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ELEKTRODYNAMISCHER ERDBEBENMESSER
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf geophysikalische Geräte, insbesondere
auf hochempfindliche tragbare elektrodynamische Erdbebenmesser, die zur Benutzung
sowohl in Tieflöchern, als auch auf der Erdoberfläche zur Erfassung schwacher und
entfernter saismatiecher Signale zur Verminderung; der Störungen und Aussonderung
des Nutzsignals bestimmt sind.
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Die bekannten elektrodynamischen Erdbebenme sser enthalten zwei koaxiale
Magnetsysteme, von welchen das eine System. das als träge Masse ausgebildet ist,
von dem anderen System durch das in den Spalten beider Magnete mit den in diesen
untergebrachten Spulen erzeugte Streufeld abgestoßen wird (siehe zum Bespiel Urheberschein
N°142780, Klasse 42 C, 42, 1961).
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Die erwähnten elektrodynamischen Erdbebenmesser arbeiten nur auf
einer festen Frequenz, da die Eigenfrequenz der trägen Masse durch deren Gewicht
bestimmt wird und sich nicht ändern kann, wodurch der Anwendungsbereich dieser Erdbebenmesser
begrenzt wird. Ueber hinaus sind die Spulenwicklungen nicht zum Einsatz bei hohen
Temperaturen geeignet.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die erwähnten Mängel zu
beseitigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen elektrodynamischen
Erdbebengeber zu schaffen, der bei Temperatur.
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änderungen von - 80 bis +130°C ohne Anwendung irgendwelch@@ Kompensationseinrichtungen
funktionsfähig ist, keine mit der Elastizitätsswelle verbundene Schwingungsbegrenzung
hat, was
kennzeichnend für Schwingungssysteme ist, wo als Aufhängung
der trägen Masse verschiedenartige Federn Verwendung finden, und die Gewinnung niederfrequenter
seismischer Signale mit deren Distanzänderung beim insatz des Gerätes unter hohen
und niedrigen Temperaturen in Tieflöchern ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird mit Hilfe eines elektrodynamischen Erdbebenmessers
gelöst, der zwei koaxiale Magnetsystême enthalt, vonwelchen das eine als träge Masse
ausgebildete System1 von dem anderen System durch das in den Spalten beider Magnetsysteme
mit den in diesen untergebrachten Spulenwicklungen erzeugte Streufeld abgestoßen
wird, bei dem gemäß der Erfindung zwei koaxiale Magnete angeordnet sindg von welchen
der eine zum Halten des als trage ,Masse dienenden Magnetsystems in neutraler Nullage
und der andere zur Anderung der Eigenperiode und der Ausschwingperiode des gleichen
Systems bestimmt istt Zweckmäßig ist es, beide Magnete am Gehäuse des Erdbebengebers
parallel zu den beiden Magnetsystemen verstellbar derart anzuordnen, daß einer von
diesen nur mit dem als träge Masse dienenden Magnetsystem und der andere mit den
beiden Systemen in Wechselwirkung steht.
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Beide Magnete werden vorzugsweise in Innern des als träge Masse dienenden
Magnetsystems derart angeordnet9 daa es möglich ist diese an der Achse des Erdbebenmessers
entlang zwecks Zusam menwirkung mit diesem Magnetsystem zu verstellen.
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Dank solcher konstruktiven Ausführung ist es gelungen, einen niederfrequenten
elektrodynamischen Erdbebenmesser zu schaffen, der einen leistungsstarken Umsetzer
hat, welcher den Einsatz des
Gerätes in Bohrlöchern ohne Signalvorverstärkung
ermöglicht, und der fähig ist, bei Umgebungstemperaturen von -8Q bis +130°C zu arbeiten.
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Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung konkreter
Aüsführungsbeispiele und anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 = eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen
Erbebenmessers (Längsschnitt); Fig. 2 eine weitere Ausführungsvariante des Erdbebenmessers
(Längsschnitt).
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Der erfindungsgemäße elektrodynamische Erdbebenmesser nach der ersten
Ausfübr':ingsvariante enthalt im Gehäuse 1 (Fig. 1) zwei koaxial angeordnete Magnetsysteme
(oberes und unteres), von welchen das eine (obere) System als träge Masse dient.
