Сейсмометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН С 01 Ч 1/16 ф ь 1ф-, д 1 Т".",ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Центральное проектно-конструкторское бюро научного приборостроения АН УЗССР(56) Аппаратура и методика сейсмометрических наблюдений в СССР. М,.Наука,1974, с. 95-98,Там же, с, 55-57,(54) СЕИСМОМЕТР(57) Изобретение относится к областисейсмологии,в частности к сейсмопре-обраэовательным приборамдля регистрааюЯОв 1267319 А 1 ции колебаний грунта и сооружений,вызванных землетрясениями и другими видами колебаний. Целью изобретения является повьппение чувствительности и точности измерения. Цель достигается эа счет выполнения преобразователя в виде оптической схемы, содержащей источник света 1 О, объектив 11, полую ось маятника сейсмометра, в которой размещен поляризатор 9, анализатора 12 и фотоприемника 13. При этом анализатор может быть выполнен в виде двоякопреломляющей поляризационной призмы, а фотоприемник - в виде двух элементов, расположенных аЯ на путях обыкновенного и необыкновенного лучей и включенных дифференциально, 1 з.п, ф-лы. 3 ил.1 12Изобретение относится к сейсмологии, в частности к. сейсмопреобразовательным приборам для регистрацииколебаний грунта и сооружений, вызванных землетрясениями и др. видамиколебаний.Целью изобретения является повышение чувствительности и точностирегистрации колебаний.На фиг,1 изображен сейсмопреобраэователь, вид со стороны источника снета 1 на фиг,2 - разрез А-А нафиг.1 повернут на 90 ); на фиг 3оптическая схема устройства с поляриэационной призмой.Сейсмопреобраэователь содержитоснование 1, на котором установленыпостоянный подковообразный магнит 2,стойки 3 с подшипниками. В воздушномзазоре между полюсами магнита 2 расположен полый сердечник 4 иэ магнитомягкого материала (железа), установленный на полых полуосях в подшипниках. Полуоси жестко связаны с р,амкоймаятника 5, снабженной грузами 6,Стальные пластины 7 установленыс возможностью перемещения на полуосях. На магнитном сердечнике 4 размещена медная демпферная рамка 8, ав полом сердечнике 4 - поляризатор 9,На основании 1 установлены источник 10 освещения (лампа накаливанияили светодиод, например, с направленным излучением), объектив 11,анализатор 12, представляющий собой,например, поляроид или поляризационную призму с двойным пучепреломлением, и светочувствительный элемент13, например фотореэистор или фототранэистор. Устройство защищено светонепроницаемым кожухом (не показан),В равновесном состоянии маятника,например, для горизонтального расположения сейсмопреобразователяфиг.1), поляризатор 9 расположенпо отношению к анализатору такимобразом, что их оптические оси взаимоперпендикулярны,Устройство работает следующимобразом.При отсутствии колебаний почвыоснование 1 сейсмометра неподвижно,рамка маятника остается в покое исвет от источника 10 объективом 11направляется параллельным пучком через полуось служащую входным окном (диафрагмой), на поляризатор 9. Сформированный узкий пучок света6739 2 5 10 15 20 2530 35 4045 50 55 йосле поляризатора 9 в виде поляризованного потока лучей через вторуюполуось попадает на анализатор 12,так как оптические оси поляризатораи анализатора скрещены, свет не проходит через анализатор и не попадаетна элемент 13. При колебаниях почвыи следовательно, основания 1 сейсмометра рамка маятника 5 приходит вколебательное движение и сердечник4 вместе с поляризатором 9 сонершаетвращательное движение вокруг осимаятника. Соотвественно поворачивается и плоскость поляризации световыхлучей, прошедших поляризатор. Поскольку анализатор 12 жестко установлен на основании 1, то в результате относительного поворота поляризатора 9 световые лучи, пройдяанализатор 12 попадают на светочувствительный элемент 13,В случае установки в качествеанализатора поляриэационной призмыс двойным лучепреломлением из анализатора выходят пространственно разделенные лучи обыкновенной и необыкновенной составляющих. Соотношениеинтенсивности света между обыкноненной и необыкновенной составляющими сильно зависит от направления плоскости поляризации световой волны, прошедшей поляризатор, т.