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Einrichtung zur Messung von Bodenschwingungen Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zur Messung von Bodenschwingungen, vorzugsweise mit mehreren auf
einer gemeinsamen Grundplatte angeordneten Seismometern, mit einer beweglich gelagerten,
federgefesselten Masse und elektrischen, wegproportional wirkenden Abgriffsmitteln
zur Ermittlung der Massenbewegung, deren elektrische Signale nach Verstärkung einer
Anzeigevorrichtung zugeführt sind.
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Derartige Einrichtungen sind zur vollständigen Erfassung der Bodenbewegung
im allgemeinen mit mehreren Seismometern, etwa zwei rechtwinklig zueinander angeordneten
Horizontalseismometern und einem Vertikalseismometer, ausgerüstet. Die Schwingungsdauer
der zu registrierenden Bodenbewegung erstreckt sich über einen weiten Bereich von
Bruchteilen von Sekunden bis zu mehreren Minuten. Bei Anwendung empfindlicher Meßgeräte
und hoher Verstärkungsgrade werden immer geringere Bodenbewegungen der Messung zugänglich.
Damit gewinnt das Problem der Femhaltung von messungsverfälschenden Störeintiüssen
an Bedeutung, und es müssen Wege gefunden werden, die Störungen auszuschalten oder
genügend klein zu halten. Sollen insbesondere langsam verlaufende seismische Vorgänge
wie Schwingungen der Erde, die sich über mehrere Minuten erstrecken, gemessen werden,
so treten als störende Faktoren vor allem Änderungen der Eigenschaften der mechanischen
oder elektrischen Teile infolge Temperatur-, Luftdruck- oder Feuchtigkeitsänderungen
sowie sehr langperiodische, sich über Stunden erstreckende seismische Bewegungen
in Erscheinung. Schließlich können auch dadurch Meßfehler entstehen, daß langsame
Änderungen in der Aufstellung der Seismometer eintreten. Das ist besonders bei mobilen
Seismometerstationen, bei denen die Prüfung der Standfestigkeit des Untergrundes
nicht immer sorgfältig genug erfolgen kann, zu befürchten.
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Es ist zwar bekannt, sehr langsame Anderungen des Meßwertes dadurch
zu eliminieren, daß geschwindigkeitsproportionale Abgriffsmittel benutzt werden.
Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil einer starken Frequenzabhängigkeit der
Anzeige: - Zur Vermeidung dieser Nachteile wird eine Einrichtung der obenerwähnten
Art vorgeschlagen, die sich durch ein von- Meßimpulsen der Abgriffsmittel gesteuertes-
Servosystem mit - Tiefpaßübertragungscharakter zur Stabilisierung der Nullstellung
kennzeichnet.
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Der Erfindungsgedanke kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden.
So ist es bei Horizontal-
seismometern möglich, die Störkraft durch Veränderung des
Aufhängepunktes der Seismometermasse, etwa indem das Servosystem über einen Motor
und ein Getriebe einen der Stativfüße verstellt, zu verändern. Die Kompensation
der'Störkraft kann jedoch auch durch eine vom Servosystem verstellbare Feder, die
an der Seismometermasse angreift, erfolgen, was .vor allem bei Vertikalseismometern
zweckmäßig ist.
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Weiter ist es zweckmäßig, den Tiefpaßübertragungscharakter des Servosystems
einstellbar veränderlich zu machen, z. B. um den Bereich der unterdrückten langperiodischen
Bodenbewegungen den jeweils vorliegenden Meßaufgaben anpassen zu können. Diese Anpassung
kann durch veränderliche RC-Glieder oder dadurch erfolgen, daß die Drehzahl des
Stellmotors variiert wird.
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Die Erfindung soll an Hand der F i g. 1 bis 5, die Ausführungsbeispiele
zeigen, erläutert werden.
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F i g. 1 und 2 zeigen Aufbau und elektrische Schaltung eines erfindungsgemäß
ausgebildeten Vertikalseismometers; in F i g. 3 ist der Aufbau eines üblichen Horizontalseismometers
schematisch dargestellt; Fig.4 zeigt die Anordnung der Seismometer bei einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Seismometerstation mit zwei Horizontalseismometern und F i g. 5 die
dieser Anordnung entsprechende elektrische- Schaltung.
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In F i g. 1 ist mit 1 ein Seismometerarm bezeichnet, der über ein
Federgelenk 2 an einem Befestigungsgalgen 3 aufgehängt ist. Er trägt an seinen Enden
einen Auftriebskörper 4 bzw. eine Dämpfungsplatte5. Mit 6 ist ein Dämpfungsmagnet
und mit 7 ein induktiver Abgriff zur Messung der Stellung des Seismometerarms -
bezeichnet. Am Seismometerarm greift eine am Galgen 3 befestigte Hauptfeder 8 sowie
eine Hilfsfeder 9 an, wobei die andere Einspannstelle
der Hilfsfeder
9 über eine Spindel 10 verstellbar ist. Mit 11 ist ein Getriebe und mit 12 ein Motor
zur Verstellung der Einspannstelle der Hilfsfeder 9 über die Spindel 10 bezeichnet.
13 kennzeichnet die Grundplatte der Anordnung.
