Вертикальный пьезоэлектрический сейсмоприемник Советский патент 1988 года по МПК G01V1/16 

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

Целью изобретения является обеспечение абсолютной калибровки в рабочих условиях.

На чертеже показан сейсмоприемник осевое сечение.

Внутри прочного внешнего корпуса 1 сейсмоприемника в каркасе 2, обеспечивающем минимальный тепловой контакт внутренних элементов сейсмоприемника с корпусом 1, размещена инерционная масса 3, сцентрир ованная относительно продольной оси корпуса 1 с помощью кольцевых пружин 4. Магнитная система 5 и катушка 6 индуктивности обеспечивают возможность введения в структуру сейсмоприемника отрицательной обратной связи, предназначенной для корректировки передаточной амплитудно-частотной характеристики измерительного тракта. На верхней части каркаса 2 закреплен электромагнит 7, обращенный в сторону инер11 {онной массы 3. Между электромагнитом 7 и массой 3 размещен

якорь 8, не.связанный механически жестко с элементами сейсмоприемника и обладающий возможностью свободного перемещения по вертикали от электромагнита 7 до массы 3. Якорь 8 вы-. полнен в виде таре гьчатой формы диска, охватывающего сердечник 7 со стороны инерционной массы 3. В целях уменьшения наведенных электрических шумов и обеспечения согласования большого выходного сопротивления пьезоэлемента 9, размещенного между каркасом 2 и массой 3 для преобразования их взаимных перемещений в электрический сигнал, с линией 10 связи внутри корпуса 1 размещен электронный усилитель 11. Кабель линии 10 связи крепится к корпусу 1 с помощью соединительной муфты 12, обеспечивающей герметизацию и электрическое соединение линии 10 и. усилителя 11.

Сейсмоприемник работает следующим образом.

Перед окончательной оборкой сейс- моприенника на аналитических весах определяют массу якоря 8 (т) и массу .инерционной массы 3 с входящими в нее элементами магнитной системы 5 (М). Результаты измерений заносят в

0

5

0

5

0

5

1 40

5

0

паспорт на данный сейсмоприемник, после чего его сборку завершают. Затем собранный сейсмоприемник подключают через кабель линии 10 связи к внешним источникам питания и измерительно-регистрирующей аппаратуре. При этом через катушку электромагнита 7 начинает течь ток и образующе- еся магнитное поле, взаимодействуя с якорем 8, вызывает его отрыв от массы 3 и перемещение по вертикали до полюсов электромагнита 7, выполненных в каркасе 2. В этом положении якорь 8 закорачивает электромагнит 7, сейсмоприемник готов к работе.

Колебательные перемещения сейсмоприемника по вертикали приводят°к появлению переменных ускорений, а следовательно, и возникновению инерционных сил,. воздействуюш;их со стороны массы 3 на пьезоэлементы 9. Деформируясь, пьезоэлементы 9 вьфабаты™ вают электрические сигналы, которые преобразуются в усилителе 11 и пос тупают на выход сейсмоприемника, связанный с измерительно-регистрирующей аппаратурой линией 10 связи. Таким образом, на выходе сейсмоприемника наблюдаются электрические сигналы, пропор1щональные величинам переменных ускорений, вoздeйcтвyюш ix на них. Для определения коэффициента пропорциональности, или коэффициента преобразования сейсмоприемника, следует осуществить ряд последовательных отключений и включений питания катушки электромагнита 7. При этом напряжение на выходе сейсмоприемника меняется, поскольку при отключении тока ,„, проходящего через электромагнит 7, якорь 8 под действием силы 1лжести отрывается от каркаса

2,жестко связанного с корпусом 1, и опускается на инерционную массу

3,что соответствует воздействию си- ль1 F mg на массу 3, а следовательно, и пьезоэлемент 9. Зная паспортное значение га, а следовательно и

F rag, измерив величину при перемещениях якоря 8, величину коэффициента преобразования сейсмоприем™ ника по ускорению находят из вьфаже- ния:

