CH699269B1 - Seismischer Sensor. - Google Patents

Abstract

Seismischer Sensor, enthaltend: einen Rahmen (102); ein im Rahmen (102) schwenkbar aufgehängtes Pendel (101); einen Mechanismus (104, 105) zum Abfühlen der Winkelposition des Pendels; und eine einstückige Blattfeder (106), die zwischen dem Rahmen (102) und dem Pendel (101) zum Ausbalancieren des Pendels in einer Gleichgewichtsstellung orientiert ist. Die einstückige Blattfeder (106) enthält (i) einen Arbeitsbereich (1) zum Anlegen einer Rückstellkraft an das Pendel proportional zum Betrag einer Auslenkung des Pendels, und (ii) einen Aufhängebereich (2) zur Übertragung einer Kraft auf einen Teil des Arbeitsbereichs (1) und zum Anlegen eines vernachlässigbaren Biegemoments an diesen Teil des Arbeitsbereichs.

Description

  Gebiet der Erfindung

  

[0001]    Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf seismische Sensoren und insbesondere auf Federn zum Aufhängen eines Pendels, die in seismischen Sensoren Verwendung finden.

Hintergrund

  

[0002]    Ein seismischer Sensor besitzt ein oder mehrere Fühlerelemente, von denen jedes dazu bestimmt ist, eine Beschleunigung in einer bestimmten Richtung zu messen (wobei die konstante Gravitationsbeschleunigung abgezogen wird) und gegen Beschleunigungen unempfindlich zu sein, die senkrecht auf dieser Richtung stehen. In einer Klasse von seismischen Sensoren ist eine Feder verwendet, die hier als Hauptfeder bezeichnet wird und die ein Pendel in einer Gleichgewichtslage ausbalanciert und auf das Pendel in Richtung der Gleichgewichtsstellung eine Rückstellkraft ausübt, wenn sich das Pendel aus seiner Gleichgewichtslage bewegt.

  

[0003]    Hauptfedern einer Klasse sind dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende der Feder am Pendel angebracht ist, um ein Moment auf das Pendel auszuüben, wobei das andere Ende der Feder durch einen angebrachten Draht unter Spannung gesetzt wird, der seinerseits an einem festen Rahmen befestigt ist. Am festen Rahmen kann ein Einstellmechanismus vorgesehen werden, mit dessen Hilfe der Draht nach Aufstellung des Seismometers am Betriebsort unter eine Zugspannung gesetzt werden kann, um die Spannung der Feder zu regeln, damit der Ausleger an der gewünschten Gleichgewichtsposition ausbalanciert werden kann.

   Die Verwendung eines biegsamen Drahtes ermöglicht es, dass der Einstellmechanismus in passendem Abstand vom Ende der Feder angeordnet werden kann, und dies bietet für den Einstellmechanismus mehr Freiheitsgrade, als wenn das Ende der Feder unmittelbar am Einstellmechanismus befestigt würde. Diese Anordnung hat jedoch verschiedene Nachteile, darunter folgende:
Das Anbringen des Drahtes am Ende der Feder erfordert üblicherweise eine Punktmasse am Verbindungspunkt, typischerweise eine Schraube mit Unterlegscheibe und Mutter, und diese Punktmasse am Ende der Feder kann zu unerwünschten Resonanzschwingungen führen.
Es ist schwierig, die Feder so anzuordnen, dass bei der Montage keine Biegungen oder Knicke entstehen und so der Draht deshalb nicht vollkommen gerade verläuft.

   Die Biegungen können sich während der Lebensdauer des Seismometers verschieben oder sich glätten, was am Ausgang unerwünschte unechte Signale (Störungen) erzeugt.
Der Draht muss dünn sein, damit er ausreichend biegsam ist, was wiederum die Gefahr eines Bruches herbeiführt, der auf mechanische Einwirkungen während des Transportes oder bei der Befestigung zurückzuführen ist.
Der Draht wird von Beanspruchungskonzentrationen an den Enden, wo er angebracht ist, beeinflusst, und der Draht ist besonders an diesen Punkten einem Bruch ausgesetzt.

