Устройство для регистрации трех компонент сейсмических колебаний /его варианты/ и способ его настройки /его варианты/


G01N1/16 - Исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств (разделение материалов вообще B01D,B01J,B03,B07; аппараты, полностью охватываемые каким-либо подклассом, см. в соответствующем подклассе, например B01L; измерение или испытание с помощью ферментов или микроорганизмов C12M,C12Q; исследование грунта основания на стройплощадке E02D 1/00;мониторинговые или диагностические устройства для оборудования для обработки выхлопных газов F01N 11/00; определение изменений влажности при компенсационных измерениях других переменных величин или для коррекции показаний приборов при изменении влажности, см. G01D или соответствующий подкласс, относящийся к измеряемой величине; испытание

 

1. Устройство для регистрации трех компонент сейсмических колебаний , содержащее корпус, инертную массу, зажатую по трем взаимно-перпендикулярным осям между тремя парами пьезоэлементов, снабженных торцовыми обкладками и контактами,посредством контактных шариков,и схему усиления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регистрации за счет устранения взаимного влияния компонент сейсмических колебаний и повьпиения чувствительности устройства , контактные шарики помещены во втулки, соосные с пьезоэлементами, вьтолненными в виде стержней, помещенных в изоляторные обоймы, каждая втулка установлена с возможностью перемещения по двум взаимно-перпендикулярным осям в плоскости,- перпендикулярной оси пьеэоэлемента, и имеет внутренний диаметр, больший диаметра пьезоэлемента. 2.Устройство по п. 1, о т л ичаючееся тем, что контакты пьезоэлементов имеют сферическую форму. 3.Устройство для регистрации трех компонент сейсмических колебаний, содержащее корпус, инертную массу, (Л зажатую по трем взаимно-перпендикулярным осям между тремя парами пьезоэлементов , снабженных торцовыми обк адками и контактами, посредством контактных шариков, и схему усиления, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности регистрации за счет устранения взаимного влияния СП компонент сейсмических колебаний и повьвпения чувствительности устройсо ОО ства, пьезоэлементы выполнены в виде стержней, помещенных в изоляторные обоймы, контакты имеют сферическую форму, а каждый канал схемы усиления содержит последовательную цепь из двух сумматоров, вторые входы которых соединены с каналами двух других перпендикулярных направлений . 4.Способ настройки устройства для регистрации трех компонент сейсмических колебаний, заключакнцийся в воздействии колебаний на устройство и измерении сигналов с пьезоэлемен

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (l9) ((! у

4(5(1 G 01 N f/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Г10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬЩФ (21) 3603034/24-25 (22) 08.06.83 (46) 23.05.85 ° Бюл. Ф 19 (72) Г.А,Ахсахалян, Г.Е.Галстян, Т.А.Дозоров и P.Е.Саркисян (71) Институт океанологии им.П.П.Ширшова и Специальный опытно-конструкторский технологический институт

АН Армянской CCP (53) 550.834(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

397868, кл-. С 01 К 1/ 16, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 667926, кл. G 01 N 1/16, f978 (прототип).

3. Аппаратура и методика сейсмометрических наблюдений в СССР. М., "Недра", 1974, с. 174.

4. Авторское свидетельство СССР

Ô 857894, кл. G 01 и 1/ 16, 1979 (прототип). (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ТРЕХ

КОМПОНЕНТ СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ (ЕГО ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО НАСТРОЙКИ (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) !. Устройство для регистрации трех компонент сейсмических колебаний, содержащее корпус, инертную массу, зажатую по трем взаимно-перпендикулярным осям между тремя парами пьезоэлементов, снабженных торцовымн обкладками и контактами, посредством контактных шариков,и схему усиления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регистрации за счет устранения взаимного влияния компонент сейсмических колебаний и повышения чувствительности устройства, контактные шарики помещены во втулки, соосные с пьезоэлементами, выполненными в виде стержней, помещенных в изоляторные обоймы, каждая втулка установлена с воэможностью перемещения по двум взаимно-перпендикулярным осям в плоскости, перпендикуляриои осн пьезоэлемента, и имеет внутренний диаметр, больший диаметра пьезоэлемента.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что контакты пьезоэлементов имеют сферическую форму.

