Деформограф

Изобретение относится к области геофизического приборостроения и может быть использовано для измерения деформаций земной поверхности. Сущность: деформограф состоит из станины, штанги, один конец которой жестко связан со станиной посредством разрезной втулки, а другой - цанговым зажимом с технологическим стержнем, установленного соосно штанге магнитострикционного стержня с намотанным на него соленоидом, упругого ромбовидного фиксирующего устройства с коническими пережимами в его углах. Магнитострикционный стержень жестко закреплен в углах фиксирующего устройства по его малой диагонали и связан одним концом с технологическим стержнем, а другим - с упругим равносторонним параллелограмным усилителем смещения с коническими пережимами в его углах и закрепленными при помощи стержней в одном из его углов по малой диагонали дифференциальным фотоэлементом, а в противоположном углу - металлическим экраном с прямоугольным отверстием по центру и светодиодом, расположенным перпендикулярно экрану. Плоскости фотоэлемента и экрана параллельны плоскости усилителя смещения. Светодиод и фотоэлемент расположены симметрично отверстию на экране по разные от него стороны. К фотоэлементу подключен регистратор. Подвижная часть регулирующего устройства имеет коническую выемку и связана посредством конического стержня с одним из углов усилителя смещения по большой диагонали, а неподвижная часть - с реверсивным двигателем с редуктором. Технический результат: повышение точности измерений. 1 ил.

 

Изобретение относится к области геофизического приборостроения и может быть использовано для измерения деформаций земной поверхности при поиске предвестников и прогнозирования землетрясений, изучения внутреннего строения Земли, обнаружения искусственных возмущений земной поверхности, определения пространственного положения нефтегазовых залежей, а также при проектировании, строительстве и эксплуатации крупных гидросооружений, атомных электростанций и других крупных промышленных объектов.

Известен деформограф, включающий кварцевую трубу длиною 26 м, один конец которой закреплен на горной породе, другой свободен, и его смещение относительно горной породы регистрируется гальванометрическим способом при помощи индуктивного датчика (см. Приливные деформации Земли. Труды ИФЗ АН СССР. "Наука", 1975. С.97-103).

Недостатком данного деформографа является низкая точность измерения из-за зависимости его показаний от вариаций атмосферного давления. Кроме того, точки подвесок столь длинной трубы могут быть источниками помех в показаниях деформографа, а уменьшение длины трубы сделает его не пригодным для регистрации геофизических явлений, т.к. чувствительность деформографа к смещениям горной породы зависит от длины трубы - при малой длине трубы его чувствительность мала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является деформограф, включающий станину, штангу, один конец которой жестко связан со станиной посредством разрезной втулки, а другой - цанговым зажимом с технологическим стержнем, упругий равносторонний параллелограммный усилитель смещения с коническими пережимами в его углах и с закрепленными при помощи стержней в одном из его углов по малой диагонали дифференциальным фотоэлементом, а в противоположном углу - металлическим экраном с прямоугольным отверстием по центру и светодиодом, расположенным перпендикулярно экрану, регулирующее устройство типа "ласточкин хвост", подвижная часть которого связана посредством конического стержня с одним из углов усилителя смещения по большой диагонали, а неподвижная часть - с реверсивным двигателем с редуктором, регистратор, подключенный к фотоэлементу и блоку питания двигателя и светодиода. Плоскости фотоэлемента и экрана параллельны плоскости усилителя смещения. Светодиод и фотоэлемент расположены симметрично отверстию на экране по разные от него стороны (см. Сейсмические приборы. Труды ИФЗ РАН, вып.28, 1997. С.15-20; Д.Д.Чурабо. Детали и узлы приборов. М.: Машгиз, 1952. С.98-101).

Недостатком данного деформографа является низкая точность измерения, т.к. определение масштаба записи деформографа производится при помощи микрометрического винта, смещающего подвижную часть устройства типа "ласточкин хвост", что не обеспечивает высокой точности определения масштаба записи деформографа. Присутствие оператора для определения масштаба записи нарушает окружающую деформограф температуру, что также влияет на точность определения масштаба записи.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности работы деформографа. Техническим результатом является повышение точности измерений за счет дистанционного определения масштаба записи деформографа.

Технический результат достигается в деформографе, включающем станину, штангу, один конец которой жестко связан со станиной посредством разрезной втулки, а другой - цанговым зажимом с технологическим стержнем, упругий равносторонний параллелограммный усилитель смещения с коническими пережимами в его углах и с закрепленными при помощи стержней в одном из его углов по малой диагонали дифференциальным фотоэлементом, а в противоположном углу - металлическим экраном с прямоугольным отверстием по центру и светодиодом, расположенным перпендикулярно экрану, при этом плоскости фотоэлемента и экрана параллельны плоскости усилителя смещения, а светодиод и фотоэлемент расположены симметрично отверстию на экране по разные стороны от него, регулирующее устройство, подвижная часть которого связана посредством конического стержня с одним из углов усилителя смещения по большой его диагонали, а неподвижная часть - с реверсивным двигателем с редуктором, регистратор, подключенный к фотоэлементу, установленный соосно штанге магнитострикционный стержень с намотанным на него соленоидом, соединенным с блоком питания, и упругое ромбовидное фиксирующее устройство с коническими пережимами в его углах, при этом магнитострикционный стержень жестко закреплен в углах фиксирующего устройства по его малой диагонали, которое по той же диагонали связано одним концом с технологическим стержнем, а другим - с усилителем смещения, в цепь реверсивного двигателя и светодиода подключены блоки питания.

