Сейсмометр

 

Изобретение относится к области сейсмологии,в частности.к сейсмопреобразовательным приборамдля регистрации колебаний грунта и сооружений,выппанных землетрясениями и другими видами колебаний. Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерения. Цель достигается за счет выполнения преобразователя в виде оптической схемы, содержащей источник света 10, объектив 11, полую ось маятника сейсмометра, в которой размещен поляризатор 9, анализатора 2 и фотоприемника 13. При этом анализатор может быть выполнен в виде двоякопрепомляющей поляризационной призмы, а фотоприемник - в с s виде двух элементов, расположенных на путях обыкновенного и необыкновен (Л ного лучей и включенных дифференци- . ально. 1 з.п. ф-лы. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (sp 4 С 01 Ч 1/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 379 505/24-25 (22) 26.09,84 (46) 30.10.86, Бюл. 11! 40 (71) Центральное проектно-конструкторское бюро научного приборостроения АН УЗССР (72) Д.М.Сизов, В.В.Бородин и О.N.Êóðáàíîâ (53) 550.834 (088.8) (56) Аппаратура и методика сейсмометрических наблюдений в СССР. И,.Наука, 1974, с. 95-98, Там же, с. 55-57, (54) CEACNONETP (57) Изобретение относится к области сейсмологии,в частности, к сейсмопре- обраэовательным приборамдля регистраBU 1267319 А 1 ции колебаний грунта и сооружений,вызванных землетрясениями и другими видами колебаний. Целью изобретения является повьппение чувствительности и точности измерения. Цель достигается эа счет выполнения преобразователя в виде оптической схемы, содержащей источник света 10 объектив 11 полую ось маятника сейсмометра, в которой размещен поляризатор 9, анализатора 12 и фотоприемника 13. При этом анализатор может быть выполнен в виде двоякопреломляющей поляризационной призмы, а фотоприемник - в виде двух элементов, расположенных а

Я на путях обыкновенного и необыкновенного лучей и включенных дифференциально. 1 s.ï. ф-лы. 3 ил.

1 l2

Изобретение относится к сейсмологии, в частности к. сейсмопреобразовательным приборам для регистрации колебаний грунта и сооружений, вызванных землетрясениями и др. видами колебаний.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности регистрации колебаний.

На фиг.l изображен сейсмопреобраэователь, вид со стороны источника снета1 на фиг,2 — разрез А-А на фиг.l (повернут на 90 ), на фиг„3 оптическая схема устройства с поляриэационной призмой.

Сейсмопреобраэователь содержит основание 1, на котором установлены постоянный подковообразный магнит 2, стойки 3 с подшипниками. В воздушном зазоре между полюсами магнита 2 расположен полый сердечник 4 иэ магнитомягкого материала (железа), установленный на полых полуосях в подшипниках. Полуоси жестко связаны с рамкой маятника 5, снабженной грузами б.

Стальные пластины 7 установлены с возможностью перемещения на полуосях. На магнитном сердечнике 4 размещена медная демпферная рамка 8, а в полом сердечнике 4 — поляризатор 9, На основании 1 установлены источник 10 освещения (лампа накаливания или светодиод, например, с направленным излучением), объектив 11, анализатор 12, представляющий собой, например, поляроид или поляризационную призму с двойным пучепреломлением, и светочувствительный элемент

13, например фоторезистор или фототранэистор. Устройство защищено светонепроницаемым кожухом (не показан), В равновесном состоянии маятника, например, для горизонтального расположения сейсмопреобразователя (фиг.l) поляризатор 9 расположен по отношению к анализатору таким образом, что их оптические оси взаимоперпендикулярны.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии колебаний почвы основание 1 сейсмометра неподвижно, рамка маятника остается в покое и свет от источника 10 объективом 11 направляется параллельным пучком через полуось> служащую входным окном (диафрагмой), на поляризатор 9.

Сформированный узкий пучок света

67319 l.

