Электродинамический преобразовательный блок сейсмоприемника Советский патент 1992 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к геофизическому приборостроению.

Известен электродинамический сейсмометр, содержащий магнитопровод и полюсный наконечник, установленный на нем, магнит и полюсный наконечник, установленный на нем, катушку с обмоткой, намотанной на каркасе катушки и расположенной в воздушном зазоре, образованном полюсными наконечниками. Размеры длин полюсных наконечников и обмотки катушки равны между собой. Кривая распределения магнитной индукции в кольцевом воздушном зазоре представляет собой равностороннюю трапецию, в основании плавно переходящую в симметричные вогнутые кривые, близкие к гиперболам. Стороны трапеции близки к прямым линиям. Концы обмотки катушки

расположены на этих линейных участках кривой распределения магнитной индукции.

Недостаток известного сейсмометра заключается в том, что он имеет большие размеры и массу, в результате наличия полюсного наконечника, установленного в магнитолроводе. Кроме того, часть магнитной индукции, распределенной на вогнутых кривых, не используется для создания коэф фициента преобразования.

Известен електродинамический преобразовательный блок сейсмоприемника, сот держащий магнитопровод, выполненный в виде трубы с опорными торцами, магнит и установленные н Тнём д ва пап юсных наконечника, ограниченных кольцевой и торцовой поверхностями, две обмотки, намотанные на каркасе катушки, заключен2

00 О

сл

ные между внутренними и внешними кольцевыми поверхностями и расположенными в воздушных зазорах, образованных магни- топроводом и полюсными наконечниками. Кривая распределения магнитной индукции в каждом воздушном зазоре представляет собой колоколообразную функцию. Выпуклая вершина кривой распределения плавно переходит в вогнутые кривые, близкие к гиперболам. Края обмоток катушек совпадают с местами переходов кривой распределения магнитной индукции от выпуклом к вогнутой кривой.

Недостаток электродинамического преобразовательного блока сейсмоприемника заключается в том, что расстояние между опорными торцами магнитопровода намного превышает расстояние между торцовыми поверхностями полюсных наконечников. Это приводит к тому, что кривая распреде- ления магнитной индукции в кольцевом воздушном зазоре рассредоточена по длине, составляющей половину расстояния между опорными торцами магнитопровода. Длина обмотки катушки хотя и превышает в не- сколько раз длину полюсного наконечника, но не захватывает значительную часть магнитной индукции, располагаемой по вогнутым кривым распределения, и не использует ее для создания коэффициента преобразования.

Квазилинейные участки кривой распределения имеют незначительную длину и тогда при больших сигналах или наклонах сейсмоприемника, когда края обмотки ка- тушки переходят на выпуклые или вогнутые кривые, нелинейные искажения сейсмоприемника возрастают.

Цель изобретения - увеличение чувствительности при сохранении сопротивле- ния обмотки катушки и уменьшение нелинейных искажений электродинамического преобразовательного блока сейсмоприемника.

Поставленные цели достигаются тем, что в электродинамическом преобразовательном блоке сейсмоприемника, содержащем магнитопровод, выполненный в виде трубы с опорными торцами, магнит и установленные на нем два полюсных наконеч- ника, каждый из которых ограничен по длине кольцевой и торцовой поверхностями, две обмотки, намотанные на каркасе катушки и размещенные между внутренними и внешними кольцевыми поверхностями в воздушных зазорах, образованных магни- топроводом и двумя полюсными наконечниками, длина магнитопровода ограничена опорными торцами, расстояние между торцовыми поверхностями полюсных наконечников совпадает с длиной магнитопровода, расстояние между внешними кольцевыми поверхностями обмоток превышает длину магнитопровода на 1/4 воздушного зазора, а расстояние между внутренними кольцевыми поверхностями обмоток составляет от 1/5 до 1/4 расстояния между кольцевыми поверхностями полюсных наконечников.

В магнитопроводе с каждой стороны его внешней цилиндрической поверхности выполнена проточка, на которой установлена металлическая гильза, и диаметр проточки на расстоянии, равном половине длины полюсного наконечника от опорного торца магнитопровода, определяется соотношением

°ь/ГГ

Dn

OS 2 Вм где Dn - диаметр проточки;

DB - внутренний диаметр магнитопровода;

D - диаметр магнита;

В - магнитная индукция в точке, соответствующей максимуму удельной магнитной энергии на кривой удельного магнитного потока, отдаваемого магнитом в воздушные зазоры;

Вм - допустимая магнитная индукция материала магнитопровода.

Торцовая поверхность каждого полюсного наконечника, начиная с диаметра, равного диаметру магнита, выполнена в виде конуса с вершиной, расположенной в центре поверхности полюсного наконечника, соприкасающейся с торцовой поверхностью магнита.

На фиг. 1 схематически изображен электродинамический преобразовательный блок сейсмоприемника; на фиг. 2 - кривая распределения магнитной индукции в воздушном зазоре.

Магнит 1, полюсные наконечники 2 и 3, установленные на магните 1, магнитопровод 4 образуют магнитную систему электродинамического преобразовательного блока сейсмоприемника, В воздушных зазорах, образованных полюсными наконечниками 2,3 и магнитопроводом 4: расположены обмотки 5 и 6, намотанные на каркасе катушки 7. В проточках магнитопровода 4 установлены металлические гильзы 8 и 9, обеспечивающие установку фланцев 10 и 11, соосно с магнитопроводом и закрепление их на магнитопроводе завальцовкой. Фланцы 10 и 11 обеспечивают расположение полюсных наконечников соосно с магнитопроводом. Длина магнитопровода ограничена опорными торцами 12 и 13. Каждый полюсный наконечник имеет торцовую 14 и кольцевую 15

поверхности, а каждая обмотка - внешнюю 16 и внутреннюю 17 кольцевые поверхности.

На фиг. 1 приняты также обозначения: А- длина воздушного зазора; D - диаметр магнита; DB - внутренний диаметр магнито- провода; Dp - диаметр проточки; В - длина полюсного наконечника; В/2 - длина проточки; А/8 - расстояние между опорным торцом магнитопровода (или торцовой поверхностью полюсного наконечника) и внешней кольцевой поверхностью обмотки; L - длина обмотки; t - толщина кольцевой поверхности полюсного наконечника; С - толщина опорного торца магнитопровода.

На фиг, 2 изображена кривая 18 распределения магнитной индукции в воздушном зазоре. Максимальная магнитная индукция в воздушном зазоре обозначена Вт.

Электродинамический преобразовательный блок сейсмоприемника работает следующим образом.

Колебательные перемещения магнитной системы, связанной с исследуемым объектом, преобразуется в колебательные перемещения магнитной системы относительно катушки с обмотками - инерционного элемента электродинамического преобразовательного блока. Электродинамический преобразователь - обмотки катушки, - расположенные в воздушных зазорах магнитной системы, преобразуют относительные перемещения магнитной системы и катушки в напряжение.

Известно, что коэффициент преобразования электродинамического преобразовательного блока равен произведению длины проводника обмотки на среднее значение магнитной индукции, проходящей через проводник обмотки и определяемой по расположению длины обмотки L по отношению к кривой распределения магнитной индукции в воздушном зазоре (фиг. 2).

Уменьшение длины магнитопровода и расположение его опорных торцов с торцовыми поверхностями полюсных наконечников позволяет сконцентрировать магнитный поток, протекающий через воздушные зазоры, ближе к торцовым поверхностям полюсных наконечников и увеличить максимальное значение магнитной индукции Вт в воздушных зазорах. Это позволяет, не увеличивая длину обмотки L (по отношению к прототипу), а лишь сдвинув обмотки ближе к центру электродинамического преобразовательного блока, использовать большее значение магнитного потока, протекающего через воздушные зазоры, для создания большего коэффициента преобразования.

Наряду с этим получен дополнительный положительный эффект, заключающийся в

том, что распределение магнитной индукции в воздушном зазоре стало линейным в местах расположения торцов полюсных наконечников. Располагая внешнюю кольцевую поверхность обмотки на этом линейном

участке кривой распределения магнитной индукции, а внутреннюю кольцевую повер- хность обмотки - на участке кривой распределения магнитной индукции, имеющем пологий наклон и близком к участку кривой,

переходящем через нуль, получаем уменьшение нелинейных искажений электродинамического преобразовательного блока сейсмоприемника, вызванных нелинейностью магнитного поля.

Кроме того, уменьшение длины магнитопровода и катушки приводит к уменьшениюгабаритовимассыпреобразовательного блока.