3. Устройство для регистрации трех компонент сейсмических колебаний, содержащее корпус, инертную массу, зажатую по трем взаимно-перпендикулярным осяМ между тремя парами пьезоэлементов, снабженных торцовыми обкладками и контактами, посредством контактных шариков, и схему усиления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регистрации за счет устранения взаимного влияния компонент сейсмических колебаний и повышения чувствительности устройства, пьезоэлементы выполнены в виде стержней, помещенных в изоляторные обоймы, контакты имеют сферическую форму, а каждый канал схемы усиления содержит последовательную цепь из двух сумматоров, вторые входы которых соединены с каналами двух других перпендикулярных направлений.

4, Способ настройки устройства для регистрации трех компонент сейсмических колебаний, заключающийся в воздействии колебаний на устройство и измерении сигналов с пьезоэлемен1157389 тов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности настройки за счет исключения взаимного влияния компонент сейсмических колебаний, ориентируют устройство по вертикали, подают калибровочное напряжение на один из пьезоэлементов одной иэ осей, измеряют напряжение на пьезоэлементах других осей, при помощи перемещения изоляторных обойм уравнивают это,.напряжение на паре пьезоэлементов: каждой оси и путем перемещения каждого контактного шарика посредством смещения втулок устанавливают минимальное. значение напряжения.

5. Способ по п. 4, о т л и ч а юшийся тем, что одновременно с

Изобретение относится к сейсмической разведке и сейсмологии и может быть использовано для контроля трехкомпонентных колебаний малой амплитуды. f

Известно устройство для наблюдения за сейсмическими колебаниями, содержащее инертную массу в виде. шара, расположенного между тремя парами пьезоэлектрических элементов 11, Однако, перемещаясь по одному из трех взаимно-перпендикулярных направлений, шар вызывает деформацию пластин, установленных в других осях, вызывая тем самым помехи в

15 соседних каналах.

Наиболее близким к изобретению является устройство для регистрации трех компонент сейсмических колебаний, содержащее корпус, инертную массу, зажатую по трем взаимно-перпендикулярным осям между тремя парами пьезоэлементов, снабженных торцо выми обкладками и контактами, посредством контактных шариков, и схему усиления f23 .

Известное устройство, хотя и позволяет в значительной степени ослабить взаимные помехи каналов друг от друга, не позволяет полностью избаперемещением контактных шариков регулируют степень сжатия пьезоэлементов.

6. Способ настройки устройства для регистрации трех компонент сейсмических колебаний, заключающийся в воздействии колебаний на устройство и измерении сигналов с пьезоэлементов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности настройки за счет исключения повышения взаимного влияния компонент сейсмических колебаний, подают калибровочное напряжение поочередно на .пьезоэлементы двух каналов, измеряют напряжение на третьем канале и устанавливают это напряжение минимальным путем регулировки коэффициента передачи и полярности в сумматорах, установленных в данном канале. виться от них, так как при изготовлении устройства всегда возникают отклонения точек передачи усилий на пьезоэлементы от геометрических точек перпендикулярности осей, что неизбежно влечет за собой разложение действующей силы одной оси по двум другим.

Кроме того, известное устройство имеет невысокую чувствительность, поскольку пьезоэлементы его выполнены в виде пластин, электрическая емкость которых составляет несколько тысяч пикофард.

Цель изобретения — повышение точности регистрации за счет устранения взаимного .влияния компонент сейсмических колебаний и повышение чувствительности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для регистрации трех компонент сейсмических колебаний, содержащем корпус, инертную мас- су, зажатчо по трем взаимно-перпендикулярным осям между тремя парами пьезоэлементов, снабженных торцовыми обкладками и контактами, посредством контактных шариков, и схему усиления, контактные шарики помещены во втулки, соосные с пьезоэлементами, выполнен1157389 ными в виде стержней, помещенных в изоляторные обоймы, втулка установлена с возможностью перемещения по двум взаимно-перпендикулярным осям в плоскости, перпендикулярной оси пьезоэлемента, и имеет внутренний диаметр, больший диаметра пьезоэлемента.