Отличительными признаками предлагаемого деформографа являются установленный соосно штанге магнитострикционный стержень с намотанным на него соленоидом, соединенным с блоком питания, упругое ромбовидное фиксирующее устройство с коническими пережимами в его углах, жесткое закрепление магнитострикционного стержня в углах фиксирующего устройства по его малой диагонали и связь с технологическим стержнем и усилителем смещения. Это позволяет повысить точность измерения, качество регистрации деформационных процессов, т.к. при подаче электрического тока в цепь соленоида соосность штанги и магнитострикционного стержня сохраняется, что предотвращает азимутальный поворот усилителя смещения и позволяет задавать различные линейные деформации магнитострикционного стержня и работать на различных диапазонах измерений.

Деформограф поясняется чертежом, где представлен общий вид деформографа.

Деформограф состоит из станины 1, штанги 2, один конец которой жестко связан со станиной 1 посредством разрезной втулки 3, а другой - цанговым зажимом 4 с технологическим стержнем 5, установленного соосно штанге 2 магнитострикционного стержня 6 с намотанным на него соленоидом 7, упругого ромбовидного фиксирующего устройства 8 с коническими пережимами 9 в его углах. Магнитострикционный стержень 6 имеет конические проточки, а фиксирующее устройство 8 по малой диагонали имеет конические выступы. Магнитострикционный стержень 6 жестко закреплен в углах фиксирующего устройства 8 по его малой диагонали и связан одним концом с технологическим стержнем 5, а другим - с упругим равносторонним параллелограмным усилителем смещения 10 с коническими пережимами 11 в его углах и закрепленными при помощи стержней 12 в одном из его углов по малой диагонали дифференциальным фотоэлементом 13, а в противоположном углу - металлическим экраном 14 с прямоугольным отверстием 15 по центру и светодиодом 16, расположенным перпендикулярно экрану 14. Плоскости фотоэлемента 13 и экрана 14 параллельны плоскости усилителя смещения 10. Светодиод 16 и фотоэлемент 13 расположены симметрично отверстию 15 на экране по разные стороны от него. К фотоэлементу 13 подключен регистратор 17. Подвижная часть 18 регулирующего устройства 19 типа "ласточкин хвост" имеет коническую выемку и связана посредством конического стержня 20 с одним из углов усилителя смещения 10 по большой диагонали, а неподвижная часть 19 - с реверсивным двигателем 21 с редуктором 22, а редуктор 22 связан с микрометрическим винтом 23 с отчетным устройством 24 подвижной части 18. На неподвижной части 19 устройства установлены три подъемных винта 25. При этом два винта 25 расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости усилителя смещения 10 и их подпятники снабжены коническими шипами 26, а третий расположен в плоскости усилителя смещения 10 и его подпятник имеет шлифованную поверхность касания с горной породой. В цепь соленоида 7 магнитострикционного стержня 6 подключен блок питания 27. Станина 1 снабжена двумя шипами 28 и шлифованным выступом 29, которые расположены в плоскостях, перпендикулярных оси штанги 2. Базой деформографа является расстояние между линией, соединяющей конические шипы 28, и линией, соединяющей оси подъемных винтов, снабженных подпятниками с коническими шипами.

Деформограф работает следующим образом.

Деформограф транспортируется в укладочном ящике в трех его секциях. При монтаже на пункте наблюдения устанавливается станина 1 с использованием уровней, а в ней горизонтально закрепляется штанга 2 с цанговым зажимом 4. Технологический стержень 5 закрепляется в цанге 4 таким образом, чтобы фиксирующее устройство 8 и усилитель смещения 10 были в вертикальной плоскости. Фиксирующему устройству 8 задается дополнительное растяжение по малой диагонали и магнитострикционный стержень 6 устанавливается на конические выступы фиксирующего устройства 8. Это обеспечивает надежный жесткий контакт магнитострикционного стержня 6 с фиксирующим устройством 8. Затем по уровням выставляется горизонтально устройство 19 типа "ласточкин хвост" и так, чтобы линия, соединяющая подъемные винты с шипами 26 на подпятниках, была перпендикулярна большой диагонали усилителя смещения 10, а конический стержень 20 был сцентрирован относительно конической выемки подвижной части 18 устройства 19. К фотоэлементу 13 подключается высокоточный цифровой вольтметр, в цепь питания светодиода 16 подключается 2 вольта постоянного тока. При этом на цифровом вольтметре будет показано отклонение от нулевого положения. Включается двигатель 21 с таким реверсом, чтобы конический стержень 20 стал входить в коническую выемку подвижной части 18 устройства 19. Работа двигателя 21 продолжается до тех пор, пока отсчет на цифровом вольтметре не станет равным нулю. Настройка закончена. Подключается к фотоэлементу 13 регистратор 17. Деформограф закрывается защитным кожухом.

