Геофон

(57) Сущность -иэожит голографичесния упругих волн всветового улучшенкартине. 5 ил.(56) Красильниковзвуковые волны, -с,549. бретения: геофо кую систему прео изменение интенс ия по интерферен н содер- бразоваивности ционной 22В.Н.Ивойлов А, Звуковые и М.: Г. изд, ФМЛьтра,звестная систегруз на пружине, е, соединенный азоре магнита и тродинамического малая чувствительейс ост е чувст ких вол ическог ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ Изобретение относится к сейсмологии, в частности к сейсмопреобразовательным приборам для регистрации колебаний грунта и сооружений, вызванных землетрясениями и другими видами колебаний.Известен геофон, содержащий биопластину из пьезоэлектрического полимера, закрепленную одним концом в корпус геофона и свободным концом - на инерционной массе.Однако известное устройство не позволяет получить необходимую точность измерения, которая ограничивается чувствительностью биопластины,Известен сеисмометр, содержащии Ч- образный полый корпус с ветвями большого и малого диаметра. частично заполненныйжидкостью. Регистрация колебаний производится посредством освещения торца ветви малого диаметра, снабженной зеркально-внутренним покрытием и цепью в боковой стенке, против которой размещена линейка световодов, соединенных с волоконно-оптическим кодовым устройством,Однако известное устройство не обладает необходимой чувствител ьностью, котоая ограничивается диаметром светоВЯЗКОСТЬЮ ЖИДКОСТИ,Прототипом является иа, содержащая подвижнойакрепленный на платформеханически с катушкой, в 3агнит.Недостатком элекмографа является Цель изобретения - повышени вительности приемника сейсмичес н путем введения оптико-голограф о устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее платформу, подвижной груз на пружине, введены и последовательно установлены лазер, коллиматор, фокусирующая линза, отражательное зеркало, расположенное под углом 46 к оптической оси, голограмма, отражательное зеркало, расположенное на подвижном грузе и в фокальной плоскости фокусирующей линзы, отоажательное зеркало, размещенное в фокальной плоскости коллматора оси повернутое под углом 45 к оптической оси дифрагированного от голограммы иэлуче 1741095ния, фотоприемника, размещенного в плоскости изображения дифрагированного излучения, электрически соединенного срешающим устройством. На фиг.1 изображена схема геофона.Геофон состоит из платформы 1, на которой последовательно установлены лазер 2, коллиматор 3, фокусирующая линза 4, отражательное зеркало 5, расположенное под углом 46 к оптической оси, голограмма 6, на которой в исходном состоянии заэкспонировано и зафиксировано положение подвижного груза, отражательное зеркало 7, размещенное на грузе 8 и в фокусе линзы 4, отражательное зеркало 9, Расположенное под углом 45 к оптической оси, фотоприемник 10, размещенный на оптической оси отраженного от зеркала 9 оптического излучения, блок 11 обработки сигналов, электрически соединенный с фотоприемником 10.Геофон работает следующим образом,Световой луч от лазера 2 проходит через коллиматор 3, фокусируется линзой 4, отражается от зеркала 5, попадает на голограмму 6, Часть светового потока, дифрагирует на голограмме 6, а часть проходит сквозь нее, отражается от зеркала 7, снова проходит голограмму 6 и образует с дифрагированным потоком интерференционное поле в виде концентрических колец (фиг.2), которое проецируется с помощью зеркала 5, линзы 4, выходной линзы коллиматора 3 и зеркала 9 в плоскость размещения фотоприемника 10.Когда груз получил механическое воздействие, он принимает любое положение в пределах "Я, Происходит отклонение луча, отраженного от зеркала 7, и изменение интенсивности интерференционного поля,В исходном состоянии при расположении зеркала 7 в фокусе линзы 4 разность фаэ подающего, и отраженного лучей на голограмме л или разность хода 2 . В этом случае луч, дифрагированный от голограммы 6, и луч, отраженный от зеркала 7, образуют интерференционную картину (фиг.2,а). При изменении местоположения зеркала 7 разность фаэ отраженного луча от зеркала 7 и луча, дифрагированного от голограммы 6, будет изменятся, В случае, когда разностьЛфаз буде равна , интерференционная картина будет иметь вид, как показано на фиг.2,б, На фиг.2,в разность фаэ падающего и отраженного лучЕй совпадает, интенсивность поля в центре максимальна,Фотоприемник, помещенный в плоскость интерференционной картины, будет реагировать на изменение интенсивности винтерферограмме, т.е. фототок будет прямопропорционален изменению ин генсивности интерференционного поля или амплиту 5 де колебаний груза 8.Таким образом, оптико-голографический преобразователь является нелинейным устройством с характеристикой,изображенной на фиг.