Стрейн-сейсмограф

 

Использование: сейсмология, инженерная геология и геофизика, изучение геодинамических процессов, в частности динамики оползней, просадочных явлений, виброползучести и т. п. Сущность изобретения: в стрейн-сейсмографе, состоящем из механической системы в виде нити, выполненной из высокомодульного материала и растянутой между точками измерений горизонтальных перемещений на исследуемом объекте, и датчика перемещений, середина нити связана с поверхностью исследуемого объекта в точке, расположенной между точками измерения горизонтальных перемещений посредством упругого элемента, выполненного из того же материала, что и нить, а датчик перемещений включает лазер и дифференциальный фотоэлемент, расположенный на прямой, перпендикулярной и проходящей через ее середину по разные стороны от нее. 1 ил.

Изобретение относится к сейсмологии, изучению геодинамических процессов, инженерной геологии и геофизике, в частности к изучению динамики оползней, просадочных явлений, виброползучести и т.п.

Известен стрейн-сейсмограф Бениоффа, предназначенный для записи низкочастотных сейсмических движений, включая статические смещения [2] Наиболее близким к изобретению является стрейн-сейсмограф Сасса [2] состоящий из механической системы и датчика перемещений. В качестве механической системы используется нить, изготовленная из высокомодульного материала, растянутая между двумя точками измерения горизонтальных перемещений на исследуемом объекте. К середине нити подвешена масса. Относительные горизонтальные перемещения точек измерения приводят к изменению натяжения нити и соответственно провиса, что регистрируется датчиком перемещений. К достоинствам стрейн-сейсмографа Сасса можно отнести механическое увеличение перемещений, так как стрела прогиба изменяется в 10-30 раз больше горизонтальных смещений между точками подвеса, и соответственно высокую чувствительность.

Недостатком стрейн-сейсмографа Сасса является использование массы в качестве средства для оттяжки нити, что ухудшает частотную характеристику прибора, делает ее узкополосной и низкочастотной и снижает помехоустойчивость за счет влияния микросейсм и паразитных вибраций.

В предлагаемом стрейн-сейсмографе середина нити через упругий элемент, изготовленный из того же материала, что и нить, соединена с точкой объекта, расположенной между измерительными точками. Это расширяет частотный диапазон устройства, а также в значительной мере компенсирует влияние температурного фактора за счет одинакового изменения натяжения при изменении температуры.

Датчик перемещений включает инжекционный лазер и дифференциальный фотоэлемент, а участок нити, пересекаемый пучком лазера, является оптическим лазером. Бесконтактный способ измерения перемещений также расширяет полосу частот, а использование лазера и фотодиода обеспечивает высокую чувствительность прибора за счет увеличения интенсивности облучения фотокатода. Лазер и дифференциальный фотоэлемент располагаются при этом на прямой, перпендикулярной нити и проходящей через середину по разные стороны от нее. Середина нити, пересекаемая лучом лазера служит оптическим левером, изменяющим в зависимости от положения освещенность разных половин дифференциального фотоэлемента.

Принципиальная схема устройства изображена на чертеже, на котором обозначены точки 1 измерений горизонтальных перемещений на объекте, нить 2 и ее середина 3, оттянутая упругим элементом 4, прикрепленным к промежуточной точке 5 объекта, инжекционный лазер 6 и дифференциальный фотоэлемент 7.

Стрейн-сейсмограф работает следующим образом.

В начальный момент времени нить 2 из высокомодульного материала (кварц, инвар и т.д.) растянута между точками 1 измерений горизонтальных перемещений, расположенными на исследуемом объекте. Середина 3 нити оттянута упругим элементом 4, другой конец которого прикреплен к исследуемому объекту в точке 5, промежуточной между точками 1 объекта.

Инжекционный лазер 6 и дифференциальный фотоэлемент 7 располагаются на прямой, перпендикулярной нити 2. Луч лазера пересекает участок вблизи середины нити, который служит оптическим левером и попадает на дифференциальный фотоэлемент.

При изменении расстояния между точками 1 объекта меняется стрела прогиба нити. Перемещение середины нити 3 изменяет освещенность дифференциального фотоэлемента 7 и вызывает появление сигнала, пропорционального перемещению середины нити. При этом сочетаются достоинства деформографа Сасса за счет механического увеличения стрелы прогиба и преимущества предлагаемого устройства, связанные с безинерционностью системы за счет исключения массы, а также бесконтактный способ измерения перемещения.

Преимущества предлагаемого устройства по сравнению с известным связаны с расширением полосы частот регистрируемых перемещений от статических до высокочастотных порядка сотни герц, а также высокая чувствительность за счет высокой интенсивности пучка лазера. Устройство опробовано в лабораторных условиях в ИФЗ РАН.

Формула изобретения

СТРЕЙН-СЕЙСМОГРАФ, содержащий датчик перемещений и механическую систему, выполненную в виде нити из высокомодульного материала, растянутой между точками измерений горизонтальных перемещений на исследуемом объекте, отличающийся тем, что середина нити механической системы связана с поверхностью исследуемого объекта в точке, расположенной между точками измерения горизонтальных перемещений, посредством упругого элемента, выполненного из того же метериала, что и нить, а датчик перемещений выполнен в виде лазера и дифференциального фотоэлемента, расположенных по разные стороны от нити на прямой, перпендикулярно проходящей через ее середину.

РИСУНКИ

Рисунок 1