Вертикальный пьезоэлектрический сейсмоприемник

 

Изобретение относится к приборам и устройствам для измерения параметров колебаний почвы, механизмов и сооружений. Цель - обеспечение абсолютной калибровки в рабочих условиях . Цель достигается размещением на инертной массе 3 свободно лежащего якоря 8 тарельчатой формы, в .процессе калибровки притягиваемого к электромагниту 7, уменьшая тем самым инертную массу и, самое главное, уменьшая силу статической нагрузки на пьезоэлемент 9 на точно известную величину. Это обеспечивает импульсную калибровку с точно известным входным сигналом, при этом калибровка может проводиться в рабочих условиях , в том числе в скважинах. 1 ф-лы, 1 ил. з.п. § (Л Ц со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (I I) А1 (51)4 С О1 V 1 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4053071/24-25 (22) 09.04.86 (46) 30.09.88. Бюл. 1 36 (72) В.Н.Некрасов и С.В Сергеев (53) 550.834(088.8) (56) Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара. / Под ред.

В.В.Клюева. M. Машиностроение, 1978.

Авторское свидетельство СССР

В 995044, кл. G 01 Ч 1/16, 1983. (54) BEPTHKAJlbHblA ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

СЕЙСМОПРИЕИНИК (57) Изобретение относится к приборам и устройствам для измерения параметров колебаний почвы, механизмов и сооружений. Цель — обеспечение абсолютной калибровки в рабочих условиях. Цель достигается размещением на инертной массе 3 свободно лежащего якоря 8 тарельчатой формы, в.процессе калибровки притягиваемого к электромагниту 7, уменьшая тем самым инертную массу и, самое главное, уменьшая силу статической нагрузки на пьезоэлемент 9 на точно известную величину. Это обеспечивает импульсную калибровку с точно известным входным сигналом, при этом калибровка может проводиться в рабочих условиях, в том числе в скважинах. 1 з.п. Я ф-лы, 1 ил.

1427314

Изобретение относится к приборам и устройствам для измерения параметров колебаний почвы, механизмов и сооружений.

Целью изобретения является обеспечение абсолютной калибровки в рабочих условиях.

На чертеже показан сейсмоприемник, осевое сечение.

Внутри прочного внешнего корпуса

1 сейсмоприемника в каркасе 2, обеспечивающем минимальный тепловой контакт внутренних элементов сейсмоприемника с корпусом 1, размещена инерционная масса 3, сцентрированная относительно продольной оси корпуса

1 с помощью кольцевых пружин 4. Магнитная система 5 и катушка 6 индуктивности обеспечивают возможность введения в структуру сейсмоприемника отрицательной обратной связи, предназначенной для корректировки передаточной амплитудно-частотной характеристики измерительного тракта. На верхней части каркаса 2 закреплен электромагнит 7, обращенный в сторону инерционной массы 3. Между электромагнитом 7 и массой 3 размещен

l якорь 8, не связанный механически жестко с элементами сейсмоприемника и обладающий возможностью свободно" го перемещения по вертикали от электромагнита 7 до массы 3 ° Якорь 8 вы-. полнен в виде тарельчатой формы диска, охватывающего сердечник 7 со стороны инерционаэй массы 3. В целях уменьшения наведенных электрических шумов и обеспечения согласования большого выходного сопротивления пьезоэлемента 9, размещенного между каркасом 2 и массой 3 для преобразования их взаимных перемещений в электрический сигнал, с линией 10 связи внутри корпуса 1 размещен электронный усилитель 11. Кабель линии 10 связи крепится к корпусу 1 с помощью соединительной муфты 12, обеспечивающей герметизацию и электрическое соединение линии 10 и усилителя 11.

Сейсмоприемник работает следующим образом.

Перед окончательной сборкой сейсмоприеяника на аналитическиХ весах определяют массу якоря 8 (m) и массу .инерционной массы 3 с входящими в нее элементами магнитной системы 5 (М). Результаты измерений заносят в

2У

50 паспорт на данный сейсмоприемник, после чего его сборку завершают. Затем собранный сейсмоприемник подключают через кабель линии 10 связи к внешним источникам питания и измерительно-регистрирующей аппаратуре.

При этом через катушку электромагнита 7 начинает течь ток и образующееся магнитное поле, взаимодействуя с якорем 8, вызывает его отрыв от массы 3 и перемещение по вертикали до полюсов электромагнита 7, выполненных в каркасе 2. В этом положении якорь 8 закорачивает электромагнит

7 сейсмоприемник готов к работе.

