Сейсмометр Советский патент 1979 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к области геофизического приборостроения и, в частности, к сейсмометрам.

Известен сейсмометр, содержащий инертною массу, подвешенную на основании сейсмометра, магнитоэлектрический преобразователь, параметрический преобразователь колебаний, действующих на инертную массу, и измерительную электронную схему ij .

Главный недостаток его в том, что расширение частотного диапазона в сторону больших периодов сейсмических волн достигается за счет увеличения инертной массы, размеров сейсмометра, применения в цепи обратной связи двой.ного дифференцирования. Последний способ при одн(жременном расигарении частот ного диапазона в сторону больших периодов в М раз приводит к потере чувствительности сейсмометра в N раз 2..

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому сейсмометру является сейсмомето сейсмостанции

Дс-БП, содержащий инертную массу, подвешенную на основании сейсмометра, магнитрэлектр1Р1еский преобразователь, парацетрический индуктивный преобразователь колебаний, действующих на инертную массу, и измерительную мостовую схему с ключевым детектором 3j . Он имеет следующие недостатки. Для продлений частотной характеристики до периода сейсмических волн ЮО с сейсмометр настраивается на механический период 15-25 с, что возможно при размерах не менее 7 О«25О мм и большой массе маятника (масса более 2,5 кг, вес прибора 22 кг). При воздействии обратной связи по ускорению сейсмометр увеличивает свой период до iOO с. При этом его чувствительность снижается в 25 раз до величины 1,2 Ю В/м, что соответствует чувствиргельности по ускорению 5g . Измерительная мостовая схема при данной чувствительности имеет усиление 1 5ОО. Дальней-

шее повышение чувствительности за счет усиления невозможно из-за шумов индуктивного преобразователя.

Цель предлагаемого изобретения - повышение чувствительности сейсмометра Лри одновременном расширении частот ного диапазона.

Она достигается за счет того, что в сейсмометр введены два соосно расположенных контакта, один из которых укреплен на основании сейсмометра, а второй жестко связан с инертной массой, . чпричем указанные контакты включены в активное плечо измерительной схемы, выход ключевого детектора которой через резистор и конденсатор, включенный параллельно резисто ру, связан с обмоткой магнитоэлектрического преобразователя,

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Инертная масса 1 жестко связана с контактом 6 через рычаг 2. Рычаг 2 имеет ось врашеггая 3, Инертная масса соединена с каркасом обмотки магнитоэлектрического преобразователя 4, конц которой выведены через резистор 1R и конденсатор С к выходу ключевого детектора измерительной схемы 5. Контакт 7 соосно расположен относительно контакта .6 и укреплен наосновании сейсмометра 8. Контакты 6 и 7 включешл в активное плечо измерительной мостовой схемы 5, Масса сейсмометра вывешена в горизонтальное равновесное состояние пружиной 9.

Сейсмометр, изображенный на чертеже, представляет собой вертикальный прибор, реагирующий на колебания в вер-. тикальной плоскости. Горизонтальный сейсмометр осуществляется проще, чем вертикальный. Пружина для вывешивания массы отсутствует. Масса свободно висит на оси вращения. Все остальные элементы горизонтального сейсм1 мётра те же самые, что и у вертякального.

Предлагаемый сейсмометр работает следующим образом.

При воздействии внешних колебаний на инертную массу она перемещается относительно основания. В результате перемещения массы происходит либо замыкание контактов пары 6-7, либо их размыкание. В зависимости от этого на выходе мостовой схемы 5 с ключевым детектором появляется максимальное выходное напряжение положительной или отрицательной полярности. Напряжение вызывает через резистор R ток в обмотке магнитоэлектрическог о пре- образоватёля. Направление этого тока таково, что в случае размыкания контактов масса под действием тока движется в направлении сближения контактов 6 и 7 и, наоборот; при замыкании контактов движется в сторону их размыкания. Колебательный процесс вблизи контакта непрерывно продолжается. Получившаяся обратная связь аналогична обратной связи по смешению. Под ее воздействием частота колебаний массы повьш1ается до 5-2О Гц. Для гашения указанных колебаний введен конденсатор С, который образует с активным сопротивлением обмотки магнитоэлектрического преобразователя дифференцирующую ячейку. Образуется отрицательная обратная связь по скорости движения массы, которая гасит колеба1шя. В бр- лее высокочастотной области ячейка перестает дифференшфовать и на частоте возникают вибрации с микроскопической амплитудой. Практически масса сейсмометра оказывается неподвижной. На выходе измерительной мостовой схемы 5 устанавливается некоторое эффективное напряжение, значение которого находится в промежутке между максимальными, положительными и отрицательными напряжениями. Это является следствием того, что эффективное сопротивление контакта мелсду 6 и 7, образующееся при микровибрации, уравновешивйет до некоторой степени активный мост измерительной схемы. Измерительный мост в отсутствии внешних колебаний может быть точно уравновешен в вертикальном сейсмометре с помощью подстроечного грузика или с помощью изменения натяжения пруж11ны 9. Для горизонтального сейсмометра уравновешивание достигается регулировкой наклона прибора. При уравновешенном измерительном мосте напряжение выхода ключевого детектора равно нулю. При внешних колебаниях или изменении силы тяжести равновесие нарушается и появляется на выходе сейсмометра сигнал, пропорциональный внешнему воздействию.

