DD211183A1 - Seismometer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Masse-Feder-Schwinger, insbesondere Seismometer. Zur Ausweitung seismischer Beobachtungen soll ein robustes Seismometer geschaffen werden, das praezise arbeitet und hohen Transportbelastungen widersteht. Das Seismometer besteht aus wenigstens einer flachen Blattfeder, die unbelastet senkrecht steht, unten am Gestell befestigt ist, oben die seismische Masse traegt und bis in einen Arbeitsbereich ausgebogen ist, der einem triaxialen oder vertikalen Seismographen entspricht.Dort besteht eine nahezu exakte Kreisbogenfuehrung als Bahnkurve. Sie garantiert gute Linearitaet und eine stabile Eigenperiode,nahezu neigungsunabhaengig. Die Bahnkurve ist durch wenigstens eine Lenkerfeder von der Laenge des Radius oder durch elastische Elemente senkrecht zur Schwingungsebene stabilisiert.Das ergibt ein stabiles Seismometer mit verteilter Elastizitaet,das sich bei starker Belastung rueckkehrbar verformen kann,platzsparend als Dreikomponenten-Satz stapelbar ist und auch unter robuster Handhabung und starken Belastungen fuer mobilen Betrieb sowie in Bohrloechern eingesetzt werden kann.Bei einem Muster mit einer Federlaenge von 132 mm wurde ueber +- 15...20 mm Arbeitsbereich eine Kreisbogenfuehrung erreicht.

Description

Dr. Erhard Unterreitmeier Titel der Erfindung "Seismometer"

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft elastische Masse-Feder-Schwinger mit definierten, reproduzierbaren und weitgehend konstanten Eigenschaften und Parametern. Sie kann vorzugsweise eingesetzt werden als Grundlage für mechanische Empfänger von Seismographen, weiterhin als Seismometer bezeichnet, wie auch für Neigungsmesser, Beschleunigungsmesser und Bewegungsdetektoren.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Seismometer für Präzisionsregistrierungen in der Seismometrie sind Hebel-Masse-Feder-Anordnungen mit genau ausgeführten Systemteilen. Sie bestehen üblicherweise aus einem Gehänge in einem Gestell, das elastische Bindeglieder, oft in Form konkreter, räumlich abgeschlossener Drehgelenke, teils mit Blattfedern, mit Kreuzfedern oder auch Torsionselementen, als Bindung zum ortsfesten Gestell aufweist. Aus Gründen der Fertigung und der Bandbreite bei der Erfassung seismischer Signale sind übliche Seismometer nicht eigentliche Miniaturlösungen und aufgrund ihres Aufbaues nicht ohne weiteres noch kleiner zu machen. Die Teilung in starre Gehänge- und Gestellteile

