Вертикальный сейсмометр Советский патент 1980 года по МПК G01V1/16 

3

X - перемещение инертной массы, Rfj--расстояние центра массы до оси вращения.

Формулы (2) показывают зависимость чувствительности сейсмометра к ускорениям от нериода Т.

Наиболее близким техническим решением является сейсмометр, содержащий корпус, инертную массу, уиругий элемент, преобразователь смещения, обмотку, расиоложенную в магните . В нем увеличение периода достигается за счет увеличения момента инерции с помощью отрицательной обратной связн но ускорению движения инертной массы. Период Т увеличивается но закону возрастания УЛ, а чувствительность остается неизменной (см. формулы выше), т. е. эти устройства нрндают сейсмометрам улучшенные фильтрующие свойства, полезные для выделения длиннонериодных волн на фоне короткопериодных колебаннй.

Целью изобретения является одновременное увеличение чувствительности и периода собственных колебаний вертикального сейсмометра.

Поставленная цель достигается тем, что унругий элемент разделен на две части и его точка деления жестко связана с одной из двух взаимоперемещающихся деталей датчика преобразователя смещений и с обмоткой, входящей в поле магннта, жестко связанного с корпусом сейсмометра, а вторая деталь датчика преобразователя смещений жестко связана с инертной массой, при этом выход преобразователя смещений подключен через корректирующие фильтры к обмотке, расположенной в ноле магнита, по схеме обратной отрицательной связи между точкой деления упругого элемента и инертной массой.

Изобретение поясняется чертежом.

Сейсмометр содержит инертную массу 1 подвешенную на пружине 2. Преобразователь смещений 3 имеет две взаимоиеремещающихся детали параметрического датчика (например, две пластины конденсатора, обмотка возбуждения и обмотка приема трансформато-рного датчика, ферритовый или металлический стержень и обмотки нзмерительиого моста индуктнвного датчика и т. п.), каждый из которых жестко крепится к точке делення пружнны 2 на две части и к массе 1. Обмотка, жестко скреиленная с пружиной 2, и магнит, жестко скрепленный с корпусом прибора, образуют магнитоэлектрический преобразователь 4. Сопротивления R, Rz и конденсаторы C, С2, являясь фильтрами, включены в цепь обратной связи между выходом преобразователя 3 и обмоткой магнитоэлектрического преобразователя 4, образуя электромеханическую отрицательную обратную связь между массой 1 и точкой деления 2.

Сейсмометр работает следующим образом.

При колебаниях корпуса нрибора, установленного на грунте, возникают инерционные силы, смещающие массу 1 относительно корпуса. Упругий элемент 2 растягивается ил1 сжимается в зависимости от знака смсщеиия массы 1, порождая отпосительное смещение точки деления упругого элемента 2 и массы 1, которое измеряется преобразователем 3. Электрический ток иреоб|5аз()вате,1я 3, иронорционал1)Иый этому смен1.еиию, поступает в обмотку преобразователя 4. Под действием тока обмотка, а вместе с ней и точка де;1е1П1я упругого э.чемента 2, перемещаются. Направление тока и соответствующее ему движение точки деления упругого элемента 2 выбрано таким образом, что образуется электромеханическая обратная связь между точкой деления упругого элемента 2 и массой 1, действие которой приводит к уменьшенню относительного смещения точки деления упругого элемента 2 и массы 1. Следствием этого являются уменьшение упругости участка пружины 2, расноложенного между точкой деления пружины и массой, увеличение чувствительности и нериода собственных колебаний сейсмометра. Теоретическое рассмотрение описанного устройства приводит к следующей зависимости периода сейсмометра TS от коэффициента отрицательной обратной связи /г:

Т -Т

f Z Q

l/.-i

2-b/fe

Видно, что при росте k дробь (1 + k)

--стремится асимтотически к 1,

(2 и)

что свидетельствует о теоретической неограниченной возможности увеличения нериода и чувствительности предлагаемого сейсмометра. Однако, предел существует и определяется иперциоиными свойствами узvia части упругого элемента 2. При увеличении k влияние инерционности узла 2 возрастает и приводит к явлению проскакивания по инерции нуля относнтельного смещения участка 2 и массы 1. Возникают паразитные высокочастотные колебания узла 2 около нуля, которые могут быть устранены применением фильтров типа Ri, Сь RZ и Cz в цени обратнойсвязн.

Макет предлагаемого сейсмометра испытывался в лабораторных условиях. Испытания показали полное соответствие с вышеизложенным. Так, на макете получено 10-кратное повышение чувствительности и более, чем 3-кратное увеличение нериода собственных колебаний сейсмометра по сравнению с обычной механической системой сейсмометра или по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Вертикальный сейсмометр, содержащий корпус, инертную массу, упругий элемент, преобразователь смещений, обмотку, расположенную в поле магнита, отличающийся тем, что, с целью одновременного увеличения чувствительности и периода собственных колебаний сейсмометра, упругий элсм-снт разделен на две части и его точка деления жестко связана с одной из двух взаимонеремещающихся деталей датчика преобразователя сменд.ений и с обмоткой, входящей в поле магнита, жестко связанного с корпусом сейсмометра, а вторая деталь датчика нреобразователя смещений жестко связана с инертной массой, при этом выход преобразователя смещений подключен но схеме обратной отрицательной связи между точкой деления упругого элемента и инертной массой через корректирующие фильтры к обмотке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ветчинкин А. Н. «Электронный сейсмограф с емкостным датчиком - «Изв. АН СССР, сер. геофил., М, 1962, № 4.

2. Agnew D., Berger I., Buland R., Farrcll W., and Gilbert F. - International Deplogment of aculerometers: A network foi Very Long Period Seismology EOS vol. 57, JYo 4, April 1976.

3. Рыков A. В., Забелин М. В., Давыдов В. И. «Длиннопериодная сейсмическая станция ДС-ВП. - В сб. Сейсмические приборы. Наука, М., 1976, вып. 9, с. 6-9 (прототип).

Со