Кроме того, контакты пьезоэлементов имеют сферическую форму. Ю

Помещение контактных шариков во втулки, которые могут перемещаться в плоскости контакта, позволяет легко менять точки приложения сил и тем самым компенсировать неточности, допу1$ щенные при изготовлении, а выполнение пьезоэлементов в Виде стержней, опирающихся с обоих торцов на сферические поверхности и находящихся в обоймах, позволяет-при изменении точки приложения силы на одном торце сохранить практически неизменным напряжение на его обкладках.

Кроме того, как известно, напря- щ жение на обкладках конденсатора обратно пропорционально его .емкости, и один и .тот же заряд, вызванный пьезоэффектом в стержнях, вызывает появле ние напряжения на три порядка большего, чем на пластинах, так как емкость обкладок стержня соответственно меньше в 1000 раз. Во столько же раз возрастает чувствительность устройства ° По той же причине усилитель3$ ный элемент должен располагаться в непосредственной близости от пьезоэлемента, так как увеличение длины соединительного проводника на каждый сантиметр увеличивает его электрическую емкостьмна 1 пФ.

Согласно второму варианту в устройстве для регистрации трех компонент сейсмических колебаний, содержащем корпус,инертнуюмассу,зажатую 4$ по трем взаимно-перпендикулярным осям между тремя парами пьезоэлементов, снабженных торцовыми обкладками н контактами, посредством контактных шариков, и схему управления, пьезо- 50 элементы выполнены в виде стержней, помещенных в изоляторные обоймы, контакты имеют сферическую форму, а каждый канал схемы усиления содержит последовательную цепь нз двух сумма- $$ торов, вторые входы которых соединены с каналами двух других перпендикулярных направлений.

В этом варианте устройства выпол-нение пьезоэлементов в виде стержней в перемещающихся обоймах и сферические контакты достигают тех же целей, что и в первом варианте устройства.

Включение же сумматоров в каждый канал регистрации позволяет электрической коррекцией избавиться от мешающих сигналов, так как в каждом сумматоре происходит вычитание наведенного паразитного сигнала от возмущающего воздействия. Предлагаемая конструкция устройства позволяет заменить механическую коррекцию перпендикуляр" ности осей регистрации электронной, т ° е. исключить втулки контактных шариков, примененные в первом варианте.

Известен способ настройки устройства для регистрации сейсмических колебаний, заключающийся в воздействии импульса на устройство н измере-. нии сигналов с пьезоэлементов 131 .

Данный способ практически невозможно применить для калибровки пьезоэлектрических акселерометров из-за высокой скорости механических процессов, протекающих в них, Наиболее близким к изобретению является способ настройки устройства для регистрации трех компонент сейсмических колебаний, заключающийся в воздействии колебаний на устройство и измерении сигналов с пьезоэлемен-. тов f4/

Известный способ предполагает использование калибровочного стенда многокомпонентных колебаний. Кроме того он не обеспечивает исключения взаимного влияния сигналов трех перпендикулярных направлений.

Цель изобретения — повышение точности настройки за счет исключения взаимного влияния компонент сейсми" ческих колебаний.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу настройки устройства для регистрации трех компонент сейсмических колебаний, заключающемуся в воздействии колебаний на устройство н измерении сигналов ,с пьезоэлементов, ориентируют устройство по вертикали, подают калибровочное напряжение на один из пьезоэлементов одной из осей, измеряют напряжение на пьезоэлементах других осей, при помощи перемещения изоляторных обойм, уравнивают это напря1157389 жение на паре пьезоэлементов каждой оси и путем перемещения каждого контактного шарика посредством смещения втулок устанавливают минимальное значение напряжения. 5

Кроме того, одновременно с перемещением контактных шариков регулируют степень сжатия пьезоэлементов.

