DE2852565A1

DE2852565A1 - Geophon mit einer dauermagnet-anordnung

Info

Publication number: DE2852565A1
Application number: DE19782852565
Authority: DE
Inventors: Eugene F Florian; Samuel Edward Haggard; Travis Edward Riley
Original assignee: Mark Products Inc
Current assignee: Mark Products Inc
Priority date: 1978-04-27
Filing date: 1978-12-05
Publication date: 1979-10-31
Also published as: GB2022359A; FR2424550A1; BE875235A; NL7901771A

Description

Die Erfindung betrifft Geophone und insbesondere Geophone bzw. Seismographen, bei welchen eine sich bewegende Spule in einem Magnetfeld verwendet wird, um Erdbewegungen zu messen bzw. aufzuzeigen.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist für jedes Geophon bzw. jedes Seismometer verwendbar, bei welchem eine in einem Magnetfeld bewegbare Spule zum Messen der Erdbewegungen Verwendung findet. Geophone dieser Konstruktion werden im allgemeinen als elektromagnetische Geophone bezeichnet. Sie bestehen aus einer Spule und aus einem Magneten, von welchen ein Teil bezüglich der Erde fixiert ist, während das andere Teil an einer Feder aufgehängt ist und bezüglich des an Erde fixierten Elementes Relativ-Bewegungen ausführen kann. Jede Relativ-Bewegung zwischen der Spule und dem Magneten, hervorgerufen durch die Bewegung der Erde und durch die Trägheit des bewegbaren Elementes, ruft eine elektromotorische Kraft an der Klemme der Spule hervor, wobei diese Kraft proportional zur Geschwindigkeit der Bewegung ist. Im allgemeinen bildet die Spule das trägheitsbehaftete Element. Der Spulenträger, auf welchen eine Spule aufgewickelt ist (der Spulenträger und die Spulen-Anordnung werden gewöhnlich als Spulenmasse bezeichnet), wird im Geophongehäuse mittels Federn getragen. Gewöhnlich sind die Federn als federnde Tragsterne ausgebildet, welche auch Ringform oder Scheibenform besitzen können, und welche sich insbesondere eignen, die ringförmige Spulenmasse zu tragen» Der das Magnetfeld erzeugende Magnet ist gewöhnlich innerhalb der ringförmigen Spulenmassen-Anordnung angeordnet und ist relativ zum Gehäuse des Geophons fixiert» Die Empfindlichkeit derartiger Geophone hängt von der Stärke des Magnetfeldes ab, durch welches sich die Spule bewegt, und natürlich auch von der Anzahl der Spulen¹ xdLcklungen.

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Polstücke und andere Elemente eines gegenüber dem Magnetfluß stark durchlässigen Materials befinden sich in einer Position, in welcher sie das Magnetfeld des Magneten in der erwünschten Richtung leiten; indessen besteht immer ein Luftspalt, durch welchen sich das Magnetfeld des Magneten bewegen muß, wenn es den Magneten verläßt. Der Magnetfluß, welcher in einen Luftspalt eintritt, nimmt im allgemeinen einen größeren Flächenbereich ein, als er in einem hochpermeablen Metall einnehmen würde» Infolgedessen besteht ein Ausfransen oder Streuen des Flusses, derart, daß eine Flußleckage auftritt und eine Reduzierung der Stärke des Magnetfeldes in Kauf zu nehmen ist, durch welches sich die Spule bewegt.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, das Magnetfeld des Geophons so zu formen, daß die Flußdichte des Feldes, durch welches sich die Spule bewegt, erhöht und entsprechend das Ausgangssignal des Geophons verstärkt wird.

Erfindungsgemäß wurde ein Geophon mit Magneten geschaffen, welche so angeordnet sind, daß das durch das Geophon erzeugte Magnetfeld durch die besondere Position der Magneten derart geformt wird, daß die Flußdichte in dem Bereich verstärkt wird, in welchem sich die Spule oder Wicklung des Geophons bewegt. Das Geophon besitzt mehrere Magneten, welche so angeordnet sind, daß sie die Magnetfelder der Magneten anziehen und - oder abstoßen, um auf diese Weise die Dichte des Flusses zu erhöhen, welcher den Bereich der Position der Spule quert.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.

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Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen
Geophons bei Verwendung der Abstoß-Eigenschaften des
Magneten zum Zwecke der Formung des Magnetflusses, welcher die Spule des Geophons passiert;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. 5 ist eine Schnittansicht einer v/eiteren Ausführungsform des Geophons nach der Erfindung.

