Устройство для автоматической стабилизации нулевого положения маятника

 

Союз Совет сник

Социалистичесник

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >890307 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22)Заявлено 30,05.79 (21) 2774153/18-25 с присоединением заявки,%— (53)M. Кл.

G 01 V 1/16

9кудорствеиный комитет

СССР (23) Приоритет—

Опубликовано 15.12.81. Бюллетень Ле 4б яо делом изооретений и открытий (53) У,Д,К 550.834 (088.8) Дата опубликования описания (72) Автор изобретения

И. С. Рыбкин

Особое конструкторское бюро Ордена 1Л физики Земпи им. О.Ю. Шмидта (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ

НУЛЕВОГО ПОЛОЖЕНИЯ МАЯТНИКА

Изобретение относится к технике ! и методике геофизических исследований, в частности к методам и аппаратуре для сейсмических наблюдений, и может быть использовано при измерении сейсмических колебаний, а также колебаний зданий, инженерных сооружений и т.п. приборами маятникового типа.

Известно устройство подстройки

10 нулевого положения маятника сейсмометра, содержащее исполнительную часть и управляющий узел, исполнительная часть меняет положение точки подвеса пружины и создает момент, 15 изменяющий положение маятника Pl ), Однако такая система не обеспечивает достаточной точности подстрой-, ки нулевого положения. Механические элементы исполнительной части системы (храповые колеса, регулировочный винт и др.) имеют зону нечувствительности, что ограничивает возможности получения необходимой точности.

Исполнительная часть системы подстроики включается при определенном смещении маятника, которым обусловливается точность стабилизации.- Это смещение не может быть очень малым, так как определяет частоту включения исполнительной части системы, и, в конеч-. ном итоге, ее надежность. Кроме того, стабилизация подобным способом вызывает возмущение маятника, что приводит к возникновению. переходных процессов, которые при съеме геофизической информации .через фильтры могут иметь значительную длительность.

Известен также способ линейной стабилизации нулевого положения маятника, заключающийся в cospàíèè проти- водействующего момента стабилизации, пропорционального смещения маятника.

В системах, работающих по этому способу> для силового воздействия на маят-. ник используют различные преобразователи электрического сигнала в си890307

1О

2S

S5 лу: электромагнитные катушки, кольца

Гельмгольца и т,п. Эти элементы совместно с фильтром нижних частот образуют цепь обратной связи.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является система автоматической баллансировки маятника вибрографа, содержащее соединенные последовательно преобразователь перемещения. маятника, фильтр нижних частот и элемент силового. воздействия на маятник, выполненный в виде балансирующей катушки, в электромагнитное поле которой помещен постоянный магнит, укрепленный на маятнике (2).

Однако такая система имеет узкий диапазон допустимых смещений маятника, так как элементы цепи обратной связи обладают ограниченной. зоной линейности. Система не обеспечивает необходимой точности стабилизации, так как ошибка. стабилизации возрастает пропорционально смещению маятника, а значит необходима периодическая перенастройка прибора вручную или полуавтоматически.

Целью изобретения является повышение точности стабилизации нулевого положения маятника в широком диапазоне смещений.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для автоматической стабилизации нулевого положения маятника сейсмометра, содержащее соединенные последовательно преобразователь перемещения маятника, фильтр нижних частот и элемент силового воздействия на маятник, введено устройство компенсации, содержащее управляющий и исполнительный блоки, подключенное параллельно элементу силового воздействия к выходу фильтра нижних частот, ко входу которого подключен блок формирования сигнала, пропорционального скорости изменения момента компенсации, управляющий блок1 устройства компенсации выполнен в виде реле.