5

KO

Uabiv (М + га)

где а

ra-g m.g

(О

- эквивалентное усМ + m

корение, т.е. такое уско314273

рение, при воздействии которого на систему массой М + m сила воздействия на пьезоэлемент равна m g. Из выражения (1) и пpивeдe нoгo вьше описания процесса работы сейсмо- приемника следует, что значение коэффициента преобразования К предлагаемого вертикального пьезоэлектрического сейсмоприемника может быть получено в абсолютных величинах (В/м.с. ) с практически любой необходимой точностью и без гГривлече- ния специальных градуировочных стендов.

Описанный процесс градуировки может осуществляться сразу яосле изготовления сейсмоприемника и затем при его эксплуатации с любой необходимой периодичностью. При этом следует учитывать, что величина массы якоря 8 должна выбираться из условия чтобы а,а а,где - максимальное значение (верхний предел) измеряемого сейсмоприемником ускорения, .поскольку в противном случае величины a, и i U д, будут лежать не в области линейного преобразовани сейсмоприемника. Отсюда следует, что

14 ,4

В предлагаемом сейсмопреобразова- теле в целях уменьшения влияния магнитного поля электромагнита 7 на работу сейсмопреобразователя., особенно в релиме градуировки, якорь 8 целесообразно выполнять по форме охватывающим сердечник электромагнита 7 со стороны инерционной массы 3, которая, в свою очередь, должна быть вьтолнена из немагнитного материала.

Сейсмоприемник обеспечивает возможность получения основных метрологических характеристик, в том числе абсолютных значений коэффициента преобразования измеряемой величины, без.специальных градуировочных стендов. Возможно также проведение градуировки в рабочих условиях, что становится особенно важным, когда Сейсмоприемник размещен в труднодоступных местах, например в скважине.

Высокие метрологические характеристики предлагаемого вертикального пьезоэлектрического сейсмоприемника делают возможным его широкое применение в сейсмометрии, в частности, в качестве образцового.

Формула изобретения

Изобретение относится к приборам и устройствам для измерения параметров колебаний почвы, механизмов и сооружений. Цель - обеспечение абсолютной калибровки в рабочих условиях. Цель достигается размещением на инертной массе 3 свободно лежащего якоря 8 тарельчатой формы, в .процессе калибровки притягиваемого к электромагниту 7, уменьшая тем самым инертную массу и, самое главное, уменьшая силу статической нагрузки на пьезоэлемент 9 на точно известную величину. Это обеспечивает импульсную калибровку с точно известным входным сигналом, при этом калибровка может проводиться в рабочих условиях, в том числе в скважинах. 1 ф-лы, 1 ил. з.п. § (Л Ц со

m g

М + m

а

макс J

но поскольку обычно М т, (2) можно 35 переписать в виде

га М-а,

./8

В предлагаемом сейсмоприемнике может быть реализован для градуировки метод ступеньки, позволяющий при подаче ступенчатого возмущения, обеспечиваемом условиями нагружения массы 3 якорем 8, и дополнительном наблюде- НИИ за откликом сейсмоприемника, что можно получить путем существенного увеличения скважности переключения Ij, пол чить данные не только о коэффициенте преобразования Кд, но и определить ряд дополнительных характеристик, например частотный диапазон и линейность преобразования.

ВНИИПИ Заказ 4849/42 Тираж 522

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

35

40

ы- . 50 .

.1. Вертикальный пьезоэлектрический Сейсмоприемник,содержащий корпус с закрепленным на нем электромагнитом, инерционную массу, соединенную с пьезоэлементом, и якорь, размещенный на инерционной массе и взаимодействующий с электромагнитом, о т- личающийся тем, что, с целью абсолютной калибровки в рабочих условиях измерения ускорения меньше ,. , якорь массой m установлен с возможностью свободного перемещения по вертикали от инерционной массы М до электромагнита, при зуом масса якоря m меньше величины М, MOKc/S Д S ускорение свободного падения.

Подписное