In den Figuren 1-5 sind Schnittansichten verschiedener Ausführungsformen erfindungsgemäßer Geophone dargestellt; bei diesen Ausführungsformen sind die Magneten so angeordnet,
daß sie das Magnetfeld des Geophons formen, derart, daß die Flußdichte des Feldes in dem Bereich verstärkt wird, durch welchen sich die Spule des Geophons bzw. Seismographen bewegt.

Gemäß Fig. 1 ist ein ringförmiges Gehäuse 10 an jedem Ende mittels Teilen 11 und 12 geschlossen= Die Enden des Gehäuses sind über die Endteile gebördelt, um sie gemäß Darstellung in ihrer Position zu halten. O-Ringe 13 und 14 dichten die Innenseite des Gehäuses 10 ab= Die Spulen-Anordnung 15 umfaßt ringförmige Spulenträger 16 und Wicklungen bzw. Spulen 17

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und 18, welche auf den Spulenträger aufgewickelt sind. Die Spulen- oder Wicklungsanordnung 15 wird an den Endteilen 11 und 12 mittels federnder Tragkreuze oder Tragsterne 19 und 20 gehaltert. Die Tragsterne ermöglichen es, daß sich die Spulen-Anordnung relativ zum Gehäuse und zu den Endteilen, entlang der Längsachse des Geophon-Gehäuses bewegen kann.

Zwischen den Endteilen 11 und 12 befindet sich ein Dauermagnet 22. polstücke 23 und 24 befinden sich zwischen den Enden des kreisförmigen Querschnit-tfoesitzenden Magneten und den Endteilen. Vorzugsweise bestehen die Polstücke aus einem Material, welches gegenüber einem Magnetfluß hochdurchlässig ist. Die Polstücke 23 und 24 sind in herkömmlicher Weise ausgerichtet, um das durch den Magneten 22 erzeugte Magnetfeld in Richtung des Luftspaltes zwischen den Polstücken und dem Gehäuse 10 zu leiten, wo sich die Spulen 17 und 18 befinden. Das durch den Magneten 22 erzeugte Magnetfeld bewegt sich in allen Richtungen durch die Polstücke und aus den Polstücken, so daß eine nach außen gerichtete Streuung des Flusses nach Verlassen des Magneten entsteht.

Gemäß der Erfindung befinden sich Magneten 26 und 27 in den Endstücken 11 und 12, um das Magnetfeld der Magneten so zu formen, daß die Flußdichte im Luftspalt, durch welchen sich die Spulen bewegen, weiter vergrößert wird. Gemäß der dargestellten Äusführungsforin sind die Magneten 26 und 27 mit ihren Polen so angeordnet, daß sie den angrenzenden Polen des Magneten 22 gegenüberliegen. In anderen Worten, der Nordpol des Magneten 26 liegt dem Nordpol des Magneten 22 gegenüber, während der Südpol des Magneten 27 dem Südpol des Magneten 22

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gegenüberliegend ausgerichtet ist. Mit Hilfe dieser Anordnung wird der aus dem Magneten 22 stammende und in diesen zurückkehrende Magnetfluß durch die Magnetfelder der Magneten 26 und 27 abgestoßen und seitlich abgedrängt, wie durch die gestrichelten Linien dargestellt ist. Das Magnetfeld erstreckt sich dabei durch das Polstück 23 in den Luftspalt, in welchem sich die Spule 17 befindet, dann durch das Gehäuse 10 und zurück durch den Luftspalt, in welchem sich die Spule 18 befindet, derart, daß der Magnetfluß im Polstück 24 endet. Es wird dadurch eine beträchtliche Zunahme der Flußdichte im Luftspalt im Bereich der Spulen und folglich eine Zunahme des Ausgangssignals des Geophons oder Seismographen erzielt. Bei dieser Ausführungsform nach der Erfindung wird das Magnetfeld des Geophons bei Verwendung · des Abstoßeffekts der Magneten geformt, um eine Zunahme des Flusses im Bereich der Geophon-Spulen herbeizuführen.

Die Ausführungsformen nach den Figuren 2-5 sind im wesentlichen in gleicher Weise aufgebaut wie die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform, weshalb eine ins einzelne gehende Beschreibung entbehrlich ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird das Magnetfeld des Geophons durch die Anordnung der Magneten geformt, wobei man sich des gleichen Abstoßeffekts bedient, um eine Zunahme der Flußdichte in dem Luftspalt herbeizuführen, in welchem sich die Wicklung oder Spule befindet. Bei dieser Ausführungsform sind die Magneten 30 und 31 so angeordnet, daß sich ihre Magnetfelder anziehen und das Magnetfeld in dem Luftspalt erzeugen, in welchem sich die Spulen 32 und 33 des Geophons befinden. Die Magnete 34 und 35 sind mit ihren Polen so angeordnet, daß sie dem durch die Magneten 30 und 31 erzeugten

