Длиннопериодный вертикальный сейсмометр

 

1. ДЛИННОПЕРИОДНЫЙ ВЕРТИКАЛЬНЬЙ СЕЙСМОМЕТР, содержаний корпус, маятник с инертной массой и электродинамическим и параметрическим преобразователями и подвесную пружину, соединенную с корпусо первым упругим шарниром, а с маятником - вторым упругим шарниром, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диап : -у .. . (ffue.f зона и поВЕЛиения надежности, второй упругий шарнир выполнен в виде плоской пружины, а параметрический преобразователь выполнен в виде светоэлектрического преобразователя перемещений. . 2. Сейсмометр по п. 1, о т л ичающийся тем, что светоэлектрический преобразователь перемещений выполнен в виде двух дифференциальных пар кремниевых пластин со светочувствительнь&ли слоями, чувствительными к инфракрасному излучению, расположенных симметрично оси инертной массы маятника и двух рядов светодиодов инфракрасного излучения , причем светодиоды расположены против светочувствительных слоев кремниевых пластин и укреплены вмес те с ними на корпусе сейсмометра, а на маятнике установлены две шторки, расположенные между каждым рядом светодиодов инфракрасного излучения К парой кремниевых пластин.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А

3(Я) 0 01 Ч 1 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3468342/18-25 (22) 13.07.82 (46 ) 23.05.84. Бюл. М 19 (72) Н.Е.Федосеенко, A.Ñ.Деннсков и Ю.С.Жаворонков (71) Институт физики Земли им. О.Ю.)))мидта (53) 550.834(088.8) (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 536453, ) л. С 01 Ч 1/16 1975.

2. Рыков A.В., Забелин N.Â., Давыдов В.И. Длиннопериодная сейсмическая станция ДС-БП. Сб. "Сейсмические приборы", вып.9. N.,,"Наука", 1976, с.4-5 (прототип). (54)(57) 1. ДЛИННОПЕРИОДНЦЙ ВЕРТИКАЛЬНЫИ СЕИСМОИЕТР, содержащий корпус, маятник с инертной массой и электродинамическим и параметрическим преобразователями и подвесную пружину, соединенную с корпусом первым упругим шарниром, а с маятником — вторым упругим шарниром, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного днапа1 Х эона и повышения надежности, второй ) упругий шарнир выполнен в виде плос-. кой пружины, а параметрический преобразователь выполнен в виде светоэлектрического преобразователя перемещений.

2. Сейсмометр по п. 1, о т л ич а ю щ н и с я тем, что светоэлектрический преобразователь перемещений выполнен в виде двух дифференциальных пар кремниевых пластин со светочувствительными слоями, чувствительными к инфракрасному излучению, расположенных симметрично осн инертной массы маятника и двух рядов светодиодов инфракрасного излуче- Я ния, причем светодиоды расположены против светочувствительных слоев кремниевых пластин и укреплены вмес те с ними на корпусе сейсмометра, а на маятнике установлены две шторки, расположенные между каждым рядом а ,светодиодов инфракрасного излучения и парой кремниевых пластин.

1094002

Изобретение относится к сейсмометрии и может быть преимущественно использовано при скважинных измерениях сейсмических сигналов удаленных землятрасений и их предвестников в диапазоне 0,05-20 Гц.

Известен длиннопериодный вертикальный сейсмометр, содержащий корпус, инерционный маятник и соединяющий их цилиндрический шарнирный блок, состоящий из неподвижной оси, 10 закрепленной на корпусе, и поворотной планки, соединенной с маятником, при этом неподвижная ось и поворотная планка соединены между собой двумя парами крестообразных пластин (плоских пружин) (1) .

В этом сейсмойетре расширение динамического диапазона достигнуто путем повышения стабильности оси вращения шарнира за счет дополнитель. JQ ной пары плоских пружин, Это спра--, ведливо только для очень тяжелых маятников, ибо для сравнительно легких маятников скважинных длиннопериодных сейсмометров внесенная 5 жесткость дополнительного креста уменьшит период собственных колебаний маятника и сократит частотный диапазон.

