Сейсмометр с устройством градуировки Советский патент 1993 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к сейсмометрии, и может быть использовано для градуировки сейсмометров при выпуске их из производства и в процессе эксплуатации.

Цель изобретения - повышение точности градуировки сейсмометров, снабженных установочными винтами с подпятниками.

Поставленная цель достигается тем, что в сейсмометр встроен возбудитель колебаний, выполненный в виде пьезоэлементов, размещенных в выемках подпятников, при этом верхняя плоскость каждого пьезоэле- мента скреплена с дном выемки, а нижняя - совмещена с опорной плоскостью подпятника, причем пьезоэлементы через блок нормирования и усилитель соединены с генератором и блоком смещения.

В основу изобретения положено свойство пьезоэлектрического материала деформироваться под действием электрического поля. Величина деформации пьезоэлектрического материала линейно зависит от вели- чины электрического напряжения и характеризуется соотношением

О)

где I - первоначальная длина пьезоматери- ала, м;

С - электрическая емкость материала, Кл/В;

U - электрическое напряжение на об- кладках пьезоматериала, В;

Е - модуль Юнга, Н/м2;

S - площадь поверхности пьезоматериала, м2; . d - пьезоэлектрический модуль, Кл/Н.

На фиг.1 показан предлагаемый сейсмометр с устройством градуировки; на фиг.2 - пример выполнения устройства.

Сейсмометр с устройством градуировки (фиг.1) содержит пьезоэлектрический возбу дитель 1 стокопроводящими обкладками 2, который встроен в углубление 3, сделанное в опоре 4, соединенной с основанием 5 сейсмометра (на чертеже не показан) и находящейся на фундаменте б. Число пьезоэлектрических возбудителей соответствует количеству опор градуируемого прибора. Пьезоэлектрические возбудители 1 через обкладки 2 подключены к блоку нормирования 7. Блок нормирования 7 через.

СЛ

С

00

о

СЛ

:

К ifO

усилитель постоянного тока 8 соединен с генератором 9 электрических сигналов и блоком смещения 10, которые, в свою очередь, связаны между собой. Устройство градуировки содержит.блок питания 11, выходы которого подключены к усилителю постоянного тока 8.

Градуировка сейсмометра производится следующим образом ; Постоянное напря-. жение требуемой величины подается с бдока смещения 10 через последовательно соединенные генератор 9, усилитель постоянного тока 8 и блок нормирования 7 на пьезоэлектрический возбудитель 1. который при этом увеличивает свои геометрические размеры в вертикальном направлении, и опоры 4 отрываются от фундамента 6. Градуировка сейсмометра осуществляется переменнымипо напряжению, нормированными сигналами с генератора 9, которые через последовательно соединенные усилитель постоянного тока 8 и блок формирования 7 подаются на пьезоэлектрический возбудитель 1. Деформация пьезоэлектрического возбудителя 1, а, следовательно, амплитуда и частота перемещения основания 5 градуируемого прибора в соответствии с соотношением (1) изменяются пропорционально приложенному к его обкладкам 2 переменному напряжению. Блок нормирования 7 служит для приведения коэффициентов преобразования пьезоэлектрических возбудителей к единому значению. Это позволяет значительно уменьшить поперечную составляющую колебаний. Нормирование осуществляется при выпуске из производства сейсмометра со встроенными в опоры пьезоэлектрическими возбудителями перед началом операций по их градуировке.

Изменением значений переменных напряжений по амплитуде и частоте можно задавать колебания градуируемому прибору в широких пределах как по перемещению от 1-10 до 500 нм, так и по частоте от 0,01 до 1000 Гц. При этом погрешность воспроизведения механических колебаний Ъснова- ния градуируемого прибора будет определяться, в основном, погрешностью задания переменного напряжения с генератора 9 и при использовании серийно выпускаемых приборов, например, Г6-34 будет не более 1%.

Сравнивая значения параметров движения, измеренные сейсмометром Хизм, с действительными значениями параметра Хд, вычисленными, например, для амплитуды перемещения с использованием соотношения (1), можно определять относительную погрешность результата градуировки .

Хизм Xi

х„

100 %

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

После снятия переменного и постоянного напряжений градуируемый прибор возвращается в исходное состояние, т.е. опоры 4 приходят в соприкосновение с фундаментом 6. При этом время на проведение градуировки снижается в несколько раз за счет исключения операции снятия градуируемого прибора с фундамента и его транспортирования к месту градуировки и обратно.

Устройство градуировки может быть выполнено, например, как это показано на фиг.2..

Блок нормирования 7 выполнен в виде регулируемого делителя напряжений на ре- зисторах 12-17. Усилитель постоянного тока выполнен на электронной лампе 18 и резисторах 19-21. Генератор 9 электрических сигналов использован серийный, тип Гб-34, а блок 10 задания постоянных напряжений и блок питания 11, тип Б5-10. В качестве, пьезоэлектрического возбудителя использован пьезоэлемент ПП-4, имеющий кольцеобразную форму с внешним диаметром 30 мм, внутренним - 18 мм и толщиной

5 мм. В усилителе постоянного тока использована электронная лампа 6Ж1П и резисторы. ...

Приме р. Для задания механических колебаний на градуируемый прибор использовались серийно выпускаемые пьезоэле- менты ПП-4. Низкочастотный электрический сигнал подавался на пьезоэ- лементы генератора Г6-34 через усилитель постоянного тока, выполненный на электронной лампе 6Ж1П. Максимальное амплитудное значение синусоидального сигнала, которое подавалось на пьез оэлементы, составляло 70 В. При этом получены механические колебания основания сейсмометра массой около 100 кг с частотами 0,1; 1; 10; ТОО Гц и амплитудой до 500 нм. Случайная составляющая погрешности воспроизведения амплитуд не превысила 1 %. Экспериментальные исследования показали,что по сравнению с прототипом заявляемое устройство имеет значительно меньшую

суммарную погрешность градуировки. Грузоподъемность трех пьезоэлементов, встроенных в три опоры, составила 100 кг.

В диапазоне 1-500 нм описанное устройство заменяет косвенные методы градуировки сейсмометров прямыми, что позволяет определить систематическую составляющую погрешности измерения амплитуды колебаний и вычислить суммарную погрешность.

Формула изобретения Сейсмометр с устройством градуировки, содержащий размещенные в корпусе инертную массу и преобразователь колебаний, установленные на общем основании, снабженном установочными винтами с подпятниками, а также устройство градуировки, включающее возбудитель колебаний и генератор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности градуировки за счет осуществления воздействия на основание сейсмометра, в него введены усилитель, блоки нормирования и смещения, а возбу- дитель колебаний выполнен в виде пьезоэ- лементов, размещенных в выемках

подпятников, при этом верхняя плоскость каждого пьезоэлемента скреплена с дном выемки, а нижняя совмещена с опорной плоскостью подпятника, причем пьезоэле- менты через блок нормирования и усилитель соединены с генератором и блоком смещения.

Использование: измерительная техника, в частности сейсмометрия и вибромет- рия. Сущность изобретения: в опоры калибруемого сейсмометра устанавливают пьезоэлектрические возбудители колебаний, соединенные через блок нормирования с генератором колебаний.2 ил.