Bei Magnetsysteme bestehen aus Magneten 2 und 3 und den Magnetleitungen 4 und 5.
Die Wicklungen der Spulen 6 und 7 des oberen und unteren Magnetsystems sind entsprechend
in den Spalten des unteren und des oberen Magnetsystems untergebracht.
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Die Spule 7 sitzt auf der Achse 8 des Erdbebenmessers, während die
Spule 6 an dem Magnetleiter angeordnet ist.
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Am Gehäuse @ sind parallel zu beiden Magnetsystemen die koaxialen
Ringmagneten 9 und 10 verstellbar angeordnet. Magnet 9 ist zum Halten des oberen
Magnetsystems in Nullstellung und der als Astasierungsmagnet ausgeführte Magnet
10 - zur Änderung der Eigenperiode und der Ausschwingperiode des gleichen Systems
bestimmt.
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Der Ringmagnet 9 dient als Rauptmagnetfeder, die das obere Magnetsystem
abstützt. Da dieses System genau in der Mitte angeordnet ist, so ist die Kraft der
Wechselwirkung zwischen dem System und dem Magneten 9 am ganzen Umfang gleich.
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Dadurch ist es möglich die träge Masse ohne Benutzung einer Dänpfungswicklung
zu halten, eine stufenlose Regelung und eine recht niedrige Eigenfrequenz des Systems
zu gewährleisten.
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Darüber hinaus wirken die elastischen Kräfte der Scheiben 11 in der
zur Bewegungsachse der trägen Masse senkrechten Richtung und reichen dazu aus, diese
bei Schlägen, Stößen usw.
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in die Arbeitsstellung zurückzuführen.
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Die Herabsetzung der Eigenfrequenz der trägen Masse wird dadurch
erreicht, daß das Magnetfeld des Astasierungsmagneten 10 mit dem Streufeld des oberen
und unteren Magnetsystems, die sich gegenseitig abstoßen (Polarität N-N), zusammenwirkt,
wodurch die die träge Masse haltende Rückstellkraft vermindert und folglich die
Eigenperiode der trägen Masse vergrößert wird.
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Die Gesamtregelung der ligenperiode und der Ausschwingperiode wird
durch Verstellen der Magneten gegenüber den Magnetsystemen erreicht.
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Bei der zweiten Ausführungsvariante des Erdbebenmessers sind die
Magneten 91 und io1 (fig. 2) innerhalb des oberen Magnetsystems an der Achse 8 entlang
verstellbar angeordnet.
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Eine solche Anordnung der Magnete gestattet es, die Abmessungen des
Gerätes wesentlich zu vermindern, seine Empfindlichkeit zu erhöhen und den Auswand
an Magnetmaterial für diese Magnete herabzusetzen.
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Außerdem verstärkt Magnetfeld 91 das Feld des Magneten 2. Dies führt
zur Erhöhung des Magnetflusses im Spalt des oberen Magnetsystems, was entsprechend
die EMK in den Windungen der in diesem Spalt untergebrachten Spule 7 erhöht.
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Die Senkung der Eingenfrequenz der trägen Masse wird dadurch erreicht,
daß das Magnetfeld des Astasiermagneten 101 mit dem Streufeld des oberen Magnetsystems,
die sich gegenseitig abstoßen (Polarität N-N), zusammenwirkt, wodurch die die träge,
Masse haltende Rückstellkraft mindert und folglich die Eigenperiode der trägen Masse
vergrößert wird. Bei dieser Ausführung ändert sich die Eigenperiode der trägen Masse
von 0,5 bis 1,5 sec Die Gesamtregelung der Eigenperiode und der Ausschwingperiode
wird durch Verstellen der Magnete 91 und 101 gegenüber dem oberen Magnetsystem erreicht.