  

[0004]    Eine andere Klasse von Hauptfedern ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende der Feder am Pendel angebracht ist, um ein Moment auf das Pendel auszuüben, während das andere Ende unmittelbar an einem festen Rahmen angeordnet ist. Am festen Rahmen kann ein Einstellmechanismus vorgesehen werden, mit dessen Hilfe das Moment, das auf das Ende der Hauptfeder einwirkt, verändert werden kann, damit das Pendel an der gewünschten Gleichgewichtsposition ausbalanciert werden kann.

   Auch diese Anordnung weist Nachteile auf, darunter die folgenden:
Es ist schwierig, einen rein kinematischen Einstellmechanismus herzustellen, der die Position des Endes einer Blattfeder einstellt, und daher kann ein solcher Einstellmechanismus zu störenden Übergangssignalen oder zu Rauschen führen, was manchmal auch als Knallgeräusche bezeichnet wird.
Wenn beide Enden der Feder festliegen, verändert sich die Federgeometrie und damit auch die Federspannung, wenn sich die Federlänge aufgrund von Wärmedehnungen ändert. Dies ist unerwünscht, da Temperaturschwankungen das Ausgangssignal modulieren, das dann fälschlicherweise seismische Störungen signalisiert.

  

[0005]    Es besteht daher ein Bedarf an seismischen Sensoren mit Hauptfedern, bei denen mindestens einige der vorstehend besprochenen Nachteile beseitigt sind.

Zusammenfassung

  

[0006]    Bestimmte Ausführungsformen, die als Beispiel angegeben sind, können zu einem seismischen Sensor führen, der einen Rahmen, ein am Rahmen schwenkbar angebrachtes Pendel, Mittel zum Messen der Winkelposition des Pendels sowie eine einstückige Blattfeder aufweist, welche zwischen dem Rahmen und dem Pendel eingesetzt ist, um das Pendel in einer Gleichgewichtsstellung auszubalancieren; wobei die einstückige Blattfeder folgende Teile aufweist: (i) einen Arbeitsbereich, der eine Rückstellkraft für das Pendel zur Verfügung stellt, welche einer Winkelauslenkung des Pendels proportional ist; und (ii) einen Aufhängebereich zur Übertragung einer Kraft auf einen Teil des Arbeitsbereichs und zur Anlegung eines vernachlässigbaren Biegemoments auf den genannten Teil des Arbeitsbereichs.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

  

[0007]    
<tb>Fig. 1 <sep>zeigt eine schematische teilgeschnittene Ansicht eines seismischen Sensors mit einer einstückigen Blattfederanordnung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;


  <tb>Fig. 2 <sep>zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer einstückigen Blattfeder nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Feder in unbeanspruchtem Zustand und in einer vorinstallierten Form dargestellt ist (d.h. vor der Montage im seismischen Sensor);


  <tb>Fig. 3 <sep>ist eine schematische perspektivische Ansicht einer einstückigen Blattfeder gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Feder in montiertem Zustand (d.h. in einem seismischen Sensor eingebaut) gezeigt ist;


  <tb>Fig. 4 <sep>zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer einstückigen Blattfeder nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in unbeanspruchtem Zustand;


  <tb>Fig. 5 <sep>ist eine schematische perspektivische Ansicht einer einstückigen Blattfeder nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in eingebautem Zustand;


  <tb>Fig. 6 <sep>zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer einstückigen Blattfeder nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in unbeanspruchtem Zustand;


  <tb>Fig. 7 <sep>ist eine schematische perspektivische Ansicht einer einstückigen Blattfeder nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in eingebautem Zustand; und


  <tb>Fig. 8 <sep>zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer einstückigen Blattfeder nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in unbeanspruchtem Zustand.

