DE1177352B

DE1177352B - Spring arrangement for geophones

Info

Publication number: DE1177352B
Application number: DEP30362A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Erwin Bartels
Original assignee: PRAKLA GmbH
Current assignee: PRAKLA GmbH
Priority date: 1962-10-16
Filing date: 1962-10-16
Publication date: 1964-09-03

Description

Federanordnung für Geophone Die Erfindung betrifft eine Federanordnung für Geophone, bei denen eine seismische Masse um einen Drehpunkt schwingt. Derartige Geophone werden vorzugsweise bei refraktionsseismischen Messungen benutzt.Spring arrangement for geophones The invention relates to a spring arrangement for geophones, where a seismic mass oscillates around a pivot point. Such Geophones are preferably used for seismic refraction measurements.

Da die Information bei refraktionsseismischen Messungen durchweg in sehr tieffrequenten Bodenschwingungen enthalten ist, werden für diese Messungen entsprechend tief abgestimmte Geophone mit großer seismischer Masse verwendet. Eine vielbenutzte Bauform dieser Geophone weist einen die seismische Masse tragenden Hebel auf, welcher einseitig über eine Federanordnung mit dem Gehäuse verbunden ist. Den bisherigen Federanordnungen haftete durchweg der Nachteil an, daß schon bei relativ geringen Stößen, wie sie z. B auf dem Transport zum Meßort unvermeidlich sind, infolge der großen von der Feder abzufangenden Massen dauernde Schäden der Federn eintraten. Dieser Nachteil tritt insbesondere bei Blattfedern auf, da zur Funktionsfähigkeit derartiger Anordnungen ein freier Weg in Richtung der Blattfedernachse vorhanden sein muß, so daß bei einer gewaltsamen Beanspruchung in dieser Richtung die Blattfeder bogenförmig verbogen oder gestreckt wird. Since the information in seismic refraction measurements is consistently contained in very low frequency floor vibrations are used for these measurements correspondingly deeply tuned geophones with a large seismic mass are used. One The widely used design of these geophones has a seismic mass bearing Lever on which is connected to the housing on one side via a spring arrangement is. The previous spring arrangements always had the disadvantage that already at relatively low impacts, such as. B unavoidable on the transport to the measurement site are, as a result of the large masses to be intercepted by the spring, permanent damage to the Springs entered. This disadvantage occurs especially with leaf springs, because for Functionality of such arrangements a free path in the direction of the leaf spring axis must be available, so that in the event of a forceful load in this direction the leaf spring is bent or stretched in an arc.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile, indem als Federelement für ein Geophon mit einseitig gegenüber dem Gehäuse drehbar gelagertem Hebel ein Drehstab dient. Eine derartige Feder kann ohne Schaden zu leiden in radialer Richtung als Balken auf zwei Stützen durchgebogen werden, bis der Hebelarm an den bei normaler Beanspruchung unwirksamen Anschlägen anliegt. Gegenüber Blattfedern ergibt ein Drehstab den weiteren Vorteil, daß die Beanspruchung des Federmateriales geringer gehalten werden kann. The invention avoids these disadvantages by being used as a spring element for a geophone with a lever rotatably mounted on one side opposite the housing a torsion bar serves. Such a spring can be considered in the radial direction without suffering damage Beams on two supports are bent until the lever arm reaches the normal Ineffective stops. Compared to leaf springs, there is a torsion bar the further advantage that the stress on the spring material is kept lower can be.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Refraktionsgeophon mit Hebel und erfindungsgemäßer Federanordnung, Fig. 2 eine Seitenansicht einer Justiereinrichtung für das Geophon nach F i g. 1, F i g. 3 eine Seitenansicht einer Stabilisierungsanordnung für das Geophon nach F i g. 1. The invention is illustrated schematically below with reference to one in the drawings illustrated embodiment explained in more detail. It shows F i g. 1 shows a longitudinal section by a refraction geophone with lever and spring arrangement according to the invention, Fig. FIG. 2 shows a side view of an adjusting device for the geophone according to FIG. 1, F i G. 3 shows a side view of a stabilization arrangement for the geophone according to FIG G. 1.

Das in der F i g. 1 dargestellte Refraktionsgeophon ist auf einer Grundplatte 1 aufgebaut, welche über Füße 2 in guten Kontakt mit dem Erdboden gebracht wird. Auf der Grundplatte 1 ist ferner ein Magnetsystem 3 mit einem Dauermagneten 4 angeordnet, in dessen Luftspalt eine Tauchspule 5 schwingen kann. The in FIG. 1 shown refraction geophone is on a Base plate 1 constructed, which is brought into good contact with the ground via feet 2 will. On the base plate 1 is also a magnet system 3 with a permanent magnet 4 arranged, in the air gap of which a plunger coil 5 can oscillate.