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einerseits und die elastischen Bindungen zwischen ihnen, einschließlich der Feder im Vertikalseismographen, andererseits, wirken einer starken Verkleinerung des Seismometers entgegen und sind Ursache dafür, daß diese nur begrenzt rüttel- und beschleunigungsfest gemacht werden können. Auch bekanntgemachte neue konstruktive Lösungen /4/ für einen transportablen Seismographentyp mit fernbedienbarem Bewegungsfenster und stabilisierter Drehachse sind nur begrenzt transportabel. Werte für Beschleunigungsbelastungen beim Transport bis 10 g über längere Zeit sind offensichtlich für derartige Empfänger von Breitbandseismographen eine Grenze, die im oben erwähnten prinzipiellen Aufbau begründet, liegen. Es ist auch bekanntgemacht worden /7/, wie die besonders anfällige Schraubenzugfeder durch Blattfedern ersetzt werden kann. In Weiterführung dieser Lösung /3, 6/ sind auch Seismometer entstanden /2/, die mit tragender Blattfeder arbeiten und Vorteile bei der Fertigung, Temperaturkompensation und Handhabung ergeben. Sie offenbaren jedoch noch keine Lösung, die sowohl sehr klein als auch für Belastungen > 10 g ausführbar wäre. Bekannte Blattfederseismometer /1/ mit Geradführung oder als relativ einfache Masse-Feder-Schwinger /5/ mit einer oder mehreren Blattfedern, die horizontal wie vertikal als Seismometer einsetzbar sind, haben Grenzen in der Eigenperiode, in der Linearität und der mechanischen Stabilität. Obwohl bei ihnen die Trennung in Gestell/Gehänge/Drehachse nicht mehr so kraß vorhanden ist, sind sie nicht in großem Maße transportsicher zu machen. Aufgrund ihres Aufbaues sind sie auch fast immer nur kurzperiodische Schwinger mit direktem Einfluß der Federn auf die Eigenperiode des Schwingers. Ihr Einsatzgebiet in der Seismologie, insbesondere für Aussagen über das gesamte seismische Spektrum, ist daher nur auf einen, vorwiegend kurzperiodischen Teil beschränkt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Seismometers für Seismographensysteme, die auch extreme Anforderungen an den Transport, die Installation, die Betriebseigenschaften und die Umweltbedingungen zu erfüllen haben, wenn es darum geht, den Gesamtumfang der gewonnenen seismischen und daraus abgeleiteter anderer Informationen auch dadurch zu vergrößern, daß Meßpunkte und -platze errichtet und ausgestattet werden, .die diese Anforderungen über den Stationsbetrieb hinaus mit sich bringen. Das Seismometer soll es generell ermöglichen, bisherige Messungen zu verbessern, auszuweiten, ökonomisch attraktiver zu machen und in speziellen Fällen sogar erstmals mit hoher Wahrscheinlichkeit zu seismischen Informationen zu gelangen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Qualität der bekannten transportablen Seismographen zu verbessern und die bestehenden Mangel durch eine neue Seismometerkonstruktion zu beheben. Dazu soll diese in höherem Maße transportabel, insbesondere beschleunigungsfest, sein, bessere Linearität, einen größeren Arbeitsbereich und geringere parasitäre Resonanzen aufweisen, sich maßstäblich verkleinern und thermisch kompensieren lassen sowie einfach herstellbar sein.

Erfindungsgemäß besteht das Seismometer aus einer ersten flachen, schlanken Blattfeder, die am unteren Ende im Gestell knickfrei eingespannt ist und die am freien Ende mit der seismischen Masse M versehen ist. M ist knickfrei mit ihr verbunden, vorzugsweise geklemmt, und läßt sich auf ihr für Korrekturzwecke verschieben. Die unbelastete erste'Blattfeder, im folgenden Tragefeder genannt, befindet sich vorzugsweise in vertikaler Position mit dem freien Ende nach oben. Unter der Last mit M, im Arbeitszustand als Seismometer, ist sie mit M bis in einen Winkelbereich aus der Vertikalen ausgebogen, vorzugsweise ca. 35° für homogene triaxiale Seismographen, in dem die Tangente an die Bahnkurve von M im Arbeitspunkt, der geforderten Gleichgewichtslage des Seismometers, gleich der geforderten Orientierung des Seismometers ist, speziell auch die vertikale Richtung.

Zur Sicherung der Führung von M auf der Bahnkurve ist weiterhin wenigstens eine zweite Blattfeder, im folgenden Lenkerfeder genannt, vorhanden, die knickfrei an M befestigt ist und am anderen Ende knickfrei am Gestell eingespannt ist. Die Einspannung der Lenkerfeder liegt vom Gestell aus über der Einspannung der Tragefeder. Die Lenkerfeder ist vorzugsweise eine flache, schlanke Blattfeder, die in der Gleichgewichtslage des Seismographen nicht ausgebogen ist und nicht tragend auf M wirkt. Sie macht die Bahnbewegung von M an der Tragefeder mit und stabilisiert sie als konstruktives Element im Sinne eines Lenkers. Sie hat eine Länge zwischen M und der Einspannung am Gestell, die gleich dem Krümmungsradius r der Bahnkurve ist, die M in unmittelbarer Umgebung der Gleichgewichtslage beschreibt. Die Tragefeder ist üblicherweise so dimensioniert, daß die Bewegung von M sie nur im Elastizitätsbereich beansprucht. :^; ' .