Einzelbeschreibung

  

[0008]    Fig. 1 zeigt einen seismischen Sensor nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Trägheitsmasse, welche als Pendel 101 bezeichnet wird, ist über Aufhängemittel 103 an einem Rahmen 102 derart angebracht, dass die Aufhängemittel ein Verschwenken des Pendels 101 ohne merkliche mechanische Reibung um die Achse des Aufhängemittels 103 ermöglichen. Ein kapazitiver Positionsgeber aus zwei Metallplatten 104, welche am Pendel 101 angebracht sind, und einer mittleren Metallplatte 105, die am Rahmen 102 befestigt und zwischen den beiden Platten 104 angeordnet ist, schafft ein Mittel für ein elektronisches Bauteil (nicht dargestellt; das Bauteil kann entweder im Inneren oder am Äusseren eines Erdbebenmessers, welcher den seismischen Sensor enthält, angeordnet werden), das die Winkelstellung des Pendels 101 gegenüber einem Nullpunkt ermitteln soll.

   Der Nullpunkt ist als diejenige Position definiert, bei der die Zentralplatte 105 den gleichen Abstand von den beiden Metallplatten 104 aufweist.

  

[0009]    Eine einstückige Blattfeder 106, die mit einem Ende am Pendel 101 und mit dem anderen Ende am Rahmen 102 befestigt ist, hält das Pendel 101 in einer Gleichgewichtsstellung am Nullpunkt oder in dessen Nähe im Gleichgewicht gegen eine anliegende Schwerkraft und erzeugt eine Rückstellkraft proportional der Verschwenkung des Pendels 101 aus seiner Gleichgewichtsstellung, und die Rückstellkraft ist bestrebt, das Pendel 101 wieder in seine Gleichgewichtsstellung zurückzubringen. Der Rahmen 102 enthält einen Mechanismus 107 zur Einstellung einer Spannung, der dazu bestimmt ist, die Spannung der einstückigen Blattfeder 106 und damit auch die Gleichgewichtsstellung des Pendels 101 so nahe wie praktisch möglich am Nullpunkt einzustellen.

   Der Mechanismus zum Einstellen der Spannung 107 wirkt so, dass er das schmale Ende der einstückigen Blattfeder 106 nach oben oder nach unten verstellt, um so die Spannung der einstückigen Blattfeder 106 zu erhöhen oder zu vermindern.

  

[0010]    Die Fig. 2 und 3 zeigen weitere Einzelheiten der einstückigen Blattfeder 106 gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verwendung im seismischen Sensor, der in Fig. 1gezeigt ist. Fig. 2veranschaulicht die einstückige Blattfeder 106 in entspanntem Zustand (der zuweilen auch als unbeanspruchter oder vormontierter Zustand bezeichnet wird), bevor sie in den seismischen Sensor eingebaut wird. Fig. 3zeigt eine körperfreie Ansicht der einstückigen Blattfeder 106 in einer Form, die die Feder ungefähr annimmt, wenn sie im seismischen Sensor gemäss Fig. 1 eingebaut ist und das Pendel 101 in seiner Gleichgewichtsstellung ausbalanciert, wobei Fig. 3 die linearen Kräfte und Biegemomente darstellt, welche im Normalbetrieb auf die einstückige Blattfeder 106 einwirken.

   Fig. 2 identifiziert vier funktionell unterschiedliche Bereiche der einstückigen Blattfeder 106: einen Arbeitsbereich 1, einen Aufhängebereich 2, einen Befestigungsteil 3 für den Aufhängebereich und einen Befestigungsteil 4 für den Arbeitsbereich. Der Arbeitsbereich 1 ist derjenige Bereich der einstückigen Blattfeder 106, der die Aufgabe einer Feder erfüllt; der Arbeitsbereich 1 nimmt eine Biegung an, um ein Gewicht des Pendels 101 im Gleichgewichtszustand auszugleichen und dem Pendel 101 eine Rückstellkraft zur Verfügung zu stellen, wenn sich das Pendel 101 aus der Gleichgewichtslage entfernt hat.