Je nach der geforderten Dämpfungscharakteristik des Refraktionsgeophones kann der Spulenkörper 5 metallisch oder nichtmetallisch ausgeführt sein. Der Spulenkörper 5 ist fest mit einem Hebel 6 verbunden, der mit einer an seinem Ende angeordneten Klemmhülse 11 auf einen mit seinen Enden auf der Grundplatte gelagerten Drehstab 8 aufgepreßt ist. Die zylinderförmige Klemmhülse 11 kann sich frei in einer entsprechenden, durch die mit der Grundplatte 1 fest verbundenen Widerlager 9 und 10 gebildeten zylinderförmigen Ausnehmung drehen. An dem He bel 6 ist ferner eine seismische Masse 7 befestigt, welche ebenfalls frei in einer von Anschlägen 12 und 13 begrenzten Ausnehmung 14 schwingen kann.Depending on the required damping characteristics of the Refractive geophones the coil body 5 can be made metallic or non-metallic. The bobbin 5 is firmly connected to a lever 6, which is arranged with a at its end Clamping sleeve 11 on a torsion bar mounted with its ends on the base plate 8 is pressed on. The cylindrical clamping sleeve 11 can move freely in a corresponding, formed by the abutments 9 and 10 firmly connected to the base plate 1 Rotate the cylindrical recess. At the He bel 6 is also a seismic mass 7 attached, which are also freely limited by stops 12 and 13 Recess 14 can swing.

Das Refraktionsgeophon ist in der zur Aufnahme seismischer Schwingungen geeigneten Lage gezeichnet. Wird z. B. die mit dem Erdboden verbundene Grundplatte 1 in vertikaler Richtung bewegt, so wird über den Drehstab 8 auch das rechte Ende des Hebels 6 auf und ab bewegt. Die träge seismische Masse 7 sucht dagegen in Ruhe zu bleiben, so daß sich der Hebel 6 um diese dreht. Dabei wird die Tauchspule 5 mehr oder weniger mit im Verhältnis der Hebelübersetzung vergrößerter Geschwindigkeit in das Magnetsystem3 eintauchen, so daß an den Enden der Tauchspulenwicklung 15 eine im wesentlicheren der Geschwindigkeit der Bodenbewegung proportionale Spannung abgenommen werden kann. The refraction geophone is used to record seismic vibrations suitable location. Is z. B. the base plate connected to the ground 1 is moved in the vertical direction, the right end is also via the torsion bar 8 of the lever 6 moves up and down. In contrast, the inert seismic mass 7 searches at rest to stay, so that the lever 6 rotates around this. The moving coil 5 more or less with increased speed in relation to the leverage Immerse yourself in the magnet system 3 so that at the ends of the plunger coil winding 15 a voltage essentially proportional to the speed of the ground movement can be removed.

Bei schlagartigen Einwirkungen, wie sie z. B. während des Transportes auf das Geophon einwirken, kann sich der an seinen Enden mit der Grundplatte 1 verbundene Drehstab 8 an der Einspannstelle des Hebels 6 durchsenken, so daß die zylindrische Klemmhülse 11 an den Auflagerflächen der Widerlager 9 und 10 anliegt und so den Drehstab vor übermäßiger Beanspruchung schützt. In the event of sudden impacts, such as. B. during transport can act on the geophone, which is connected to the base plate 1 at its ends Lower the torsion bar 8 at the clamping point of the lever 6 so that the cylindrical Clamping sleeve 11 rests against the bearing surfaces of the abutments 9 and 10 and so the Torsion bar protects against excessive stress.

Da der Drehstab 8 als vorgefertigtes Teil angeliefert wird, ist eine Justiermöglichkeit zum Einstellen der Ruhelage des Hebels 6 erforderlich. Bei der Justiereinrichtung nach Fig.2 sind die Enden des Drehstabes 8 in teilweise mit einer Verzahnung 16 versehene Gleitlager 17 eingepreßt, welche in den Widerlagern 9, 10 befestigt sind. Außerdem ist eine Schnecke 18 geringer Steigung drehbar in den Widerlagern 9, 10 festklemmbar gelagert. Wie ohne weiteres ersichtlich, kann nach Lockerung der Klemmschrauben 19 und 20 durch Drehung der Schnecke 18 das freie Ende des Hebels 6 gehoben oder gesenkt werden. Since the torsion bar 8 is delivered as a prefabricated part, is a Adjustment option for setting the rest position of lever 6 required. In the Adjustment device According to FIG. 2, the ends of the torsion bar 8 are partially provided with a toothing 16 provided sliding bearings 17, which are fastened in the abutments 9, 10. In addition, a low pitch screw 18 is rotatable in the abutments 9, 10 clamped. As can be seen without further ado, after loosening the clamping screws 19 and 20 lifted or the free end of the lever 6 by rotation of the screw 18 be lowered.

