Трехкомпонентный пьезоэлектрический сейсмометр Советский патент 1993 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к сейсмометрии, в частности, к устройствам для приема и преобразования сейсмических колебаний в электрические сигналы, и может быть использовано для измерения параметров колебаний грунта и сооружений при естественных и искусственных сейсмических воздействиях.

Цель изобретения - обеспечение широкополосной велосимметрической характеристики при одновременном повышении чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что в сейсмометре плоские изгибные пьезоэле- менты прикреплены к корпусу и инерционному элементу, имеющему форму тела вращения так, что каждая пара пьезоэле

ментов лежит в плоскости, составляющей угол arcctg 2с осью симметрии инерционного элемента, три пары пьезоэлементов расположенных друг относительно друга через 120° по окружности с центром на оси симметрии инерционного элемента, кроме того на корпусе и инерционном элементе попарно-противоположно, по осям, перпендикулярным плоскостям пьезоэлементов и проходящим через центр тяжести инерционного элемента прикреплены три пары взаимных элементов бесконтактных устройств демпфирования, а к верхней точке инерционного элемента, лежащей на его оси симметрии, и к находящейся над этой точкой на той же оси точке корпуса прикреплена своими концами спиральная пружина

00

о

о

GJ 00 VI

СО

с жесткостью, компенсирующей вес инерционного элемента.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого трехкомпонен- тного пьезоэлектрического сейсмометра.

В соответствии с чертежом трехкомпонентный пьезоэлектрический сейсмометр содержит корпус 1, инерционный элемент2, три лары плоских изгибных пьезоэлементов 3. три пары демпфирующих устройств 4 и спиральную пружину 5.

Трехкомпонентный пьезоэлектрический сейсмометр работает следующим образом. При сейсмических колебаниях объекта, на котором закреплен корпус 1 прибора инер- ционный элемент 2 колеблется относительно корпуса 1. При этом движения произвольного направления раскладываются по трем взаимно перпендикулярным направлениям, составляющим углы arctg 2 с осью симметрии инерционного элемента 2 и перпендикулярным плоскостям соответствующих пар пьезоэлементов -3. Колебания инерционного элемента 2 относительно корпуса 1 приводят к изгибным деформа- циям пьезоэлементов 3 и на их обкладках возникают электрические заряды, пропорциональные этим деформациям. Устройства демпфирования 4, например, электромагнитные, за счет взаимных перемещений их элементов гасят колебания в направлениях соответствующих осей чувствительности компонент сейсмометра. При коэффициенте затухания много большем единицы и близких собственной и вынуждающей частотах коле- баний изгибные деформации пьезоэлементов 3 и снимаемые с их обкладок заряды будут пропорциональны скоростям колебаний основания сейсмометра в тем более широком диапазоне частот, чем больше величина ко- эффициента затухания. Спиральная пружина 5 при работе сейсмометра компенсирует вес инерционного элемента 2, тем самым разгружая пьезоэлементы 3 и обеспечивая вибропрочность сейсмометра.

Таким образом, благодаря использованию в трехкомпонентном пьезоэлектрическом сейсмометре плоских изгибных пьезоэлементов, расположенных симмет -

5

Ю

15. 2025 35 0

30

рично относительно оси инерционного элемента, а также трех пар демпфирующих ус- тройств, размещенных вдоль осей чувствительности компонент сейсмометра, удается:

во-первых, понизить собственную частоту колебаний компонент сейсмометра, выведя ее в диапазон регистрируемых сейсмических частот колебаний,

во-вторых, загасить резонансные колебания инерционного элемента сейсмометра относительно его корпуса с величиной коэффициента затухания много большей единицы и тем самым обеспечить получение широкополосной велосимметрической характеристики сейсмометра,

в-третьих, повысить чувствительность сейсмометра за счет использования тяжелой массы и изгибных пьезоэлементов при высоком коэффициенте использования объема сейсмометра.

Формула изобретения

Трехкомпонентный пьезоэлектрический сейсмометр, содержащий корпус, общий инерционный элемент и три пары плоских изгибных пьезоэлементов, жестко связанных с корпусом и инерционным элементом, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности при одновременном обеспечении широкополосной велосимметрической характеристики, плоские изгибные пьезоэлементы прикреплены к корпусу и инерционному элементу таким образом, что каждая их пара лежит в плоскости, составляющей arctg V2 с осью, симметрии инерционного элемента, при этом каждая пара пьезоэлементов расположена одна относительно другой через 120° по окружности с центром на оси симметрии инерционного элемента, сейсмометр дополнительно содержит три пары демпфирующих элементов, закрепленных на корпусе и инерционном элементе попарно противоположно -в плоскостях, перпендикулярных .плоскостям соответствующих пар пьезоэлементов, при этом инерционный элемент прикреплен к корпусу посредством спиральной пружины, ось которой совпадает с осью симметрии инерционного элемента.

Использование: сейсмометрия, измерения параметров колебаний грунта и сооружений при естественных и искусственных сейсмических воздействиях. Сущность изобретения: в сейсмометре к инерционному элементу в виде тела вращения и корпусу прикреплены три пары плоских изгибных пьезоэлементов, расположенных в плоскостях, составляющих с осью симметрии инерционного элемента arcctg 2. Соответственно оси чувствительности компонент сейсмометра составляют с осью инерционного элемента arctg 2. Сейсмометр снабжен тремя парами бесконтактных устройств демпфирования, элементы которых закреплены на корпусе и инерционном элементе так, что направления перемещений элементов демпферов совпадают с осями чувстви- тельности компонент сейсмометра. Сейсмометр позволяет реализовать широкополосную велосимметрическую характеристику и пригоден для регистрации слабых землетрясений.1 ил. СО С