   Der Aufhängebereich 2 ist derjenige Bereich der einstückigen Blattfeder 106, der die Verbindung zwischen einem Ende des Arbeitsbereichs 1 und dem Rahmen 102 darstellt, um eine Kraft F an dieses Ende des Arbeitsbereichs 1 weiterzuleiten, wobei wiederum der Arbeitsbereich 1 dazu veranlasst wird, ein Moment M1 an das Pendel 101 anzulegen.

  

[0011]    Der Teil zum Befestigen des Aufhängebereichs ist derjenige Abschnitt der einstückigen Blattfeder 106, der sich an den Aufhängebereich 2 anschliesst, und ein Teil davon befindet sich am Rahmen 102, an dem ein Ende der einstückigen Blattfeder 106 befestigt ist. Der Teil zum Befestigen des Aufhängebereichs 3 übt eine lineare Kraft F und ein vernachlässigbares Moment auf den Aufhängebereich 2 aus. Bei einer (in Fig. 1 dargestellten) Ausführungsform ist der Teil zur Befestigung des Aufhängebereichs 3 zum Einstellen der Spannung mittels Befestigungsmitteln, die aus einer Klemmplatte 108 und Schrauben 109 bestehen, an diesem Mechanismus angebracht.

   Der Teil zum Anbringen des Arbeitsbereichs ist derjenige Abschnitt der einstückigen Blattfeder 106, der sich an den Arbeitsbereich 1 anschliesst, und dieser Teil ist an einem Bereich des Pendels 101 angebracht, um dadurch das andere Ende der einstückigen Blattfeder 106 dort festzulegen. Der Teil 4 zum Befestigen des Arbeitsbereichs ist mit Hilfe einer Klemmplatte und Schrauben (nicht dargestellt) am Pendel 101 fest montiert.

  

[0012]    Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Arbeitsbereich 1, wenn er sich in einem entspannten Zustand befindet, praktisch eben, und er biegt sich unter dem Einfluss eines Momentes M1, welches durch das Pendel 101 angelegt wird, wenn die Feder im seismischen Sensor montiert ist. Die einstückige Blattfeder 106 ist am Pendel 101 in der Nähe von dessen Rotationsachse befestigt. Das Gewicht des Pendels 101, welches um diese Drehachse wirkt, legt ein Moment M1 auf das Ende des Arbeitsbereichs 1 in der Nähe des Pendels 101, so dass sich der Arbeitsbereich 1 biegt und eine Krümmung annimmt. Das andere Ende des Arbeitsbereichs 1 wird vom Aufhängebereich 2 gehalten, welcher eine Kraft F2Z auf den Arbeitsbereich 1 ausübt, und diese Kraft ist dem Moment Ml entgegengerichtet, und zwar nach der Beziehung F2Z .

   L = M1, wobei L der Abstand zwischen den beiden Enden des Arbeitsbereichs 1 darstellt. Wo der Aufhängebereich 2 und der Arbeitsbereich 1 zusammenlaufen, weist die einstückige Blattfeder 106 eine voreingestellte Biegung auf, und zwar um einen solchen Winkel [Theta], dass sich der Aufhängebereich 2 in Richtung des Befestigungspunktes am Rahmen 102 erstreckt, wodurch es möglich ist, dass dieser Bereich als praktisch geradliniges Trageorgan wirken kann. Der Aufhängebereich 2 dient dazu, eine praktisch lineare Kraft F mit vernachlässigbarem Moment (M2<< M1) in das Ende des Arbeitsbereichs 1 einzuleiten.

