Устройство для регистрации сейсмических колебаний Советский патент 1977 года по МПК G01V1/16 

1

Предлагаемое устройство предназначено для измерения упругих колебаний земной коры и преобразования их в электрический сигнал при проведении сейсмических наблюдений различными методами.

Известны устройства подобного назначения, отличительной чертой которых является наличие в них корпуса, жестко связываемого с объектом измерений (иородой), и инерциальной массы, связанной с корпусом посредством пружины. Таким устройством является, например, сейсмоприемник типа ИС-3.

Сейсмоприемиик ПС-3 смонтирован в цилиндрическом корпусе, с которым жестко соединена магнитная система. Подвижная катушка, перемещающаяся в магнитном поле, шарнирно-рычажным механизмом соединена корпусом и для увеличения момента инерции утяжелена грузом.

Сейсмическое воздействие вызывает взаимное перемещение подвижной катущки и магнитной системы, что вызывает возникновение напряжения на концах катущки. Амплитуда этого напряжения пропорциональна скорости смещения катущки. Существенным недостатком таких устройств является аналоговая форма выходного сигнала.

Известен вибродатчик, содержащий корпус и инерциальпую массу, причем на инерциальной массе размещено омическое сопротивление, витки которого контактируют с работающими на изгиб плоскими пружипами. Мерой измерения параметров сейсмических колебаний в этом устройстве является изменение омического сопротивления. Существенным недостатком подобного устройства является необходимость измерительной схемы, иреобразующей изменеиие сопротивления в электрический сигнал, и аналоговая форма выходного сигнала.

Известен сейсмопрпемник, содержаи 1И1 1 емкостной преобразователь и отличающийся тем, что он выполнен в вцде двух металлических цилиндров, один из которых связан с

колеблющейся инерциальной массой и расположен внутри другого цилиндра, жестко связанного с корпусом. Оба эти цилиидра образуют электрическую емкость, измепение которой вследствие вибраций иреобразуется измерительной схемой в электрический сигнал. Недостатком этого устройства, как и других аналогов, является необходимость специальной измерительной схемы, преобразующей изменение емкости в электрический сигнал, и необходимость источника питания.

Прототипом цредлагаемого устройства является сейсмоириемник, содержащий корпус, инерциальную массу, преобразователь сейсмических колебаний в электрический сигнал

0 и отличающийся тем, что в качестве прсобралователя сейсмических колебаний в электрический сигнал в нем применен дифференциальный трансформатор.

В этом устройстве подвижные и неподвижные обмотки дифференциального трансформатора размещены на корпусе и инерциальной массе соответственно. Взаимное смещение корпуса и инерциальной массы меняет коэффициент связи между обмотками, а также коэффициент трансформации, что ведет к изменению амплитуды выходного сигнала. Недостатком этого устройства является необходимость питающего неременного напряжения, что усложняет устройство в целом, и аналоговая форма выходного сигнала.

Целью изобретения является создание устройства для регистрании сейсмических колебаний с цифровым выходным сигналом и упрощение конструкцин.

Поставленная цель достигается посредством размещения воспроизводящей магннтной головки па станине (корнусе) сейемоприемника, а магнитоносителя с предварительно занисанным на нем кодом - па инерциальной массе.

Устройство для регистрации сейсмических колебаний иоказаио на чертеже.

В корпус 1 устройства впрессована магнитная головка 2, электрические выводы которой являются выходом устройства. Подвижная система устройства содержит инерциальную массу 3, с нанесенным на нее магнитоносителем 4, на котором предварительно произведена магнитная запись кода (нанример, последовательность имнульсов определенной частоты и длительности). Корпус 1 носредством гибких нружин 5 и 6 соединен с инерциальной массой 3, а между магнитоносителем 4 и инерциальной массой 3 помещена эластичная прослойка 1.

Работа устройства для регистрации сейсмических колебаний заключается в следующем.

Колебания земной коры передаются корнусу 1 устройства и жестко связанной с ним магнитной головке 2. При этом инерциальная масса 3 с нанесенным на ней магнитоносителем 4, содержащим кодированную магнитную запись, подвешенная к корпусу на унругих пружинах 5 и 6, в силу инерции остается неподвижной. В результате между корпусом 1 с магнитной головкой 2 и инерциальной маесой 3 с магнитоносителем 4 возникают относительные перемещения, величина и скорость которых пропорциональны величине и скорости колебания земной коры. Магнитная головка 2 воспроизводит магнитную запись магнитоносителя, причем число импульсов, прищедшее с выхода головки, пропорционально величине линейного перемещения инерциальной массы, а частота их следования пропорциональна скорости ее перемещения. Эластичпая прокладка 7 прижимает магнитоноситель к магннтной головке 2.

Известно, что для нормального воспронзведения магнитной записи, т. е. чтобы иметь максимальную э.д.с. воспроизведения, непрерывная запись должна быть произведена ла участке ленты длиной 12-37 мкм.

Иными словами магпитная головка воспримет минимальное перемещение инерциальной массы, соответствующее длительности од}юго импульса, т. е. порядка 20 мкм. Эта величина является порогом чувствительности устройства по амплитуде смещения. Считая полное отклонение инерциальной массы в среднем равным 5 мм, найдем, что относительная иогрещность измерения амплитуды колебаний составит 4-10-, что близко к точностям стандартных аналого-цифровых преобразователей (2 + для Ф 200). При этом устройство обладает достаточно высокой чувствительностью по скорости колебаиий земной коры, определяющейся минимальной величиной нротяженности записи А/ на ленте. Приран1,ение частоты следования импульсов

А- Д

где ЛУ-приращение скорости переменепня инерциальной массы.

Задавшись м/сек при , мкм получим

Д/.5.10 ГЦ.

То есть приращение частоты выходного сигнала соответствует 50-10 гц при приращении скорости А I/ смещения инерциальной массы на 1 м/сек.

Следствием высокой чувствительности иредлагаемого устройства к скорости перемещения инерциальной массы является расширение рабочего частотного диапазона в п раз, где л- число имнульсов, размещенных на рабочей части магнитоносителя (т. е. число имнульсов, проходящих мимо щели магнитной головки за половину периода колебаний инерциальной массы).

Электрический сигнал в виде последовательности имнульсов, поступающий с выхода магнитной головки, усиливается и подается па регистратор.

Устройству свойственны все преимущества цифровых измерительных устройств, т. е. высокая помехоустойчивость и точность передачи и обработки информации. Кроме того, предложенное устройство является датчиком генераторного типа, т. е. оно не требует дополнительного источника питания, как у приведенных выше аналогов.

Эффективность изобретения заключается в том, что при некоторых видах сейсморазведочных и исследовательских работ (например, исследование ближней зоны источника взрыва) его применение позволит обойтись без дорогостоящих и громоздких аналого-цифровых преобразователей.

При этом значительно новышается помехоустойчивость сейсмоканала, так как большинство помех типа наводок имеют аналоговую форму и легко отделяются при передаче сигнала в виде числа импульсов или переменной частоты.

Формула изобретения

Устройство для регистрации сейсмических колебаний, содержащее корпус, инерциальную массу и преобразователь -параметров

взаимного движения корпуса и инерциальнои массы в электрический сигнал, отличающееся тем, что, с целью nOvTy4eHnH цифрового выходного сигнала и упрощения конструкции, оно содержит магнитоноситель с предварительно записанным на нем кодом, размещенный на инерциальнои массе, и магнитную головку, закрепленную на корпусе устройства.

Вы}(, у.