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Erschütterungsmesser oder Seismograph. Ein Erschütterungsmesser besteht
bekanntlich aus einem mechanisch schwingungsfähigen System mit den erforderlichen
Freiheitsgraden. Das Schwingungssystem wird aus träger Masse und einer Elastizität
gebildet, deren Größen für die Schwingungsdauer, die Amplitude und den Energieinhalt
des Systems rüaßgebend sind. Ferner sind vorgesehen Einrichtungen zum Dämpfen und
Registrieren der Schwingungen. Die beiden
letzten Aufgaben wurden
bereits jetzt bei verschiedenen Erschütterungsmessern oder Seismographen auf elektromagnetischem
Wege gelöst. Bei den bekannten Arten der Registrierung auf elektromagnetischem Wege
wird fast stets durch das Registrieren <lern Schwingungssystem auch Energie entzogen,
was eine Zusatzdämpfung bedeutet: Bei der mechanischen (z. B. Ruß) oder bei teilweise
mechanischer Registrierung entstehen dagegen vorzugsweise Reibungsverluste.
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Die Erfindung will nun auch die bisher stets rein mechanisch (etwa
durch Federn) hervorgebrachte oder durch Schwerkraftwirkung (z. B. Pendel) erzeugte
Elästizitätsgröße ebenfalls ganz, vorzugsweise oder doch zum beträchtlichen Teile,
durch elelciromagnetische Wirkungen ersetzen. Dadurch wird einerseits der Aufbau
vereinfacht und anderseits die Energieausnutzung für das Registrieren besonders
günstig, indem es so möglich wird, Reibungskräfte ganz auszuschalten und, wenn erforderlich,
die gesamte dem Schwingungssystem zur praktisch im allgemeinen ja notwendigen Dämpfung
entnommene Energie als nutzbare Registrierenergie zu verwerten, ohne einen anderen
als den durch die elektrischen Vorgänge notwendig bedingten Energieverlust (Joulesche
Wärme, Eisenverluste u. dgl.). Ferner ermöglicht es die elektromagnetische Elastizität,
die genau bekannten und technisch heute so vorzüglich ausgebildeten Regelungsinethoden
elektrischer Wechselstromwiderstände zur Variation aller Schwingungseigenschaften
des schwingenden Systems in einheitlicher Weise auszunutzen.
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Die Zeichnung zeigt den Gegenstand der Erfindung schematisch an einem
Ausführungsbeispiel.
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Auf einer starren Grundplatte i ist eine Säule 2 starr aufgesetzt.
3 ist die Masse des Schwingungssystems, die ganz oder vorzugsweise aus magnetisierbarem
Material, z. B. Eisen von besonders geringer magnetischer Härte, hergestellt ist.
Die Form dieses Körpers ist beliebig; sie wird zweckmäßig so gestaltet, daB von
der sie umgebenden, auf-der Grundplatte i starr befestigten Spule :1. eine möglichst
große magnetische Kraft auf den Körper 3 ausgeübt wird, die ihn in das Innere der
Spule d. hineinzieht (z. B. Röhrenform), und daß er bei den Schwingungen einen möglichst
kleinen Luftwiderstand erleidet (z. B. ellipsoidiscll). Da die Masse 3, wenn sie
ganz frei beweglich wäre, an die Innenwand cler Spule d. herangezogen würde und
um ihr, was praktisch meist wünschenswert ist, nur einen Freiheitsgrad (praktisch
meist in senkrechter oder einer wagerechten Richtung) zu belassen, ist der Körper
3 z. B. zwischen Blattfedern 5 und 6 rein elastisch eingespannt. Die Spannung dieser
Federn, die auch durch jede andere möglichst reibungsfreie Geradführung mit einem
(oder der gewünschten Zahl von) Freiheitsgrade(n) oder bezüglich ihrer Elastizitätswirkung
durch sonstige inechanisch-elastische Mittel ersetzt werden können, ist zweckmäßig
einstellbar, wenn man die elektromagnetische Elastizität durch mechanische Elastizität
ergänzen will. Liegt die Achse der Masse 3 senkrecht oder hat der Freiheitsgrad
des Schwingungssvsteins- eine senkrechte Komponente, so wirkt als dritte Kraft auf
den Körper 3 die Schwere ? zw. ein entsprechender Teil davon mit ein.