Im Frequenzgang dieses Geophones für eine konstante erregende Geschwindigkeitsamplitude der Bodenbewegung kann oberhalb des normalen Frequenzbereiches für Refraktionsmessungen eine Resonanzüberhöhung auftreten. Diese ist durch eine Bewegungsform. bedingt, bei der der Drehstab 8 nicht nur als Drehfeder, sondern als Balken auf zwei Stützen mit mittiger Massenbelastung schwingt. Zur Unterdrückung dieser Bewegungsform kann im Bedarfsfall eine Stabilisierungsanordnung verwendet werden, wie sie als Beispiel einer möglichen Ausführungsform in der F i g. 3 dargestellt ist. In einem Teilstück der Klemmhülse 11 ist ein Schlitz angeordnet, in dem mittels der Schraube 23 eine Blattfeder 20 eingeklemmt ist. Die Federkonstante der Blattfeder 20 kann ohne Schwierigkeiten so gering gehalten werden, daß nur ein vernachlässigbarer Einfluß auf die Eigenfrequenz des Geophones vorhanden ist. Die Blattfeder 20 wird mit dem anderen Ende über die Druckfeder 27 und das Klemmstück 26 in ein Lagerstück 21 gedrückt gehalten, welches unter Druck einer Feder 22 an den Anschlägen 24 des Widerlagers 10 anliegt. Bei der Montage wird die Blattfeder 20 durch die Schraube 23 in der Ruhelage des Systems eingeklemmt. Die Schraube 23 ist durch die Bohrung 25 zugänglich. Die Kraft der Druckfeder 22 ist so zu bemessen, daß sie bei Betriebsbedingungen das Lagerstück 21 fest an die Anschläge 24 gedrückt hält, bei größeren Krafteinwirkungen jedoch in Richtung der Federachse nachgibt, so daß sich die Klemmhülse 11 an die Widerlager 9 und 10 anlegen kann. Ebenso ist die Federkonstante der Druckfeder 27 zu bemessen. In the frequency response of this geophone for a constant exciting speed amplitude the ground movement can be above the normal frequency range for refraction measurements an excessive resonance occur. This is through a form of movement. conditional, in which the torsion bar 8 not only as a torsion spring, but as a beam on two supports oscillates with a central mass load. To suppress this form of movement can if necessary, a stabilization arrangement can be used, as shown as an example one possible embodiment in FIG. 3 is shown. In one piece the clamping sleeve 11 is arranged a slot in which by means of the screw 23 a Leaf spring 20 is clamped. The spring constant of the leaf spring 20 can be used without difficulty can be kept so low that only a negligible influence on the natural frequency of the geophone is present. The leaf spring 20 is with the other end over the Compression spring 27 and the clamping piece 26 held pressed into a bearing piece 21, which rests against the stops 24 of the abutment 10 under the pressure of a spring 22. at the assembly is the leaf spring 20 by the screw 23 in the rest position of the system trapped. The screw 23 is accessible through the bore 25. The power of Compression spring 22 is to be dimensioned so that it supports the bearing piece under operating conditions 21 pressed firmly against the stops 24 holds, but with greater force yields in the direction of the spring axis, so that the clamping sleeve 11 is attached to the abutment 9 and 10 can create. The spring constant of the compression spring 27 is also to be measured.

Während der Messung wirkt die Blattfeder 20 als feste Stütze der Mitte des Drehstabes 8, so daß sich dieser nicht unter der Einwirkung der Meßkräfte durchbiegt. Bei Einwirkung größerer Kräfte wird dagegen die Blattfeder 20 jeweils von einem der Anschläge abgehoben, so daß die Vorteile der radialen Ausbiegbarkeit des Drehstabes 8 voll zur Wirkung gelangen. During the measurement, the leaf spring 20 acts as a firm support Center of the torsion bar 8, so that it is not under the action of the measuring forces sags. In contrast, when greater forces act, the leaf spring 20 is in each case lifted from one of the stops, so that the advantages of radial deflectability of the torsion bar 8 come fully into effect.

Claims

Claims: 1. Geophone with a seismic mass bearing Lever, which is resiliently rotatably mounted on one side with respect to the housing, thereby characterized in that the resilient element is designed as a torsion bar (8).

2. geophone according to claim 1, characterized in that the torsion bar (8) is attached with its ends on the base plate (9, 10) of the geophone and carries the lever (6) in its center.

3. geophone according to claim 1 or 2, characterized in that the Ends of the torsion bar (8) at least partially provided with a toothing (16) Plain bearings (17) are pressed in and that a screw (18) low pitch in the toothing engages.

4. geophone according to one or more of claims 1 to 3, characterized characterized in that the clamping point of the torsion bar (8) on the lever (6) through a vertically arranged leaf spring (20) is supported, which is in the measuring state fixed stops (21, 22, 26, 27) is held.