Упомянутые операции проделывают несколько раз, последовательно устра- 10 няя паразитный сигнал с одного из каналов на два других. Для полной регулировки датчика необходимо проделать три цикла настройки, регулируя, например, Х и 7 по Е, Х и Е по Y и 15

Y u Z по Х.

По варианту способа настройки устройства для регистрации трех компонент сейсмических колебаний, заключающегося в воздействии колебаний 20 на устройство и измерении сигналов с пьезоэлементов, подают калибровочное напряжение поочередно по пьезоэлементы двух каналов, измеряют напряжение на третьем канале и устанав- 25 ливают это напряжение минимальным путем регулировки коэффициента передачи и полярности в сумматорах, установленных в данном канале.

На фиг. 1 показана конструкция 36 устройства для регистрации сейсмических колебаний; на фиг. 2 — электрическая схема варианта устройства.

Устройство для регистрации трех компонент сейсмических колебаний (фиг. 1) состоит из корпуса 1, в котором расположена инертная масса 2, зажатая по трем взаимно-перпендикулярным осям при помощи контактных шариков 3 и пьезоэлементов 4, расположенных в изоляторных обоймах 5, перемещающихся по осям регистрации, Каждый контактный шарик 3 помещен во втулку 6, которая перемещается в плоскости, перпендикулярной оси пьезо-45 элемента по двум взаимно-перпендикулярным осям при помощи регулировочных винтов 7. Пружины 8 и кулачки 9 обеспечивают беззазорное перемещение втулки б между регулировочными винтами 7.Втулка 6 прижимается кповерхиости установочного изолятора 10 с помощью резиновой прокладки 11.

Контактный шарик 3 оказывает давление на пьезоэлемент 4 через шайбу 12,у предохраняющую пьезоэлемент от раз.рушения. Вторым концом стержень пьезоэлемента опирается на сферический контакт 13, имеющий выход из изоляторной обоймы 5. В непосредственной близости к каждому контакту припаивается усилительный элемент (не показан), входящий в электронную схему устройства. Вес инертной массы 2 компенсируется усилием пружины .

14 в нижней части датчика.

Главными конструктивными отличиями датчика, обеспечивающими устранение взаимного влияния сигналов трех перпендикулярных направлений и повышение чувствительности устройства, являются втулки контактных шариков и пьезоэлементы в виде стержней в изоляторных обоймах. Втулки б с помощью регулировочных винтов 7 могут перемещать точку передачи механического усилия на пьезоэлемент

4 в пределах 0,5 мм. Этого вполне достаточно, чтобы устранить неточности, которые возникают в процессе изготовления. К ним относятся отклонения положения осей пьезоэлементов

4 от геометрических взаимно-перпендикулярных осей. Эти отклонения компенсируются вращением точек приложения механических усилий. Условие большого отношения линейных размеров пьезоэлемента к его диаметру, а также наличие сферических поверхностей на его торцах обеспечивают черезвычайно малое изменение его сжатия (растяжения) от нецентрального приложения силы при перемещении контактного шарика. В то же время практически полностью устраняется сильная боковая помеха на соседний канал, вызванная нецентральной силой массы. Одновременно применение пьезоэлементов в виде стержней значительно увеличивает чувствительность устройства, так как напряжение на пьезоэлементе (при прочих равных условиях) пропорционально его емкости, а изменение этой величины при переходе от шайбы к стержню изменяется

Р 1000. С этой же целью усилительный элемент должен иметь кратчайший проводник с обкладкой пьезоэлемента.

Нижний контактный шарик не имеет обоймы и регулировочных винтов, так как эта точка является базовой, по которой регулируются остальные. Изоляторная обойма 5 должна выполняться из материала, имеющего удельное электрическое сопротивление не менее

10 Ом.м и минимальную пиэлектри1157389 ческую проницаемость, например из полистирола или эбонита.

Электронная схема варианта устройства для регистрации сейсмических колебаний (фиг, 2) содержит каналы 5

15-17 усиления. В каждом канале далее располагается последовательно два сумматора 18, 19, 20, 21 и 22, 23, вторые входы которых соединены соответственно с выходом каналов двух других осей. Предлагаемая схема позволяет устранить взаимные помехи каналов без применения механической настройки в устройстве регистрации.

