Электронный сейсмометр

 

Изобретение относится к геофизическому приборостроению, в частности к сейсмическим устройствам. С целью улучшения линейности, уменьшения дрейфа сейсмометра при одновременном увеличении его стабильности в дифференцирующую и интегрирующую цепи обратных связей введены операционные усилители с местными обратными связями. При этом в обмотку магнитоэлектрического преобразователя поступают сигналы, пропорциональные первой и второй производной от перемещения маятника, перемещению и интегралу по времени от перемещения. 1 ил.

COlO3 G0BETCHHX

РЕСПж ЛИК (l9) (И) (51)4 G 01 Ч 1/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHSIM

ОПИСЯНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

g„ гущ ц

ПатЛ;Л,, -,:. а И

БИБ :." " . . 4 (54) ЭЛЕКТРОННЫЙ СЕЙСМОИЕТР (2l) 4265172/31-25 (22) 19.05.87 (46) 30.10.89. Вюл. 9 40 (71) Институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта (72) Ю.А.Колесников (53) 550.83(088.8) (56) Рыков А.В. Электроника сейсмометра и ДС вЂ” ВП. В кн. 4: Сейсмичес-, кие приборы. И.Наука, 1978, вып. 11, с.136-!40.

Авторское свидетельство СССР

9 662889, кл. С О1 V 1/16, 1И7 °

Изобретение относится к гвофизическому приборостроению, в частнос. ти к сейсмическим устройствам.

Целью изобретения является улучшение линейности, умвшъавиие дрейфа сейсмометра ври одиоврвмвншом yseличвиии его стабильности.

На фиг.l неказана иушиципиальная электрическая схема! иа фиг.йструктувная схема.

Масса lиаятника с рычагом 2 подвешена к основанию с помощью шарниров

3 - 5 и цилиндрической пружины 6. С массой 1 жестко связана катушка 7 магнитоэлектрического преобразователя (МЭП) 8 и параметричесжнй преобразователь (ПП) 9.

ПП 9 через цепь обратной связи подключен к активному ВЧ фильтру, состоящему иэ операционного усилителя (ОУ) 1О с резисторами R,,R,R>, R< и конденсаторами С, С, С, а

2 (57) Изобретение относится к геофизическому приборостроению, в частности к сеймическим устройствам. С целью улучшения линейности,уманьшения дрейфа сейсмометра при одновременном увеличении его стабильности в дифференцирующую а интвгрирующую цепи обрати@к связей введены операционные усилители с местныии обратными связямш. При этом в обмотку магнитоэлвктрического преобразователя поступают сигналы, пропорциональные первой и второй производной от перемещения маятника, перемещению и интеграау по времени от перемещения 2 ил. также к активному НЧ фильтру, состоящему из операционного усилителя ОУ ll с резисторами R<,К, R» R и конденсатоуои С . Выходы ВЧ и НЧ фильтров подкюеечвны соответственно через развяэывающие резисторы Rq R,, и конденсатор C„ к обмотке ИЭП 8., О©

ОУ 10 с цепью из резисторов R, R „я конденсаторов С „С, .С реализует передаточную функцию дифференци,атора второго порядка с выходным сиг- Ф, налому пропорциональным второй spots водной по времени от входного сигнала. Введение ОУ 10 в цепь обратной связи сейсмометра позволяет увеличивать электронным путем период сейсиоиетра, продлевая плоский участок его амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в сторону длинных периодов,при этом уменьшаются погрешности дифференцирования . С целью распространения области действия обратной связи на

1518816 преобразования a(. Напряжение е подается в цепь обратной связи сейсмометра на входы активных ВЧ и НЧ фильтров, которые формируют суммарное на у,1 пряжение и ток i у + - + --y в обЙ dt всю область рабочих периодов, включая длиннопериодический склон АЧХ, в дифференцирующую цепь ОУ 10 дополнительно включены резисторы R<, Rz na5 раллельно конденсаторам С» С, при этом в обмотку МЭП 8 дополнительно к сигналу, пропорциональному второй производной, поступает сигнал, пропорциональный перемещению и первой производной от перемещения маятника, что позволяет регулировать затухание сейсмометра и приводит к улучшению линейности и расширению динамического диапазона во всей области рабочих периодов.

ОУ 11 с резисторами R В и конденсатором С, развязанэайй от МЭП 8 через большое сопротивление R „,, формирует в обмотке МЭП 5, 8 сигнал, про-э0 порциональный интегралу по времени от перемещения маятника,.и тем самым уменьшает чувствительность сейсмометра к сверхдлиннопериодныи колебаниям почвы и одновременно уменьшает в не- э5 обходимых пределах дрейф маятника сейсмометра.

Делитель на резисторах R<, R9 на выходе ОУ 10 введен для умейьшения емкости конденсатора С> и соответствующего уменьшения погрешностей интегрирования при сохранении заданной постоянной времени интегрирования и степени подавления дрейфа маятника.

Введение конденсатора С, включенного параллельно резистору R, позволяет улучшить стабильность работы сейсмометра, придавая ему необходимый запас устойчивости и предохраняя его от самовозбуждения и генера40 ции а

Сейсмометр работает следующим образом.

