Сейсмоприемник Советский патент 1987 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к приборам и устройствам для измерения параметров колебаний почвы, механизмов и сооружений.

Цель изобретения - повьппение осевой и снижение поперечной чувствительности.

На фиг.1 показан сейсмоприемник, разрез, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1 на фиг.4 - трансформация сил, прилагаемых к биморфу на фиг.З - эпюры напряжения в биморфах.

Внутри корпуса сейсмоприемника 1 размещена инерционная масса 2, сцентрированная в корпусе с помощью кольцевых пружин 3. Для компенсации силы тяжести массы 2 в состав приемника введена магнитная пружина 4, которая благодаря наличию в ее составе катушки 5 индуктивности обеспечивает проверку работоспособности сейсмоприемника. Биморфные пьезоэлектрические элементы 6, выполненные в виде двух ориентированных параллельно направлению рабочего перемещения массы 2 балок, своими основаниями жестко закреплены на массе 2 равноудаленно от ее оси. Свободные концы элементов 6 свя заны с корпусом общей гибкой тягой, выполненной трехзвенной, при этом звено 7, связанное с корпусом 1, проходит вдоль оси массы 2, а звенья 8, идущие к элементам 6, имеют одина ковые длины, величина которых превышает половину расстояния между элементами. Биморфные элементы 6 выполнены в виде равнонапряженных балок переменной ширины, увеличивающейся к основанию. Электрические сигналы с элементов 6 поступают во встроенный блок 9 электроники, где усиливаются, фильтруются и подаются на магистральный соед}1нительный кабель 10

Сейсмоприемник работает следующим образом.

При воздействии на корпус 1 сейсмприемника колебательных ускорений звено 7 гибкой тяги, связывающей массу 2 через элементы 6 с корпусом 1, испытывает воздействие инерционных сил массы, ориентированных вдоль оси сейсмоприемника по направлению рабо- чего перемещения массы 2. При этом звенья 8, связывающие элементы 6 со звеном 7, находятся Ьод воздействием сил F( (фиг.З), величина которых может достигать значений, много больших F:

F, F -г

1,

где Ь - длина звена 8,

1 - половина расстояния между

основаниями биморфов, жестко закрепленных в массе 2. В то же время сила, изгибающая би- морф и вызывающая появление на нем электрических зарядов Fuj. определяется следующим выражением:

г т. 1

F --.у-:, )

откуда следует, что величина Fuj2 в предлагаемом сейсмоприемнике, у которого биморфы размещены параллельно оси чувствительности и направлению рабочего перемещения массы, может быть существенно увеличена по сравнению с традиционным поперечным размещением биморфа и приложенной к нему силы, где Fuj3 не может превысить величины F/2. Коэффициент трансформации силы f илг в рассматриваемом случае определяется разностью длин « 1 и li и может достигать значений 10-20. Во столько же раз возрастает Еизг по сравнению с традиционным значением F/2, а следовательно, увеличивается и электрическое напряжение с элементов 6, т.е. повьш1ается осевая чувствительность (коэффициент преобразования) сейсмоприемника. I

Таким образом, в предлагаемом сейсмоприемнике механические колебания корпуса в рабочем направлении пе редаются пьезоэлектрическим элементом 6 с трансформацией изгибающей силы , что приводит к существенному увеличению осевой чувствительности. При этом отсутствие жесткой связи элементов 6 с корпусом 1 в поперечном направлении, что обеспечивается длиной гибкой тяги 7, способствует значительному снижению поперечной чувствительности сейсмоприемника, так как возможные поперечные смещения массы относительно корпуса передаются элементом 6 ослабленными более, чем в Лх/2Ь, раз, где дх - поперечное смещение массы относительно корпуса, L - длина тяги 7.

В сейсмоприемнике каждый элемент 6 выполнен в виде равнонапряженной

балки (фиг.З) переменной ширины, увеличивающейся к основанию. Эпюра напряжения в такой балке показывает, что у основания отсутствует концентрация напряжений и распределены они по длине балки равномерно, что способствует более эффективному преобразованию механических деформаций би- морфа в электрический сигнал. Кроме того, прогиб такой балки, имеющей равное сопротивление изгибу, на 50% больше прогиба призматической балки при воздействии одинаковой силы F. Это обстоятельство свидетельствует о возможности получения больших значений выходного напряжения с трапециевидного в плане биморфа при воздействии одной и той же изгибающей силы F. Однако для того, чтобы изгибающие напряжения не привели к излому в уз- кой части элемента 6, наконечник его следует изготавливать в виде ме-, таллической накладки. При этом зона перекрытия биморфа накладкой опреде- ляется максимально допустимым значением изгибающего момента, который выдерживает каждый элемент 6.

Результаты экспериментальных проверок и испытаний показали, что пред- Q одинаковые длины, превьшгающие пололоженные сейсмоприемники путем соответствующей регулировки силы магнитной пружины могут преобразовываться как в вертикальные, так и в горизонтальные приемники сейсмических колебаний. Малые габариты, высокая чувствительность, широкий частотный и динамический диапазоны, надежность делают возможным их широкое применение в скважинной и морской сейсмоIQ g 2о 25 3368

метрии, где из них можно собирать трехкомпонентные измерительные модули,

Формула изобретения

1.Сейсмоприемник, содержащий корпус и инерционную массу, связанную с корпусом посредством магнитной пружины и биморфных пьезоэлектрических элементов, отличающийся тем, что, с целью повьш1е- ния осевой при одновременном снижении поперечной чувствительности, би- морфные пьезоэлектрические элементы выполнены в виду двух равноудаленных от оси инерционной массы балок, основания которых жестко закреплены на инерционной массе, а свободные концы связаны с корпусом общей гибко тягой.

2,Сейсмоприемник по п.1, отличающийся тем, что общая гибкая тяга выполнена трехзвенной, при этом звено, связанное с корпусом проходит вдоль оси инерционной массы, а звенья, идущие к биморфным пьезоэлектрическим элементам, имеют

вину расстояния между основаниями этих элементов.

3.Сейсмоприемник по п.1, отличающийся тем, что биморф- ные пьезоэлектрические.элементы ориентированы параллельно оси симметрии инерционной массы.

4.Сейсмоприемник по п.1, отличающийся тем, что балки

выполнены равнонапряженными. б

/4-/1

Фиг. г

k

10

иг 3

/ / / /

Изобретение относится к устройствам для измерения параметров колебаний почвы, механизмов и сооружений. Целью изобретения является повышение осевой и снижение поперечной чувствительности. Цель достигается применением двух биморфных пьезоэлементов 6, выполненных в виде равнонапряжен- ных балок, консольно закрепленных на инертной массе 2, подвешенной на магнитах 4 и 5. Концы пьезоэлементов соединены с корпусом 1 сейсмоприем- ника трехзвенной тягой 7,8, выполненной из гибких нитей. Это позволяет увеличить продольную чувствительность сейсмоприемника при снижении его эффективной жесткости, а также снизить боковую чувствительность. 3 з.п.ф-лы, 5 ил. s (Л со со со Oi оо

V

Фиг. 5

Составитель М. Спасский Редактор В. Данко Техред А.Кравчук Корректор М. Шароши

Заказ 4820/47 Тираж 730Подписное

ВНИИПИ 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