Сейсмометр Советский патент 1986 года по МПК G01V1/16 

Y/7/////////////z /zm

Ш2

-q-

Ы

Изобретение относится к сейсмологии, в частности к- сейсмопреобразовательным приборам для регистрации колебаний грунта и сооружений, вызванных землетрясениями и др. видами колебаний.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности регистрации колебаний.

На фиг.1 изображен сейсмопреобразователь, вид со стороны источника светаJ на фиг,2 - разрез А-А на фиг.1 fповернут на 90°); на оптическая схема устройства с поляризационной призмой.

Сейсмопреобразователь содержит основание 1, на котором установлены постоянный подковообразный магнит 2, стойки 3 с подшипниками. В воздушном зазоре между полюсами магнита 2 расположен польш сердечник 4 из магнитомягкого материала (железа) , установленный на полых полуосях в подшипниках. Полуоси жестко связаны с рамкой маятника 5, снабженной грузами 6. Стальные пластины 7 установлены с возможностью перемещения на полуосях. На магнитном сердечнике 4 размещена медная демпферная рамка 8, а в полом сердечнике 4 - поляризатор 9 На основании 1 установлены источник 10 освещения (лампа накаливания или светодиода например, с направленным излучением, объектив 11, анализатор 12, представляющий собой например, поЛяроид или поляризационную призму с двойным лучепреломлением, и светочувствительный элемент 13, например фаторезистор или фютотранзистор. Устройство защищено светонепроницаемым кожухом (не показан Б равновесном состоянии маятника, например, для горизонтального расположения сейсмопреобразователя (фиг.1), поляризатор 9 расположен по отношению к анализатору таким образом, что их оптические оси взаимоперпендикулярны .

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии колебаний почвы основание 1 сейсмометра неподвгсжно, рамка маятника остается в покое и свет от источника 10 объективом 11 направляется параллельным пучком через полуось, служащую входным окном (диафрагмой), на поляризатор 9. Сформированньй узкий пучок света

67319I

после поляризатора 9 в виде поляризованного потока лучей через вторую полуось попадает на анализатор 12, так как оптические оси поляризатора

5 и анализатора скрещены, свет не проходит через анализатор и не попадает на элемент 13. При колебаниях почвы и следовательно, основания 1 сейсмометра рамка маятника 5 приходит в

10 колебательное движение и сердечник 4 вместе с поляризатором 9 совершает вращательное движение вокруг оси маятника. Соотвественно поворачивается и плоскость поляризации световых

15 лучей, прошедших поляризатор. Поскольку анализатор 12 жестко установлен на основании I, то в результате относительного поворота поляризатора 9 световые лучи, пройдя

20 анализатор 12, попадают на светочувствительный элемент 13.

В случае установки в качестве анализатора поляризационной призмы с двойным лучепреломлением из анали25 затора выходят пространственно разделенные лучи обыкновенной и необыкновенной составляющих. Соотношение интенсивности света между обыкновенной и необыкновенной составляю30 щими сильно зависит от направления плоскости поляризации световой волны, прошедшей поляризатор, т.е. от угла поворота оптической оси поляризатора, и пропорционально квад35 рэту косинуса угла поворота. Светочувствительные элементы 13 каждой составляющей включены по дифференциальной схеме, например, в цепь измерительного моста, что существен40 но повышает чувствительность сейсмопреобразователя.

Поляризатор и анализатор в исходном состоянии могут быть установлены так, что их оптические оси располагаются,, например, под углом 45°. В этом случае иа светочувствительные элементы 13 в исходном состоянии попадают обе составляющие одинаковой интенсивности, и сигнал на выхо50 де становится равным нулю. При отклонении рамки 5 в ту или иную сторону от положения равновесия сигнал также изменяется по направлению к амплитуде, которая изменяется про55 порциоиально квадрату угла поворота рамки.

При использовании в качестве источника света светодиода излучение 3 его может быть промодулировано пере менной составляющей (т.е. питание светодиода осуществляется переменны током заданной частоты). Это позволяет использовать усилители перемен ного тока, что снижает погрешности связанные с температурными и прочим воздействиями, и повышает точность регистрации колебаний. Стальные пластины 7, взаимодействуя с магнитным полем магнита 2, стремясь установиться вдоль силовых линий магнита, возвращают рамку мая ника в исходное равновесное положение. Перемещением 7 вдоль полуосей маятника регулируют силу воздействия с магнитным потоком и, тем самым, - частоту собственных колебаний маятника. Медная короткозамкнутая рамка 8, в которой наводится при колебаниях маятника ЭДС самоиндукции, демпфирует его колебания. Изменение злект рического сигнала, снимаемого со светочувствительного элемента 13 измерительного моста сейсмопреобразователя, подается через усилитель на регистрирующее устройство (не показаны). В качестве регистрирующего устройства может служить самопишущий автоматический потенциометр либо цифровой регистратор, подключенный через аналого-цифровой преобразователь. Регистрирующий прибор может быть проградуирован в единица бальности. Выполнение полыми полуосей враще ния и сердечника, жестко связанных с рамкой маятника, а элемента преоб разования механических колебаний в электрические - в виде источника света, объектива и поляризатора (анализатора и светочувствительного приемника) - оптически связанными между собой позволяет резко увеличить зависимость изменения сигнала от угла поворота рамки маятника, а также повысить величину этого сигнала, что существенно повьшает чувстт вительность и точность устройства. Установка в качестве анализатора двоякопреломляющей поляризационной 194 призмы и соединение светочувствительных элементов по дифференциальной схеме позволяет получить разность сигналов обыкновенной и необыкновенной составляющих. Это дополнительно повышает чувствительность и точность сейсмопреобразователя. Одновременно предложенный сейсмопреобраэователь позволяет значительно упростить схему усиления сейсмометра путем использования стандартных усилителей с меньшим коэффициентом усиления, исключения электромеханических (гальванометрических) усилителей, имеющих свои собственные колебательные системы и вносящих дополнительные погрешности при регистрации колебаний. Все это существенно снижает затраты на создание и эксплуатацию сейсмометрических приборов. Формула изобретения 1. Сейсмометр, содержащий основание, на котором посредством полуосей подвешен маятник, выполненный в виде рамки с сердечником и грузами по обе стороны от сердечника, преобразователь и стальные пластины, закрепленные на полуосях и расположенные в поле постоянного магнита, закрепленного на основании, отличающийся тем, что, с цепью повышения чувствительности и точности измерения, полуоси и сердечник выполнены полыми, преобразователь выполнен в. виде оптически связанных источника света, объектива, анализатора и фотоприемника, расположенных на основании, и поляризатора, расположенного в полом сердечнике. 2. Сейсмометр по п.1, о т л и ающийся тем, что анализаор выполнен в виде двоякопреломляющей поляризационной призмы,а фотоприемник выполнен двух светочувствительных элементдв, расположенных на путях обыкновенного и необыкновенного лучей и включенных дифференциально.

i7

Изобретение относится к области сейсмологии,в частности.к сейсмопреобразовательным приборамдля регистрации колебаний грунта и сооружений,выппанных землетрясениями и другими видами колебаний. Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерения. Цель достигается за счет выполнения преобразователя в виде оптической схемы, содержащей источник света 10, объектив 11, полую ось маятника сейсмометра, в которой размещен поляризатор 9, анализатора 2 и фотоприемника 13. При этом анализатор может быть выполнен в виде двоякопрепомляющей поляризационной призмы, а фотоприемник - в с s виде двух элементов, расположенных на путях обыкновенного и необыкновен(Л ного лучей и включенных дифференци- . ально. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.

фие.;

fO //

/

4