Сейсмометр Советский патент 1977 года по МПК G01V1/16 

1

Изобретение отвосится к приборам для геофизических цепей, а именно к устройствам для регистрации сейсмических движени грунта (основания).

Известны сейсмометры, содержащие маятник с магнитоэлектрическим преобразова телем перемешения, усилитель напряжения, снимаемого с катушки преобразователя, и RC-цепочку, свазывающую выход усилителя с катушкой компенсационного устройства l.

Эти сейсмометры используются для регис рации сейсмических движений грунта, в коте рых с целью коррекции частотных свойств механического маятника с одной степенью свободы часть выходного электрического сигнала подается обратно в катушку магнитноэлектри ческого устройства,вьтолн5вогаего роль силового компенсатора действующих ускорений.

Однако в этих сейсмометрах использован фотогальванометрический усилитель постоянногб тока, имеющий ограниченный срок слугкг бы иэ-аа наличия осветителя и чувствительный к вибрациям и наклонам.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является широкополосный

сейсмометра который содержит маятник с маг литоэлектрически.м преобразователем перемещения инерционной массы, ус1шитель постоянного тока, выполненный на полупроводниковых эле.ментах 2 , Один вывод катушки компе еационного магнитоэлектрического устройства через,RС-цепочку подключен к выходу усил теля, другой вывод к общему проводу (заземлен). Выход основного усилителя являет ся выходом сейсмометра, причем сигналом является знак.опеременное напряжение с мак- симальным размахом 11 В. При этом увеличение в N раз емкости конденсатора в це пи обратной связи с целью увеличить собственнь й период системы сужает область рабочих частот сейсмометра в ы раз за счет уменьшения высшей граничной частоты в Н раз.

Целью изобретения является расширение области рабочих частот сейсмометрао без уменьшения динамического диапазона регист рации.

Достигается это тем, , что в сейсмометр введен дополнительный инвертирующий усилитель, связывающий выход основного усилителя с вторым выводом катушки компенсацио ного магнитоэлектрического устроЛства.

На чертеже представлена блок-схема переменного устройства.

Сейсмометр содержит маятник, состоящий 5 из инерционной массы 1 и пружиша 2, преобразователь 3 перемещения, основной усил тель 4, .ЯС-цепочку 5, компенсационное магнитоэлектрическое устройство 6 и допол ннтельный инвертирующий усилитель 7 поо- ю тоянного тока. Выход и новного усилителя 4 является выходом сейсмометра. Н.С-цепочка 5, компенсирующее устройство 6 и дополнительный усилитель 7 образуют ветвь обратной связи, причем катушка устройства 15 . 6 включена между выходом инвертирующего усилителя 7 к выходом ОСНОБНОГО усипитела через RC-цепочку 5,.

Сейсмометр работает, следующим образом Под действием ускорений грунта инерционная 0 масса 1 перемещается относительно основания маятника. Сигнал преобразователя 3 пепемешення усиливается основным ускптепеъ/ 4 к поступает на выход сейсмометра Черес катушку компенсационного преобразователя 25 6 протекает ток, в результате чего возникает сила, препятствующая пере1 ещенню ине( ционной Maccbi, Благодаря действию отрицательной обратной связи основные характеристики электронного сейсмометра отличны от 30 параметров маятника

В замкнутом контуре предпагаемого сейсмометра (маятник - магнитоэлектрический преобразователь перемо;п.ения- основной уси литель- Н С - цепочка-жомпенсациоиное MaiHVi- 5 тоэлектрическое устройство-5 маятник) происходит дважды дифференцирование сих налов, Первый раз за счет того, что ЭДС па выводах преобразователя пропорпиональна производной от перемещения инерционной массы. 0 Второй раз по причине дифференциальной зеевисимости тока через конденсатор RC-uenn от напряжения, подаваемого на него В этом случае период Т сейсмометра с обратной связью увеличивается по сравнению с перис дом Т„маятника содласно следующему

Ki(i-K3 cslslg и

V1P Т.

ос -м .

де К коэффициентусиленияпонапряжению 50 основного усилителя 4 с учетом шунтирующего действия его входного сопротивления;К, - коэффициент усиления по напряжению

дополнительного инвертирующего 55 усилителя 7;

С - емкость конденсатора обратной связи;

чувствительность (иначе КЭМС) сиг нальной катушки преобразователя Збб

и, соответственно, катушки компе ь сационного устройства 6; 6д - приведенная Длина поворотного мая

ника; D - момент инерции поворотного маят

ника.

Если инерционная массатсовершает возвратно-поступательное движение, то формула периода записываегся

i Kai-K,)CS, TOC - Т„ fl +

«Высшая граничиая частота сейсмометра

по уровню 0,7 равна

f. , .- . 2 51 г С

где р омическое сопротивление катушки компенсационного устройства.

При К -1 не происходит уменьшения динамического диапазона регистрации, если щкала выходных напряжений дополнительно го усилителя 7 равна или более шкалы оснс ного усилителя 4, а подключение между их выходами нагрузки, равной омическому сопротивлению катушки компенсационного уст ройства не приводит к уменьшению шкалы из-за ограничения максимального выходного напря кенияе Эти условия легко можно выполнить.

f eytiffy выходом основного усилителя 4 Hf R С-цепочкой 5 может быть включен вспо могательный усилитель. Тогда н рбходимо, . чтобы дополнигельный усилитель 7 имел тако же коэф4)ициент усиления, как и вспомогательны усилитель, но с противоположным знаком, а шкала выходных напряжений обоих усилителей была бы одинакова.

Использование нового элемента - дополиительного инвертирующего усилителя выгодно отличает предлагаемый сейсмометр от указанного прототипа (в нем О), так как при прочих равных условиях и К. --Ij такой же период Тр сейсмометра достигается с вдвое меньшей емкостью С конденсатора. Следовательно, высшая граничная частота увеличивается вдвое. При сохранении величины емкссти С конденсатора период TQJ увеличится в 1/2 раз, а высшая граничная частота не изменяется. В обоих случаях расширяется область рабочих частот, что увеличивает сферу применения сейсмометра и устраняет необходимость создания ряда приборов, имеющих близкие диапа. зоны частот.

Результаты испытаний предлагаемого сейсмометра показали, что при Т 2,5 с, Р 1. ком, С 10,0 мкф, К. --1 период

Т«- -Чf ,-t - т,

70 с., а {, 16 Гц.

ОС

В известном устройстве 2 1 период TQ 50 с, при сохранении прочих основных параметров.

Ф

ормупа иэобрете н.и

Сейсмометр, содержащий маятник, с npeoiv. разователем перемещений, усилитель, ком пенсационное магнитоэлектрическое устройст-ю во и R С - цепочку, связывающую выход усилителя с одним выводом катушки компеннсационного устройства, отличающийс я тем, что, с целью расширения области рабочих частот без уменьшения динамическо-IS

го диапазона регистрации, в него введен дополнительный инвентирующий усилитель, связывающий выход основного усилителя с вторым выводом катушки компенсационного магнитоэлектрического устройства.

Источники инфс змации, прннатые во внимание при экспертизе:

1,Дараган С, К JV eTOAHKa сянтеза и раочета сейсмического канала с актквной обрат ной связью. Кандидатская диссертация. Институт физики Земпи имени О. Ю, Шмидта

АН СССР, М,, 1970.

2,Успенский Б, Г, Широкополосный сейсмометр для полеылх работ, ДА,, Наука, 1976, вып, 9, с, 14-20.