Кроме того, в стационарном, больших габаритов и веса длиннопериодном сейсмометре подвесная пружина сочленена с маятником, как и с корпусом при помощи известного цилиндрического шарнирного блока, предназначенного для уменьшения затуханий свободных колебаний маятника. Однако сочленение подвесной пружины с маятником при помощи шарнирного блока оправдано только в случае стационарных сейсмометров, имеющих 40 тяжелую массу маятника, где используется цилиндрический шарнирный блок больших размеров. Помимо этого, наличие шарнирного блока для связи подвесной пружины с маятником увеличивает вес последней и снижает частоту паразитного резонанса подвесной пружины до 4 — 5 Гц, тем самым ограничивая высокочастотную часть диапазона.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является длиннопериодный вертикальный сейсмометр СДВ, содержащий корпус, маятник с инертной массой и злектродинамическим и параметрическим преобразователями и подвесную пружину, соединенную с корпусом первым упругим шарниром, а с маятником — вторым упругим шарниром (2J .

Упругие шарниры в известном уст- 60 ройстве выполнены крестообразными, а в качестве параметрического преобразователя использован индуктивный преобразователь перемещений,,сохраняющий высокую чувствительность 65 в инфранизкочастотной области спектра сейсмо сигналов.

Недостатками известного устройства являются сравнительно узкий частотный диапазон вследствие низкой частоты паразитного резонанса подвесной пружины, вызванной увеличением ее веса крестообразным шарниром, а также малая надежность в условиях скважинных измерений, связанная с необходимостью обеспечить стабилизированное электропитание измерительной схемы параметрического преобразователя.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона и повышение надежности сейсмометра.

Поставленная цель достигается тем, что в длиннопериодном вертикаль. ном сейсмометре, содержащем корпус, маятник с инертной массой и электродинамическим и параметрическим преобразователями и подвесную пружину, соединенную с корпусом первым упругим шарниром, а с маятником— вторым упругим шарниром, второй упругий шарнир выполнен в виде плоской пружины, а параметрический .преобразователь выполнен в виде светоэлектрического преобразователя перемещений.

Кроме того, светоэлектричесКий преобразователь перемещений выполнен в виде двух дифференциальных пар кремниевых пластин со светочувствительными слоями, чувствительными к инфракрасному излучению, расположенных симметрично оси инертной массы маятника и двух рядов светодиодов инфракрасного излучения, причем светодиоды расположены против светочувствительных слоев кремниевых пластин и укреплены вместе с ними на корпусе сейсмометра, а на маятнике установлены две шторки, расположенные между каждым рядом светодиодов инфракрасного излучения и парой кремниевых пластин.

Нз Фиг. 1 схематично изображена конструкция длиннопериодного.сейсмометра со светоэлектрическим преоб" разователем; на фиг. 2 — плоская пружина второго упругого шарнира; на фиг. 3 — светоэлектрический преобразователь перемещений.

Длиннопериодный вертикальный скважинный сейсмометр содержит корпус 1, подвесную цилиндрическую пружину 2, упругие цилиндрические шарниры 3, плоскую пружину 4, укрепленную широкой своей частью к маятнику 5, а узкой — к цилиндрической подвесной пружине, и маятник с преобразователями: электродинамическим и светоэлектрическим 6.

Светоэлектрический преобразоваг тель 6 перемещений состоит из не1094002 металлического корпуса 7, жестко .связанного с основанием корпуса сейсмометра, двух пар дифференциаль. ных кремниевых пластин 8, прикрепленных к обеим сторонам перегородки 9, расположенной в центре корпуса по оси симметрии; двух рядов светодиодов 10 инфракрасного излучения с выводами 11 по восемь штук в каждом, установленных в двух противоположных сторонах корпуса 7 10 преобразователя, причем каждый ряд расположен напротив вертикальной осевой линии светочувствительного слоя кремниевых пластин 8 и двух тонких металлических, вертикально установленных шторок 12. Шторки 12 укреплены на маятнике 5 сейсмометра и в начальный момент расположены симметрично относительно места стыка каждой из пар дифференциальных пластин 8.