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Feld entgegenstehen und, wie vorstehend erklärt ist, das durch die Magneten 30 und 31 erzeugte Magnetfeld seitlich gerichtet durch den Luftspalt verlagern, in welchem sich die Spulen 32 und 33 befinden. Wiederum wird die Flußdichte in den Bereichen verstärkt, in welchen sich die Spulen befinden und durch welche sich diese bewegen, derart, daß das Ausgangssignal des Geophons verstärkt ist.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Verwendung von Magneten dargestellt, welche mit ihren Feldern in entgegengesetzten Positionen stehen/ um das Magnetfeld des Geophons so zu formen, daß die Flußdichte in dem durch die Spule eingenommenen Raum erhöht wird. Bei dieser Ausführungs-

der
form nach Erfindung besitzt das Geophon bzw. der Seismograph eine Wicklung 40. Die Magneten 41 und 42 befinden sich an den entgegengesetzten Seiten des Polstücks 43, wobei ihre Pole entgegengesetzt gerichtet sind, also gleichnamig aufeinander ausgerichtet liegen, derart, daß die Magnetfelder jedes Magneten durch den anderen Magneten abgestoßen werden, mit dem Ergebnis, daß die vereinten Magnetfelder der Magneten seitlich durch das Polstück 43 in den Luftraum bewegt werden, in welchem sich die Spule 40 befindet. Als Folge ist eine durch die Magnetfelder der beiden Magneten erzeugte Zunahme der Flußdichte im Bereich der Spule vorhanden.

Die Ausführungsformen nach den Fig. 4 und 5 arbeiten mit Anziehung zwischen entgegengesetzten Polen der Magneten, um das Magnetfeld zur Erhöhung der Flußdichte im Bereich des Spaltes zu verstärken, in welchem sich die Spulen oder Wicklungen befinden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind Spulen 46 und 47 unter Abstand in einem ringförmigen

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Luftspalt 48 angeordnet, welcher den Magneten 49 umgibt. Polstücke 50 und 51 aus hochpermeablem Material sind an den entgegengesetzten Enden des Magneten 49 angeordnet. Vorzugsweise sind die Endteile 52 und 53 aus einem Material gefertigt, welches sehr geringe Durchlässigkeit gegenüber dem Magnetfluß besitzt, derart, daß die Neigung besteht, daß der Magnetfluß des Magneten 49 seitlich von den Polen durch die Polstücke verläuft. Ein ringförmiger Magnet 54 befindet sich bezüglich des Magneten 49 auf der entgegengesetzten Seite der Spulen 46 und 47. Ringförmige Polstücke 55 und 56 aus hochdurchlässigem Material befinden sich auf den entgegengesetzten Seiten des ringförmigen Magneten 54. Der ringförmige Magnet 54 ist so angeordnet, daß seine Pole entgegengesetzte Positionen gegenüber denjenigen des Magneten 49 besitzen. So ist bei der dargestellten Ausführungsform der Nordpol des Magneten 49 am oberen Ende und der Südpol des Magneten 54 ist gemäß Fig. nach oben gerichtet angeordnet. Mit Hilfe dieser Anordnung ziehen sich die Magnetfelder der beiden Magneten einander an, wobei die Position des Magneten 54 zur Folge hat, daß der Magnetfluß des Magneten 49 vom Polstück 50 zum Polstück 55 gezogen, und dann der Kreis durch das Polstück 56 zum Polstück 51 und zurück zum Südpol des Magneten 49 geschlossen wird. Dies führt zu einer Zunahme der Flußdichte im Spalt 48, in welchem sich die Spulen bzw. Wicklungen 46 und 47 befinden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 wird eine Anordnung verwendet, welche denjenigen nach Fig. 4 ähnelt. Es sind

