Вертикальный сейсмоприемник Советский патент 1982 года по МПК G01V1/16 

(54) ВЕРТИКАЛЬНЫЙ СЕЙСМОПРЙЕМНИК

Изобретение относится к измерительной технике, в частнос ти к приборам, предназначенным для измерения парамет- ров низкочастотных вибраций и колебаний , сооружений и машин. Известен сейсмоприемник аксеперок ет- рического типа, содержащий корпус, ин тную массу и поджатые к ней электромеханические преобразователи смещения массы относительно корпуса 1} . Наиболее близким к изобретению по технической сущности является пьезоэлектрический сейсмоприемник, состоящий из корпуса и инерционной массы, опертой на биморфные пьезокерамические элементы 2 . К недостаткам известного сейсмоприемника относятся невысокая чувствительность, что затрудняет регистрацию малых ускорений, и невозможность периодического контроля чувствительности при длитель ной работе сейсмоприемников в автономной аппаратуре. Цель изобретения - повьпление чувст гвительности на низких частотах. Поставленная цель достигается тем, что в вертикальный сейсмо1фиемник содержащий корпус, инертную массу и пьезоэлектрические бимор( элементы, дополнительно введены два постоянных магнита, обращенных противоположными полюсами друг к другу, при этом один магнит прикреплен к верхней части корпуса, а второй - к инертной, массе, по торцам которой закреплены пьезоэлектрические биморфные элементы, выполненные в виде крестовин, жестко связанных своими краями с KCfinycoM. Сейсмоприемнкки акселерометрического типа работают в области частот меньше собственной резонансной частоты. Снижение резонансной частоты приводит к значительному увеличению чувствительности (коэффициента преобразования) сейсмоприемника. Для уменьщени резонаноной частоты необходимо либо увеличивать массу, либо уменьшать жесткость ее поо391

вески. Применением пьсзокерамических биморфных элементов, работающих на и гибных деформациях, можно добиться значительного уменьшения жесткости подвески сейсмомассы, если они одновременно являются и элементами, через которые масса связана с корпусом. Однако в этом случае биморфные пьезокерамические элементы в вертикальном сейсмоприемннке находятся под воздействием постоянно действующей на них силы тяжести 9ейсмомассы, г что ухудшает условия их работы, так как они находятся в значительном по величине предвари- . тельно напряженном состоянии. Поэтому для улучшения работы пьезоэлементов Необходимо их разгрузить, скомпенсировав, яибо значительно- уменьшив силу тяжести массы, висящей на пьезоэлементах.

На фиг. 1 представлен предлагаемый вертикальный сейсмоприемник, разрез; на фиг. 2 - пьезокерамический биморф- ный элемент.

В верхней части корпуса 1 размещены один магнит 2 и катушка индуктивности 3. Второй магнит 4, обращенный противоположным полюсом к первому, закреплен на инертной массе 5, к торцам которой прикреплены своими центральными частями пьезоэлектрические биморфные элементы 6, выполненные в виде крестовин. Элементы 6 выполнены в виде сборки, состоящей из металлической мембраны 7 в форме крееговины, на которую наклеены пьезокерамические элементы такай же формы, но меньшей длины.

Биморфные элементы 6 через свободные от пьезоэлектрических элементов концы мембраны 7 жестко связаны с корпусом, в нижней частикоторого рас- -полагается разъем 8 и плита 9 с размещенным на ней усилителем. В днище корпуса предусмотрено резьбовое отверстие 10 дня крепления сейсмоприемника.

Сейсмоприемник работает следующим образом.

Между магнитами 2 и 4 устанавливают такое расстояние, чтобы сила их взаимного притяжения компенсировала большую часть силы тяжести сейсмомассы 3. Поэтому биморфные пьезоэлементы 6 разгруж;ены и могут быть сделаны механически менее жесткими. При воздействии на сейсмоприемник ускорения масса 5 смеа1ается относительно корпуса 1, изгибая элементы б, степень деформации которых пропоршюнальна действующему

4064

ускорению. Под действием Ичзгибных деформаций на обкладках элементов индуцируются заряды, по величине пропорциональные деформациям, а следовательно,

, и ускорению, которые с помо.щью усилителя 9 преобразуются в удобный для регистрации и обработки вид.

Подавая от внешнего источника переменного тока напряжение на катушку инfO дуктивности 3 изменяют магнитную индукцию в зазоре между магнитами 2 и 4, а следовательно, силу их вза.имодействия, что приводит к появлению флуктационной составляющей силы тяжести сы, воздействующей на пьезоэлементы 6. Периодически подавая на катущку напряжение определенной величины и измеряя . значение выходного напряжения с усилителя 9 осуществляют контроль чувстви2J. тельности приемника, что особенно важно при проведении долговременных измерений, в том числ:е с помощью автономной аппаратуры.

Компенсация силы-тяжести, воздействующей на пьезоэлементы, дает возмож-.) ность уменьшить резонансную частоту подвески, а следовательно повысить чу&ствительность на низких частотах, за счет уменьшения жесткости пьезоэлементов. С этой целью в данном сейсмоприемнике биморфные сборки выполнены в виде крестовин. Данные элементы имеют осевую жесткость меньшую, чем дискообразные, и в то же время обладают до- вольно значительной поперечной жесткостью, что способствует уменьшению поперечной чувствительности сейсмоприемника.

Изобретение позволяет повысить чувствительность сейсмоприемника на низких частотах при сохранении небольших размеров устройства.

Формула изобретения

Вертикальный сейсмоприемник, содержащий корпус, инертную массу и пьезоэлектрические биморфные элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности на низких частотах, в него дополнительно введены два постояншз1х магнита, обращенных

противоположнь1ми полюсами друг к дру- гу, при этом один магнит прикреплен к верхней части-корпуса, а второй - к инертной массе, по торцам которой за5 9114О6.6

креплены пьезоэлектрические биморфные1. Аппаратура и методика сейсмоме1ч

элементы, выполненные в виде крестовин,рических наблюдений в СССР. М., Нау-.

жестко связанных своими краями с кор-ка, 1974, с. 43-63.

jjycoM,2. Авторское свидетельство ОССР

Источники информации,5 №572733, кл. GOIV 1/16, 1975

принятые во внимание при экспертизе(прототип).

,../