Сейсмометр Советский патент 1989 года по МПК G01V1/16 

63 W 9 2

8

01

о

со

О

со

1509769

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и может быть использовано в сейсмометрах, гравиметрах.

Цель изобретения - повьшение разрешающей способности сейсмометра за счет уменьшения температурных погрешностей.

На чертеже изображен сейсмометр.

Чувствительная система, состоящая из инертной массы 1, подвешенная с помощью пружины 2 и упругих шарниров 3 к основанто 4 прибора, помещается

п §А Р 4. V

dt

25 где Л Т

t UP

Р

V

35

Р

в корпус 5 с теплоизоляционным покры- 5 торый с учетом теплообмена воздуха тием 6, изготовленными, например, из. с деталями и корпусом сейсмометра пенопласта. Отверстие с эластичной описьюается системой уравнений: мембраной 7 позволяет выравнять давление во внутреннем объеме сейсмометра и одновременно.предохранять его 20 от проникновения влаги. Воздушное пространство внутри корпуса, обычно имеющее сложную ко нфигурацию, -.запол- няется деталями из твердого теплоизолирующего материала 8, например дерева, эбонита. Остаточный воздушный объем определяется пространством, необходимым для свободного перемещения подвижных систем сейсмометра. Пружина помещается в металлическую каме- 30 ру 9, например, из алюминия с ным термоизоляционным покрытием 10, например, из эбонита.

Сейсмометр работает следующим образом.

Наружные колебания атмосферного давления свободно проникают через корпус 5 с теплоизоляционным покрытием 6, снабженный эластичной мембраной 7, во внутренний объем сейсмометра, 40 не вызьшая деформаций корпуса и появление связанных с ними инструментальных шумов сейсмометра. Внутри корпуса сейсмометра возникают колебания температуры барического происхождения, амплитуда которых пропорциональна объему воздуха внутри корпуса. Возникающие во внутреннем объеме сейсмометра колебания температуры воздуха воздействуют на систему подвеса инертной массы 1 маятника, вызывая температурные изменения жесткости пружины 2 и упругих шарниров 3 и появление связанных с этим температурных возмзпцений ма Ггника.сг

Заполнение свободного внутреннего объема сейсмометра деталями из твердого теплоизолирующего материала 8, помещение пружины в металлическую ка-

-приращение температуры воз

-духа;

-время;

-приращение атмосферного да ления;

-среднее значение давления

-среднее значение воздушног объема внутри корпуса;

-теплоемкость воздуха при п стоянном объеме;

-. теплоемкость воздуха при

постоянном давлении; Q - количество тепла, участвую щего в объеме;

р| - коэффициент теплообмена. Решение системы (1) относительн ЬТ дает:

-Г- V

с;

duP dt

45

50

Из уравнения (2) находится завис мость амплитуды колебаний температу ры и Т воздуха во внутреннем объеме сейсмометра от амплитуды колебаний давления в зависимости от частоты к лебаний:

V iQ Р Cp(iW+Wo) - циклическая частота колеб ний;

&Т где СО

.„ .

- характеристическая частот

Дпя высоких частот при СО СО процесс является адиабатическим, те

меру 9 с наружным термоизоляционным покрытием 10 и упругих шарниров 3 в : термоизоляционные камеры приводит к уменьшению амплитуды колебаний температуры воздуха барического происхождения, воздействующей на термочувст- вительные элементы сейсмометра (пружину, упругие шарниры), уменьшение температурных погрешностей и увеличение разрешающей способности сейсмометра.

Внутри корпуса сейсмометра совершается термодинамический процесс, ко п §А Р 4. V

с учетом теплообмена воздуха алями и корпусом сейсмометра юается системой уравнений:

(1)

а

где Л Т

t UP

Р

V

Р

торый с учетом теплообмена воздуха с деталями и корпусом сейсмометра описьюается системой уравнений:

-приращение температуры воз-духа;

-время;

-приращение атмосферного давления;

-среднее значение давления;

-среднее значение воздушного объема внутри корпуса;

-теплоемкость воздуха при постоянном объеме;

-. теплоемкость воздуха при

постоянном давлении; Q - количество тепла, участвующего в объеме;

р| - коэффициент теплообмена. Решение системы (1) относительно ЬТ дает:

V

с;

duP dt

(2)

Из уравнения (2) находится зависимость амплитуды колебаний температуры и Т воздуха во внутреннем объеме сейсмометра от амплитуды колебаний давления в зависимости от частоты колебаний:

V iQ Р Cp(iW+Wo) - циклическая частота колебаний;

&Т где СО

(3)

.„ .

- характеристическая частота.

Дпя высоких частот при СО СО процесс является адиабатическим, теп 150 лообмен воздуха с окружающими телами не усиевает происходить, при этом

V .„ 1

JiT/

где

W.COo Ро ---- ЛР Ср

(4)

Ар

We удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении; р - среднее значение плотности

воздуха.

Для низких частот процесс за счет теплообмена приближается в пределе при Q - О к изометрическому, при этом

ЬТ/,

-СОЛР.

(5)

Для типовых конструкций сейсмометров диапазон рабочих частот, как установлено экспериментально, принадлежит переходной области от адиабатического процесса к изотермическому, при котором, как видно из уравнения (5), изменение температуры пропорционально внутреннему объему воздуха, скорости изменения давления и обратно пропорционально коэффициенту теплообмена После заполнения свободного пространства внутри корпуса сейсмометра каким-либо материалом остается оста- точньш воздушный объем V, для которого изменение температуры воздуха при неизменном коэффициенте теплообмена будет

iT,

.

9769

5

Степень уменьшения вариаций температуры внутри сейсмометра и, следовательно, степень уменьшения темпера-.

турных погрешностей, обусловленных вариациями атмосферного давления, определяется отношением

(

v.

у

20

15

25

30

Формула изобретения

1.Сейсмометр, включающий корпус с теплоизоляционным покрытием,инертную массу, подвес с упругими шарнирами и пружиной, отличающий- с я тем, что, с целью повьш ения разрешающей способности сейсмометра за счет уменьшения температурных погрешностей, корпус снабжен отверстием с эластичной мембраной, а внутренний объем корпуса заполнен твердым теплоизолирующим материалом.

2.Сейсмометр поп.1, отличающийся тем, что пружина помещена в металлическую камеру с наружным теплоизоляционным покрытием.

I

3.Сейсмометр по п.1, отличающийся тем, что упругие шарниры помещены в камеры из теплоизолирующего материала.

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и может быть использовано в сейсмометрах и гравиметрах. С целью повышения разрешающей способности сейсмометра за счет уменьшения его температурных погрешностей металлический корпус сейсмометра с теплоизоляционным покрытием имеет отверстие с эластичной мембраной 7, что позволяет выровнять давление во внутреннем объеме сейсмометра и предохранить его от проникновения влаги. Воздушное пространство внутри корпуса сейсмометра заполнено твердым теплоизоляционным материалом (деревом, эбонитом), а пружина 2 или упругие шарниры 3 помещены в камеру с теплоизоляционным покрытием. Уменьшение свободного воздушного объема внутри корпуса сейсмометра позволяет снизить амплитуду колебаний температуры барического происхождения во внутреннем объеме сейсмометра. При этом помещение пружины и упругих шарниров в камеры с малым объемом воздуха приводит к дополнительному снижению амплитуды колебаний температуры, воздействующей на эти термочувствительные элементы конструкции сейсометра. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.