Геофон

 

Сущность изобретения: геофон содержит голографическую систему преобразования упругих волн в изменение интенсивности светового улучшения по интерференционной картине. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4795662/25 (22) 08.01.90 (46) 15.06.92. Бюл. N. 22 ° (72) А,Т.Серобабин и В.Н.Ивойлов (53) 772.99(088. 8) (56) Красильников В.А. Звуковые и ультразвуковые волны. — M.: Г. изд. ФМЛ, 1960, с,549.

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

Известен геофон, содержащий биопластину из пьезоэлектрического полимера, закрепленную одним концом в корпус геофона и свободным концом — на инерционной массе.

Однако известное устройство не позволяет получить необходимую точность измерения, которая ограничивается чувствительностью биопластины, Известен сейсмометр, содержащий Vобразный полый корпус с ветвями большого и малого диаметра. частично заполненный жидкостью. Регистрация колебаний производится посредством освещения торца ветви малого диаметра, снабженной зеркально-внутренним покрытием и цепью в боковой стенке, против которой размещена линейка световодов, соединенных с волоконно-оптическим кодовым устройством.

Однако известное устройство не обладает необходимой чувствител ьностью, кото,. !Ц,, 1741095 А1 (я)5 G 01 V 1/16, G 03 Н 3/00 (54) ГЕОФОН (57) Сущность изобретения: геофон содержит голографическую систему преобразования упругих волн в изменение интенсивности светового улучшения по интерференционной картине. 5 ил. рая ограничивается диаметром световодов

И ВЯЗКОСТЬЮ ЖИДКОСТИ, Прототипом является известная система, содержащая подвижной груз на пружине, закрепленный на платформе, соединенный механически с катушкой, в зазоре магнита и магнит.

Недостатком электродинамического сейсмографа является малая чувствительность.

Цель изобретения — повышение чувствительности приемника сейсмических волн путем введения оптико-голографического устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее платформу, подвижной груз на пружине, введены и последовательно установлены лазер, коллиматор, фокусирующая линза, отражательное зеркало, расположенное под углом 46 к оптической оси, голограмма, отражательное зеркало, расположенное на подвижном грузе и в фокальной плоскости фокусирующей линзы, отоажательное зеркало, размещенное в фокальной плоскости коллматора оси повернутое под углом 45 к оптической оси дифрагированного от голограммы иэлуче1741095 ния, фотоприемника, размещенного в плоскости изображения дифрагированного излучения, электрически соединенного с решающим устройством.

На фиг.1 изображена схема геофона.

Геофон состоит из платформы 1, на которой последовательно установлены лазер

2, коллиматор 3, фокусирующая линза 4, отражательное зеркало 5, расположенное под углом 46 к оптической оси, голограмма 6, на которой в исходном состоянии заэкспонировано и зафиксировано положение подвижного груза, отражательное зеркало 7, размещенное на грузе 8 и в фокусе линзы 4, отражательное зеркало 9, Расположенное под углом 45 к оптической оси, фотоприемник 10, размещенный на оптической оси отраженного от зеркала 9 оптического излучения, блок 11 обработки сигналов, электрически соединенный с фотоприемником 10.

Геофон работает следующим образом, Световой луч от лазера 2 проходит через коллиматор 3, фокусируется линзой 4, отражается от зеркала 5, попадает на голограмму 6. Часть светового потока, дифрагирует на голограмме 6, а часть проходит сквозь нее, отражается от зеркала 7, снова проходит голограмму 6 и образует с дифрагированным потоком интерференционное поле в виде концентрических колец (фиг.2), которое проецируется с помощью зеркала

5, линзы 4, выходнол линзы коллиматора 3 и зеркала 9 в плоскость размещения фотоприемника 10.

Когда груз получил механическое воздействие, он принимает любое положение в пределах «R, Происходит отклонение луча, отраженного от зеркала 7, и изменение интенсивности интерференционного поля, В исходном состоянии при расположении зеркала 7 в фокусе линзы 4 разность фаэ подающего, и отраженного лучей на голоЛ грамме л или разность хода 2 . В этом случае луч, дифрагированный от голограммы 6, и луч, отраженный от зеркала 7, образуют интерференционную картину (фиг.2,а).

При изменении местоположения зеркала 7 разность фаэ отраженного луча от зеркала

7 и луча, дифрагированного от голограммы

6, будет изменятся, В случае, когда разность

Л фаз буде равна, интерференционная картина будет иметь вид, как показано на фиг.2,б, На фиг.2,в разность фаэ падающего и отраженного лучей совпадает, интенсивность поля в центре максимальна, Фотоприемник, помещенный в плоскость интерференционной картины, будет реагировать на изменение интенсивности в интерферограмме, т.е. фототок будет прямо пропорционален изменению ин генсивности интерференционного поля или амплиту5 де колебаний груза 8.