Die Einspannstellen von Trage- und Lenkerfeder am Gestell sind.vorzugsweise justierbar ausgeführt. An ihnen ist die ge-

forderte Empfindlichkeitsrichtung eingestellt und die Länge der Lenkerfeder passend zur Bahnkurve eingerichtet.

Die Lenkerfeder kann speziell auch aus starren und elastischen Teilen zusammengesetzt, geteilt oder mit anderem Querschnitt ausgeführt sein. Die Länge der Lenkerfeder ist geringer als die Länge der unbelasteten Tragefeder.

Die Lenkerfeder liegt grob über der Tragefeder, von den Einspannstellen her gesehen.

Die Einspannstelle der Lenkerfeder liegt in der Projektion auf die horizontale Ebene hinter der Einspannstelle der Tragefeder, von der Masse-Seite des Schwingers her gesehen. Aus Gründen einer besonders starken Unterdrückung von parasitären Schwingungen ist insbesondere auch die Tragefeder geteilt und neben oder zwischen der oder den Lenkerfedern angeordnet, auf die Befestigungen in der seismischen Masse gesehen.

In Abhängigkeit vom speziellen Einsatzzweck des Seismometers kann auch die Lenkeranordnung entfallen, und die Kreisbogenführung über einen Arbeitsbereich hin durch elastische Elemente senkrecht zur Schwingungsebene stabilisiert werden.

Für die dynamische Funktion des bisher im statischen Zustand beschriebenen Masse-Feder-Schwingers als Seismometer sind zwei stark gegensätzliche Fälle zu betrachten. Das eine ist der Arbeitszustand als Seismometer, das andere der der um Größenordnungen höheren Beanspruchung dieses Seismometers bei Transportvorgängen.

Die Benutzung der erfindungsgemäßen Lösung als Seismometer ergibt sich schon durch die eingangs beschriebenen Bedingungen der Lösung. Die Tragefeder trägt am freien Ende, das unbe-

lastet vorzugsweise in der Vertikale liegt, die seismische Masse M, deren Trägheitswirkung die Messung von Relativbewegungen zwischen M und dem Gestell bei der elastischen Führung durch die Tragefeder gestattet. Bei vorgegebenen Abmessungen der Tragefeder ist M so gewählt, daß die erforderliche Ausbiegung von M gegenüber der Vertikalen entsprechend dem Typ des Seismometers als Arbeitsbereich erreicht ist. M durchläuft bei der Schwingung an der Tragefeder einen wählbaren Arbeitsbereich um die Gleichgewichtslage herum. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist gesichert, daß M elastisch geführt ist, und daß die Bahnkurve einen Arbeitsbereich, d. h. Winkelbereich, aufweist, der durch die Lenkerfeder als Krümmungsradius in seiner nahezu Kreisform stabilisiert wird. Die Lenkerfeder hat dabei keine Belastung in Richtung der Längsausdehnung, da die Bahnkurve durch M an der Tragefeder gesichert ist. Die Lenkerfeder gibt in der Gleichgewichtslage den Anstellwinkel cL gegenüber der Horizontalebene an, vorzugsweise ca. 54° für triaxiale Seismometer, macht die Bewegung unbelastet im Arbeitsbereich mit, wirkt stabilisierend mit einem gewissen "Einziehen" der Kreisförm der Bahn von M an den Enden' des Arbeitsbereiches, hat bei der Bewegung durch die eigene Ausbiegung mit seinen Parametern auch Einfluß auf die Eigenperiode T_ des Seismometers und verhindert Parasitär-Schwingungen von M an der Tragefeder, insbesondere eine Torsionsschwingung von M um die Mittellinie der Tragefeder.

Die Eigenperiode T_ des Seismometers ist durch den Krümmungsradius, die Länge r der Lenkerfeder als reduzierte Pendellänge 1 gegeben. Da r durch die Lenkerfeder, körperlich realisiert, aus einem wählbaren Material besteht, über dessen Temperaturkoeffizient der linearen Ausdehnung nicht verfügt ist, kann man durch Material mit geringem Ausdehnungskoeffizienten eine hohe Stabilität von T. erreichen, da außer einem bestimmten Betrag, der durch die elastischen Eigenschaften der Lenkerfeder auf T„ vorhanden ist, aber immer im Sinne einer

Konstante, keine gebmetrische Beziehung im Sinne der üblichen Astasierung, d. h. Periodenverlängerung, vorhanden ist. Den Einfluß der Eigenschaften der Lenkerfeder auf T kann man bei festem r, § ,M und vorgegebener Tragefeder vorteilhaft durch Wahl der anderen freien Parameter der Lenkerfeder dazu ausnutzen, um T auf einen vorgegebenen Wert zu bringen.