   In einem Beispiel kann der Winkel [Theta] auf etwa 90[deg.] gegenüber einer imaginären Ebene P eingestellt werden, welche durch die Drehachse des Pendels 101 und den Punkt definiert ist, an dem der Arbeitsbereich 1 in den Aufhängebereich 2 übergeht, derart, dass die Kraft F, die über den Aufhängebereich 2 in den Arbeitsbereich 1 eingeleitet wird, eine praktisch senkrechte Kraft F2Z mit vernachlässigbarer Seitenkraft F2X darstellt. Da die Seitenkräfte F1x und F2Xgleich und entgegengesetzt gerichtet sind (F2X= F1X) , eliminiert eine Einstellung des Winkels [Theta] auf etwa 90[deg.], derart, dass F1X vernachlässigbar klein wird, die Seitenkräfte auf die Trägermittel 103 auf wirksame Weise.

  

[0013]    Die Steifigkeit der einstückigen Blattfeder 106 an einem gegebenen Punkt entlang ihrer Länge wird definiert als die Neigung der Feder, gegenüber einer Biegekraft Widerstand zu leisten, wenn an diesem Punkt ein Biegemoment an die Feder angelegt wird. Die Steifigkeit am gegebenen Punkt kann als Produkt des Krümmungsradius der einstückigen Blattfeder 106 an diesem Punkt und dem an diesem Punkt einwirkenden Biegemoment ausgedrückt werden. Das Biegemoment, das an die einstückige Blattfeder 106 an einem gegebenen Punkt entlang dem Arbeitsbereich 1 angelegt wird, steht in Beziehung zum Abstand zwischen diesem Punkt und dem Ende des Arbeitsbereichs 1 am Aufhängebereich 2.

  

[0014]    Die Steifigkeit des Arbeitsbereichs 1 ist an dem Ende, an dem sich der Befestigungsteil 4 des Arbeitsbereichs 1 befindet, am grössten und nimmt längs des Arbeitsbereichs 1 ab bis zu einer vernachlässigbaren Steifigkeit am Ende des Bereichs, wo der Aufhängebereich 2 beginnt, derart, dass sich der Arbeitsbereich entlang seiner Länge gleichmässig biegt. Da die Dicke der einstückigen Blattfeder 106 konstant ist, ist die Steifigkeit an einem gegebenen Punkt proportional der Breite, welche nahe am Befestigungsteil 4 des Arbeitsbereichs am grössten ist und sich längs des Arbeitsbereichs 1 in Richtung des Aufhängebereichs 2 vermindert, und am Ende dieses Arbeitsbereichs sind die Breite und damit auch die Steifigkeit vernachlässigbar klein.

   Die Breite des Arbeitsbereichs 1 wird an jedem Punkt über seiner Länge derart gewählt, dass der Krümmungsradius des Arbeitsbereichs 1 praktisch konstant ist, wenn die einstückige Blattfeder 106 im seismischen Sensor eingebaut ist.

  

[0015]    Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Der Aufhängebereich 2 weist eine wesentlich geringere mittlere Steifigkeit als diejenige des Arbeitsbereichs 1 auf, so dass sich der Aufhängebereich 2 wie ein biegsamer Draht verhält. Der Aufhängebereich 2 ist daher in der Lage, eine Biegsamkeit anzunehmen, ohne dass er ein merkliches Moment auf das Ende des Arbeitsbereichs 1 ausübt.

   Unter den Eigenschaften eines biegsamen Aufhängebereichs sind folgende zu nennen:
Der seismische Sensor ist unempfindlich gegenüber einer ungenauen vorgeformten Biegung der einstückigen Blattfeder 106; und
der seismische Sensor ist unempfindlich gegenüber einem veränderlichen Krümmungsradius des Arbeitsbereichs 1, der von einer Funktion des Mechanismus zur Spannungseinstellung 107 herrührt, welcher die Spannung der einstückigen Blattfeder 106 erhöht oder vermindert, wobei diese Spannung ihrerseits die Winkelstellung des Aufhängebereichs 2 ändert.