Перемещения почвы Х, воздействуя на маятник, вызывают его отклонение от положения равновесия íà Y с передаточной функцией S(р), которое с помощью ПП 9 преобразуется в электрическое напряжение е с коэффициентом мотке МЭП 8 с передаточной функцией

D(P)+I(P) При взаимодействии тока

, с магнитным полем МЭП 8 возникает про. тиводействукнцая обратная сила,приложенная к маятнику, которая возвращает маятник к первоначальному положению равновесия на величину у с передаточной функцией F.(ð), тем самим

Е осуществляя силовое уравновешивание маятника.

Передаточная функция Т(р) сейсмометра с обратной связью в операторной форме:

Т(р)ае

Х 1+Ld(p)+ai (р)

Я(е1Ы

1 D(p). F(p)+ 1(р) F(p) где Ы(р) — коэффициент усиления по дифференцирующей петле обратной свяэи4

Li(p) - коэффициент усиления по интегрирующей петле обратной свяэи3

P - оператор Лапласа, Piu, (d " циклическая частота.

Передаточные функции отдельных ветвей ОС сейсмометра:

1s(p +2Dsng + n s) где 1 - приведенная длина маятника;

1 — расстояние от оси вращения маятника до центра ПП, и э собственная частота мая 1 ника;

D s — постоянная затухания. (а

1 (3) у где d — - коэффициент преобразования

ПП 9.

С /С R (P + — -)(P + — --)

1 1

1 э s C,R

А

CzR а

D(p) 1 z Ci Сэ R Cz

à + — — (1+ — (1+ )+ )p+

ССэа С, R, С

Dg — постоянная затухания.

Для плоского участка АЧХ дифференцирующей цепи D 0,705, учитывая это иэ формулы (4) получаем. где К„

I ээ " э ° э ° 4 — коэффициент ВЧ фильтра на высоких частотах; угловые частоты;

Х У Л2Ж 2

R s(p +2Detv„P+aa )

С1САЕФ

К 1 °

С

С з

1518816 6 (9) и (10), могут быть рассчитаны параметры электронного сейсмометра:

3 С,R, 5 в l

Я

С, К

1 (д) Й ° (5)

4 (C>C R R4)

rf2 р C 1 R Г Cs - Rg C2 (с,с,к,) г("с, " rr > с,) 10

* 0,705.

I я

Полагая, что сс 5

I(p) - "

1 (Р+ ы,) CR (Р+-,—" — )

Ra

5 с С Я Я коэффициент усиления по по- 20 стоянному напряжению НЧ фильтра; угловая частота логарифмического участка АЧХ, где К:

25 при этом

Rz Ra

К К5

С ) Rs (7) У lс

K (P +2D5n P+n з где Кс — момент инерции маятника; электродинамическая постоянная ХЭП. 35

Для синтеза параметров сейсмометра получаем выражение для нахождеР (р) (р)+ .(р) o(D(p)F(р) I(р)F(р); а"7 -=-=? 0 (lo (w

1 К;"

1 j

K5R о

lс d К i а с 3 — — 2 2— У L2, Ь32 (С (С 8 (9)

К5 5П с с 45

1. (р)1с o(К я

° ю п cw(w4

С12 5 5

5 с

1с сС КДР 1П Пс w+ rr2 а () = -- L . (10) 3

Задаваясь угловыми частотами ю, м,, ы4, а также Ь „, L 2 для известных К1К;, RS R и произвольно выбранных С R„(5), принимает значение, равное единице на частоте cJq, которая находится из 50 условия lL(w5)I =1 и приближенно равна з

1,41 (1- - — ---)

1 41w4 т (2К +1) С „<4

2Кд+ 1

52

4 (л.

41К С (1- -- — — )ы4

1,41 4

Kd5 2

Я ю юй . °К п2с.1Е

5 5

К! Кз Кь

У

1с Ка

° Г ° .

K и L

5 5

С, C2KdCg

2ы г

04

R 5 4

Lr

С5

L К; R,w2

При этом для заданных ы, р, w Ф оставшиеся зависимые угловые частоты

ы, и а среза АЧХ находятся из соотношений:

Lq

w ы

2 ь, П5 w4 ? 2

Ь т

5 Ф5 формула изобретения

Электронный сейсмометр, содержащий маятник, параметрический и магнитоэлектрический преобразователи, дифференцирующую и интегрирующую цепи обратных связей, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения линейности, уменьшения дрейфа сейсмометра при одновременном увеличении его стабильности, в дифференцирующую и интегрирующую цепи обратньгх связей введены первый и второй операционные усилители с местными обратными связями, при этом в местную обратную связь первого операционного усилителя введены резисторы R„ и R2 с параллельными ему конденсаторами С „и С,, подключенные между вью ходом параметрического преобразоватеЛя и входом операционного усилителя, выход которого через конденсатор С с и резистор R соединен с обмоткой маг5 нитоэлектрического преобразователя, а в местную обратную связь второго операционного усилителя введен делитель на резисторах R 8 и R5, выход которого через развязывающий резистор

Rä также соединен с обмоткой магнитоэлектрического преобразователя.

1518816

Составитель H.Çàõàð÷åíêî

Редактор Т.Лазоренко Техред Л.Сердюкова Корректор О.Кравпова

Заказ 6606/53 Тиран 484 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 1 3035 ° Москва, Ж-35 ° Рауиская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. УхгорОЩ, ул. Гагарина, 101