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Die Änderung der Eirgenperiode der trägen Masse wird durch Distanzverstellung
der Magnete 10 bzw. 10 entlang dem Gehäuse 1 und der Achse 8, beispielsweise unter
Zuhilfenahme eines Umsteuermotors bzw, durch An#egen einer Gleichspannung an die
Wicklung der Spule 7 erreicht. Das in der Wicklung von Spule 7 entstehende elektromagnetische
Feld wirkt mit dem Magnetfeld des Magnetsystems zusammen, wobei es Letzteres Je
nach Größe und Vorzeichen der angelegten Spannung abschwächt oder verstärkt, was
zur Schwächung bzw. Verstärkung des die träge Masse stützenden Magnetfeldes und
somit zur Vergrößerung bzw. Verminderung der Eigenperiode führt.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Erdbebenmessers nach der
ersten Ausführungsvariante ist folgendes
Die träge Masse wird in
der neutralen Nullstellung durch den Magneten 9 gehalten und stößt sich von dem
unteren Magnet-System ab. Die vorgegebene Eigenperiode und Ausschwingperiode wird
durch die Lage des Astasiermagneten 10 gesichert. Unter der Wirkung der an den Körper
1 (beispielsweise unten) angelegten Verstellungskräfte, verschiebt sich die träge
Masse, die ihre ursprüngliche Lage beizube#halten sucht, gegenüber dem Gehäuse 1
nach unten. Hierbei verschiebt sich die Spule 6 im Spalt des unteren Magnetsystems
ebenfalls nach unten. Spule 7 verschiebt sich zusammen mit Gehäuse 1 gegenüber dem
oberen Magnetsystem nach oben.
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fr Die äußere Anordnung der Magnete 9 und 10 sichert die Reaktion
der trägen Masse auf die geringsten Änderungen des Magnetfeldes der Magnete 9 und
10, wodurch es möglich ist, das Gerät als Seismomagnetometer zu benutzen.
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So, zum Beispiel, wird das Gerät beim Herunterlassen in das Bohrloch
die Stoßstellen der Rohre, bzw. das Vorliegen von erzhaltigen und ferromagnetischen
Körpern nach der Eigenfrequenz-@änderung der trägen Masse anzeigen.
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Die Wirkungsweise.des Erdbebenmessers nach der zweiten Ausführungsvariante
ist pratkisch der Wirkungsweise desselben nach der ersten Ausführungsvariante änhnlich0
Der Unterschied besteht lediglich darin, daß das Magnetfeld des Magneten 91 das
Magnetfeld des Magnete i) verstärkt und <erhöht> dadurch den Magnetfluß im
Spalt des oberen Magnetsystems<>, wo die Spule 7 untergebracht ist. Durch
Verstellung des Magneten 91 nach oben und nach unten wird die träge Masse in die
uliste1lung gebrachte
Magnet 10 wird mit Hilfe eines Elektromotors(nicht
gezeigt) nach oben bzw, nach unten verstellt. Durch Verstellen des Magnet ten 101
wird der A stasierungsvorgang, d.h. die Vergrößerung bzw.
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die Verminderung der Eigenperiode der trägen Masse gewährleistet.
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Der Astasierungsvorgang ist mit der Arretierung und Entarretierung
des Gerätes verbunden. Die Vorsprünge an dem Magnet en 101 arretieren in unterer
Stellung das Gerät beim Herunterlassen in das Bohrloch bzw. beim Transport. Bei
der Entarretierung lassen die Vorsprünge 12 die träge Masse frei, während sich der
Magnet nacb oben bewegt.
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Beim Heben und Senken des Magneten 101 wird die Eigenfreqenz der
trägen Masse geändert und das Gerät auf die Sollparameter eingestellt.
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Der erfindungsgemäße Erdbebenmesser enthält keine Spiralfedern, wodurch
es möglich ist, diesen in tiefen Bohrlöchern zur Registrierung und Erfassung von
entfernten Elosionen ohne zusätzlichen Verstärker zu benutzen. Die hohe Stabilität
des Gerätes gestattet es dieses zur Massengruppierung zu benutzen, wo <sehr wichtig>die
Identizität und Konstanz der Parameter <> ist.
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Das Gerät ist' bei Temperaturen von - 80 bis +130°C funktionsfähig.
Die Benutzung des Gerätes bei noch höheren Temperaturen ist durch die Wicklungsdrahtisolation
begrent. Bei Verwendung einer wärmefesten Drahtisolation kann das Gerät bei einer
Tempert tur von +2500C benutzt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Erdbebengeber ist die Elastizitätsschwelle
der Aufhängung der trägen Masse herabgesetzt, wodurch es möglich ist, die Verstärkung
der empfangenen seismischen Signale beträchtlich zu erhöhen.