Таким образом, оптико-голографический преобразователь является нелинейным устройством с характеристикой, изображенной на фиг.З,а, где! — фототок, R

10 — величина смещения груза, Голограмма в преобразователе выполняет роль памяти исходного состояния сферической волны (или исходного состояния подвижной массы), а в процессе работы и

15 прохождения сквозь нее оптических лучей в обшей совокупности связей образуя1 интарференционную картину (фиг.2), При колебательном движении подвиж-. ного груза с амплитудой А1 (фиг,З,б),;:: .. ход20 ной фототок будет прямо пропорциснален изменению интенсивности в интерферограмме (фиг.З,в). При изменении амплитуды колебаний подвижной массы, предположим

А1 < Az < Аз, характер изменения интенсив25 ности интерферограммы будет определяться в соответствии с фиг.З,г,д, где 2 относится к Аг, à la — к Аэ.

Вследствие нелинейного характера преобразования механических колебаний в

30 электрические с использованием интерферограммы, получаемой с помощью голограммы, разрешающая способность может быть определена по формуле

Ro где — длина волны света

Лх — апертура голограммы;

40 Rо — расстояние от фокуса до голограммы.

Как видно из фиг.3,б,в,г,д астота выходного фототока прямо пропорциональна амплитуде колебаний подвижного груча, 45 Следовательно, о амплитуде колебаний можно судить по частоте фототока, Структурная схема блока 11 обработки сигналов представлена на фиг.4.

Он содержит усилитель 12, генератор

50 13, селектор 14 импульсов, счетчик 15, блок

16 индикации, блок 17 задания времени, регистр 18, Сигнал, поступающий на усилитель 12, усиливается и преобразуется в прямоуголь55 ные импульсы. Передним фронтом импульсов открывается селектор 14 импульсов. С генератора 13 начинают поступать импульсы с частотой f< на счетчик 15. Чем больше длительность импульсов, поступающих с усилителя 12, тем больше амплитуда воэ1741095 действующей волны. Блок задания времени представляет собой часы, Он соединен с регистром 18 четырехразрядными выходами, по которым поступает информация в параллельном двоичном коде о текущем времени.

По заднему фронту импульсов производится запись информации со счетчика 15 и блока 17 задания времени в параллельном двоичном коде в регистр 18, а считывание иэ регистра 18 производится с частотой

1 »1 в последовательном двоичном. коде для записи в постоянную память, Вариант принципиальной схемы блока обработки сигналов представлен на фиг,5.

Сигнал от фотоприемника 10 поступает на усилитель, собранный на VT1 и VT2. Уси-. ленное напряжение снимается с и поступает на формирователь прямоугольных импульсов (001), Передним фронтом положительных импульсов открывается клапан 002, с генератора 13 начинают поступать импульсы с частотой И на вход С счетчика 005; одновременно через 0ОЗ поступает на вход R счетчика 005 команда на разрешение счета. Кодовая комбинация на выходе 005 преобразуется дешифратором DD6 и на индикаторе VL1 высвечиваются показания.

Элементы 004.1 — 004.5 выделяют задний фронт импульсов, по которому производится запись информации со счетчика 005 и со счетчиков блока 17 задания времени в регистр 18 (007 — 0011) и с частотой fg считывается в последовательном коде с выхода

0011.

Формула изобретения

Геофон, содержащий платформу, подвижный груз, фотоприемник, соединенный с блоком обработки сигналов, о т л и ч а ю5 шийся .. тем, что, с целью увеличения чувствительности, в него введены последовательно лазер, коллиматор, оптическая фокусирующая система, в фокусе которой расположен подвижный груз с установлен10 ным на нем зеркалом, причем между оптической фокусирующей системой и подвижным грузом размещены под углом к оптической оси устройства зеркало, выполненное с возможностью поворота (враще15 ния), и голограмма с записанным на ней исходным состоянием волнового фронта, при этом между коллиматором и оптической фокусирующей системой на пути обратного хода лучей установлено зеркало под углом

20 45 к оптической оси устройства, выход которого сопряжен с фотоприемником, причем блок обработки сигналов выполнен в виде усилителя, выход которого соединен с первым входом селектора импульсов, гене25 ратора, первый выход которого соединен с вторым входом селектора излучения и первым входом селектора излучения и первым .входом регистра, третий и четвертый выходы селектора соединены с вторым и третьим

30 входами счетчика, выход которого соединен с третьим входом регистра и входом блока индикации, выход блока индикации подключен к входу блока задания времени, выход которого соединен с четвертым входом ре35 гистра, выход которого. подключен к входу устройства с постоянной памятью, 1741095

1 741095

Составитель E.Õýëàòîaà

Редактор M.(oáûëÿícêàÿ .Техред М.Моргентал Корректор А.Ротман

Заказ 2084 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина. 101