Колебательные перемещения сейсмоприемника по вертикали приводят к появлению переменных ускорений, а следовательно, и возникновению инерционных сил, воздействующих со стороны массы 3 на пьезоэлементы 9. Деформируясь, пьезоэлементы 9 вырабатывают электрические сигналы, которые преобразуются в усилителе 1 1 и поступают на выход сейсмоприемника, связанный с измерительно-регистрирующей аппаратурой линией 10 связи. Таким образом, на выходе сейсмоприемника наблюдаются электрические сигналы; пропорциональные величинам переменных ускорений, воздействующих на них. Для определения коэффициента пропорциональности, или коэффициента преобразования сейсмоприемника, следует осуществить ряд последовательных отключений и вкЛючений питания катушки электромагнита 7. При этом напряжение на выходе сейсмоприемника меняется, поскольку при отключении тока I „, проходящего через электромагнит 7, якорь 8 под действием силы алжecти отрывается от каркаса

2, жестко связанного с корпусом 1, и опускается на инерционную массу

3, что соответствует воздействию силы F mg на массу 3, а следовательно, и пьезоэлемент 9. Зная паспортное значение ш, а следовательно и

F = ша, измерив величину Аць„„при перемещениях якоря 8, величину коэффициента преобразования сейсмоприемника по ускорению находят из выражения: Пьых (M + m) () а

m g

1 ш g где аэкь = М - эквивалентное усэ ь М + m корение, т.е. такое уско3 14273 рение, при воздействии которого на систему массой

M + m сила воздействия на пьезоэлемент равна m g.

Из выражения (1) и приведенного выше описания процесса работы сейсмоприемника следует, что значение коэффициента преобразования К предлагаемого вертикального пьезоэлектрического сейсмоприемника может быть получено в абсолютных величинах (В/м.с. ) с практически любой необходимой точностью и без привлечения специальных градуировочных стендов.

Описанный процесс градуировки может осуществляться сразу после изготовления сейсмоприемника и затем при его эксплуатации с любой необхо20 димой периодичностью. При этом следует учитывать, что величина массы якоря 8 должна выбираться из условия, чтобы аз„ (а„„,, где а„„, — мак-. симальное значение (верхний предел) измеряемого сейсмоприемником ускорения,,поскольку в противном случае величины а „ и b,U „ будут лежать не в области линейного преобразования сейсмоприемника. Отсюда следует, что

1. Вертикальный пьезоэлектрический сейсмоприемник,содержащий корпус с закрепленным на нем электромагнитом, инерционную массу, соединенную с пьезоэлементом, и якорь, размещен. ный на инерционной массе и взаимодействующий с электромагнитом, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью абсолютной калибровки в рабочих условиях измерения ускорения меньше а„ „, якорь массо" m установлен с возможностью свободного перемещения по вертикали от инерционной массы М до электромагнита, при этом масса якоря m меньше величины М к к а кс/g, где g — ускор ение свободного падения.

2. Сейсмоприемник по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что якорь выполнен в виде диска тарельчатой формы, охватывающего сердечник электромагнита.

m g а макс (2) m(Ma „,/g (3) 40

ВНИИПИ Заказ 4849/42 Тираж 522 Подписное

Произв. — полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 но поскольку обычно М >y m, (2) можно 35 переписать в виде

В предлагаемом сейсмоприемнике может быть реализован для градуировки метод ступеньки, позволяющий при подаче ступенчатого возмущения, обеспечиваемом условиями нагружения массы

3 якорем 8, и дополнительном наблюде- 45 нии за откликом сейсмоприемника, что можно получить путем существенного увеличения скважности переключения получить данные не только о коэффициенте преобразования Кц, но 50 и определить ряд дополнительных характеристик, например частотный диапазон и линейность преобразования.

14 4

В предлагаемом сейсмопреобразователе в целях уменьшения влияния маг- нитного поля электромагнита 7 на работу сейсмопреобразователя, особенно в режиме градуировки, якорь 8 целесообразно выпОлнять по форме охваты- вающим сердечник электромагнита 7 со стороны инерционной массы 3, которая, в свою очередь, должна быть выполнена иэ немагнитного материал а.

Сейсмоприемник обеспечивает возможность получения основных метрологических характеристик, в том числе абсояютных значений коэффициента преобразования измеряемой величины, без, специальных градуировочных стендов. Возможно также проведение градуировки в рабочих. условиях, что становится особенно важным, когда сейсмоприемник размещен в труднодоступных местах, например в скважине.

Высокие метрологические характеристики предлагаемого вертикального пьезоэлектрического сейсмоприемника делают возможным его широкое применение в сейсмометрии, в частности, в качестве образцового.

Формула изобретения