  

[0016]    Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform einer einstückigen Blattfeder 106 zur Verwendung in einem seismischen Sensor. Insbesondere stellt Fig. 4 die einstückige Blattfeder 106 im entspannten Zustand dar, wenn die Feder noch nicht in den seismischen Sensor eingebaut ist. Der Betriebsbereich 1 ist vorgeformt und liegt dabei in einem gekrümmten Zustand vor, dessen Krümmung derart gewählt ist, dass der Arbeitsbereich 1 der einstückigen Blattfeder 106 nach ihrem Einbau in den seismischen Sensor einen praktisch geradlinigen Zustand einnimmt, wenn er das Pendel 101 in der Gleichgewichtslage ausbalanciert, wie in Fig. 5dargestellt ist. Fig. 4zeigt einen Befestigungsteil 3 für den Aufhängebereich, welcher eine wesentlich grössere Steifigkeit als der Aufhängebereich 2 selbst aufweist.

   Der steifere Befestigungsteil 3 des Aufhängebereichs schafft ein Mittel, welches bei der Anbringung des relativ zerbrechlichen Aufhängebereichs 2 am Rahmen 102 weniger empfindlich ist.

  

[0017]    Fig. 6 zeigt ein weiteres Beispiel eines Befestigungsteils 3 für den Aufhängebereich. Die Breite und demgemäss die Steifigkeit der einstückigen Blattfeder 106 nahe der Stelle, wo sich der Befestigungsteil 3 und der Aufhängebereich 2 treffen, ändern sich entlang deren Länge und verlaufen gleichmässig von der geringeren Breite des Aufhängebereichs 2 bis zur grösseren Breite des Befestigungsteiles 3 des Aufhängebereichs, um die Neigung einer Biegebeanspruchung aufgrund von Querschwingungen des Aufhängebereichs 2 auf einen bestimmten Punkt zu konzentrieren.

  

[0018]    Die Fig. 6 und 7 stellen eine weitere Ausführungsform einer einstückigen Blattfeder 106 zur Verwendung in einem seismischen Sensor dar. Insbesondere zeigt Fig. 6 die einstückige Blattfeder 106 in entspanntem Zustand, wenn sie noch nicht im seismischen Sensor montiert ist. Die einstückige Blattfeder 106 ist praktisch geradlinig ohne vorgeformte Biegungen. Fig. 7 zeigt eine einstückige Blattfeder 106 in einem Zustand, den sie einnimmt, wenn sie im seismischen Sensor gemäss Fig. 1eingebaut ist und das Pendel 101 in seiner Gleichgewichtsstellung ausbalanciert. Die Breite des Arbeitsbereichs 1 geht nach und nach von der Breite des Befestigungsteils 4 des Arbeitsbereichs bis zur geringen Breite des Aufhängebereichs 2 zurück, wobei die Steifigkeit des Arbeitsbereichs 1 an einem gegebenen Punkt seiner Länge proportional zu dieser Breite ist.

   Dabei ist der seismische Sensor so ausgebildet, dass der Krümmungsradius des Arbeitsbereichs 1 überall praktisch gleichförmig ist, und dass die Krümmung des Arbeitsbereichs 1 an demjenigen Punkt, an dem dieser Arbeitsbereich 1 den Aufhängebereich 2 trifft, tangential zum Aufhängebereich 2 ist, und dass der Aufhängebereich 2 praktisch geradlinig verläuft, wie es in Fig. 7dargestellt ist. Bei der Herstellung der einstückigen Blattfeder 106 ist keinerlei vorgeformte Biegung erforderlich.

  

[0019]    Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer einstückigen Blattfeder 106 zur Verwendung in einem seismischen Sensor. Die Steifigkeit sämtlicher Bereiche der einstückigen Blattfeder 106 ist so eingestellt, dass die Breite und die Dicke der einstückigen Blattfeder 106 über ihre Länge veränderlich sind. Der Befestigungsteil 4 des Arbeitsbereichs bietet einen wesentlichen Widerstand gegen eine Biegung, wenn das Biegemoment an der Verbindung des Befestigungsteils 4 des Arbeitsbereichs mit dem Arbeitsbereich 1 auftritt. Insbesondere besteht keine Neigung, dass sich der Befestigungsteil 4 des Arbeitsbereichs im Bereich, welcher am Pendel 101 anliegt, verbiegt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Befestigungsteil 4 des Arbeitsbereichs wesentlich dicker als der Arbeitsbereich 1 gemacht wird.

