Пьезоэлектрический сейсмометр Советский патент 1983 года по МПК G01V1/16 

(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЕЙСМОМЕТР

Изобретение относится к сейсмометрии, в частности к устройствам для приема и преобразования сейсмических колебаний в электрнческне сигналы, и может быть использовано для нзмерення параметров колебаний в сейсмологни и инженерной сейсмологин.

Известны сейсмометры, содержащие основание, маятннк н магннтозлектрическнй преобразователь с постоянным магнитом н двумя катушками, одна из которых вместе с маши- том может быть нспользована в качестве преобразователя злектрическнх сигналов в движения маятннка н тем самым служить для калибровки сейсмометра или сейсмического канала

Недостатком таких сейсмометров является необходимость арретнрования н регулировки положения нуля маятннка, что затрудняет использование таких приборов в режиме длительных aJBTOHOMHbix наблюдений, например при работе в скважинах н донных станииях, при замуровке сейсмометров в тело плотин и либо существенно усложняет их конструкцию, требуя введення устройств дистанционного

арретнровання н разарретнровання и днстан1ШОННЫХ контроля и регулировки положения нуля маятника.

Наиболее блнзкнм технических рещеиием к нзобретенню является пьезозлектрическмй сейсмометр, содержашнй корпус, инертную массу П пьезоэлементы (2.

Недостатком известного пьезосейсмометра является невозможность его калибровки в рабочем положенни, что снизгает его надежность и уменьшает достоверность получаемых данных.

Цель изобретения - повышемие надежпоо тн прн одновременном повышении достовер ностн данных путем обеспечения возможностн внутренней калибровки.

Поставленная дель достигается тем, что пьезоэлектрнческий сейсмометр, содержащий корпус, инертную массу и пьезозлементы, снабжен электромагнитом с сердечником и якорем, прикрепленными к корпусу и инерт ной массе так, что линия действия силы электромагнитного взаимодействия между сер39дечником И якорем совпадает с осью чувствительности сейсмометра. На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого пьезоэлектрического сейсмометра, разрез; на фиг. 2 -- взаимное расположение инертной массы и злектромагнита в трехкомпонентном пьезозлектрическом сейсмометре; на фиг. 3 - запись, полученная при калибровке трехкрмпонентного пьезо электрического сейсмометра подачей в катуш ку электромагнита сигналов от генератора, электрических колебаний. Пьезоэлектрический с смометр содержит пьезоэлемент 1, корпус 2, инертную массу 3 и электромагнит, состоящий из катушки 4 сердечника 5, мапштопровода 6 и якоря 7. Катушка 4 с сердечником 5 и мапштопроводом 6 жестко скреплена с корпусом 2. Якорь 7 жестко скреплен с инертной массой .3. Пьезозлемент 1 зажатый между корпусом 2 и массой 3, является одновременно упруглм элементом сейсмометра. Взаимное расположение электромагнита и инертной массы в трехкомпонентном пьезоэлектрическом сейсмометре таково, что плос кость якоря 7 перпендикуляриа диагонали кубической инертной массы 3. Диагональ куба составляет с его ребрами угол oi dTCiilf - ar&cos - а линия действия силы взаимодействия между сердечником 5 и якорем 7 электромагнита направлена вдоль диагонали куба и поэтому проходит через точк пересечения осей чувствительности трех взаимно перпендикулярных компонент сейсмометра под углами 55 44 к этим осям. На записи, полученной при калибровке, (фиг. 3) 8 - секундные марки времени, 9 - запись сигнала от электрического генер тора, 10-12 - записи выходных сигналов соответственно от х, У и z - компоненты сейсмометра. Пьезоэлектрический сейсмометр работает следующим образом. При сейсмических колебаниях инертная масса 3 колеблется относительно корпуса 2. При этом пьезоэлемент 1 деформируется и на его обкладках появляются заряды, пропорциональные действующим силам, а значит, пропор1(нональные ускоренням сейсмических колебаний. Аналогичные процессы в пьезоэлементе 1 происходят при относительных перемещениях инертной массы 3 н кор пуса 2 за счет силы взаимодействия между сердечником 5 и якорем 7 электромагнита. При подаче электрического напряжения на клеммы катушки 4 на якорь 7, со стороны сердечника 5 действует сила F, пропорциональная силе тока Л в катущке 4 и числу витков iff этот катущки: , где А - коэффициент пропорциональности, зависяиига от рассеяния магнитного потока в магнитной цепи электромагнита и от зазора между сердечником 5 и якорем 7. Эквивалентное ускорение основания сейсмометра может быть подсчитано по формуле где М - величина инертной массы 3; При подаче на клеммы катушки 4 электромагнита знакопеременного, например, синусоидального, напряжения, сила тока в катушке 4 составляет J-J cosiot , где JQ амплитуда тока; ли - частота электрических колебаний. При этом сила F взаимодействия между сердечником 5 и якорем 7 электромагнита возрастает от нуля до максимального значения для каиодого полуперкода электрических колебаний. Таким образом, эквивалентное ускорение для сейсмометра, периодически изменяется с частотой 2U) от нуля до максимального значения P(, BI, где В -- В соответствии с фиг. 2 для трехкомпонентного пьезоэлектрического сейсмометра коэф- i ШиГ, фициентпропорщюнальности В-, ЗМ а максимальное эквивалентное ускорение для компонент сейсмометра . Сказанное иллюстрируется фиг. 3, где максимальное эквивалентное ускорение для общей инертной массы трехкомпонентного пьезоэлектрического сейсмометра составляет ,6 м/с, максимальное эквивалентное ускорение для компонент сейсмометра состав яет ,35 м/с, а подсчитанные по записи фиг. 3 коэффициенты преобразования каналов для компонент сейсмометра составляют УХ 5 -10- ,5 - 10 с ,3. . с Положительный эффект изобретения состоит в том, что введение электромагнита позволит повысить надежность работы сейсмометров и сейсмометрических каналов за счет увеличения промежутков времени между профилактическими осмотрами сейсмометров с одного месяца до сроков, длительность которых ограничивается лишь временем физической сохранности сейсмометров, и повысить достоверность получаемых материалов при записи сейсмических процессов за счет возможности проведения калибровки каналов в их рабочем состоявши без отключения сейсмометров и их извлечения из мест установки для калибровки их на вибростендах или других внешних устройствах. Формула и зобретения Пьезоэлектрический сейсмометр, содержащий корпус, инертную массу и пьезозлемен599ты, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности при одновременном поаышеннн достоверности данных путем о6еспечею1я возможности внутренней калибровки, сейсмометр снабжен электромагнитом с сердечником и йкорем, прикрепленными к корпусу и инертной массе так, что линия действия силы электромагнитного взаи модействия между сердечником и якорем совпадает с осью чувствительности сейсмометра. Источники информашш, принятые во внимание при. экспертизе . 1.Аппаратура и методика сейсмометрических наблюдений в СССР. М., Наука, 1974, с. 43-63. 2.Фреквд В. М. Инструментальные средства и методы регнстрации .сильных землетрясений. М., Наука, 1978, с. 104-117 (прототип).

fftfJffMe /sf v ee yff cfoe ff f/ /f