Сейсмометр

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области сейсмометрии. Заявлен сейсмометр, содержащий основание, два упругих элемента, кронштейн, две магнитные системы, многосекционную катушку, расположенную между магнитопроводами и полюсными наконечниками магнитных систем, генератор синусоидальных колебаний, усилитель. Сейсмометр также содержит емкостной датчик с возбуждающими электродами, первым выходным электродом и вторым выходным электродом, два магнитомягких стержня, а также две диэлектрических прокладки. Конструкцию заявленного устройства дополняет трансформатор. Технический результат: повышение отношения сигнал-шум на выходе сейсмометра и, соответственно, повышение точности измерений сейсмических воздействий. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области гравиинерциальных измерений, а именно к сейсмометрии.

Известен сейсмометр (см., например, "Сейсмические приборы", М., Наука, 1975, вып.8, с.13-18), содержащий: основание, на котором посредством двух упругих элементов установлены инертная масса и катушка; магнитную систему, включающую последовательно соединенные магнитопровод, постоянный магнит и полюсный наконечник, причем катушка помещена в рабочем зазоре между магнитопроводом и полюсным наконечником, а также винтовую пружину, прикрепленную одним концом к основанию, а другим к инертной массе.

Этот сейсмометр не обеспечивает высокие метрологические характеристики, т.к. отсутствие в нем датчика перемещений инертной массы делает невозможным создание прибора с эффективными отрицательными обратными связями.

Известен сейсмометр (см., например, Трифонов Н.В. "Сейсмическая станция ССМ", Техническое описание, М., ИФЗ РАН, 80), содержащий: основание, на котором посредством двух упругих элементов установлены инертная масса и катушка; магнитную систему, включающую последовательно соединенные магнитопровод, постоянный магнит и полюсный наконечник, причем катушка помещена в рабочем зазоре между магнитопроводом и полюсным наконечником; винтовую пружину, прикрепленную одним концом к основанию, а другим к инертной массе, емкостной датчик перемещений, выходной электрод которого соединен с инертной массой, а два электрода возбуждения - с основанием; генератор синусоидальных электрических колебаний, два выхода которого соединены с электродами возбуждения емкостного датчика; усилитель, соединенный первым входом с выходным электродом емкостного датчика, вторым входом - с выходами генератора синусоидальных колебаний, а выходом - с катушкой.

Этот сейсмометр содержит отрицательную обратную связь, в состав которой входят емкостной датчик перемещений, усилитель и катушка, и обеспечивает более высокие метрологические характеристики, но имеет значительные габариты, обусловленные тем, что инертная масса, магнитная система, емкостной датчик перемещений и пружина выполнены на отдельных конструктивных элементах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сейсмометр (см. патент RU №2159449 1999 г., кл. G01V 1/16, опубликован 20.11.2000). Этот сейсмометр содержит: основание, два упругих элемента, две магнитные системы, состоящие из последовательно соединенных цилиндрических магнитопровода, постоянного магнита и полюсного наконечника, катушки, расположенные между магнитопроводами и полюсными наконечниками магнитных систем, а также усилитель, соединенный выходом со входом катушки, диэлектрические цилиндрический корпус, прокладку и кронштейн, емкостной датчик перемещений с тремя выходными и двумя возбуждающими электродами, генератор синусоидальных колебаний и два магнитомягких стержня, закрепленных в диэлектрическом корпусе соосно с продольной осью магнитных систем и помещенных коническими концами в отверстиях на торцевых частях магнитных систем, выходные электроды емкостного датчика перемещений расположены на внутренней поверхности диэлектрического цилиндрического корпуса, закрепленного по внешней поверхности на основании, магнитные системы соединены встречно, изолированы одна от другой диэлектрической прокладкой и посредством диэлектрического кронштейна и двух упругих элементов закреплены на основании и размещены внутри диэлектрического цилиндрического корпуса, внутри которого установлена также многосекционная катушка, размещенная на каркасе, закрепленном в диэлектрическом цилиндрическом корпусе, усилитель выполнен с дополнительными входами и дополнительными выходами, причем первый вход усилителя соединен с первым выходным электродом емкостного датчика перемещений, второй и третий электроды которого расположены соосно по обе стороны от первого выходного электрода и соединены с дополнительными входами усилителя, второй и третий входы которого подключены к выходам генератора синусоидальных колебаний, соединенным электрически с магнитопроводами двух магнитных систем, являющимися двумя возбуждающими электродами емкостного датчика перемещений, дополнительные выходы усилителя подключены к секциям многосекционной катушки. Инертная масса сейсмометра состоит из двух магнитных систем и кронштейна, соединяющего их. В этом сейсмометре емкостной датчик перемещений образован тремя выходными электродами, расположенными на внутренней поверхности диэлектрического цилиндрического корпуса и двумя входными возбуждающими электродами, в качестве которых используются две соединенные встречно и изолированные друг от друга магнитные системы. В сравнении с указанными выше данный сейсмометр обладает более высокими метрологическими характеристиками и меньшими габаритами.