Die Lösung hat eine weitere vorteilhafte Eigenschaft durch eben diese Tatsache, daß die Lenkerfeder unbelastet ist und nichttragend und nur stabilisierend auf die Bahn von M wirkt: Die Lenkerfeder kann, da sie mechanisch passiv bleiben kann, als thermisch aktives Element genutzt werden. Das gibt die Möglichkeit, wenn die Lenkerfeder vorzugsweise aus Bimetall gewählt ist, bei einer Änderung der Gleichgewichtslage der seismischen Masse durch Temperaturänderungen mit einer gegenläufigen Änderung durch die thermische Ausbiegung der Lenkerfeder die ursprüngliche Gleichgewichtslage wiederherzustellen bzw. im Mittel konstant zu halten.

Wesentlich für die Herstellung des Seismometers ist die Eigenschaft der Lösung, daß nur flache Blattfedern ohne Vorspannung eingesetzt werden, die gegenüber Spiralfedern mit Vorspannung ökonomischer sind, leicht nachgearbeitet, abgeglichen und gewechselt werden können. Da mit der Bezeichnung Blattfeder in der neuen Lösung nicht unbedingt die Stahl^-Blattfeder zwingend vorgeschrieben ist, sondern nur eine definierte elastische Führung der seismischen Masse durch eine im weitesten Sinne zu verstehende Blattfeder, hat man die vorteilhafte Möglichkeit, auch Nichteisenmaterialien, wie Messing, Federbronze und sogar entsprechende Kunststoffe mit Federeigenschaften für die Tragefeder und die Lenkerfedern einzusetzen. Das ermöglicht auch die Herstellung eines nichtmagnetischen Seismometers und begünstigt die gezielte Bedämpfung parasitärer Schwingungen.

Das Prinzip führt die Eigenschaft mit sich, daß das Seismometer durch die gute Kreisbogenführung eine Eigenperiode T

aufweist, die unabhängig vom Anstellwinkel der Lenkerfeder nicht mehr von der Neigung des Seismometers abhängt. Mit der Neigung des Gestells kann daher vorteilhaft allein die verletzte Gleichgewichtslage auskorrigiert werden.

Der zweite, dynamische Zustand, der Transportvorgang, hat um mehrere Größenordnungen stärkere Beschleunigungseinflüsse, die auf das Seismometer zeitweise einwirken und dann wieder mehr oder weniger schnell abklingen, eventuell auch periodisch wiederkehren. ;..- '.

Diesen Einflüssen kann das erfindungsgemäße Seismometer besser widerstehen bzw. es kann sie besser vertragen als bisherige Lösungen. . .

Durch sein inneres Konzept der verteilten Elastizität, ohne starre Gehänge- oder Lenkerelemente, aber mit im Meßgerät gesicherter linearer und bahntreuer Führung der trägen seismischen Masse M, entsteht für den Vorgang extremer Beanspruchung der Effekt, daß sich Trage- und Lenkerfedern stark verbiegen können, um danach im anschließenden Meßvorgang wieder definiert als Seismometer zu wirken. Die weiche Einspannung am Gestell und in der seismischen Masse beugt Knicken und Brüchen der Blattfedern vor. Ein nach dem Stand der Technik verwendbares Bewegungsfenster kann mit seinen Konturen die elastische Ausbiegung der konstruktiven Teile durch Kontakt begrenzen und damit gleichzeitig einen maximalen Arbeitsbereich vorgeben. Zur Erhöhung der Transportsicherheit kann man vorteilhaft zusätzlich den Bewegungsraum des Schwingers in einem Gestell oder Gehäuse mit flüssigkeit angemessener Viskosität füllen. Damit ist sowohl eine Grunddämpfung für das Seismometer, eine Vorbeugung gegen störende Parasitärresonanzen aus der Konstruktion und die erwähnte zusätzliche Sicherung gegen Bruch, Knicken u. ä. erreichbar.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll durch Beispiele in Aufbau, Wirkung und Umfang näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 die Seitenansicht des Schwingers mit den Bewegungsabläufen und Bahnkurven,