  

[0020]    Die Dicke T1 des Arbeitsbereichs 1 erzeugt eine mittlere Steifigkeit, die einerseits ausreichend gross ist, um das Gewicht des Pendels 101 auszugleichen, und andererseits genügend niedrig, so dass die natürliche Schwingungsfrequenz des Pendels 101 so niedrig ist, wie es in der Praxis erzielt werden kann und auf anderen physikalischen Parametern im seismischen Sensor beruht. Die Dicke T4 des Befestigungsteils 4 des Arbeitsbereichs kann dreimal den Wert von T1 oder darüber annehmen, wobei die Steifigkeit proportional der dritten Potenz der Dicke ist, so dass der Befestigungsteil 4 des Arbeitsbereichs mindestens 27 Mal steifer ist als der Arbeitsbereich 1. Die Dicke T2 und die Breite des Aufhängebereichs 2 werden gleich gross gewählt, so dass der Aufhängebereich 2 symmetrisch biegsam ist.

   Die Dicke T3 des Befestigungsteils 3 des Aufhängebereichs wird so gewählt, dass sie einer üblichen Dicke zum Anbringen an den Rahmen 102 entspricht.

  

[0021]    Bei einer weiteren Ausführungsform des (nicht dargestellten) seismischen Sensors kann die einstückige Blattfeder, die in den Ausführungsformen beschrieben und in den Fig. 2 bis 8erläutert wurde, im seismischen Sensor derart eingebaut werden, dass der Befestigungsteil 4 des Arbeitsbereichs am Rahmen und der Befestigungsteil 3 des Aufhängebereichs am Pendel angebracht werden. Der Aufhängebereich 2 dient dazu, eine lineare Kraft auf das Pendel auszuüben, um das Pendel in der Gleichgewichtslage auszubalancieren. Der Rahmen legt ein Biegemoment an den Arbeitsbereich 1 an, um die einstückige Blattfeder unter Spannung zu setzen.

Claims (18)

1. Seismischer Sensor, enthaltend

einen Rahmen (102);

ein am Rahmen schwenkbar angebrachtes Pendel (101);

Mittel (104, 105) zum Abfühlen der Winkelposition des Pendels (101); und

eine einstückige Blattfeder (106), die zwischen dem Rahmen (102) und dem Pendel (101) derart angeordnet ist, dass das Pendel in einer Gleichgewichtsstellung ausbalanciert ist, wobei die einstückige Blattfeder

i) einen Arbeitsbereich (1) , der dem Pendel (101) eine Rückstellkraft, die einer Winkelauslenkung des Pendels proportional ist, zur Verfügung stellt; und

ii) einen Aufhängebereich (2) zur Übertragung einer Kraft auf einen Teil des Arbeitsbereichs (1) und zur Anlegung eines vernachlässigbaren Biegemoments auf den genannten Teil des Arbeitsbereichs (1) aufweist.

2. Seismischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsbereich (1) der einstückigen Blattfeder (106) eine erste mittlere Steifigkeit und der Aufhängebereich (2) eine zweite mittlere Steifigkeit aufweisen, wobei die zweite mittlere Steifigkeit wesentlich geringer als die erste mittlere Steifigkeit ist.

3. Seismischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einstückige Blattfeder (106) eine voreingestellte Biegung zwischen dem Arbeitsbereich (1) und dem Aufhängebereich (2) aufweist und diese voreingestellte Biegung einen vorbestimmten Winkel hat, derart, dass der Aufhängebereich (2) im Wesentlichen geradlinig verläuft, wenn die Feder im seismischen Sensor eingebaut ist.

4. Seismischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einstückige Blattfeder (106) im vormontierten Zustand praktisch geradlinig verläuft, und bei dem sich der Arbeitsbereich (1) der einstückigen Blattfeder (106) elastisch verformt, wenn die Feder im seismischen Sensor eingebaut ist, derart, dass der Aufhängebereich (2) praktisch geradlinig verbleibt.

5. Seismischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einstückige Blattfeder (106) eine praktisch gleichmässige Dicke hat, und bei dem sich die Steifigkeit der einstückigen Blattfeder (106) entlang ihrer Länge in Abhängigkeit von einer veränderlichen Breite der einstückigen Blattfeder (106) ändert.

6. Seismischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Steifigkeit über die Länge der einstückigen Blattfeder (106) in Abhängigkeit von einer veränderlichen Dicke der einstückigen Blattfeder (106) ändert.

7. Seismischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Steifigkeit über die Länge der einstückigen Blattfeder (106) in Abhängigkeit von einer veränderlichen Dicke und einer veränderlichen Breite der einstückigen Blattfeder (106) ändert.

8. Seismischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einstückige Blattfeder (106) weiterhin anschliessend an den Aufhängebereich (2) einen Befestigungsteil (3) für den Aufhängebereich aufweist.

9. Seismischer Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Steifigkeit des Befestigungsteils (3) für den Aufhängebereich (2) wesentlich grösser ist als die mittlere Steifigkeit des Aufhängebereichs (2).

10. Seismischer Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Steifigkeit der einstückigen Blattfeder (106) allmählich von der geringeren Steifigkeit des Aufhängebereichs (2) bis zur grösseren Steifigkeit des Befestigungsteils (3) für den Aufhängebereich (2) ändert, derart, dass sich eine Biegebeanspruchung auf Grund von Querschwingungen des Aufhängebereichs (2) nicht am Befestigungsteil für den Aufhängebereich konzentriert.

11. Seismischer Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einstückige Blattfeder (106) zwischen dem Rahmen (102) und dem Pendel (101) derart angeordnet ist, dass die Kraft, welche der Befestigungsteil (3) für den Aufhängebereich auf den Aufhängebereich (2) ausübt, im Wesentlichen eine Zugkraft ist.

12. Seismischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einstückige Blattfeder (106) weiterhin anschliessend an den Arbeitsbereich (1) einen Befestigungsteil (4) für den Arbeitsbereich aufweist.

13. Seismischer Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Steifigkeit des Befestigungsteils (4) für den Arbeitsbereich (1) wesentlich grösser als die mittlere Steifigkeit des Arbeitsbereichs (1) ist.

14. Seismischer Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Dicke des Befestigungsteils (4) für den Arbeitsbereich wesentlich grösser als die mittlere Dicke des Arbeitsbereichs (1) ist.

15. Seismischer Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die einstückige Blattfeder (106) zwischen dem Rahmen (102) und dem Pendel (101) derart angeordnet ist, dass die Kraft, welche der Befestigungsteil (4) für den Arbeitsbereich (1) auf den Arbeitsbereich (1) ausübt, im Wesentlichen ein Biegemoment ist.

16. Seismischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsbereich (1) im vormontierten Zustand in eine gekrümmte Konfiguration vorgeformt ist, so dass der Arbeitsbereich (1) zu einer praktisch geradlinigen Konfiguration elastisch verformt wird, wenn sich die Feder (106) in montierter Position im seismischen Sensor befindet.

17. Seismischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsbereich (1) im vormontierten Zustand praktisch geradlinig verläuft, so dass der Arbeitsbereich (1) zu einer im Wesentlichen gekrümmten Konfiguration elastisch verformt wird, wenn sich die Feder (106) in montierter Position im seismischen Sensor befindet.

18. Seismischer Sensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit des Arbeitsbereichs (1) auf vorbestimmte Weise entlang des Arbeitsbereichs derart veränderlich ist, dass der Arbeitsbereich (1) einen praktisch gleichförmigen Krümmungsradius aufweist, wenn die Feder im seismischen Sensor eingebaut ist.