Поэтому в варианте этого устройства. отсутствуют втулки 6 контактных шариков, настроенные винты 7, пружины 8 и кулачки 9.

Способ настройки устройства для регистрации сейсмических колебаний 26 состоит в следующем. Перед настройкой устройство ориентируют строго по вертикальной оси. На один из пьезоэлементов одной из осей (например, на нижний пьезоэлемент 4z) И подают калибровочное напряжение.

Это напряжение возбуждает пьезоэлемент и вызывает перемещение массы (шара) в вертикальном направлении.

Частота калибровочного напряжения 3g должна быть достаточно низкой и находится в диапазоне значений реального сейсмического процесса, Измеряют напряжение на верхнем пьезоэлементе

4, и зажимают массу в вертикальной оси Z до получения величины иапряже ; ния на верхнем пьезоэлементе приблизительно равной напряжению возбуждения нижнего пьезоэлемента. После этого подают напряжение возбуждения щ на верхний элемент и измеряют напряжение на нижнем. По разности напряжений, получаемых с,верхнего и нижнего пьезоэлементов, устанавливают коэффициент усиления в канале одного из эле-45 ментов таким образом, чтобы результирующий сигнал на выходе дифференциального усилителя при подаче эквивалентных синфазных сигналов на входы был равен нулю. SO

Далее повторяют подобную операцию на осях Х и (, т,е, устанавливают необходимую степень сжатия и балансировку по чувствительности каждого пьезоэлемента. После проведенных pery лировок вновь подают возбуждение на нижний пьезоэлемент. В этом случае, если точка приложения силы по оси : окажется строго по центру относительно контактных точек четырех других пьезоэлементов, установленных на осях Х и, то на них возникнет одинаковое напряжение, вызванное сжатием и растяжением пьезоэлементов под действием кривизны шара и его верти-. кального перемещения. Перемещением изоляторных обойм каждой оси Х и Y достигают именно такого положения, когда механическое воздействие по оси Z не вызывает появление нецентральных сил на осях Х и 1 . Напряжение с каждого пьезоэлемента контролируется при этом уже с использованием скорректированного коэффициента в усилителях, установленного предыдущей операцией настройки.

После компенсации нецентральных сил на осях Х и II при помощи вращения настроечных винтов, расположенных в плоскости YZ сводят к минимуму сигнал на элементах оси Х, поворачивая по необходимости изоляторные обоймы.,оси Х для поддержания необходимой степени сжатия пьезоэлементов, и постоянно добиваясь их равенства напряжения на элементах оси. При правильном положении винтов, на пьезоэлемен- . тах оси Х наблюдаются очень малые равные напряжения второй гармоники частоты возбуждения. Вторая гармоника возникает при симметричных вертикальных колебаниях шара относительно горизонтальной оси, Аналогичным образом осуществляют настройку на симметричность оси11 .

В случае невозможности добиться напряжения второй гармоники на элементах оси Х или У, перемещают шар по вертикали в нужную сторону вращением изоляторных обойм оси Z и далее повторяют все операции настройки сначала.

После регулировки по устранению иецентральных сил и вертикального симметрирования осей Х и Y относительно оси Е прис упают к регулировке нецентральных сил и симметрированию осей g u Z относительно оси 1 и, далее Y и Е относительно оси Х. Для этого возбуждают один иэ элементов оси-, например 4Ч, и добиваются мин щальиого одинакового значения напряжения второй гармоники на элементах оси Х вращением настроечных винтов оси Х, находящихся в плос» кости )(f . Минимального значения

9 1157 напряжения второй гармоники на верхнем пьезоэлементе оси Z. добиваются вращением настроечного винта этого элемента, находящегося в плоскости

ZY, Нижний элемент фиксирован,и к S этому моменту в результате предыдущих регулировок уже настроен. Точно так производят настройку элементов

1 и относительно оси Х. При необходимости всю последовательность настройки повторяют, так как полная и точная регулировка достигается последовательным циклическим приближением к абсолютному значению точности.