е. от угла поворота оптической оси поляризатора, и пропорционально квадрату косинуса угла поворота. Светочувствительные элементы 13 каждой составляющей включены по дифференциальной схеме, например, в цепь измерительного моста, что существенно повышает чувствительность сейсмопреобразователя.Поляризатор и анализатор в исходном состоянии могут быть установлены так, что их оптические оси располао гаются например, под углом 45 . В этом случае на светочувствительные элементы 13 в исходном состоянии попадают обе состанляющие одинаковой интенсивности, и сигнал на выходе становится равным нулю. При отклонении рамки 5 в ту или иную сторону от положения равновесия сигнал также изменяется по направлению к амплитуде, которая изменяется пропорционально квадрату угла поворота рамки,При использовании в качестве источника света светодиода излучениепризмы и соединечие светочувствительных элементов по дифференциальнойсхеме позволяет получить разностьсигналов обыкновенной и необыкновенной составляющих. Это дополнительноповышает чувствительность и точностьсейсмопреобразователя. Одновременно предложенный сейсмопреобразователь позволяет значительно упростить схему усиления сейсмометра путем использования стандартных усилителей с меньшим коэффициентом усиления, исключения электро- механических (гальванометрических) усилителей, имеющих свои собственные колебательные системы и вносящих дополнительные погрешности при регистрации колебаний, Все это существенно снижает затраты на создание и эксплуатацию сейсмометрических приборов. Формула изобретения Сейсмометр, содержащий основание, на котором посредством полуосейподвешен маятник, выполненный в видерамки с сердечником и грузами по обестороны от сердечника, преобразователь и стальные пластины, закрепленные на полуосях и расположенные вполе постоянного магнита, закрепленного на основании, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повы шения чувствительности и точностиизмерения, полуоси и сердечник выполнены полыми, преобразователь выполнен в. виде оптически связанных источника света, объектива, анализатора 40 и фотоприемника, расположенных наосновании, и поляризатора, расположенного в полом сердечнике.е 2. Сейсмометр по п.1, о т л и - 45 ч а ю щ и й с.я тем, что анализатор выполнен в виде двоякопреломляющей поляризационнойпризьи,а фотопрнемник выполнен в видедвух светочувствительных элементов, расположенных на путях обыкновенного и необыкновенного лучей и включенных дифференциально. 3 1267319его может быть промодулировано переменной составляющей (т.е. питаниесветодиода осуществляется переменнымтоком заданной частоты), Это позволяет использовать усилители переменного тока, что снижает погрешности,связанные с температурными и прочимвоздействиями, и повышает точностьрегистрации колебаний.Стальные пластины 7, взаимодействуя с магнитным полем магнита 2,стремясь установиться вдоль силовыхлиний магнита, возвращают рамку маятника в исходное равновесное положение. Перемещением пластин 7 вдольполуосей маятника регулируют силувоздействия с магнитным потоком и,тем самым, - частоту собственныхколебаний маятника.Медная короткоэамкнутая рамка 8,в которой наводится при колебанияхмаятника ЭДС самоиндукции, демпфирует его колебания. Изменение электрического сигнала, снимаемого сосветочувствительного элемента 13измерительного моста сейсмопреобразователя, подается через усилительна регистрирующее устройство (непоказаны: В качестве регистрирующего устройства может служить самопишущий автоматический потенциометрлибо цифровой регистратор, подключенный через аналого-цифровой преобразователь. Регистрирующий приборможет быть проградуирован в единицахбальности.Выполнение полыми полуосей вращения и сердечника, жестко связанныхс рамкой маятника, а элемента преобразования механических колебаний вэлектрические - в виде источникасвета, объектива и поляризатора(анализатора и светочувствительногоприемника) - оптически связаннымимежду собой позволяет резко увеличить зависимость изменения сигналаот угла поворота рамки маятника, атакже повысить величину этого сигнала, что существенно повышает чувст-,вительность и точность устройства.Установка в качестве анализаторадвоякопреломпяющей поляризационнойПодписное 5769/43 Тираж 728ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Рауаская наб.,ак д. 4/5 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. 11 роектная