Полученная двухконтурная автоматическая система стабилизации позволяет с высокой -точностью стабилизировать нулевое положение маятника с помощью элемента силового воздействия и автоматически проводить компенсацию, т.е. разгрузку линейного контура стабилизации .при достижении допустимой величины-ошибки стабилизации (,смещения). 1Три компенсации

4 сигнал, поступающий с блока формирования сигнала, пропорционального скорости изменения момента компенсации, уменьшая величину выходного напряжения фильтра, тем самым уменьшает момент, создаваемый элементом силового воздействия. При этом момент, действующий на маятник со стороны системы, остается постоянным и, следовательно, возмущения маятника не происходит.

Fla чертеже представлена блоксхема устройства автоматической стабилизации нулевого положения маятника сейсмометра.

Устройство содержит маятник преобразователь 2 .перемещения маятника, фильтр 3 нижних частот и эле мент 4 силового воздействия, соединенные последовательно, а также устройство 5 компенсации, включающее управляющий 6 и исполнительный 7 блоки, и блок 8 формирования сигнала, пропорционального скорости изменения момента компенсации. Управляющий блок устройства компенсации выполнен в виде электронного реле с зоной нечувствительности и гистерезисом.

Преобразователь 2 перемещения маятника выдает сигнал, пропорциональный смещению маятника 1. Через фильтр 3 нижних частот сигнал поступает на элемент 4 силового воздействия на маятник и управляющий блок

6 устройства 5 компенсации. Элемент

4 создает стабилизирующий момент, действующий на маятник и уменьшающий его смещение.

При возрастании смещения маятника увеличивается напряжение на выходе фильтра 3 нижних частот, которое при достижении порога срабатывания реле управляющего блока 6 приводит к включению устройства S компенсации. Под действием сигнала,с управляющего блока 6 исполнительный блок 7 устройства 5 компенсации меняет один из параметров маятника, что приводит к возникновению момента компенсации, действующего на маятник. Для исключения возмущения маятника выполняют условие постоянства суммы действующих на маятник моментов стабилизации и компенсации..Для этого сигнал, пропорциональный скорости изменения момента компенсации, подают с блока

8 на вход фильтра 3 нижних частот, уменьшая напряжение .на его выходе и, соответственно; изменяя момент, соэдавае»ый элементом 4 силового воздействия. Сигнал, пропорциональный скорости изменения момента компенсации, может быть получен различными способами, например измерением скорости перемещения точки подвеса пружины с помощью дифференцирующего устройства.

Компенсация происходит до тех пор, пока уровень сигнала на выходе фильтра 3 не снизится до порога отпускания реле управляющего блока 6, который для увеличения степени компенсации рационально выбирать. близким к нулю.

Повышение точности стабилизации в широком диапазоне смещений маятника обеспечивает полную автоматизацию выведения маятника в нулевое положение и исключение периодической ,поднастройки,.что расширяет эксплуатационные возможности устройства.

Испытания автоматической системы стабилизации нулевого положения маятника, установленной на маятнике с собственным периодом колебаний 10 с, показывают, что система обеспечивает ошибку стабилизации не более 1 мкм в диапазоне смещений маятника +30 мм, практически не оказывая возмущенного воздействия на маятник.

890307

Формула изобретения

Устройство для автоматической стабилизации нулевого положения маятни5 ка сейсмометра,. содержащее. соединенные последовательно преобразователь перемещения маятника,. фильтр никних частот и элемент силового воздействия на маятник, . о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации в широком диапазоне смещений,.в него введено устройство компенсации, содержащее управляющий и исполнительный блоки, подклю»ченное йараллельно элементу силового воздействия к выходу фильтра нижних частот, ко входу которого подключен блок формирования сигнала, пропорционального скорости изменения момента компенсации, .а управляющий блок устройства компенсации выполнен в виде реле.

Источники информации,.

2$ принятые во внимание при экспертизе

I; Авторское свидетельство СССР № 342152, кл. 5 01 V I/16, 1960.

2 ° Авторское свидетельство СССР .№ 243208, кл. 501 V I/16, 1967 (прототип ).

ВНИИПИ Заказ 10984/74

Тираж 735 Подписное

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4