Недостаток прототипа заключается в низком уровне отношения сигнал-шум на его выходе и соответственно в недостаточной точности измерения сейсмических воздействий, что обусловлено следующим.

Выходной сигнал емкостного датчика перемещений и сейсмометра пропорционален разности площадей перекрытия между выходными электродами датчика и поверхностями магнитных систем

где S1, S2 - соответственно площади перекрытия между магнитными системами и выходными электродами;

Uвозб - напряжение возбуждения емкостного датчика перемещений;

ΔX - перемещения инертной массы;

l0 - длина начального перекрытия электродов.

При напряжении собственных шумов сейсмометра, определяемом уровнем собственных шумов первого усилительного каскада, соотношение сигнал/шум улучшается с увеличением напряжения возбуждения и числа групп из трех электродов каждая. При увеличении количества электродов соединение вместе четных электродов всех групп и соединение нечетных электродов увеличивает коэффициент передачи емкостного датчика за счет образования аналогичных конфигураций из трех электродов между группами.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является повышение отношения сигнал - шум на выходе сейсмометра и соответственно повышение точности измерений сейсмических воздействий.

Технический результат достигается тем, что в сейсмометр, содержащий основание, два упругих элемента, кронштейн, две магнитные системы, состоящие из последовательно соединенных цилиндрических магнитопровода, постоянного магнита и полюсного наконечника, многосекционную катушку, расположенную между магнитопроводами и полюсными наконечниками магнитных систем, генератор синусоидальных колебаний, усилитель, соединенный выходами со входами многосекционной катушки, а первым входом и вторым входом соединенный с генератором синусоидальных колебаний, цилиндрический корпус, первую диэлектрическую прокладку, емкостной датчик с возбуждающими электродами, первым выходным электродом и вторым выходным электродом, соединенными с третьим входом и четвертым входом усилителя, два магнитомягких стержня, закрепленных в цилиндрическом корпусе соосно с продольной осью магнитных систем и помещенных коническими концами в отверстиях на торцевых частях магнитных систем, выходные электроды емкостного датчика расположены на внутренней поверхности цилиндрического корпуса, закрепленного по внешней поверхности на основании, магнитные системы соединены встречно и посредством кронштейна и двух упругих элементов закреплены на основании и размещены внутри цилиндрического корпуса, внутри которого установлена также многосекционная катушка, размещенная на каркасе, закрепленном в цилиндрическом корпусе, дополнительно содержит трансформатор, вторую диэлектрическую прокладку, размещенную между корпусом и выходными электродами емкостного датчика, соединенные вместе четные дополнительные возбуждающие электроды и соединенные вместе нечетные дополнительные возбуждающие электроды емкостного датчика, размещенные на магнитопроводах и изолированные от магнитопроводов первой диэлектрической прокладкой, соединенные вместе четные дополнительные выходные электроды и соединенные вместе нечетные дополнительные выходные электроды емкостного датчика, а усилитель выполнен дифференциальным с пятым входом и шестым входом, причем пятый вход усилителя соединен с дополнительными четными выходными электродами емкостного датчика, шестой вход усилителя соединен с дополнительными нечетными выходными электродами емкостного датчика, трансформатор подключен входами к генератору синусоидальных колебаний, а выходами подключен к четным и нечетным дополнительным возбуждающим электродам емкостного датчика.