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In F i g. 2 ist schematisch die elektrische Schaltung der Anordnung
nach Fig. 1 dargestellt Mit 7 ist wieder der induktive Abgriff bezeichnet. Die abgegriffenen
Signale werden einem Verstärker 20 und dann einem RC-Glied 21 zugeführt, das die
Aufgabe hat, kurzperiodische Schwingungen kleiner als etwa 0,4 Sekunden zu unterdrücken.
Nach weiterer Verstärkung im Verstärker 22 gelangen die Impulse einerseits zur Registriervorrichtung
23, wo sie zur Anzeige und Aufzeichnung gebracht werden, andererseits zu einem weiteren
RC-Glied 24. Dieses Dämpfungsglied eliminiert alle Schwingungen mit Perioden, die
kleiner als etwa 400 Sekunden sind.
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Die verbleibenden Impulse, die die unerwünschten langperiodischen
Veränderungen enthalten, werden nach erneuter Verstärkung in einem Verstärker 25
dem Stellmotor 12 zugeführt und üben über das Getriebe 11, Spindel,10 und Hilfsfeder
9 (vgl. F i g. 1) eine Verstellkraft auf den Seismometerarm 1 in dem Sinne aus,
daß die Wirkung der langperiodischen Schwingungen eliminiert wird. Die damit gegebene
Rückwirkung auf die induktiven Abgriffsmittel 7 ist durch eine gestrichelte Linie
angedeutet Bei Horizontalseismometern ist die erfindungsgemäße Stabilisierung der
Nullstellung zweckmäßigerweise durch Beeinflussung der Aufstellung erreichbar, wie
in einem weiteren Ausführungsbeispiel an Hand der F i g. 3 bis 5 gezeigt werden
soll.
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Fig.3 zeigt schematisch den Aufbau eines üblichen Horizontalseismometers.
Mit 31 ist eine Grundplatte bezeichnet, auf der ein Befestigungsgalgen 32, ein induktiver
Abgriff 33 und ein Dämpfungsmagnet 34 befestigt sind. Am Galgen 32 ist über Federgelenke
35, 36 ein Seismometerarm 37, dessen Schwingungen mit Hilfe des induktiven Abgriffs
33 erfaßbar sind, angebracht. An seinem Ende trägt er eine Platte 38, die mit dem
Magneten 34 zusammen der Schwingungsdämpfung dient. Horizontale Schwingungen, die
das Seismometer in Richtung senkrecht zur Zeichenebene treffen, bringen den Seismometeraim
zum Schwingen und erzeugen damit Impulse am induktiven Abgriff 33, die zur Anzeige
nachgeschalteten elektrischen Einrichtungen, wie weiter unten dargestellt, zugeführt
werden.
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Zur Erfassung der Horizontalschwingungen nach zwei Koordinaten sind
üblicherweise zwei derartige Seismometer rechtwinklig zueinander angeordnet.
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Eine derartige Anordnung mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der
Einrichtung ist in der Fig.4 dargestellt. In F i g. 4 ist mit 40 eine Grundplatte,
die mit einer festen Fußschraube 41 sowie zwei veränderlichen Fußschrauben 42 und
43 versehen ist, bezeichnet. Mit 45 und 46 ist die Lage zweier Horizontalseismometer
angedeutet. 47 ist ein Motor, der zur Verstellung der Fußschraube 42 über ein Getriebe
41 dient. 48 ist ein weiterer Motor, mit dem die Fußschraube 43 über ein Getriebe
49 verstellbar ist.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung soll an Hand
des elektrischen Schaltungsschemas nach Fig.5 erläutert werden. Mit 50 und
60 sind
die induktiven Abgriffe der Seismometer 45 und 46 (vgl. F i g. 4) bezeichnet. 51,
53 und 56 sowie 61, 63 und 66 bezeichnen Verstärkerstufen. 52 sowie 62 sind RC-Glieder
zur Aussiebung kurzperiodischer Schwingungen unter 0,4 Sekunden. 54 sowie 64 sind
Anzeige oder Registriergeräte zur Darstellung der Meßwerte der Seismometer. 55 sowie
65 bezeichnen RC-Glieder zur Unterdrückung aller Schwingungen mit Schwingungsdauern
unter 400 Sekunden. Die langperiodischen Impulse, die vom induktiven Abgriff des
Seismometers 45 kommen, werden auf diese Weise dem Motor 48 zugeführt, der über
das Getriebe 49 die Fußschraube 43 in dem Sinne verstellt, daß die unerwünschte
langsame Verstellkraft am Seismometer 45 aufgehoben wird. Entsprechendes gilt für
die Impulse der Abgriffsmittel des Seismometers 46, die über Motor 47 und Getriebe44
zur Verstellung der Fuß schraube 42 herangezogen werden.
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Selbstverständlich kann die Anordnung der Horizontalseismometer nach
F i g. 4 durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes - Vertikalseismometer entsprechend
der Darstellung nach F i g. 1 zu einer vollständigen Seismometerstation erweitert
werden. Zweckmäßigerweise wäre das Vertikalseismometer dann diagonal zu den Horizontalseismometern
anzuordnen.