Fig. 2 die schematische Aufsicht auf den Schwinger nach Fig. 1, '

Fig. 3 die Ausführung als komplettes Seismometer in der Seitenansicht,

Fig. 4 die Aufsicht auf den Schwinger mit zwei tragenden Blattfedern und einer Lenkerfeder,

Fig. 5 einen Schwinger mit Sicherung der Bahnkurve durch konstruktive Elemente senkrecht zur Bewegungsebene in der schematischen Aufsicht.

In Fig. 1 sind die Tragefeder BF 1 und die Lenkerfeder BF 2 so angeordnet, daß die Einspannungen bei 0 und 0 links unten in der Zeichenebene liegen, die seismische Masse M rechts an den freien Enden von BF 1 und BF 2 befindlich ist und die Bewegung von M in der Zeichenebene erfolgt. Die unbelastete Tragefeder BF 1-0 steht aufrecht in Richtung der Schwerkraft, durch die Vertikale V gekennzeichnet. Die Horizontale ist H. Sie enthält in Fig. 1 vorzugsweise das Gestell GS. Die Länge der unbelasteten Tragefeder zwischen Einspannung 0 und der Mitte von M ist £ . Die Mitte von M ist durchbohrt. Sie nimmt für den Abgleich eine Schreibmine auf, die senkrecht zur Bewegungsebene steht. Parallel zu ihr ist in geringem Abstand eine justierbare Aufnahme für Koordinatenpapier angeordnet. Das Papier mit Polarkoordinaten ist so eingerichtet, daß volle Winkel in H und V erscheinen und 0 den Koordinatenursprung aufnimmt. Mit der Schreibmine in M kann daher mit einer gewissen, hier aber unschädlichen, Reibung direkt die Bahnkurve geschrieben werden. Sie weicht erfahrungsgemäß von dem Kreisbogen mit Radius J* um G als Zentrum ab. Aber sie hat in

einem für triaxiale wie vertikale Seismographen erforderlichen Ausbiegungsbereich aus der Vertikale V hinreichend große Abschnitte der Bahnkurve von M um die geforderte Gleichgewichtslage Gl herum, denen mit guter Genauigkeit über einen für Seismometer großen Winkelbereich Ρψ--- Ϋ_ο ein konstanter Krümmungsradius r zugeordnet werden kann. Dieses geschieht zweckmäßig ebenfalls mit dem Polarkoordinatenpapier, z. B. durch Verschieben des Koordinatenursprungs nach dem Auswerten der Bahnkurve mit 0 als Koordinatenursprung. Für ein ausgeführtes Muster mit einer rechteckigen Tragefeder BF 1 aus Federstahl der Abmessungen (150x40x0,5) _min und y = 132 mm wurde bei einer Ausbiegung von etwa 30 aus der Vertikale mit M & 975 g eine Kreisbogenführung über etwa ,- 15 ... 20 mm Ausschlag mit einem Radius r *» II5 mm erreicht. Das sind für Seismometer große Ausschläge, die darauf hindeuten, daß über die übliche Messung mikroseismischer Vorgänge hinaus auch makroseismische Werte als strong-motion-Seismoraeter erfaßt werden können. Mit passenden Wandler- und Dämpfungsvorrichtungen ist offensichtlich eine Verwendung des Seismometers für beide Zwecke ohne Umschaltung oder Umrüstung möglich.

In Fig. 1 ist der Anstellwinkel «^ des Krümmungsradius ca. wie bei üblichen triaxialen Seismometern.

