СЕЙСМИЧЕСКИЙ ВИБРОДАТЧИК Советский патент 1967 года по МПК G01V1/16 G01P15/08 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначается для намерения больших механических колебаний (вибраций), например исследования качки морских транспортных средств.

В настоящее время известны устройства для измерения больших колебаний, основанные на принципе либо частично уравновешенного маятника, либо акселерометра с двойным интегрированием. Недостатком -нервых является большая чувствительность к угловым колебаниям, недостатком вторых - малая чувствительность в широком диапазоне частот. Названных недостатков лишены сейсмические вибродатчики, работающие в режиме виброметра.

Однако амплитуда измеряемых колебаний в этих датчиках ограничивается величиной свободного хода сейсмической массы.

Предложенный датчик имеет все достоинства сейсмического виброметра, но в то же время позволяет измерять большие виброперемеш,ения благодаря тому, что заполнение датчика жидкостью, имеюш,ей плотность, близкую к средней плотности сейсмической массы, уменьшает перемешение последней относительно корпуса.

полюсными наконечниками 2 и 3 н тяжелой балластной массой 4. Уравнение движения сейсмической массы можно на основании второго закона Ньютона залнсать следующим образом

5-2Л(1)

где т - сейсмическая масса;

X - смещение массы в инерциальной системе координат;

2f сумма сил, действующих на массу, которая в данном случае складывается из следующих составляющих:

,+ F,+ F,

где F - сила нротиводействия нружин, равная F - су; где с - жесткость пружины;

у-перемещение сейсмической массы

относительно корпуса. //г - сила деМПфирования, равная Ff

, dt

-h

где h - коэффициент демпфирования.

На основе закона Архимеда , можно получить:

Р - ж Ж ,

где wJjK - масса жидкости, которая вытесняется объемом сейсмической массы;5 - перемещение корпуса датчика в

инерциальной системе координат. Подставляя все выражения для сил в исходное уравнение и учитывая, что х у - |, получим:

а.-у I liy .,-.

(2)

« - -тг- + су (т - /Лж) di

В режиме виброметра (на частотах выше резонанса датчика) относительное перемещение, найденное из дифференциального уравнения (2), может быть выражено: т - т,к f

и -I.

Последнее выражение показывает, что, выбирая т близким к ШУИ, MOJKHO осуществлять масштабирование - уменьшение у но сравнению с с. Так, например, если требуется произвести масштабирование в k раз,

, У

то необходимо принять

т - т

/fe -1

так, например, если в качестве жидкости выбрать ртуть с удельным весом рж 13,6, а основой сейсмической массы выбрать постоянный магнит из сплава магнико с удельным весом р1 7,8 и полюсные наконечники из армко с удельным весом р2 7,8, то для уравиовешнвания (приблил ения т к nix) необходимо использовать дополнительное балластное тело нз тя келого материала, например, вольфрама - с удельным весом ,3.

Таким путем можно осуществить масштабирование относительного перемещения сейсмической массы, что позволяет производить измерение больших вибрационных перемещений датчиками малого размера.

Однако необходимо учесть, что плотность любой жидкости изменяется ери изменении температуры сильнее, чем плотность твердых

тед, исполсзуемьгх в, качестве сейсмической лгассы. Так, для ртути температурный коэффициент плотности равен / 1,8 , .

в то время как у твердых тел этот коэффициент в несколько десятков раз меньше. Чтобы сохранить неизменным отношение т/т, необходимо принять специальные .меры.

В качестве таких мер предлагается жестко укрепить на сейсмической массе два сосуда сильфонного типа 5 и (два вдяты для симметрии, принципиально можно обойтись одним сосудом), залолнеицые жидкостью с

большим температурным коэфгфицнентом плотности, например, ацетоном К.2 1

7 эфиром Кя 16,3 X

10-4

град

Если объемы компенсирующих сосудов 5 и 6 подобрать так, чтобы компенсация осуществлялась с точностью ие менее 1%, что экспериментально достигнуть сравнительно легко, то, как нетрудно видеть из приведенных цифр, лри масштабировании в 1000 раз с погрешностью 10% можно проводить измерения в температурном диапазоне ± 50°С. Технически

осуществима еще более точная компенсация.

Предмет изобретения

1.Сейсмический вибродатчик, содержащий герметически закрытый корпус, заполненный

демпфирующей жидкостью и сейсмическую массу на пружинах, отличающийся тем, что, с целью расширения пределов измеряемых амплитуд виброперемещепий, в нем на сейсмической массе укреплена дополнительная балластная масса из материала с больщим удельным весом так, чтобы вес сейсмической массы стал равен весу жидкости, вытесненной при ее погружении.

2.Вибродатчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения тем пературного влияния иа измерения виброперемещений, в нем на сейсмической массе укреплены один или несколько сильфонных сосудов с жидкостью, имеющей температурный коэффициент расширения во столько раз больший температурного коэффициента демпфирующей жидкости, во сколько раз объем этих сосудов меньше всего объема сейсмической массы.

f иг-.--.«. .-r-4---V..,-tV-,.Y,., ., ..--...-- ....-«Х

- feBj --

я ч Vf-i- i

,