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zwei längliche Spulen 60 und 61 unter Abstand in einem Luftspalt 62 bewegbar geführt. Der Luftspalt erstreckt sich ringförmig um den in der Mitte angeordneten Magneten 63. Die Polstücke 64 und 65 von starlääurchlässigem Material sind an den entgegengesetzten Enden des Magneten 63 in gleicher Weise angeordnet, wie dies für Fig. 4 gilt. Um den Luftspalt 62 und die Spulen 60 und 61 erstrecken sich zwei ringförmige Magneten 66 und 67. Diese Magneten sind magnetisiert, derart, daß sich ein Pol nahe der Innenfläche des ringförmigen Magneten befindet, während der andere Pol sich nahe der Außenfläche des Magneten befindet, wie dies aus Fig. 5 hervorgeht. Ein ringförmiger Abstandshalter bzw. ein Polstück 68 von stark durchlässigem Material befindet sich zwischen den Magneten. Wie im Falle der Ausführungsform nach Fig. 4 sind die Pole der Magneten so angeordnet, daß sie die Neigung besitzen, einander anzuziehen und das durch die Magneten erzeugte Magnetfeld zu verstärken. So befindet sich beispielsweise nach Fig. 5 der Nordpol 63 im oberen Ende des Magneten, während sich der Südpol am unteren Ende befindet» Der Südpol des Magneten 66 ist so angeordnet, daß er den vom Nordpol des Magneten 63 austretenden Magnetfluß anzieht und eine Anziehung durch den Luftspalt 62 und durch den.durch die Spule 60 eingenommenen Raum ausübt. In gleicher Weise ist der Nordpol des Magneten 67 so angeordnet, daß die Flußbahn zwischen dem Südpol des Magneten 63 und dem Magneten 67 so geformt ist, daß ein Magnetfluß durch den durch die Spule 61 eingenommen Luftspalt besteht, derart, daß in beiden Fällen eine Zunahme der Flußdichte dort im Luftspalt auftritt, wo sich die Spulen befinden. Demgemäß wird ein verbessertes Ausgangssignal . des Geophons erzielt. .

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1J Geophon mit einer Dauermagnet-Anordnung und einer Spule, welche durch das Magnetfeld der Magnet-Anordnung bewegbar ist, um ein Signal zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnet-Anordnung wenigstens zwei Magneten enthält, welche so angeordnet sind, daß sie ein Magnetfeld bilden, durch welches sich die Spule bewegt, und daß die Magnetpole der Magneten so angeordnet sind, daß die Flußdichte des Magnetfeldes verstärkt wird, durch welches sich die Spule relativ zum Magneten bewegt.

2„ Geophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnet-Anordnung drei Magneten enthält, welche unter Abstand in axialer Fluchtung so angeordnet sind, daß ihre jeweils angrenzenden Pole gleiche Polarität besitzen,, um die Felder der Magneten seitlich bezüglich der Pole durch die Bahn der Spule verlaufend zu versetzen.

3ο Geophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß die Magnet-Anordnung mehrere axial fluchtende Magneten enthält^ daß zwei

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Paare der Magneten einen gegenseitigen Abstand besitzen, derart, daß Pole gleicher Polarität einander gegenüberstehen, um die Flußlinien der Magnetfelder der Magneten seitlich bezüglich des Raumes zwischen den Magneten und quer zur Spule zu versetzen.

4. Geophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnet-Anordnung einen Magneten an einer Seite der Spule und einen Magneten an der anderen Seite enthält, wobei beide Magneten in axialer Fluchtung mit der Achse der Spule liegen und entgegengesetzte Pole in gleicher Richtung verlaufen, um das Magnetfeld zum Zwecke der Verstärkung der Dichte des Feldes zu formen, durch welches sich die Spule bewegt.

5. Geophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnet-Anordnung einen Magneten an einer Seite der Spule enthält, welcher axial mit der Bewegungsrichtung der Spule relativ zum Magneten fluchtet, um ein Magnetfeld zu erzeugen, durch welches sich die Spule bewegt, als auch einen zweiten Magneten, der sich an der anderen Seite der Spule befindet, und daß dessen Pole so angeordnet sind, daß sie den Fluß vom ersten Magneten anziehen und die Dichte des die Spule passierenden Magnetflusses verstärken.

6. Geophon mit einer Dauermagnet-Anordnung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule des Geophons relativ zur Magnet-Anordnung entlang einer vorbestimmten Achse bewegbar ist, um ein Signal entsprechend der Bewegung der Spule durch das Magnetfeld der Magnet-Anordnung zu erzeugen,, und daß dem Geophon eine Magnet-Einrichtung zugeordnet ist, welche so angeordnet ist, daß sie das Magnetfeld des Dauermagneten zum Zwecke der Verstärkung der Dichte des Magnetfeldes formt,, durch welches sich die Spule bewegt»

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7. Geophon nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das Magnetfeld formende Vorrichtung Dauermagneten enthält, welche in axialer Fluchtung mit der Dauermagnet-Anordnung, an den entgegengesetzten Seiten derselben stehen, wobei der Pol jedes Magneten einem gleichen Pol des Dauermagneten gegenübersteht, um die Dichte des Magnetfeldes des Dauermagneten zu verstärken, das sich seitlich bezüglich der Achse der Magneten durch die Spulenbahn erstreckt.

8. Geophon nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das Magnetfeld formende Vorrichtung einen Magneten an der entgegengesetzten Seite der Spule enthält, wobei seine Pole so angeordnet sind, daß sie magnetisch das Magnetfeld des Dauermagneten anziehen und eine Zunahme in der Dichte des Magnetfeldes hervorrufen, welches die Bahn der Spule durchläuft.

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