Сейсмометр работает следующим образом.

Подается питание постоянного тока

100 мА в цепь светодиодов 10, соединенных последовательно (на схеме соединения не показани). Кремниевые пластины работают в режиме вентильного фотоэлемента, не требующего внешнего источника напряжения. Потоки инфракрасного излучения светодиодов 10 освещают рабочую поверхность дифференциальных пар кремниевых пластин 8. Если шторки 12 одинаково перекрывают часть рабочей поверхности каждой пластины диффе- З5 ренциальной пары, то ток в цепи преобразователя б, соединенного с зеркальным гальванометром регистратора, будет равен нулю. Под действием колебаний сейсмических сигна- 40 лов смещается корпус сейсмометра 1 относительно маятника а, следовательно, и кремниевые пластины 8 относительно шторок 12, укрепленных на маятнике сейсмометра. Смещение плас- 45 тин 8 вызывает изменение потока излучения и в цепи преобразователь гальванометр возникает ток. В зависимостФ от величины смещения пропорционально изменяется и ток. Регистратор записывает колебания сейсмических сигналов.

Применение плоской пружины в предлагаемом устройстве упрощает и облегчает вес узла, соединяющего между собой плоскую и подвесную 55 пружины. Вместо двух сравнительно тяжелых в известном устройстве, в предлагаемом применяется одна, малогабаритная, легкая, имеющая Т-образную форму, деталь. Это позволяет уменьшить общий вес подвесной пружины и повысить паразитный резонанс ее. Применение подвесной пружины, изготовленной из проволоки вдвое меньшего диаметра, уменьшенной длины и уменьшенным диаметром витка, с применением облегченных элементов ее крепления, позволяет почти в 6 раз увеличить частоту параэитного резонанса подвесной пружины по сравнению с параэитным резонансом. упругоro элемента известного устройства и довести ее до 21 Гц, расширив тем самым высокочастотную часть сейсмического диапазона до 20 Гц.

Использование в качестве параметрического преобразователя-светоэлектрическоГо преобразователя перемещений позволяет сохранить линейность во всем интервале хода маятйика 4 мм при нагрузке до 70 Ом.

Кроме того, преобразователь мало подвержден электрическим помехам промышленной частоты. Отсутствие гальванической связи между маятником сейсмометра и нагрузкой (гальванометром) открывает широкие возможности при формировании частотных характеристик канала.

Если электрдинамический преобразователь при больших периодах маятника сейсмометра не позволяет производить запись на осциллограмму периода свободных колебаний из-за шунтирующего действия нагрузки и наличия примесей железа в медном проводе обмотки, то светоэлектрический преобразователь свободен от этих недостатков.

Предлагаемый преобразователь имеет низкоомный выход и хорошо согласуется с зеркальными гальванометрами.

Ниэкоомный выход преобразователя согласуется и с усилителями, шумы которых уменьшаются с уменьшением сопротивления входа. Преобразователь позволяет легко осуществить температурную компенсацию, (подбор двух пластин, близких по параметрам,при диФференциальном включении) . Упрощается расчет характеристик сейсмометра.

Предлагаемое устройство позволяет производить снятие постоянных сейсмометра (период, затухание свободных колебаний и электромагнитное затухание MBRTHHlCBj ll H JllloHx OT клонениях маятника от положения равновесия и существенно уменьшить габариты и вес.

1094002

11

Ю

12

d фиг. Ю

СоставительМ.Спасский Редактор Ar.Øàíäîð Техред A.À÷ Корректор й.Тяско

Заказ 3418/37 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, F-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4