диапазон вследствие низкой частоты паразитного резонанса подвесной пружины, вызванной увеличением ее веса крестообразным шарниром, -а также малая надежность в условиях скважинных измерений, связанная с необходимостью обеспечить стабилизированное электропитание измерительной схемы параметрического преобразователя.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона и повьпиение надежности сейсмометра.

Поставленная цель достигается тем, Что в длиннопериодном вертикалном сейсмометре, содержащем корпус, маятник с инертной массой и электродинамическим и параметрическим преобразователями и подвесную пружину, соединенную с корпусом перзкал упругим шарниром, а с маятником вторым упругим шарниром, второй упругий шарнир выполнен в виде плоской пружины, а параметрический .преобразователь выполнен в виде светоэлектрического преобразователя перемещений.

Кроме того, светоэлектричесКий преобразователь перемещений выполне в виде двух дифференциальных пар кремниевых пластин со светочувствительными слоями, чувствительными к инфракрасному излучению, расположенных симметрично оси инертной массы маятника и двух рядов светодиодов инфракрасного излучения, причем светодиоды расположены проти светочувствительных слоев кремниевых пластин и укреплены вместе с ними на корпусе сейсмометра, а на маятнике установлены две шторки, расположенные между каждым рядом светодиодов инфракрасного излучения и парой кремниевых пластин.

На (Ьиг. 1 схематично изображена конструкция длиннопериодного сейсмометра со светоэлектрическим преобразователем; на фиг. 2 - плоская пружина второго упругого шарнира; на фиг. 3 - светоэлектрический преобразователь перемещений.

Длиннопериодный вертикальный скважинный сейсмометр содержит корпус 1, ПЬдвесную цилиндрическую пружину 2, упругие цилиндрические шарниры 3, плоскую пружину 4, укрепленную широкой своей частью к маятнику 5, а узкой - к цилиндрической подвесной пружине, и маятник с преобразователями: электродинамическим и светоэлектрическим 6.

Светоэлектрический преобразователь 6 перемещений состоит из неметаллического корпуса 7, жестко .связанного с основанием корпуса сейсмометра, двух пар дифференциальных кремниевых пластин 8, прикрепленных к обеим сторонам перегородки 9, расположенной в центре корпуса по оси симметрии; двух рядов светодиодов 10 инфракрасного излучения с выводами 11 по восемь штук в каждом, установленных в двух противоположных сторонах корпуса 7 преобразователя, причем каждый ряд расположен напротив вертикальной осевой линии светочувствительного слоя кремниевых пластин 8 и двух тонких металлических, вертикально установленных шторок 12. Шторки 12 укреплены на маятнике 5 сейсмометра и в начальный момент расположены симметрично относительно места стыка каждой из пар дифференциальных пластин 8.

Сейсмометр работает следующим образом.

Подается питание постоянного ток 100 мА в цепь светодиодов 10, соединенных последовательно (на схеме соединения не показаны). Кремниевые пластины работают в режиме вентильного фотоэлемента, не требующего внешнего источника напряжения. Потоки инфракрасного излучения светодиодов 10 освещают рабочую поверхность дифференциальных пар кремниевых пластин 8. Если шторки 12 одинаково перекрывают часть рабочей поверхности каждой пластины дифференциальной пары, то ток в цепи преобразователя 6, соединенного с зеркальным гальванометром регистратора, будет равен нулю. Под действием колебаний сейсмических сигналов смешается корпус сейсмометра 1 относительно маятника а, следователно, и кремниевые пластины 8 относительно шторок 12, укрепленных на маятнике сейсмометра. Смещение пластин 8 вызывает изменение потока излучения и в цепи преобразователь гальванометр возникает ток. В зависимост от величины смещения пропорционально изменяется и ток. Регистратор записывает колебания сейсмических сигналов.

Применение плоской пружины в предлагаемом устройстве упрощает и облегчает вес узла, соединяющего между собой плоскую и подвесную пружины. Вместо двух сравнительно тяжелых в известном устройстве, в предлагаемом применяется одна, малогабаритная, легкая, имеющая Т-образную форму, деталь. Это позволяет уменьшить общий вес подвесной пружины и повысить паразитный резонанс ее. Применение подвесной пружины, изготовленной из проволоки вдвое меньшего диаметра, уменьшенной длины и уменьшенным диаметром витка, с применением облегченных элементов ее крепления, позволя.т почти в б раз увеличить частоту паразитного

0 резонанса подвесной пружины по сравнению с паразитным резонансом упругого элемента известного устройства и довести ее до 21 Гц, расширив тем . самым высокочастотную часть сейсмического диапазона до 20 Гц. .

5

Использование в качестве параметрического преобразователя- светоэлектрического преобразователя перемещений позволяет сохранить линейность во всем интервале хода маят0йика ±4 мал при нагрузке до 70 Ом. Кроме того/ преобразователь мало подверждеи электрическим помехам промышленной чабтоты. Отсутствие гальванической связи между маятни5ком сейсмометра и нагрузкой (гальванометром) открывает широкие возможности при формировании частотных характеристик канала.

0

Если электрдинамический преобразователь при больших периодах маятника сейсмометра не позволяет производить запись на осциллограмму периода свободных колебаний из-за шунти5руницего действия нагрузки и наличия примесей железа в медном проводе обмотки, то светоэлектрический преобразователь свободен от этих недостатков.

Предлагаемый преобразователь имеет

0 низкоомный выход и хорошо согласуется с зеркальными гальванометрами. Низкоомный выход преобразователя согласуется и с усилителями, шумы которых уменьшаются с уменьшением

5 сопротивления входа. Преобразователь позволяет легко осуществить температурную компенсацию, (подбор двух пластин, близких по параметрам,при дифференциальном включении). Упро0щается расчет характеристик сейсмометра.

Предлагаемое устройство позволяет производить снятие постоянных сейсмометра (период, затухание сво5бодных колебаний и электромагнитное затухание маятника} при больших отклонениях маятника от положения равновесия и существенно уменьшить габариты и вес.

фиг 2

1. ДЛИННОПЕРИОДНЫЙ ВЕРТИКАЛЬНЬЙ СЕЙСМОМЕТР, содержаний корпус, маятник с инертной массой и электродинамическим и параметрическим преобразователями и подвесную пружину, соединенную с корпусо первым упругим шарниром, а с маятником - вторым упругим шарниром, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диап : -у .. . (ffue.f зона и поВЕЛиения надежности, второй упругий шарнир выполнен в виде плоской пружины, а параметрический преобразователь выполнен в виде светоэлектрического преобразователя перемещений. . 2. Сейсмометр по п. 1, о т л ичающийся тем, что светоэлектрический преобразователь перемещений выполнен в виде двух дифференциальных пар кремниевых пластин со светочувствительнь&ли слоями, чувствительными к инфракрасному излучению, расположенных симметрично оси инертной массы маятника и двух рядов светодиодов инфракрасного излучения, причем светодиоды расположены против светочувствительных слоев кремниевых пластин и укреплены вмес те с ними на корпусе сейсмометра, а на маятнике установлены две шторки, расположенные между каждым рядом светодиодов инфракрасного излучения К парой кремниевых пластин.