Такое выполнение сейсмометра обеспечивает повышение отношения сигнал-шум на его выходе за счет введения в конструкцию сейсмометра трансформатора, второй диэлектрической прокладки, размещенной между корпусом и выходными электродами емкостного датчика, соединенных вместе четных дополнительных возбуждающих электродов и соединенных вместе нечетных дополнительных возбуждающих электродов емкостного датчика, размещенных на магнитопроводах и изолированных от магнитопроводов первой диэлектрической прокладкой, соединенных вместе четных дополнительных выходных электродов и соединенных вместе нечетных дополнительных выходных электродов емкостного датчика, и выполнения усилителя дифференциальным с пятым входом и шестым входом, причем пятый вход усилителя соединен с дополнительными четными выходными электродами емкостного датчика, шестой вход усилителя соединен с дополнительными нечетными выходными электродами емкостного датчика, трансформатор подключен входами к генератору, а выходами подключен к четным и нечетным дополнительным возбуждающим электродам емкостного датчика.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого сейсмометра.

Принятые обозначения: 1 - основание; 2 - упругие элементы; 3 - кронштейн; 4 - магнитные системы; 5 - магнитопровод; 6 - постоянный магнит; 7 - полюсный наконечник; 8 - многосекционная катушка; 9 - генератор синусоидальных колебаний; 10 - усилитель; 11 - первый вход усилителя; 12 - второй вход усилителя; 13 - цилиндрический корпус; 14 - первая диэлектрическая прокладка; 15 - емкостной датчик; 16 - возбуждающие электроды емкостного датчика; 17 - первый выходной электрод; 18 -второй выходной электрод; 19 - третий вход усилителя; 20 - четвертый вход усилителя; 21 - магнитомягкие стержни; 22 - каркас; 23 - трансформатор; 24 - вторая диэлектрическая прокладка; 25 - четные дополнительные возбуждающие электроды; 26 - нечетные дополнительные возбуждающие электроды; 27 - четные дополнительные выходные электроды; 28 - нечетные дополнительные выходные электроды; 29 - пятый вход усилителя; 30 - шестой вход усилителя.

Сейсмометр содержит основание 1, два упругих элемента 2, кронштейн 3, две магнитные системы 4, состоящие из последовательно соединенных цилиндрических магнитопровода 5, постоянного магнита 6 и полюсного наконечника 7, многосекционную катушку 8, расположенную между магнитопроводами 5 и полюсными наконечниками 7 магнитных систем 4, генератор синусоидальных колебаний 9, усилитель 10, соединенный выходами со входами многосекционной катушки 8, а первым входом 11 и вторым входом 12 соединенный с генератором синусоидальных колебаний 9, цилиндрический корпус 13, первую диэлектрическую прокладку 14, емкостной датчик 15 с возбуждающими электродами 16, первым выходным электродом 17 и вторым выходным электродом 18, соединенными с третьим входом 19 и четвертым входом 20 усилителя 10, два магнитомягких стержня 21, закрепленных в цилиндрическом корпусе 13 соосно с продольной осью магнитных систем 4 и помещенных коническими концами в отверстиях на торцевых частях магнитных систем 4, выходные электроды емкостного датчика 15 расположены на внутренней поверхности цилиндрического корпуса 13, закрепленного по внешней поверхности на основании 1, магнитные системы 4 соединены встречно и посредством кронштейна 3 и двух упругих элементов 2 закреплены на основании 1 и размещены внутри цилиндрического корпуса 13, внутри которого установлена также многосекционная катушка 8, размещенная на каркасе 22, закрепленном в цилиндрическом корпусе 13, трансформатор 23, вторую диэлектрическую прокладку 24, размещенную между цилиндрическим корпусом 13 и выходными электродами емкостного датчика 15, соединенные вместе четные дополнительные возбуждающие электроды 25 и соединенные вместе нечетные дополнительные возбуждающие электроды 26 емкостного датчика 15, размещенные на магнитопроводах 5 и изолированные от магнитопроводов первой диэлектрической прокладкой 14, соединенные вместе четные дополнительные выходные электроды 27 и соединенные вместе нечетные дополнительные выходные электроды 28 емкостного датчика 15, а усилитель 10 выполнен дифференциальным с пятым входом 29 и шестым входом 30, причем пятый вход усилителя 10 соединен с дополнительными четными выходными электродами емкостного датчика 15, шестой вход усилителя 10 соединен с дополнительными нечетными выходными электродами емкостного датчика 15, трансформатор 23 подключен входами к генератору синусоидальных колебаний 9, а выходами подключен к четным и нечетным дополнительным возбуждающим электродам емкостного датчика 15.