З,а, где 1 - фототок, В10 - величина смещения груза,Голограмма в преобразователе выполняет роль памяти исходного состояния сферической волн ы (или исходного состоя ни яподвижной массы), а в процессе работы и15 прохождения сквозь нее оптических лучей вобшей совокупности связей образуя интарференционную картину (фиг.2),При колебательном движении подвиж-.ного груза с амплитудой А (фиг,З,б),; ыход 20 ной фототок будет прямо пропорцисналенизменению интенсивности в интерферограмме (фиг,З,в), При изменении амплитудыколебаний подвижной массы, предположимА 1А 2Аз, характер изменения интенсив 25 ности интерферограммы будет определяться в соответствии с фиг,З,г,д, где 12относится к А 2, а 1 з - к Аз,Вследствие нелинейного характерапреобразования механических колебаний в30 электрические с использованием интерферограммы, получаемой с помощью голограммы, разрешающая способность можетбыть определена по формуле где А - длина волны света;Лх - апертура голограммы;40 Яо - расстояние от фокуса до голограммы.Как видно из фиг.З,б,в,г,д цастота выходного фототока прямо пропорциональнаамплитуде колебаний подвижного груча,45 Следовательно, о амплитуде колебанийможно судить по частоте фототока,Структурная схема блока 11 обработкисигналов представлена на фиг.4.Он содержит усилитель 12, генератор50 13, селектор 14 импульсов, счетчик 15, блок16 индикации, блок 17 задания времени,регистр 18,Сигнал, поступающий на усилитель 12,усиливается и преобразуется в прямоуголь 55 ные импульсы. Передним фронтом импульсов открывается селектор 14 импульсов. Сгенератора 13 начинают поступать импульсы с частотой 11 на счетчик 15. Чем большедлительность импульсов, поступающих сусилителя 12, тем больше амплитуда воэдействующей волны. Блок задания времени представляет собой часы, Он соединен с регистром 18 четырехразрядными выходами, по которым поступает информация в параллельном двоичном коде о текущем времени. По заднему фронту импульсов производится запись информации со счетчика 15 и блока 17 задания времени в параллельном двоичном коде в регистр 18, а считывание иэ регистра 18 производится с частотой 1211 в последовательном двоичном. коде для записи в постоянную память,Вариант принципиальной схемы блока обработки сигналов представлен на фиг,5.Сигнал от фотоприемника 10 поступает на усилитель, собранный на ЧТ 1 и ЧТ 2. Уси-. ленное напряжение снимается с и поступает на формирователь прямоугольных импульсов (001),Передним фронтом положительных импульсов открывается клапан 002, с генератора 13 начинают поступать импульсы с частотой И на вход С счетчика 005; одновременно через ООЗ поступает на вход й счетчика 005 команда на разрешение счета. Кодовая комбинация на выходе 005 преобразуется дешифратором 006 и на индикаторе Ч.1 высвечиваются показания. Элементы 004.1 - 004.5 выделяют задний фронт импульсов, по которому производится запись информации со счетчика 005 и со счетчиков блока 17 задания времени в регистр 18(007 - 0011) и с частотой 1 г считывается в последовательном коде с выхода 0011. Формула изобретенияГеофон, содержащий платформу, подвижный груз, фотоприемник, соединенныйс блоком обработки сигналов, о т л и ч а ю 5 щ и й с я . тем, что, с целью увеличениячувствительности, в него введены последовательно лазер, коллиматор, оптическая фокусирующая система, в фокусе которойрасположен подвижный груз с установлен 10 ным на нем зеркалом, причем между оптической фокусирующей системой иподвижным грузом размещены под углом коптической оси устройства зеркало, выполненное с возможностью поворота враще 15 ния), и голограмма с записанным на нейисходным состоянием волнового фронта,при этом между коллиматором и оптическойфокусирующей системой на пути обратногохода лучей установлено зеркало под углом20 45 к оптической оси устройства, выход которого сопряжен с фотоприемником, причем блок обработки сигналов выполнен ввиде усилителя, выход которого соединен спервым входом селектора импульсов, гене 25 ратора, первый выход которого соединен свторым входом селектора излучения и первым входом селектора излучения и первымвходом регистра, третий и четвертый выходы селектора соединены с вторым и третьим30 входами счетчика, выход которого соединенс третьим входом регистра и входом блокаиндикации, выход блока индикации подключен к входу блока задания времени, выходкоторого соединен с четвертым входом ре 35 гистра, выход которого подключен к входуустройства с постоянной памятью,1 Составитель Е.Халатовар М.Кобылянская .Техред М.Моргентал Корректор А,Ротма Р Заказ 2084 Тираж Подпис ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и отк 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5тиям при ГКНТ С Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужго