Пьезоэлектрический сейсмометр

 

(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЕЙСМОМЕТР

Изобретение относится к сейсмометрии, в частности к устройствам для приема и преобI разования сейсмических колебаний в электрические сигналы, и может быть использовано для измерения параметров колебаний в сейсмологии и инженерной сейсмологии.

Известны сейсмометры, содержащие основание, маятник и магнитоэлектрический преобразователь с постоянным магнитом и двумя катушками, одна из которых вместе с магнитом может быть использована в качестве преобразователя электрических сигналов в движения маятника и тем самым служить для калибровки сейсмометра или сейсмического канала (3);

Недостатком таких сейсмометров является необходимость арретнрования и регулировки положения нуля маятника, что затрудняет использование таких приборов в режиме длительных автономных наблюдений, например при

20 работе в скважинах и донных станциях, при замуровке сейсмометров в тело плотин н тя„. либо существенно усложняет .их конструкцию, требуя введения устройств дистанционного .

2 арретирования и разарретирования и дистанционных контроля и регулировки положения нуля маятника.

Наиболее близким технических решением к изобретению является пьезоэлектрический сейсмометр, содержащий корпус, инертную массу п пьезоэлементы (2j.

Недостатком известного пьеэосейсмометра является невозможность его калибровки в рабочем положении, что снижает его надежность и уменьшает достоверность получаемых данных.

Цель изобретения — повышение надежности при одновременном повышении достоверности данных путем обеспечения возможности внутренней калибровки.

Поставленная .цель достигается тем, что пьезоэлектрический сейсмометр, содержащий корпус, инертную массу и пьезоэлементы, снабжен электромагнитом с сердечником и якорем, прикрепленными к корпусу и инертной массе так, что линия действия силы электромагнитного взаимодействия между сердечником И якорем совпадает с осью чувствительности сейсмометра.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого пьезоэлектрического сейсмометра, разрез; на фиг. 2 — взаимное расположение инертной массы и электромагнита в трехкомпонентном пьезоэлектрическом сейсмометре; на фиг. 3 — запись, полученная нри капибровке трехкомпонентного пьезоэлектрического сейсмометра подачей в катуш- IO ку электромагнита сигналов or генератора, электрических колебаний.

Пьезоэлектрический сейсмометр содержит пьезоэлемент 1, корпус-2, инертную массу

3 и электромагнит, состоящий из катушки 4, 35 сердечника 5, магнитопровода 6 и якоря 7.

Катушка 4 с сердечником 5 и магнитопроводом 6 жестко скреплена с корпусом 2.

Якорь 7 жестко скреплен с инертной массой .3. Пьезоэлемент 1, зажатый между корпу- 2О сом 2 и массой 3, является одновременно упругим элементом сейсмометра.

Взаимное расположение электромагнита и инертной массы в трехкомпоиентном пьезоэлектрическом сейсмометре таково, что плоскость якоря 7 перпендикулярна диагонали кубической инертной массы 3. Диагональ куба составляет с его ребрами уголо& и СФ 16=

-.-"arCcoS -З- а линия действия силы взаимодействия между сердечником 5 и якорем 7 электромагнита направлена вдоль диагонали куба и поэтому проходит через точку пересечения осей чувствительности трех взаимно перпендикулярных компонент сейсмометра под углами 55 44 к этим осям.

На записи, полученной при калибровке, (фиг. 3) 8 — секундные марки времени, 9 — запись сигнала от электрического генератора, 10-12 — записи выходных сигналов соответственно от х, w u z. — компоненты . сейсмо метра.

Пьезоэлектрический сейсмометр работает следующим образом.

При сейсмических колебаниях инертная масса 3 колеблется относительно корпуса 2.

При этом пьезоэлемент 1 деформируется и

45 на его обкладках появляются заряды, пропорциональные действующим силам, а значит, пропорциональные ускорениям сейсмических колебаний. Аналогичные процессы в пьезоэлементе 1 происходят при относительных перемещениях инертной массы 3 и корпуса 2 за счет силы взаимодействия между сердечником 5 и якорем.2 электромагнита.

При подаче электрического напряжения на клеммы катушки 4 на якорь 7, со стороны сердечника 5 действует сила F, пропорциональная силе тока 3 в катушке 4 и числу витков ьГ этой катушки: Р-А3 где А — коэффициент пропорциональности, зависящий от рассеяния магнитного потока в магнитной цепи электромагнита и от зазора между сердечником 5 и якорем 7. Эквивалентное ускорение основания сейсмометра может быть подсчитано по формуле а= F/М где М вЂ” величина инертной массы 3;

При подаче на клеммы катушки 4 элект-, ромагнита знакопеременного, например, синусоидального, напряжения, сила тока в катушL ке 4 составляет Э=ЗО со5ю1, где Зов амплитуда тока; ю — частота электрических колебаний. При этом сила F взаимодействия между сердечником 5 и якорем 7 электромагнита возрастает от нуля до максимального значения для каждого полупернода электрических колебаний. Таким образом, эквивалентное ускорение для сейсмометра. периодически изменяется с частотой 2 ю от нуля до Аыаксимального значения С1 =В 3 о где 6 =

JA

В соответствии с фиг. 2 для трехкомпонентного пьезоэлектрического сейсмометра коэффициент пропорциональности 8 = (- )

БАГЗ АШ

3 3И а максимальное эквивалентное ускорение для компонент сейсмометра d Ко 63 Эо

Сказанное иллюстрируется фиг. 3, где максимальное эквивалентное ускорение для общей инертной массы трехкомпонентного пьезоэлектрического сейсмометра составляет ., и =06 м/с, максимальное эквивалентное ускорение для компонент сейсмометра составляет 0 К 0,35 м/с, а подсчитанные ло записи фиг. 3 коэффициенты преобразования каналов для компонент сейсмометра составляют Чх=5 10"з с ;Ч =7,5.10 с ;1/ =3,3 °

1Р3 2

Положительный эффект изобретения состоит в том, что введение электромагнита позволит повысить надежность работы сейсмометров и сейсмометрических каналов за счет увеличения промежутков времени между профилактическими осмотрами сейсмометров с одного месяца до сроков, длительность которых ограничивается лишь временем физической сохранности сейсмометров, и повысить достоверность получаемых материалов при записи сейсмических процессов за счет возможности проведения калибровки каналов в их рабочем состояли без отключения сейсмометров и их извлечения из мест установки для калибровки их на вибростендах или других внешних устройствах.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический сейсмометр, содержащий корпус, инертную массу и ньезоэлемен5. -995044 ты, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при одновременном повышении достоверности данных. путем обеспечения возможности внутренней калибровки, сейсмометр снабжен электромаг- $ . питом с сердечником и якорем, прикрепленными к корпусу и инертной массе так, что линия действия силы электромагнитного вэаи. модействия между сердечником и якорем совпадает с осью чувствительности сейсмометра; тв

Источники информации, принятые во внимание при, экспертизе

1. Аппаратура и методика сейсмометрических наблюдений в СССР. М., "Наука", 1974, с. 43-63.

2. Фремд В. М. Инструментальные средства и методы регистрации .сильных землетрясений. М., "Наука", 1978, с. 104-117 (прототип) .

«» ««« ««

«

ЯВгаяж жр жае лют еж4;еи ж;я

4 иФ 7

Составитель M. Спасский

Техред C Мигунова Корректор М. Шароши

Редактор А. Шишкина

Тираж 708

ВНИИПИ Государственного комитета СССР о. делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 637/32

Подписное

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