Электронный сейсмометр Советский патент 1989 года по МПК G01V1/16 

Изобрете1шв относится к-геофизическому приборостроению, в частности к сейсмическим устройствам.

Целью изобретения является улучшение линейности, уменьшение дрейфа- сейсмометра ври одноврвмвшом увеличении его стабильности.

На г. Г неказана зфщципиаль- ная электрическая схема) на фиг.2 - структурная схема.

Масса 1 маятника с рычагом 2 подвешена к основанию с помощью шарниров 3 - 5 и циливдрической пружины 6, С массой 1 жестко связана-катушка 7 магнитоэлектрического преобразователя (ЮП) 8 и параметрический преобразователь (ПП) 9.

ПП 9 через цепь обратной связи подключен к активному ВЧ фильтру, состоящему из операционного усилителя (ОУ) 10 с резисторами R, ,R2,Rj, R и конденсаторами С, С/, С j, а

также к активному НЧ 4 1льтру, состоящему из операционного усилителя ОУ 11 с резисторами R.R, Rj, R и конденсатором Cf. Выходы ВЧ и НЧ фильтров пoдкJвaчвны соответственно через развязьюающие резисторы R; R, и конденсатор С, к обмотке ЮП В..

ОУ 10 с цепью нз резнсторов Rj, конденсаторов С,, С i, Cj реализует передаточную функцию дифференциатора второго порядка с выходным сиг- налом, пропорциональным второй производной по временн от входного сигнала. Введение ОУ 10 в цепь обратной связи сейсмометра позволяет увеличивать электронным путем период сейсмометра, продлевая плоский участок его амплитудно-частотной характеристнкн (АЧХ) в сторону длинных периодов,прн этом уменьшаются погрешности дифференцирования . С целью распространения области действия обратной связи на

сл

00 00

О5

BOO область рабочих периодов, включая длиннопериодический склон АЧХ, в дифференцирующую цепь ОУ 10 дополнительно включены резисторы R, R,j параллельно конденсаторам С,, С,, при этом в обмотку МЭП 8 дополнительно к сигналу, пропорциональному второй производной, поступает сигнал, пропорциональный перемещению и пер- вой производной от перемещения маятника, что позволяет регулировать затухание сейсмометра и приводит к улучшению линейности и расширению динамического диапазона во всей области рабочих периодов.

ОУ 11 с резисторами R, R, и конденсатором Cj, развязанный от МЭП 8 через большое сопротивление R , формирует в обмотке ЮП 5, 8 сигнал, npo порциональный интегралу по времени от перемещения маятника,:и тем самым уменьшает чувствительность сейсмометра к сверх(линнопериодным колебаниям почвы и одновременно уменьшает в не- обходимых пределах дрейф маятника сейсмометра„

Делитель на резисторах Rg, R на выходе ОУ 10 введен для уменьшения емкости конденсатора Cf и соответст- вующего уменьшения погрешностей интегрирования при сохраиении заданной постоянной времени интегрирования и степени подавления дрейфа маятника.

Введение конденсатора €4, включенного параллельно резистору Rj, позволяет улучшить стабильность работы сейсмометра, придавая ему необходимый запас устойчивости и предохраняя его от самовозбуждения и генерации.

Сейсмометр работает следующим образом.

Перемещения почвы X, воздействуя на маятник, вызывают его отклонение от положения равновесия на У с передаточной функцией S(p), которое с помощью Ш1 9 преобразуется в электрическое напряжение е с коэффициентом

л

реобразования а( . Напряжение е поается в цепь обратной связи сейсмоетра на входы активных ВЧ и НЧ фильров, которые формируют суммарное на, dy d

ряжение и ток i у « ir + S- в обQt at

отке МЭП 8 с передаточной функцией D(P)+I(P), При взаимодействии тока „ i с магнитным полём мэп 8 возникает про- тиводействующая обратная сила, прило- женная к маятнику, которая возвращает маятник к первоначальному положению равновесия на величину у с передаточной функцией F(p), тем самым осуществляя силовое уравновешивание маятника.