Выполненные на концах магнитопровода проточки позволяют уменьшить магнит- ные проводимости опорных торцов магнитопровода и тем самым еще более сконцентрировать магнитный поток в воздушных зазорах. Проточки позволяют установить на магнитопровод гильзы для последующего крепления фланцев. Диаметр проточки должен выбираться из условия, обеспечивающего прохождение без потерь магнитного потока через критическое сечение магнитопровода

jrD В лг(Рп-о1)Вм 42-4

Цифра 2 в знаменателе правой части уравнения учитывает то, что половина магнитного потока проходит через Критическое сечение.

После преобразований получаем

Оп

В

2 D вм

Дальнейшей концентрации магнитного потока в воздушных зазорах способствует уменьшение магнитной проводимости поверхностей опорных торцов магнитопровода и торцовых поверхностей полюсных наконечников. Известно, что магнитная проводимость соосных торцовых поверхностей вычисляется по формуле

G Mo(D+2t+ A)ln(1+ Ј ).

Анализ формулы показывает то, что уменьшение толщины опорного торца магнитопровода и уменьшение торцовой поверхности полюсного наконечника

уменьшает их магнитную проводимость. Выполнение фаски на внешней поверхности опорных торцов магнитопровода и выполнение торцовой поверхности полюсных наконечников, начиная с диаметра, равного диаметру магнита, в виде конуса позволяет уменьшить проводимость этих поверхностей и сконцентрировать магнитный поток в воздушных зазорах.

Изобретение позволяет создать тот электродинамический преобразовательный блок сейсмоприемника, в котором увеличена чувствительность при сохранении сопротивления обмотки катушки и уменьшены нелинейные искажения и, кроме того, увеличен предельный угол наклона без увеличения нелинейных искажений, а также уменьшены габаритные размеры и масса. Формула изобретения 1. Электродинамический преобразовательный блок сейсмоприемника, содержащий магнитопровод, выполненный в виде трубы с опорными торцами, магнит и установленные на нем два полюсных наконечника, каждый из которых ограничен по длине кольцевой и торцовой поверхностями, и две обмотки, намотанные на каркас катушки и размещенные между внутренними и внешними кольцевыми поверхностями в воздушных зазорах, образованных магнитол роводом и двумя полюсными наконечниками, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности при сохранении сопротивления обмотки катушки и уменьшения нелинейных искажений, длина магнитопровода ограничена опорными торцами, расстояние между торцовыми поверхностями полюсных наконечников совпадает с длиной магнитопровода, расстояние между внешними кольцевыми поверхностями обмоток превышает длину магнитопровода на 1/4 длины воздушного за-, зора, а расстояние между внутренними кольцевыми поверхностями обмоток со- ставляет 1 /5-1 /4 расстояния между кольцевыми поверхностями полюсных наконечников.

2. Блок по п. 1,отличающийся тем, что в магнитопроводе с каждой стороны его внешней цилиндрической поверхности выполнена проточка, на котором установлена металлическая гильза, а диаметр проточки Dn на расстоянии, равном половине длины полюсного наконечника от опорного торца магнитопровода, определяется соотношением Dn

DbV,

1 +

DZB

Dg 2 Вм

где De - внутренний диаметр магнитопровода;

DM - flnaMef р магнита; В - величина магнитной индукции в точке, соответствующей максимуму удельной

магнитной энергии на кривой удельного магнитного потока, отдаваемого магнитом в воздушные зазоры;

Вм - допустимая магнитная индукция материала магнитопровода.

3. Блок по п.1,отличающийся тем, что, в нем торцовая поверхность каждого полюсного-наконечника, начиная с диаметра, равного диаметру магнита, выполнена в виде конуса с вершиной, расположенной в

центре поверхности полюсного наконечника, соприкасаемой с торцовой поверхностью магнита, а на внешней поверхности опорных торцов магнитопровода выполнена фаска.

Изобретение относится к геофизическому приборостроению. Цель изобретения - увеличение чувствительности при сохранении сопротивления обмотки катушки и уменьшение нелинейных искажений. В электродинамическом преобразовательном блоке сейсмоприемника расстояние между торцовыми поверхностями полюсных наконечников совпадает с длиной магнитопро- вода. Расстояние между внешними кольцевыми поверхностями обмоток превышает длину магнитопровода на одну четверть длины воздушного зазора. Расстояние между внутренними кольцевыми поверхностями обмоток составляет от одной пятой до одной четвертой расстояния между кольцевыми поверхностями полюсных наконечников, Изобретение позволит также увеличить предельный угол наклона электродинамического преобразовательного блока. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. со с