Сейсмометр

ОП ИС ИЗОБРЕ Н И ЕНИ Оиоз Советска циалистичеооа Республик ПЛЬСТВУ К АВТОУСКО.77 (21) 2аявкиявлено с присоединение (23) ПриоритетГааудвратефаай ааматат СССР ю,аелан азвбретвеа а аткрюиай. В. Рыков им. О. Ю, Шмидта Ордена Ленина ИнстАК СС изик 71) Заявитель 54) СЕЙСМОМЕТР Изобретение относится к области геофизического приборостроения и, в частности, к сейсмометрам.Известенсейсмометр, содержащий инертню массу, подвешенную на основании сейсмометра, магнитоэлектричес кий преобразователь, параметрический преобразователь колебаний, действуюших на инертную массу, и измерительную электронную схему ЯГлавный недостаток его в том, что расширение частотного диапазона в сто рону больших периодов сейсмических волн достигается за счет увеличения инертной массы, размеров сейсмометра применения в цепи обратной связи двойного дифференцирования, Последний способ нри одновременном расширении частот: ного диапазона в сторону больших периодов в Ч раз приводит к потере чувствительности сейсмометра в й раз 2.аНаиболее близким по техническому решению к предлагаемому сейсмометру является сейсмометр сейсмостанцин Дс-БП, содержаший инертную массу,подвешенную на основании сейсмометра,магнитоэлектрический пре образ ователь,параметрический индуктивный преобразователь колебаний, действуюших на инертную массу, и измерительную мостовуюсхему с ключевым детектором 3Он имеет следующие недостатки.Для продления частотной характеристикидо периода сейсмических волн 100 ссейсмометр настраивается на механический период 15-25 с, что возможнопри размерахне менее 215 ф 370 д 250 мм3и большой массе маятника (масса более 2,5 кг, вес прибора 22 кг). Привоздействии обратной связи по ускорению сейсмометр увеличивает свой период до 100 с, При этом его чувствительность снижается в 25 раз до величины 1,210 В/м, что соответству О ет чувствительности по ускорению5,у = 3 ф 10 а В/ . 2. Измерительнаямостовая схема при данной чувствительности имеет усиление 1 500, Дальнейшее повышение чувствительности за счетусиления невозможно из-оа шумов индуктивного преобразователя.Цель предлагаемого изобретенияповышение чувствительности сейсмометрайри одновременном расширении часточного диапазона.Она достигается за счет того, чтов сейсмометр введены два соосно расположенных контакта, один из которыхукреплен на основании сейсмометра,а второй жестко связан с инертноймассой, . причем указанные контактывключены в активное плечо измерительной схемы, выход ключевого детектора которой через резистор и конденсатор, включенный параллельно резистору, связан с обмоткой магнитоэлектрического преобразователя.На чертеже представлена блок-схемапредлагаемого устройства.Инертная масса 1 жестко связана сконтактом 6 через рычаг 2, Рычаг 2имеет ось вращения 3, Инертная массасоединена с каркасом обмотки магнитоэлектрического преобразователя 4, концыкоторой выведены через резистор Й иконденсатор С к выходу ключевого детектора измерительной схемы 5. Контакт 7 соосно расположен относительноконтакта 6 и укреплен наоснованиисейсмометра 8. Контакты 6 и 7 включены в активное плечо измерительноймостовой схемы 5, Масса сейсмометравывешена в горизонтальное равновесноесостояние пружиной 9,Сейсмометр, изображенный на чертеже, представляет собой вертикальныйприбор, реагирующий иа колебаиияв вертикальной плоскости. Горизонтальныйсейсмометр осуществляется проще, чемвертикальный, Пружина для вывешивания массы отсутствует, Масса свободно висит на оси вращения. Все остальные элементы горизонтальногосейсмометра те же самые, что и у вертикаль-ного.Предлагаемый сейсмометр работаетследующим образом. При воздействии внешних колебаний на инертную массу она перемещается относительно основания, В результате перемещения массы происходит либо замыкание контактов пары 6-7, либо их размыкание, В зависимости от этого на выходе мостовой схемы 5 с ключевым детектором появляется максималь-.ф 5горизонтального сейсмометра уравновешивание достигается регулировкой наклона прибора, При уравновешенном измерительном мосте напряжение выхода ключевого детектора равно нулю. При внешних колебаниях или изменении силы тяжести равновесие нарушается и появляется на выходе сейсмометра сигнал,пропорциональный внешнему воздействию.