Передаточная функция Т(р) сейсмометра с обратной связью в операторной форме;

Р I TTufpffen r

о /1

i4. .т/ . v.1

(р М

l4o{D(p) F(p)+,I(p) F(p)

где Ld(p) - коэффициент усиления по дифференцирующей петле обратной связиI

Ы(р) - коэффициент усиления по интегрирующей петле обратной связи; Р - оператор Лапласа, P-iw,

ы - циклическая частота. Передаточные функции отдельных ветвей ОС сейсмометра:

„ (2.

/

.(р +2J)n + п)

1ч приведенн Ш длина маятника; расстояние от оси вращения маятника до центра Ш1, собственная частота маятника;постоянная затухания.

c(.i У

о - коэффициент преобразования ПП 9.

Ь Пс DC(3)

Изобретение относится к геофизическому приборостроению, в частности к сейсмическим устройствам. С целью улучшения линейности, уменьшения дрейфа сейсмометра при одновременном увеличении его стабильности в дифференцирующую и интегрирующую цепи обратных связей введены операционные усилители с местными обратными связями. При этом в обмотку магнитоэлектрического преобразователя поступают сигналы, пропорциональные первой и второй производной от перемещения маятника, перемещению и интегралу по времени от перемещения. 1 ил.

D(p) ii

C,/C3Rs(P +J7R-)(P +

-;: сгт. с7 д4::с1; /::1 :: .р+ы )

P гТг.ТнЛ гТ

C,

CiJ CiC3RjR4

где K - коэффициент ВЧ фильтра на

высоких частотах; (jj, oj , - угловые частоты;

u,w

- C )

CiJ CiC3RjR4

D - постоянная затухания. Для плоского участка АЧХ дифферен- цирукщей цепи D - 0,705, учитывая это из формулы (4) получаем:

(5)

1(6)

.R,R,

где К; - коэффициент усиления по постоянному напряжению НЧ фильтра i ы. - угловая частота логарифмического участка АЧХ,

при этом

(7) (8)

где Kj - момент инерции маятника; g - электродинамическая постоянная МЭП.

Для синтеза параметров сейсмометра получаем выражение для нахождения Lp;

L(p)L.(p)+L.(p)(p)F(p)-WI(p)F(p),

. .Ы.; Kgl,o n

L(p)

itlblS J, u).

LI, toj ы wj; (9)

.

к с R, .

3

n 5 : u : W4

принимает значение, равное единице на частоте cJj-, которая находится из условия L(u}f) 1 и приближенно равна

n..Lf(,0)

u).

KS RS

Ulj

Задаваясь угловыми частотами ш, тель на резисторах Rg и Rg, выход

to, , 0)4 , а также L.,, L для известных KjK,-, Rj/Rg и произвольно выбранных CjRfc, пользуясь выражениями (5),

которого через развязывающий резисто R,Q также соединен с обмоткой магнит электрического преобразователя.

5188166

(9) и (10), могут быть рассчитаны параметры электронного сейсмометра:

5 S . : ±оЪ-,.

()СзЮ

,

.l ...

IS

20

R, R 5

R,

10

С,

СА

Kjn I oJ L,

L R

R

, ..

K,

L,

Cz Kd Сз;

2U5

RS

Ь -1

L,

L К

R,U)2

U),i, Wj, W

5

0

UJ,

U),

w, -ИL г

При этом для заданных оставшиеся зависимые угловые частоты О), и WjCpe3a АЧХ находятся из соотношений :

L,

L,

а ,

5

Формула изобретения

Электронный сейсмометр, содержащий маятник, параметрический и магнитоэлектрический преобразователи, дифференцируюо1ую и интегрирующую цепи обратных связей, отличающийся тем, что, с целью улучшения линейности, уменьшения дрейфа сейсмометра при одновременном увеличении его стабильности, в дифференцирующую и интегрирующую цепи обратных связей введены первый и второй операционные усилители с местными обратными связями, при этом в местную обратную связь первого операционного усилителя введены резисторы R., и R2 с параллельными ему конденсаторами С и С, подключенные между выходом параметрического преобразовате- Q Ля и входом операционного усилителя, выход которого через конденсатор С и резистор R соединен с обмоткой магнитоэлектрического преобразователя, а в местную обратную связь второго операционного усилителя введен дели5

0

5

тель на резисторах Rg и Rg, выход

которого через развязывающий резистор R,Q также соединен с обмоткой магнитоэлектрического преобразователя.

фс/e.f

Фи. 2