Сейсмодатчик Советский патент 1986 года по МПК G01V1/16 

iК

Изобретение относится к геофн- ической аппаратуре и может быть спользовано в качестве сейсмо- риемного устройства, а также первичного преобразователя в вибро- метрии и в устройствах измерения малых динамических ускорений.

Цель изобретения - повышение чувствительности сейсмодатчика в области низких частот.

На фиг. 1.И 2 изображена конструкция сейсмодатчика.

Сейсмодатчик содержит инертную массу 1, упруго подвешенную на угловых растяжках 2. и 3 с упругими шарнирами 4 внутри механоэлектри- ческого, например, пьезоэлектрического преобразователя 5, выполненного в виде.кольца и закрепленного в корпусе 6 в точках изменения знака eVo изгибных деформаций, например, под углом 45 по отношению к направлениям крепления растяжек 2 и 3. Ме- ханоэлектрический преобразователь 5 содержит два вложенных один в другой кольцевых пьезоэлемента 7 и 8, которые поляризованы в противоположных направлениях. На внешних гранях пьезоэлементов в местах крепления к ним растяжки 2 размещено две пары электродов 9, а в местах крепления растяжки 3 - две пары электродов 10.

Сейсмодатчик работает следующим образом.

При отсутствии сейсмического сигнала инерционные силы на инертной массе 1 равны нулю. связи с этим инертная масса 1 не создает на преобразователе 5 деформирующих усилий, а электрический заряд на электродах 9 и 10 преобразователя 5 равен нулю.

Однако,при поступлении сейсмического сигнала на Сейсмодатчик, под действием инерционных сил инертная масса 1 перемещается относительно преобразователя 5 с корпусом 6. В результате, изгибаясь в шарнирах 4 под действием инертной массы 1, растяжка 2 вытягивается вместе с инертной массой 1 из отверстия в теле кольцевого преобразователя 5, сжимая его-вдоль оси Z. Одновременно растяжка 3 растягивает его вдоль оси Y, двигаясь внутрь преобразователя . Так как вдоль оси Z преобразователь 5 сжимается, а вдоль оси У растягивается, то он деформи

10

15

20

25

эП8942

pyFtcH в чллипс с большим диаметром вдоль оси У. В результате кривизна преобразователя 5 в местах крепления к нему растяжки 3 увеличивается и на близлежа1дих электродах 10 (фиг. 2) появляется электрическое напряжение U , пропорциональное амплитуде сейсмического сигнала S. Так как кривизна преобразователя 5 в местах крепления к нему растяжки 2 уменьшается, то на электродах 9 появляется напряже- ние - и, обратное пп знаку напряжению на электродах 10. Это обеспечивает дифференциальность сейсмодатчика и объясняется тем, что под электродами 10 пьезоэлементы 7 и 8 испытывают соответственно деформации сжатия и растяжения, но создаваемые на них напряжения складываются (+U) 1из-за противоположной поляризации. Под электродами 9 происходит обратная деформация пьезо- элементов 7 и 8, т.е. пьезоэлемент 7 растягивается, а пьезоэлемент 8 сжимается. Напряжения на них складываются из-за противоположной поляризации, но в отличие от электродов 10 с обратным знаком (-U).

Повьшение чувствительности сейсмодатчика достигается следующим образом.

Под действием сейсмоускорения S инертная масса воздействует на растяжки с силой Q 1/4 mS sino, где о( - угол наклона граней растяжки к плоскости основания кольцевого преобразователя 5. Так как этот угол может быть вьтбран 0 - 1, to коэффициент передачи усилия на пьезоэлементы 7 и 8 равен: dQ 1 cosoi 1

К . 1

dmS 4 sine( 4 sin Таким образом, статическая ха- рак геристика сейсмодатчика имеет крутизну , что обеспечивает более высокую чувствительность сейсмодатчика в области низких частот по сравнению с известным устройством.

Использование предлагаемого сейсмодатчика обеспечивает реальное повышение чувствительности более, чем на один порядок. За счет ортогонального подвеса чувствительного элемента на растяжках устраняется две моды (вторая и третья) резонансных колебаний сейсмодатчика , что расширяет н три раза его рав30

35

40

45

50

55

номерныи частотный диапазон, ггри этом уменьшаются в 4 раза ,масса и габариты сейсмодатчика.

Формула изобретени

1.Сейсмодатчик, содержащий корпус, укрепленный в нем .механо- электрический преобразователь, состоящий из ряда кольцевых пьезоэле- ментов, и соединенную с ним инертную массу, отличающийся тем, что, с целью повьпиения чув- ствительности сейсмодатчика в об- лазти низких частот, инертная мае- са размещена внутри механоэлектри- ческого преобразователя и соединен

с ним посредством двух уголковых растяжек в точках, расположенных на оси чувствительности сейсмодат- чика с обеих сторон инертной массы

2.Сейсмодатчик по п. 1, отличающийся тем, что каждая из уголков),и растяжек- снабжена четырьмя упругими шарнирами, раЗ- мещенными в местах их соединения с механоэлектрическим преобразователем и инертной массой.

3. Сейсмодатчик по п. 1, отличающийся тем, что уголковые растяжки закреплены на меха- ноэлектрическом преобразователе : с разворотом на 90.

4.Сейсмодатчик по п.1, отличающийся тем, что механо- электрический преобразователь за- креплен в корпусе в точках изменения знака его изгибных деформаций.

5.Сейсмодатчик по п. 1, о т - личающийс я тем, что его механический преобразователь содержит два вложенных один в другой кольцевых пьезоэлемента, поляризованных антипараллельно.

(put. 2

Составитель М. Спасский Редактор и. Касарда Техред Л.Сердюкова Корректор-Е.Сирохман

5227/47

Тираж 728Подписное

ВНЙИПК Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к геофизической аппаратуре и предназначено для использования в качестве сейсмопри- емного устройства. Целью изобретения является повьшение чувствительности за счет увеличения коэффициента передачи давления с инертной массы на кольцевой пьезоэлемент. Указанная цель достигается за счет того, что сёйсмодатчик снабжен двумя уголковыми растяжками 2 и 3, а его механозлектрический преобразователь выполнен в виде кольца 5, причем чувствительный элемент 1 размещен между растяжками внутри механоэлек- трического преобразователя и упруго подвешен на нем через растяжки. Уголковые растяжки снабжены восемью упругими шарнирами 4, размещенными в местах их соединения с преобразователем и чувствительным элементом, а сами растяжки расположены асимметрично вдоль ортогональных направлений. Механоэлектрический преобразователь закреплен на корпусе в точках изменения знака его изгибных деформаций и содержит два вложенных один в другой и пол уэизованных Ё противоположных направлениях кольцевых пьезоэлементов. 4 з.п. ф-лы, 2 ил. i (Л ьэ Од о 00 со 4