Сейсмометр работает следующим образом.

При движении основания 1 происходит перемещение двух магнитных систем 4, т.е. инертной массы сейсмометра, относительно цилиндрического корпуса 13. Эти перемещения отслеживаются емкостным датчиком 15 посредством выработки электрических сигналов переменного тока на выходных электродах емкостного датчика 15. Наличие соединенных вместе четных и соединенных вместе нечетных дополнительных выходных 27, 28 и возбуждающих электродов 25, 26 емкостного датчика 15 позволяет увеличить коэффициент передачи емкостного датчика. Наличие трансформатора 23 позволяет увеличить напряжение питания возбуждающих электродов 25, 26 и увеличить амплитуду полезного сигнала, что приводит к увеличению соотношения сигнал/шум. В усилителе 10 этот сигнал переменного тока выпрямляется посредством опорных сигналов с выходов генератора синусоидальных колебаний 9 синусоидальных колебаний, формируется с помощью корректирующих цепей, усиливается и поступает в соответствующие секции многосекционной катушки 8. Таким образом, осуществляется отрицательная обратная связь в сейсмометре. Формирование сигнала отрицательной обратной связи осуществляется параллельно включенными корректирующими цепями.

Перемещение магнитомягких стержней 21 относительно корпуса 13 обеспечивает центрирование инертной массы сейсмометра.

Сейсмометр, содержащий основание, два упругих элемента, кронштейн, две магнитные системы, состоящие из последовательно соединенных цилиндрических магнитопровода, постоянного магнита и полюсного наконечника, многосекционную катушку, расположенную между магнитопроводами и полюсными наконечниками магнитных систем, генератор синусоидальных колебаний, усилитель, соединенный выходами со входами многосекционной катушки, а первым входом и вторым входом соединенный с генератором синусоидальных колебаний, цилиндрический корпус, первую диэлектрическую прокладку, емкостной датчик с возбуждающими электродами, первым выходным электродом и вторым выходным электродом, соединенными с третьим входом и четвертым входом усилителя, два магнитомягких стержня, закрепленных в цилиндрическом корпусе соосно с продольной осью магнитных систем и помещенных коническими концами в отверстиях на торцевых частях магнитных систем, выходные электроды емкостного датчика расположены на внутренней поверхности цилиндрического корпуса, закрепленного по внешней поверхности на основании, магнитные системы соединены встречно и посредством кронштейна и двух упругих элементов, закреплены на основании и размещены внутри цилиндрического корпуса, внутри которого установлена также многосекционная катушка, размещенная на каркасе, закрепленном в цилиндрическом корпусе, отличающийся тем, что дополнительно содержит трансформатор, вторую диэлектрическую прокладку, размещенную между корпусом и выходными электродами емкостного датчика, соединенные вместе четные дополнительные возбуждающие электроды и соединенные вместе нечетные дополнительные возбуждающие электроды емкостного датчика, размещенные на магнитопроводах и изолированные от магнитопроводов первой диэлектрической прокладкой, соединенные вместе четные дополнительные выходные электроды и соединенные вместе нечетные дополнительные выходные электроды емкостного датчика, а усилитель выполнен дифференциальным с пятым входом и шестым входом, причем пятый вход усилителя соединен с дополнительными четными выходными электродами емкостного датчика, шестой вход усилителя соединен с дополнительными нечетными выходными электродами емкостного датчика, трансформатор подключен входами к генератору синусоидальных колебаний, а выходами подключен к четным и нечетным дополнительным возбуждающим электродам емкостного датчика.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к приемникам сейсмических сигналов и может быть использовано при создании систем регистрации сейсмических данных. .

Изобретение относится к приемникам сейсмических сигналов и может быть использовано при создании систем регистрации сейсмических данных. .

Изобретение относится к приемникам сейсмических сигналов и может быть использовано при создании систем регистрации сейсмических данных. .

Изобретение относится к области геофизического приборостроения и может быть использовано для гравиинерциальных измерений. .

Изобретение относится к области геофизического приборостроения и может быть использовано для измерения деформаций земной поверхности. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для решения задач сейсморазведки, промышленного контроля и охраны периметра территорий.

