Сейсмометр Советский патент 1981 года по МПК G01V1/16 

(54) СЕЙСМОМЕТР

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и может быт использовано для измерения ноступательных колебаний в сейсмометрии и разведочной геофизике. Известен пьезоэлектрический сейс мометрг, содержащий корпус, инертную массу и две идентичные пьезокерамические пластины l . Недостатком такого сейсмометра является сложность наладки и малая чувствительность прибора. Известен также сейсмометр электродинамического типа, содержащий магнит и маятник с индукционными катушками, подвешенный на упругих пружинах 2. Недостатком этого сейсмометра я ляется сложность конструкции и низ кая точность измерений поступатепьн движений, поскольку он реагирует и на поворотные компоненты колебания. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является крутильный сейсмометр, содержащий корпус, выполненный в виде ферромагЕШтного диска, в диаметральной плоскости которого размещен чувствительный элемент C lНедостатком известного сейсмометра является ограниченность диапазона измеряемых колебаний, поскольку им нельзя регистрировать поступательные компоненты движения. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем измерения поступательных компонент колебаний. Указанная цель достигается тем, что в сейсмометре, содержащем корпус, изготовленный из ферромагнитного материала, и чувствительный элемент, ферромагнитный корпус выполнен в виде двух пластин, соединенных между собой с помощью вставок, изготовленных из материала с малой маг3нитной проницаемостью, а чувствительный элемент размещен между пластинами и выполнем в виде прямоугольной катушки,, три стороны которой за1щщены магнитным экраном, а свободная сто рона ориентирована параллельно плацти нам корпуса. На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройства. Сейсмометр состоит из двух ферромагнитных пластин 1, вставок, выполненных из материала с малой магнитной проницаемостью 2, например стекла катушки 3 и магнитного экрана 4. Устройство работает следующим образом. Предположим, что производится измерение горизонтальной составляющей колебания вдоль оси V . Этот случай иллюстрируется чертежом. Здесь %. , у декартовой cHCTer-ibi. координат, , 5 ,К - орты этих осей; Z iTz и вертикальная и горизонтальная составляющая магнитного поля Земли. Пластины 1 расположены параллельно плоскостиVOZ. При движении устройства в катушке 3 индуцируется ЭДС, за счет пересечен я магнитных силовых линий поля Земли. Экранирование трех сторон катушки дает возможность суммировать ЭДС возникающую в свободных сторонах вит ков и устранять противо-ЭДС остальнь1 сторон витков катушки. Влияние составляю цих Z и И магнит ного поля Земли на объект можно рассматривать раздельно. Магнитные силовые линии компоненты Z втягиваются в ферромагнитные пластины 1 и практи чески не влияют на катушку 3 Л при ра стоянии между пластинами в 5 раз меньше чем их линейные размеры). Силовые лиМии горизонтальной компоненты ) сгущаются в пределах пластин 1, и между пластинами создается усиленное однородное магнитное поле. Поскольку, как уже .отмечалось выше, из-за конструктивных особенносте устройства вертикальная компонента 2 магнитного поля. Земли не влияет на катушку, то в дальнейшем мы будем рассматривать только влияние компоненты Н . Для рассматриваемого случая при поступательном движении устройства перпендикулярно апоскости пластин, т.е. вдоль оси X , в катупг ке из-за горизонтальной компоненты ц ЭДС не возбу вдается,. поскольку катуш 94 ка в этом случае перемещается вдоль силовых линий поля. При поступательном движении вдоль оси 2 возникающее электрическое поле внутри проводника катушки направлено перпендикулярно L ,и поэтому ЭДС не возникает. При вращении вокруг оси X в противоположных концах стороны катушки, свободной от экрана, возникают одинаковые по величине и разные по направлению ЭДС с нулевым суммарным эффектом. Наличие экрана на двух сторонах катушки, примыкающих к неэкранированной стороне, дает возможность освободиться от влияния. ЭДС, возникающей в этих сторонах кАтушки при ее вращении вокруг оси. Вращение вокруг двух остальных осей также не вызывает появления ЭДС в корпусе, поскольку между пластинами 1 поле, создаваемое компонентой , практически не меняется. Это вызвано тем, что магнитные силовые линии компоненты И входят вертикально в ферромагнитные пластины 1, При незначительных поворотах пластин . (до 5) внешнее поле искажается пластинами 1 так, что силовые линии продолжают входить перпендикулярно в пластины, и, следовательно, конфигурация поля между пластинами не меняется, и проводник не пересекает силовых линий, значит ЭДС не возбуждается. Таким образом, в.рассматриваемом случае ЭДС в катушке возбуждается тольтолько за счет перемещения вдоль оси У , поскольку только тогда свободная сторона витков катушки 3 пересекает магнитные силовые линии поля. Регистрация остальных поступательных компонент движения достигается изменением ориентации сейсмометра. Предложенньй сейсмометр прост в изготовлении, позволяет регистрировать поступательные движения с амплитудой до 10 м в диапазоне частот 0,1-100 Гц, что полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым К сейсморегистрирующей аппаратуре. Формула изобретения Сейсмометр, содержащий корпус, изготовленный из ферромагнитного материала, и чувствительный элемент, о. т л и ч а ю щ и и с я тем, что. с целью расширения функциональных возможностей устройства путем измерения поступательных компонент колебания, корпус выполнен в виде двух пластин, соединенных между собой с помощью вставок, изготовленных из материала с малой магнитной проницаемостью, а чувствителтьны элемент размещен между пластинами и выполнен в виде прямоугольной катушки, три стороны которой защище магнитным экраном, а свободная сторона ориентирована параллельно плас тинам корпуса. 9 Источники информации, принятые во внима1ше при экспертизе 1.Фреьад В.М. Пьезоэлектрический сейсмоакселерометр с полевым транзистором. Сб. Ceйc я чecкиe приборы, вып.5, М., Наука, 1969, с. 43-47. 2.Саваренский Е.Ф., Кирнос Д.П, Элементы сейсмологии и сейсмометрии. М., Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1955, с.511-512. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке If 2780727/25, кл. G01V 1/16, 1979 (прототип).