Bei einer größeren Ausbiegung erreicht man «£ *»Ό und hat damit einen Vertikalseismographen. Der dazugehörige Krümmungsradius der Bahnkurve ist bei oben genannten Muster r »* 120 mm. In Fig. 1 ist der Radius r körperlich ausgeführt als Lenkerfeder BF 2. Die Einspannungspunkte 0 und 0 sind im Muster justierbar ausgeführt. Es ist vorausgesetzt, daß bei vorgegebenem Muster BF 2 in der vollen Ausdehnung über BF 1 liegt und diese nur in der gemeinsamen Einspannung in der seismischen Masse berührt. Das ist in der Aufsicht in Fig. 2 gezeigt. Erfahrungsgemäß ist BF 2 wesentlich dünner als BF 1, um nicht allzusehr die Eigenperiode des Schwingers zu beeinflussen. Wegen der Kreisbogenführung ist bei Vernachlässigung

der Wirkung von BF 2 die Eigenperiode

T_s = 27Γ "V j-j ig- Schwerebeschleunigung im Muster Τ_ο«* 0,73 s

Es liegt keine Astasierung vor. Durch die Kreisbahnführung ist T₀ im Arbeitsbereich unabhängig von der Neigung des Seismometers und wenig temperaturempfindlich. Damit ist eine gute Konstanz und Linearität vorhanden, die eine Verwendung des Seismometers in elektronischen Seismographen mit Rückführung für Breitbandanwendungen empfiehlt.

Die parasitären Schwingungen sind insbesondere solche der seismischen Masse M um die Längsachse der Tragefeder. Zur Unterstützung ihrer Unterdrückung ist insbesondere die seismische Masse so ausgeführt, daß sie Rotationssymmetrie um diese Achse besitzt. Das erlaubt überdies die Anwendung solcher berührungsloser Wandler für die Relativverschiebung der seismischen Masse M gegenüber dem Gestell GS, die nur auf die relative Verschiebung von M ansprechen, aber nicht auf deren Rotation. Außerdem sind die Dämpfungseinrichtungen so ausführbar, daß sie überdies noch die Parasitärschwingungen von -resonanzen dämpfen^,

Fig. 3 zeigt eine Ausführung des Seismometers mit Wandler W, Dämpfungs- und Rückführungs-Vorrichtung D und konturiertem Bewegungsfreiraum im Gestell GS als Seitenansicht. Tragefeder BF 1 und Lenkerfedern BF 2 sind an separaten Elementen am Gestell GS befestigt. BF 2 hat die Länge des Radius der Bahnkurve von M um die Gleichgewichtslage Gl herum. Wandler W, Masse M und Dämpfungsvorrichtung D liegen auf der Kreisbahn mit dem Radius r. Die Bewegungsmöglichkeit des Schwingers im Gestell ist eingegrenzt durch Fensterkanten oben, Fo und unten Fu, deren obere etwa parallel zur Biegelinie von BF 1 verläuft und die untere etwa parallel zu BF 2. Der Abstand ist

so gewählt, daß an den Grenzen des Meßbereiches, mit + und um Gl angezeigt, noch keine Berührung stattgefunden hat, daß aber im Verformungsfall unter starker Transportbelastung sich BP 1 bzw. BF 2 an die Fensterkanten Fo bzw. Fu anlegen und einem Bruch vorbeugen. Für M sind ebenfalls Anlegekonturen ausgeführt, auch für Belastungen in Richtung der Federlängserstreckung. Die Vermeidung von Knicken in den Einspannungen O, O der Blattfedern BF 1, BF 2 wird wirkungsvoll dadurch unterstützt, daß um O, O ein begrenzter Freiraum im Gestell vorgesehen ist, über den verfügt werden kann. Im Freiraum ist es vorgesehen, das Einstellelement von BF 2 bei ö so durch Verbiegung bzw. Ausrichten relativ zu GS über einen wählbaren äußeren Hebel, der bei 1 ansetzt, zu justieren, daß für den Schwinger im Nachweis über den Wandler W die geforderte Linearität exakt vorliegt. Nach Entfernen des Hebels kann der Freiraum mit einem elastischen oder plastischen Medium 2 verfüllt werden. Das bettet die Einspannungen 0, 0 dämpfend ein, sichert die Justierung der Einspannungen und erlaubt eine vereinfachte und leichte Ausführung der Einspannungen 0,

