DE1234037B - Einrichtung zur Messung von Bodenschwingungen - Google Patents

Einrichtung zur Messung von Bodenschwingungen

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DE1234037B
DE1234037B DE1964C0034201 DEC0034201A DE1234037B DE 1234037 B DE1234037 B DE 1234037B DE 1964C0034201 DE1964C0034201 DE 1964C0034201 DE C0034201 A DEC0034201 A DE C0034201A DE 1234037 B DE1234037 B DE 1234037B
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Germany
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servo system
mass
seismometers
gear
seismometer
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Pending
Application number
DE1964C0034201
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Reinhard Schulze
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Continental Elektronidustrie AG
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Continental Elektronidustrie AG
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/16Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
    • G01V1/18Receiving elements, e.g. seismometer, geophone or torque detectors, for localised single point measurements
    • G01V1/181Geophones

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung soll an Hand der F i g. 1 bis 5, die Ausführungsbeispiele zeigen, erläutert werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zur Erfassung der Horizontalschwingungen nach zwei Koordinaten sind üblicherweise zwei derartige Seismometer rechtwinklig zueinander angeordnet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Messung von Bodenschwingungen mit einer beweglich gelagerten, federgefesselten Masse und elektrischen, wegproportional wirkenden Abgriffsmitteln zur Ermittlung der Massenbewegung, deren elektrische Signale nach Verstärkung einer Anzeigevorrichtung zugeführt sind, vorzugsweise Einrichtung mit mehreren auf einer gemeinsamen Grundplatte angeordneten Seismometern, gekennzeichnet durch ein von Meßimpulsen der Abgriffsmittel (7, 33) gesteuertes Servosystem mit Tiefpaßübertragungscharakter zur Stabilisierung der Nullstellung.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Servosystem über einen Motor (47, 48) und ein Getriebe (44, 49) den Aufhängepunkt der Masse verstellt.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Servosystem über einen Motor (12), ein Getriebe (11) und eine Feder (9) eine Kraft auf die Masse ausübt.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit zwei Horizontalseismometern, die rechtwinklig zueinander auf einer mit zwei verstellbaren Fußschrauben versehenen Grundplatte angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Servosystem über ein Getriebe (44, 49) eine Verstellung der Fußschrauhen42, 43) in dem Sinne bewirkt, daß eine langsame Nullpunktverschiebung kompensiert wird.
  5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefpaßcharakter des Servosystems veränderbar und einstellbar ist.
  6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Ausbildung als transportable Seismometerstation.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0100785A1 (de) * 1982-08-13 1984-02-22 International Business Machines Corporation Hochleistungsvibrationsfilter

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