Изобретение относится к области сейсмической разведки, а именно к средствам для выполнения наземной, морской или скважинной сейсмической разведки полезных ископаемых.

Изобретение относится к области технических средств и способов охраны и может быть использовано для обнаружения движущихся нарушителей на расстоянии до 40 метров по их сейсмическим сигналам при охране территорий и подступов к различным объектам

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к сейсмометрии, и может быть использовано при осуществлении геологоразведочных работ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам

Изобретение относится к устройствам для измерения величины сейсмических колебаний горных пород

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при регистрации волновых процессов в скважинах при вертикальном сейсмическом профилировании. Заявлено устройство в виде цилиндрического контейнера с гнездами, в которых жестко закрепляются сейсмодатчики. Один из датчиков вертикальный, а ось его максимальной чувствительности направлена по оси прибора. Другой датчик горизонтальный и ось его максимальной чувствительности расположена в плоскости прижима перпендикулярно к продольной оси прибора. Кроме этого в контейнере жестко закрепляются еще два горизонтальных датчика в плоскости, перпендикулярной продольной оси прибора, под углом 45 град к вертикальной плоскости прижима по обе стороны от нее. Технический результат: повышение качества регистрации сейсмических колебаний в обсаженных и необсаженных скважинах. 2 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в составе гибкой протяженной буксируемой антенны при проведении гидроакустических исследований, в частности для измерения гидроакустических шумов в морях и океанах. Заявлен комбинированный гидроакустический приемник, содержащий корпус, датчик звукового давления и датчики колебательного ускорения. Корпус приемника выполнен в виде гантели круглого сечения, которая может быть разъемной. В торцевых поверхностях большего диаметра расположены каналы для размещения датчиков колебательного ускорения, а снаружи вокруг корпуса между торцевыми поверхностями установлен датчик звукового давления, выполненный цилиндрическим. Каналы расположены параллельно друг другу перпендикулярно продольной оси корпуса или перпендикулярно друг другу, а датчики колебательного ускорения размещены в них так, что их центры масс находятся на продольной оси симметрии корпуса. Технический результат: повышение помехозащищенности приемника. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных мероприятий. Модуль сейсмического модуля включает в себя чувствительные элементы, расположенные во множестве осей, чтобы детектировать сейсмические сигналы во множестве соответствующих направлений, и процессор, чтобы принимать данные из этих чувствительных элементов и определять наклоны осей относительно конкретной ориентации. Эти определенные наклоны используются, чтобы определить шум, который проник в сейсмический сигнал при конкретной ориентации из-за сейсмических сигналов, распространяющихся в других ориентациях. Собранные сейсмические данные, с учетом найденного наклона, поворачивают для передачи сигнала вдоль целевой ориентации без передачи какого-либо другого сейсмического сигнала в другой ориентации. Технический результат - повышение точности сейсморазведочных данных. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Предложен способ сейсмических исследований, а также устройство и система для его осуществления. Способ предполагает возможность приема данных движения частиц и скорости вращения. Данные скорости движения частиц используются для получения характеристик волнового поля, а данные скорости вращения предназначены для отображения характеристик градиента волнового поля. Устройство включает в себя расстановку сейсмических сенсорных блоков, которые выполнены с возможностью осуществления измерений в связи с сейсмической разведкой, производимой на поверхности. Каждый сейсмический сенсорный блок включает в себя датчик движения частиц и датчик вращения. По найденным значениям характеристик волнового поля и градиента волнового поля строится изображение исследуемой геологической среды. Технический результат - повышение точности разведочных данных. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

Заявленное изобретение относится к области технических средств охраны и может быть использовано для определения азимута на обнаруженный объект и расстояния до него по сейсмическому сигналу при охране протяженных участков местности, территорий и подступов к различным объектам. Устройство содержит три сейсмических приемника, три линии задержек, 2·n-корреляторов, два решающих устройства, вычислитель азимута, вычислитель скорости сейсмической волны, вычислитель расстояния. Для обеспечения однозначного измерения азимута обнаруженного объекта, а также определения скорости сейсмической волны, в устройстве вычисляются две временные задержки, а по априорно заданной функциональной зависимости вычисляется расстояние до объекта. Технический результат - повышение точности определения азимута обнаруженного объекта и расстояния до него. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области сейсмометрии

Наверх