Fig. 4 zeigt die Aufsicht auf ein Seismometer nach Fig. 3 mit entfernten Wandler- und Dämpfungsvorrichtungen. Es ist eine in der Mitte angeordnete Lenkerfeder 3» zwischen zwei Tragefedern 4, 5i ausgeführt. Die Tragefedern 4, 5 sind an den seitlichen Enden der seismischen Masse M befestigt, die Tragefeder symmetrisch zur Mitte an ihr. Die Ausführung mit geteilter Tragefeder, also zwei Tragefedern 4, 5, die vom Prinzip her stärker als die Lenkerfeder sind, erlaubt eine gute Führung der seismischen Masse M in der Vertikalebene, senkrecht zu den Einspannungen 0, 0, die gut parasitären Schwingungen vorbeugt. ^:

Aber auch eine alternative Ausführung mit mehreren Lenkerfedern nach dem gleichen Prinzip ist für spezielle Einsatzfälle denkbar. Auch Federbreite und -stärke sind gegenläufig je nach Einsatzfall bei Beibehaltung des Prinzips und der

Bahnkurve in weiten Grenzen frei wählbar. Die Verwendung geteilter Tragefedern oder Lenkerelemente erlaubt eine gute Überführung von Spulenanschlüssen der Dämpfungsanordnung zum Gestell GS ohne zusätzliche Drähte. Die Lenkerelemente können auch Kreisquerschnitt haben.

Unter vereinfachten Einsatzbedingungen bzw. -forderungen kann, u. a. für Indikationszwecke, die Lenkerfeder zur Stabilisierung des Krümmungsradius der Bahnkurve entfallen. Weiterhin ist es auch möglich, die kreisförmige Bahnkurve der neuen Lösung durch elastische Elemente senkrecht zur Schwingungsebene gegenüber Querkräften zu stabilisieren, wobei der Krümmungsradius erhalten bleibt. In Pig. 4 ist das mit zwei elastischen identischen Elementen 6, 7 ausgeführt, die vorzugsweise Spiralfedern oder auch Gummielemente sind.

Die stabile Ausführung des Seismometers mit präziser Bahnkurve, weitgehend konstanter Eigenperiode und hoher Linearität ist geeignet, für Messungen mit Hebeneinflüssen hoher Transportbelastung eingesetzt zu werden. Das Prinzip erlaubt hierbei auch eine maßstäbliche Verkleinerung ohne erkennbare wesentliche Steigerung des Produktions- und Eichaufwandes. Das Seismometer ist eine raumsparende Konstruktion, die sich sehr gut als Dreikomponentensatz ausführen läßt, wobei die drei Komponenten sich weitgehend durchdringen können und die einzelnen Seismometer um 120° in der Ebene versetzt, mit ansteigender Gestellhöhe im Sinne einer Spirale, übereinander liegen und der Dreier-Satz etwa den Durchmesser einer Komponente besitzt und die Aufbauhöhe des Dreier-Satzes nur etwa das Doppelte einer Komponente ausmacht und damit beträchtlich unter der üblicher Dreier-Sätze liegt.

Das begünstigt insbesondere die Ausführung kleiner Dreikomponentenseismometer mit kreisförmigem Gestell, anpaßbarem Durchmesser und geringer Bauhöhe für die geschützte Unterbringung in Bohrlöchern.

Die Ausführung auch als Vertikalseismometer nach dem gleichen Prinzip gestattet es, einen Seismometersatz mit drei triaxialen Vertika!komponenten nach diesem neuen einheitlichen Wirkungsprinzip vorteilhaft zu realisieren.

Das ergibt beim Einsatz die weitere Ausdehnung und Verbesserung seismischer Registrierung im Sinne der Zielstellung.