При деформации горной породы штанга 2 с фиксирующим устройством 8 и усилителем смещения 10 будут смещаться относительно устройства 19 типа "ласточкин хвост", что приведет к деформации усилителя смещения 10. При этом светодиод 16, экран 14 и фотоэлемент 13 будут смещаться в плоскостях, параллельных плоскости усилителя смещения 10. Фотоэлемент 13 и экран 14 параллельны плоскости усилителя смещения 10, а светодиод 16 перпендикулярен плоскости усилителя смещения 10, причем фотоэлемент 13 расположен с одной стороны экрана 14, а светодиод 16 - другой стороны симметрично прямоугольному отверстию 15 экрана 14.

В зависимости от типа деформации горных пород (сжатия или растяжения) будет больше освещаться одна из составляющих дифференциального фотоэлемента 13 и в цепи фотоэлемента 13 возникает разностный электрический ток, величина и знак которого будут характеризовать величину и тип деформации горных пород. При сжатии горных пород малая диагональ усилителя смещения 10 будет увеличиваться, при растяжении будет уменьшаться и на регистраторе 17 будет регистрироваться кривая электрического тока, амплитуда которой будет пропорциональна деформациям горных пород.

Чувствительность деформографа зависит от величины отношения большой диагонали усилителя смещения 10 к длине его малой диагонали - чем больше это отношение, тем больше коэффициент усиления усилителя смещения 10, тем больше чувствительность деформографа. В предлагаемом деформографе применяется усилитель смещения 10, подобный усилителю смещения прототипа. Однако в отличие от прототипа предлагаемый деформограф имеет устройство для определения его масштаба записи.

Эталонирование деформографа осуществляется следующим образом. Берется конечный отсчет y₁ на регистограмме регистратора 17 и отсчет на отсчетном устройстве 24 винта 23 М₁ и затем задается "сдвиг" винту 23 при помощи двигателя 21 до отсчета М₂ на отсчетном устройстве 24 винта 23, при этом шаг винта 23 и разность отсчетов ΔМ=М₂-М₁, получаем величину деформации большой диагонали усилителя смещения 10 в мкм. "Сдвиг" ординаты при этом равен y₂-y₁=Δy₁ мм. Отсюда определяется масштаб записи деформографа Изменяем реверс двигателя 21 и при помощи винта 23 проводим отсчет на регистограмме к начальному, т.е. к y₁. Затем включаем блок питания 27 соленоида 7 магнитострикционного стержня 6 и электрический ток в цепи соленоида 7 задаем такой величины I, чтобы величина "сдвига" на регистограмме равнялась также Δy₁, отсюда определяем масштаб записи деформографа Проведя несколько таких операций, определим величину тока А, соответствующую деформации в мкм горной породы.

Таким образом, эталонирование можно проводить двумя способами, однако более точный способ определения масштаба записи, когда он производится с использованием магнитострикционного стержня 6, который не требует открытия защитного кожуха деформографа, а следовательно, не нарушается температура и не понижается точность определения масштаба записи.

Предложенный деформограф обеспечивает более высокое качество регистрации деформационных процессов горных пород за счет предотвращения азимутального поворота, повышает точность измерения, позволяет задавать различные линейные деформации и таким образом эталонировать деформограф на различных диапазонах измерения.

Деформограф, включающий станину, штангу, один конец которой жестко связан со станиной посредством разрезной втулки, а другой цанговым зажимом - с технологическим стержнем, упругий равносторонний параллелограммный усилитель смещения с коническими пережимами в его углах и закрепленными при помощи стержней в одном из его углов по малой диагонали дифференциальным фотоэлементом, а в противоположном углу - металлическим экраном с прямоугольным отверстием по центру и светодиодом, расположенным перпендикулярно экрану, при этом плоскости фотоэлемента и экрана параллельны плоскости усилителя смещения, а светодиод и фотоэлемент расположены симметрично отверстию на экране по разные от него стороны, регулирующее устройство, подвижная часть которого связана посредством конического стержня с одним из углов усилителя смещения по большой диагонали, а неподвижная часть - с реверсивным двигателем с редуктором, регистратор, подключенный к фотоэлементу, и блоки питания двигателя и светодиода, отличающийся тем, что он снабжен установленным соосно со штангой магнитострикционным стержнем с намотанным на него соленоидом, соединенным с блоком питания и упругим ромбовидным фиксирующим устройством с коническими пережимами в его углах, при этом магнитострикционный стержень жестко закреплен в углах фиксирующего устройства по его малой диагонали и связан одним концом с технологическим стержнем, а другим - с усилителем смещения.