Сейсмоприемник

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 51 4 С 01 Ч 1/16 з 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СЕЙСМОПРИЕМНИК Риг.ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССРУ 898365, кл, С 0 1 17 1/ 16, 1980.Авторское свидетельство СССРУ 911406, кл. С 0 1 7 1/ 16, 1980.(57) Изобретение относится к устройствам для измерения параметров колебаний почвы, механизмов и сооружений,ЯО 1343368 А 1 Целью изобретения является повьппениеосевой и снижение поперечной чувствительности, Цель достигается применением двух биморфных пьезоэлементов6, выполненных в виде равнонапряженных балок, консольно закрепленных наинертной массе 2, подвешенной на магнитах 4 и 5Концы пьезоэлементовсоединены с корпусом 1 сейсмоприемника трехзвенной тягой 7,8, выполненной из гибких нитей. Это позволяет увеличить продольную чувствительностьсейсмоприемника при снижении его эффективной жесткости, а также снизитьбоковую чувствительность. 3 з.п.ф-лы,5 ил, 1343368Изобретение относится к приборам и устройствам для измерения параметров колебаний почвы, механизмов и сооружений .Цель изобретения - повышение осевой и снижение поперечной чувствительности.На фиг.1 показан сейсмоприемник, разрез; на фиг.2 - сечение А-А на 0 фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1 на фиг,4 - трансформация сил, прилагаемых к биморфу, на фиг.5 эпюры напряжения в биморфах.Внутри корпуса сейсмоприемника 1 5 размещена инерционная масса 2, сцентрированная в корпусе с помощью кольцевых пружин 3. Для компенсации силы тяжести массы 2 в состав приемника введена магнитная пружина 4, которая благодаря наличию в ее составе катушки 5 индуктивности обеспечивает проверку работоспособности сейсмоприемника. Биморфные пьезоэлектрические элементы 6, выполненные в виде двух 25 ориентированных параллельно направлению рабочего перемещения массы 2 балок,своими основаниями жестко закреплены на массе 2 равноудаленно от ее оси. Свободные концы элементов 6 свя- ЗО заны с корпусом общей гибкой тягой, выполненной трехзвенной, при этом звено 7, связанное с корпусом 1, проходит вдоль оси массы 2, а звенья 8, идущие к элементам 6, имеют одина ковые длины, величина которых превышает половину расстояния между элементами. Биморфные эЛементы 6 выполнены в виде равнонапряженных балок переменной ширины, увеличивающейся 40 к основанию. Электрические сигналы с элементов 6 поступают во встроенный блок 9 электроники, где усиливаются, фильтруются и подаются на магистральный соединительный кабель 10. 45Сейсмоприемник работает следующимобразом. При воздействии на корпус 1 сейсмоприемника колебательных ускорений звено 7 гибкой тяги, связывающей массу 2 через элементы 6 с корпусом 1, испытывает воздействие инерционных сил массы, ориентированных вдоль оси сейсмоприемника по направлению рабочего перемещения массы 2. При этом звенья 8, связывающие элементы 6 со звеном 7, находятся Вод воздействием сил Г (фиг,5), величина которых мо жет достигать значений, много больших Р; 1 ф с 2 ус 12- длина звена 8,- половина расстояния междуоснованиями биморфов, жесткозакрепленных в массе 2,В то же время сила, изгибающая биморф и вызывающая появление на немэлектрических зарядов Гид. определяется следующим выражением: 1,Все = Р .гмф,2 11," -1 Таким образом, в предлагаемом сейсмоприемнике механические колебания корпуса в рабочем направлении пеф редаются пьезоэлектрическим элементом 6 с трансформацией изгибающей силы , что приводит к существенному увеличению осевой чувствительности. При этом отсутствие жесткой связи элементов 6 с корпусом 1 в поперечном направлении, что обеспечивается длиной гибкой тяги 7, способствует значительному снижению поперечной чувствительности сейсмоприемника, так как возможные поперечные смещения массы относительно корпуса передаются элементом 6 ослабленными более, чем в Лх/2 Ь, раз, где дх - поперечное смещение массы относительно корпуса, Ь - длина тяги 7.В сейсмоприемнике каждый элемент Ь выполнен в виде равнонапряженной откуда следует, что величина Риыв предлагаемом сейсмоприемнике, у которого биморфы размещены параллельнооси чувствительности и направлениюрабочего перемещения массы, можетбыть существенно увеличена по сравнению с традиционным поперечным размещением биморфа и приложенной к нему силы, где Риы не может превыситьвеличины Р/2, Коэффициент трансформации силы Рим в рассматриваемомслучае определяется разностью длин1 и 1 и может достигать значений10-20, Во столько же раз возрастаетРозг по сравнению с традиционным значением Р/2, а следовательно, увеличивается и электрическое напряжениес элементов 6, т.е. повышается осеваячувствительность (коэффициент преобразования) сейсмоприемника.113433 б ФР 2. Г Фиг. х балки (фиг.3) переменной ширины,увеличивающейся к основанию, Эпюранапряжения в такой балке показывает,что у основания отсутствует концент 5рация напряЖений и распределены онипо длине балки равномерно, что способствует более эффективному преобразованию механических деформаций биморфа в электрический сигнал. Крометого, прогиб такой балки, имеющейравное сопротивление изгибу, на 503больше прогиба призматической балкипри воздействии одинаковой силы Г.Это обстоятельство свидетельствуето воэможности получения больших значений выходного напряжения с трапециевидного в плане биморфа при воздействии одной и той же изгибающей силыГ, Однако для того, чтобы изгибающиенапряжения не привели к излому в узкой части элемента 6, наконечникего следует изготавливать в виде ме",таллической накладки. При этом зонаперекрытия биморфа накладкой определяется максимально допустимым значением изгибающего момента, который выдерживает каждый элемент 6,Результаты экспериментальных проверок и испытаний показали, что пред- З 0ложенные сейсмоприемники путем соответствующей регулировки силы магнитной пружины могут преобразовыватьсякак в вертикальные, так и в горизонтальные приемники сейсмических коле 35баний, Малые габариты, высокая чувствительность, широкий частотный идинамический диапазоны, надежностьделают возможным их широкое применение в скважинной и морской сейсмо 68 4метрии, где из них можно собиратьтрехкомпонентные измерительныемодули. Формула изобретения 1. Сейсмоприемник, содержащий корпус и инерционную массу, связанную с корпусом посредством магнитной пружины и биморфных пьезоэлектрических элементов, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения осевой при одновременном снижении поперечной чувствительности, биморфные пьезоэлектрические элементы выполнены в виду двух равноудаленных от оси инерционной массы балок, основания которых жестко закреплены на инерционной массе, а свободные концы связаны с корпусом общей гибкой тягой.2. Сейсмоприемник по п.1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что общая гибкая тяга выполнена трехзвенной, при этом звено, связанное с корпусом, проходит вдоль оси инерционной массы, а звенья, идущие к биморфным пьезоэлектрическим элементам, имеют одинаковые длины, превышающие половину расстояния между основаниями этих элементов.3. Сейсмоприемник по п. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что биморфные пьезоэлектрические, элементы ориентированы параллельно оси сим. метрии инерционной массы.4, Сейсмоприемник по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что балки выполнены равнонапряженными.1343368 иг,5 Составитель М, СпасскийРедактор В. Данко Техред А.Кравчук Корректор Г 1. Шарош каэ 4820/47 Тираж 730 ВНИИПИ Государственного комит по делам изобретений и откр 113035, Москва, Ж-Э 5, Раушская