Literatur

IS"

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Claims (7)

1. Erfindungsanspruch

   1. Seismometer, gekennzeichnet dadurch, daß wenigstens eine einlagige Blattfeder von vorzugsweise konstanter Breite und Stärke als Tragefeder (BP 1) und vorzugsweise zwei Blattfedern als Lenkerfedern (BP 2) vorhanden sind, wobei die mit dem unteren Ende am Gestell (GS) befestigte Tragefeder (BF 1) unbelastet vorzugsweise in Richtung der Schwerkraft steht, am freien Ende die seismische Masse (M) trägt, bis in einen vorgegebenen Winkelbereich zur Arbeit als Seismometer ausgebogen ist, im Arbeitsbereich eine Bahnkurve der seismischen Masse (M) aufweist, die mit hoher Genauigkeit ein Kreisbogen mit einem Krümmungsradius (r) kleiner als die freie Länge (5» ) der Tragefeder (BP.1) ist,

   die Lenkerfedern (BP 2) vorzugsweise paarig an der seismischen Masse (M) befestigt sind, in der Gleichgewichtslage (Gl) des Seismographen unbelastet sind, mit dem der seismischen Masse (M) abgewandten unteren Ende am Gestell befestigt sind, eine Länge aufweisen, die gleich dem Krümmungsradius (r) der Bahnkurve der seismischen Masse (M) im Arbeitsbereich ist und Tragefeder (BP 1) und Lenkerfedern (BP 2) auf dem Gestell (GS) justierbare Einspannorte (O, O) besitzen, die räumlich benachbart sind und der Einspannort (O) der Tragefeder (BP 1) unter dem Einspannort (O) der Lenkerfedern (BP 2) liegt und in der Projektion auf die horizontale Gestellebene der Einspannort (0) der seismischen Masse (M) näher liegt als der Einspannort (0) der Lenkerfedern.
2. 2. Seismometer nach Punkt 1., dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere zwei identische nebeneinander angeordnete Tragefedern und zwischen ihnen vorzugsweise eine einzelne Lenkerfeder vorhanden ist und die Tragefedern außen an der seismischen Masse befestigt sind.
3. 3. Seismometer nach Punkt 1. oder Punkt 2.)dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkerfeder-Paar nach Punkt 1. oder die einzelne. Lenkerfeder nach Punkt 2. aus Bimetall bestehen.
4. 4. Seismometer nach Punkt 1. und 2. und 3.ι dadurch, gekennzeichnet, daß die Einspannorte der Tragefedern und"Lenkerfedern am Gestell fest aber verbiegbar ausgeführt sind lißd eine nach oben in Richtung des Federaustrittes offene Um- \ hüllung zur Aufnahme von plastischen oder elastischen \ Vergußmassen zur Fixierung der Justierung der Federn aufweisen, und daß die endgültige Justierung der Einspannorte entsprechend der Linearität der Eigenperiode des Seismometers durch Verbiegung dieser Einspannorte zueinander und zum Gestell von außen vor dem Vergießen durchgeführt wird. \

   . '
5. 5. Seismometer nach Punkt 1♦ und 2..dadurch gekennzeichnet, daß die im Arbeitsbereich des Seismometers vorhandene " _x Kreisbogenführung durch wenigstens ein zusammengesetztes ^N Lenkerelement von der Länge des Krümmungsradius (r) des \ Kreisbogens stabilisiert wird und das Lenkerelement aus starren und elastischen Teilen zusammengesetzt ist und vorzugsweise aus einem starren Hebel mit elastischen Bindegliedern an den Enden, insbesondere aus einlagigen Blattfedern, besteht. . _: Λ ·· .- .
6. 6. Seismometer nach Punkt 1., dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (r) nicht materiell realisiert ist und die Stabilisierung der Bewegung der Masse auf dem Kreisbogen und in einer vertikalen Ebene durch elastische Elemente, quer zur Schwingungsebene erfolgt und die elastischen Elemente vorzugsweise Identische Zugfedern sind und in der Mitte der seismischen Masse (M) außen an ihr in Richtung zum Gestell angreifen.
7. 7. Seismometer nach Punkt 1. bis 6., dadurch gekennzeichnet,

   A*

   daß die seismische Masse (M) Rotationssymmetrie besitzt und diese Rotationsachse mit der Symmetrielinie der Tragefeder (BF 1) zusammenfällt oder symmetrisch zwischen den Tragefedern liegt.

   Hlerzu_J&-Sehen Zeichnungen