Таким образом, после всего цикла 15 регулировок в устройстве для регистрации сейсмических колебаний устраняются все взаимные влияния осей друг на друга, связанные с неточностью изготовления, а также погреш- 20 ности, связанные с разбросом параметров пьезоэлектрических элементов.

Способ настройки варианта устройства для регистрации сейсмических ко-gS лебаний, в схеме которого содержатся сумматоры (фиг. 2), заключается в следующем. После балансировки дифференциальных усилителей и взаимного центрирования осей, которое осуществляется по критерию второй гармоники сигнала возбуждения, в устройстве сохраняются помехи, обусловленные несоосным расположением пары пьезоэлементов каядой оси (по причине погрешностей изготовления). Поскольку в варианте этого устройства отсутствуют втулки контактных шариков, их

389 функции выполняет схема, показанная на фиг, 2.

Операции настройки состоят в следующем. Устройство последовательно подвергается воздействию механических колебаний по направлению строго одной: оси, например Х. При этом замеряется напряжение на выходе каналов 1 и Z и с помощью регулировки фазы (полярности) и коэффициентов передачи сумматоров 20 и 23 добиваются минимального его значения. Затем возбуждаются колебания по оси Y и данная регулировка повторяется уже для осей Х и Ч, т.е. регулируется фаза и коэффициент передачи сумматоров !8 и 22. Затем возбуждается направление Z и регулируются сумматоры 19 и 21. В резуль,тате после трех циклов регулировки все влияния, связанные с механическими погрешностями, компенсируются .электронным путем.

Преимущества заключаются в том, что изобретение позволяет значительно упростить механическую конструкцию устройства и процесс его наладки. При первом варианте устройства (способа) необходимы электронные схемы, объем и соответственно энергопотребление которых в несколько раз меньШе. Кроме того, достигаются величины взаимной помехи .на осях регистрации О, 1-0,37 и значения его чувствительности 100 В/д . при инертной массе 100 r. (известное устройство имеет значение помехи 2-3Х и чувствительность

0,3 В/Д . при величине инертной массы 1,5 кг).

1157389

Фиг.2

ВВЯИПИ Зжаз 3330/40 897 . Qogmaca e

Устройство для регистрации трех компонент сейсмических колебаний /его варианты/ и способ его настройки /его варианты/ Устройство для регистрации трех компонент сейсмических колебаний /его варианты/ и способ его настройки /его варианты/ Устройство для регистрации трех компонент сейсмических колебаний /его варианты/ и способ его настройки /его варианты/ Устройство для регистрации трех компонент сейсмических колебаний /его варианты/ и способ его настройки /его варианты/ Устройство для регистрации трех компонент сейсмических колебаний /его варианты/ и способ его настройки /его варианты/ Устройство для регистрации трех компонент сейсмических колебаний /его варианты/ и способ его настройки /его варианты/ Устройство для регистрации трех компонент сейсмических колебаний /его варианты/ и способ его настройки /его варианты/ 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине, а именно к анатомии, топографической анатомии, патологической анатомии и может быть использовано для изучения лимфоидных узелков в тотальных анатомических препаратах макромикроскопическом поле видения в норме, в возрастном аспекте, в эксперименте и патологии

Изобретение относится к анализу экологического состояния и мониторинга окружающей среды, в частности воздушного бассейна

Изобретение относится к технике отбора проб сжатых газов и воздуха при контроле в них содержания примесей масла, влаги, окиси углерода, двуокиси углерода и других примесей преимущественно линейно-колористическим методом с использованием индикаторных трубок

Изобретение относится к медицине, а именно к нейрогистологическим методам исследования

Изобретение относится к медицине, а именно к нейрогистологическим методам исследования
Изобретение относится к медицине, точнее к технике изготовления гистологических образцов различных тканей, и может быть использовано при дифференциальной диагностике патологических состояний организма

Изобретение относится к цитологии
Наверх