Обратная отрицательная связь черезрезистор В обеспечивает автоматическую установку выходного напряжения в динамический диапазон сейсмометра, стабилизацию чувствительности и положения 5 1029 И 36 ное выходное напряжение положительнойили отоицательной полярности. Напряжение вызывает через резистор Я токв обмотке магнитоэлектрического преобразователя, Направление этого токатаково, что в случае размыкания контактов масса под действием тока движется в направлении сближения контактов 6 и 7 и, наоборот; при замыканииконтактов движется В сторону их размыкания. Колебательный процесс вблизиконтакта непрерывно продолжаегся, Получившаяся обратная связь аналогичнаобратной связи по смещению, Под еевоздействием частота колебаний массыповышается до 5-20 Гц. Для гашенияуказанных колебаний введен конденсатор С, который образует с активнымсопротивлением обмотки магнитоэлектрического преобразователя дифференцирующую ячейку. Образуется отрицательнаяобратная связь по скорости движениямассы, которая гасит колебания. В более высокочастотной области ячейка перестает дифференцировать и на высакой частоте возникают вибрации с микроскопической амплитудой. Практическимасса сейсмометра оказывается неподвижной. На выходе измерительной мостовой схемы 5 устанавливается некотороеэффективное напряжение, значение которого находится в промежутке междумаксимальными положительными й отрицательными напряжениями. Это является следствием того, что эффективное сопротивление контакта между 6 и 7, образующееся при микровибрации, уравновешивает до некоторой степени активный мост измерительной схемы. Измерительный мост в отсутствии внешних колебаний может быть точно уравновешен в вертикальном сейсмометре с помощью подстроечного грузика или с помощью изменения натяжения пружины 9. Длямассы сейсмометра, линейность выходного сигнала внешнему воздействию,возможность простой регулировки с помощью резистора чувствительности сейсмометра.Чувствительность сейсмометра определяется соотношениемЬ= М 5а егде б- чувствитех:ьность в вольтахна единицу ускорения,- расстояние центра тяжестиот оси вращения,- расстояние "точки" контакта пары 6-7 от оси врашенияеМ - масса маятника,Я - коэффициент преобразования контактного преобразователя наединицу силы.Коеффиииеит5 легко иемеряетояпутем приложения извесгной силы кмассе сейсмометра (например, калиброванный груз ). Для сейсмометра применимы все известные методы калибровки и снятия частотной характеристики.Испытания макета предлагаемогосейсмометра дали следующие результаты.Измеренный коэффициент преобраэования 6 у = 25 к 10В/%=О,1 кгЬ=0,1 м, 6=0,005 м.Вычисления по Формуле чувствительяности дают 6= 5 ф 10 В/ ЯЭта чувствительность достигнутапри питании измерительной мостовойсхемы напряжением 6,3 В и усилениемсигнала всего в 4 раза. При этом измерительная мостовая схема работаетв импульсном режиме амплитудного насьпцения, который является поямымследствием работы контактов 6 и 7 между состояниями "да" и "нет",Сравнение предлагаемого сейсмометсра с сейсмометром ДС-БП показывает,что при большей чувствительности масса сейсмометра снижена в 25 раз, максимальный линейный размер сокрашенв 3 раза, линейное усиление замененоусилением с амплитудным насышениеми снижено в 400 раз. При аналогичномлинейном усилении чувствительностьсейсмометра может быть повышена до2 х 10 ф В/ ф, что на порядок больше необходимой величины чувствитель1ности для регистрации приливных гравитационных волн Земли с многочасовымпериодом. Следовательно, при увгеличенин чувствительности предлагаемого сейсмометра появляется возможность значительно расширить частотный диапазон в сторону больших периодов. В зависимости от выбранной чувствительности сейсмо метра он может быть использован для регистрации малых ускорений грунта или объекта, для регистрации скорости движения грунта или объекта при однократном интегрировании выходного напряжения, для регистрации смещения грунта или объекта при двухкратном интегрировании выходного напряжения," для регистрации изменений силы тяжести.Выходное напряжение предлагаемого сейсмометра допускает применение лю бых современных средств регистрации.Ф ормула изобретенияСейсмометр, содержащий инертную массу, подвешенную на основании сейсмометра, магнитоэлектрический преобразователь, параметрический преобразователь ускорений, действующих на инертную массу и измерительную мостовую схему с ключевым детектором, отличающийся тем,что, с целью повышения чувствительности при одновременном расширении частотного диапазона, в него введены два соосно расположенных контакта, один из которых укреплен на основании сейсмометра, а второй жестко связан с инертной массой, причем указанные контакты включены в активное плечо измерительной мостовой схемы, выход ключевого детектора которой через резистор и конденсатор, включенный параллельно резистору, связан с обмот кой магнитоэлектрического преобразователя.Источники информашш, принятые во внимание при экспертизе.1. Авторское свидетельство СССРМ 338869 ф Ь 01 Ч 1/18, 1972.2. Сб. Аппаратура и методикасейсмометрическнх наблюдений в СССРИ., Наука, 1974, с. 37-42.3. Каталог геофизической аппаратуры, "Сейсмостанция Дс-Бп", вып. и 1,ИфЗ АН СССР, Ю., 1976,Составитель Т. РайковРадиатор Б, Павлов Тезред 3. Фанта Корректор П, ВасилинаЗаказ 798/42Тираа 696 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по дедам изобретений и открьггий 113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патентг. Ужгород, уд,. Проектная, 4