55 йосле поляризатора 9 в виде поляризованного потока лучей через вторую полуось попадает на анализатор 12, так как оптические оси поляризатора и анализатора скрещены, свет не проходит через анализатор и не попадает на элемент 13. При колебаниях почвы и следовательно, основания 1 сейсмометра рамка маятника 5 приходит в колебательное движение и сердечник

4 вместе с поляризатором 9 сонершает вращательное движение вокруг оси маятника. Соотвественно поворачивается и плоскость поляризации световых лучей, прошедших поляризатор. Поскольку анализатор 12 жестко установлен на основании I то в результате относительного поворота поляризатора 9 световые лучи, пройдя анализатор 12„ попадают на светочувствительный элемент 13, В случае установки в качестве анализатора поляриэационной призмы с двойным лучепреломлением из анализатора выходят пространственно разделенные лучи обыкновенной и необыкновенной составляющих. Соотношение интенсивности света между обыкноненной и необыкновенной составляющими сильно зависит от направления плоскости поляризации световой волны, прошедшей поляризатор, т. е. от угла поворота оптической оси поляризатора, и пропорционально квадрату косинуса угла поворота. Светочувствительные элементы 13 каждой составляющей включены по дифференциальной схеме, например, в цепь измерительного моста, что существенно повышает чувствительность сейсмопр еобр аз онателя.

Поляризатор и анализатор в исходном состоянии могут быть установлены так, что их оптические оси располао гаются,, например, под углом 45 . В этом случае на светочувствительные элементы 13 в исходном состоянии попадают обе состанляющие одинаковой интенсивности, и сигнал на выходе становится равным нулю. При отклонении рамки 5 в ту или иную сторону от положения равновесия сигнал также изменяется по направлению к амплитуде, которая изменяется пропорционально квадрату угла поворота рамки.

При использовании в качестве источника света светодиода излучение призмы и соединечие светочувствительных элементов по дифференциальной схеме позволяет получить разность сигналов обыкновенной и необыкновенной составляющих. Это дополнительно повышает чувствительность и точность сейсмопреобразователя.

Одновременно предложенный сейсмопреобразователь позволяет значительно упростить схему усиления сейсмометра путем использования стандартных усилителей с меньшим коэффициентом усиления, исключения электромеханических (гальванометрических) усилителей, имеющих свои собственные колебательные системы и вносящих г дополнительные погрешности при регистрации колебаний. Все это существенно снижает затраты на создание и эксплуатацию сейсмометрических приборов.

Формула изобретения

Сейсмометр, содержащий основание, на .котором посредством полуосей подвешен маятник, выполненный в виде рамки с сердечником и грузами по обе стороны от сердечника, преобразователь и стальные пластины, закрепленные на полуосях и расположенные в поле постоянного магнита, закрепленного на основании, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повы35 шения чувствительности и точности измерения, полуоси и сердечник выполнены полыми, преобразователь выполнен в. виде оптически связанных источника света, объектива, анализатора

40 и фотоприемника, расположенных на основании, и поляризатора, расположенного в полом сердечнике.

2. Сейсмометр по п.l, о т л и— ч а ю щ и и с.я тем, что анализатор выполнен в виде двоякопреломляющей поляризационной призмы, а фотопрнемник выполнен в виде двух светочувствительных элементов, расположенных на путях обыкновенного и необыкновенного лучей и включенных дифференциально. з )267319 его может быть промодулировано переменной составляющей (т.е. питание светодиода осуществляется переменным токам заданной частоты), Это позволяет использовать усилители переменного тока, что снижает погрешности, связанные с температурными и прочим воздействиями, и повышает точность регистрации колебаний.

Стальные пластины 7, взаимодействуя с магнитным полем магнита 2, стремясь установиться вдоль силовых линий магнита, возвращают рамку маятника в исходное равновесное положение. Перемещением пластин 7 вдоль полуосей маятника регулируют силу воздействия с магнитным потоком и, тем самым, — частоту собственных колебаний маятника.

Медная короткоэамкнутая рамка 8, в которой наводится при колебаниях маятника ЭДС самоиндукции, демпфирует его колебания. Изменение электрического сигнала, снимаемоro со светочувствительного элемента l3 измерительного моста сейсмопреобразователя, подается через усилитель на регистрирующее устройство (не показаны), В качестве регистрирующего устройства может служить самопишущий автоматический потенциометр либо цифровой регистратор, подключенный через аналого-цифровой преобразователь. Регистрирующий прибор может быть проградуирован в единицах бальности.

Выполнение полыми полуосей вращения и сердечника, жестко связанных с рамкой маятника, а элемента преобразования механических колебаний в электрические — в виде источника света, объектива и поляризатора (анализатора и светочувствительного приемника) — оптически связанными между собой позволяет резко увеличить зависимость изменения сигнала от угла поворота рамки маятника, а также повысить величину этого сигнала, что существенно повышает чувст-, вительность и точность устройства.

Установка в качестве анализатора двоякопреломпяющей поляризационной!

2б/3}9

Составитель N. Спасский

Редактор Л.Повхан Техред М.Ходанич Корректор Г. Решетник

Подписное

Заказ 5769/43 Тираж 728

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауп ская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4