Обратная отрицательная связь через резистор Т обеспечивает автоматическую установку выходного напряжения в динамический диапазон сейсмометра, стабилизацию чувствительности и положения массы сейсмометра, линейность выход ного сигнала внешнему воздействшо, возможность простой регулировки с по мощью резистора чувствительности сей смометра. Чувствительность сейсмометра опре деляется соотношением . где S - чувствительность в вольта на единицу ускорения} U - расстояние центра тяжест от оси вращения g - расстояние точки контак та пары 6-7 от оси вращения Дд - масса маятюша Qf - коэффициент преобразования контактного преобразователя на единицу силы. Коэффициент легко измеряется путем приложения известной силы к массе сейсмометра (например, калиброванный груз ). Для сейсмометра применимы все известные методы калибровки и снятия частотной характеристики, Испытания макета предлагаемого сейсмометра дали следующие резуль таты. .., Измеренный коэффициент преобразования Sf 2,5х1О ,lN4; e-0,005ft. Вычисления по формуле чувствитель ности дают d - . Эта чувствительное ь достигнута при питании измерительной мостовой схемы напряжением 6,3 В и усилением сигнала всего в 4 раза. При этом измерительная мостовая схема работает в импульсном режиме af-отлитудного на сыщения, который является прямым следствием работы контактов 6 и 7 м ду состояниями да и нет. Сравнение предлагаемого сейсмомет ра с сейсмометром ДС-БП показывает что при большей чувствительности мао са сейсмометра снижена в 25 раз, мак симальный линейный размер сокращен в 3 раза, линейное усиление заменено усилением с амплитудным насыщением и снижено в 400 раз. При аналогичном линейном усилении чувствительность сейсмометра может быть повьшена до В/ , что на порядок боль ше необходимой величины чувствител ности для регистрации приливных грави тационных волн Земли с многочасовым периодом. 36 Следовательно, при увел1гченкк чувсг1 вительности предлагаемого сейсмометра появляется возможность значительно расширить частотный диапазон в сторону больших периодов. В зависимости от выбранной чувствительности сейсмометра он может быть использован для регистрашш малых ускорений грунта шш объекта для регистрации скорости движения грунта или объекта при однократном интегрировании выходного напряжения; для регистрации смещешш грунта или объекта при двухкратном . интегрировании выходного напряжения для регистрации изменений силы тяжести. Выходное напряжешге зтредлагаемого сейсмометра допускает применение любых современных средств регистрашга. Формула изобретения Сейсмометр, содержащий инертную массу, подвешенную на основании сейсмометра, магнитоэлектри еский преобразователь, параметрический преобразователь ускорений, действующих на инертную массу и измерительную мостовую схему с ключевым детэктором, отличающийся тем, что, с целью повьщгения чувствительности при одновременном расширении частотного диапазона, в него введены два соосно располох е}шых контакта, один из которых укреплён на основаьши сейсмометра, а второй жестко связан с инертной массой, причем указанные контакты включены в активное плечо измерительной мостовой схемы, выход ключевого детектора которой через резистор и конденсатор, включенный параллельно резистору, связан с обмоткой магнитоэлектрического преобразователя. Источники информашш, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 338869, в О1 V 1/18, 1972. 2.Сб. Аппарат а и методика сейсмометрических наблюдений в СССР М., Наука, 1974, с. 37-42. 3.Каталог гео({)из ческой аппаратуры. Сейсмостанция Дс-Бп, вьт. Ill, ИФЗ АН СССР, М., 1976.