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Eine Batterie 7, deren Stromstärke noch durch einen Widerstand 8 nach
Belieben geregelt werden kann, erregt in den Windungen der Spule d. die jeweils
erforderlichen Ströme. Damit der Körper 3 (bei senkrechter Freiheit) beim Ausschalten
des die Spule q. durchlaufenden Gleichstromes nicht die Federn 5 und 6 durch Herabfallen
beschädigt, ist ein Anschlag 9 vorgesehen, der seine Fallbewegung begrenzt. Wird
der Strom in der Spule q. eingeschaltet, so hebt sich der Körper 3, bis ein Gleichgewichtszustand
zwischen der Schwerkraft, der Federkraft von 5 und 6 (oder anderer mechanisch-elastischer
Bindungen des Körpers 3) und der elektromagnetischen Kraftwirkung der Spule .I auf
den Kern 3 erreicht ist. Da die letztere Komponente mittels geeigneter Wahl der
Spannung der Batterie 7 und der Größe des Widerstandes 8 fast beliebig geändert
werden kann, so ist auf solche Weise auch die Größe der Elastizität des Schwingungskörpers
und damit seine Eigenfrequenz kontinuierlich bequem veränderlich.
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Wird nun der Körper 3 in Schwingungen versetzt, so wird eine um so
stärkere Induktion des magnetisierten Eisenstückes 3 auf die Spulen d. stattfinden,
je größer der Anteil der elektromagnetischen Elastizität an der Gesamtelastizität
des Schwingungskörpers 3 ist. In den Spulen.. wird ein Strom induziert, dessen Frequenz,
Amplitude und Phase durch die Schwingungen der Masse 3 bestimmt sind. Dieser Strom
kann z. B. mittels der mit io angedeuteten Vorrichtung registriert werden, indem
man über einen geeignet gewickelten Transformator, der in die Zuleitung zur Spule
d. eingeschaltet ist, den durch die Schwingungen der Masse 3 in der Spule q. dem
Gleichstrom überlagerten Wechselstrom aussiebt, welchen man dann evtl. über Verstärkervorrichtungen
(z. B. Kathodenröhrenverstärker) und gegebenenfalls über Fernleitungen (die evtl.
elektrostatisch und elektromagnetisch gegen äußere Störangen
gut
zu schützen sind) zu einem Seitengalvanometer mit photographischer Registrierung
oder zu einem anderen für quantitative Aufzeichnung elektrischer Wechselströme geeigneten
Registrierinstrument leitet.
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Mit der Registrierung ist gleichzeitig, wie bereits bemerkt wurde,
eine Dämpfung der Schwingungen der Masse 3 gegen die feste Spule q. verbunden. Man
kann aber die Spule q. noch weiterhin zum Erzielen einer Zusatzdämpfung verwenden,
indem man die in ihr durch Induktion erzeugte elektromagnetische Energie auf anderem
Wege vernichtet. Man kann dazu in bekannter Weise Widerstände benutzen, die man
der Spule q. als ganzem oder zu einzelnen Windungagruppen der Spule .I parallel
schaltet. Man kann auch die Enden der Spule oder Spulen .1 oder einzehier Windungsgruppen
dieser Spule oder Spulen über aus einstellbaren Selbatindtiktionen und Kapazitäten
oder auch aus Widerständen gebildete Kreise i i schließen und diese auf Norgegebene
Frequenzen, z. B. die Eigenfrequenz des Schwingungskörpers 3 selbst, mehr oder minder
scharf abstimmen. Man erreicht dadurch, daB äußere Störungen aus unerwünschten Frequenzbereichen
oder Eigenschwingungen des Erschütterungsmessers selbst, welche man in den Beobachtungen
oder Registrierungen unterdrücken will, besonders stark selektiv gedämpft oder von
der Fortleitung der ihnen entsprechenden elektromagnetischen Energie zu den Anzeigevorrichtungen
ausgeschlossen werden. Dabei kann der Transformator io in diesen so gebildeten elektrischen
Schwingungskreis gegebenenfalls auch mit eingeschlossen werden, uni möglichst viel
Energie zum Registrieren zur Verfügung zu haben.
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Es kann auch in sinngemäßer L'nikehrung der vorstehenden Grundsätze
der magnetisierbare Körper 3 mit der Grundplatte i fest verbunden und die stromdurchflossene
Spule .1 mit den erforderlichen Freiheitsgraden schwingend angeordnet werden. Schließlich
kann auch der Körper aus inagnetisierbarein Material (in dem ausgeführten Beispiel
die -lasse 3) durch eine Spule ersetzt werden, welche gegebenenfalls vom gleichen
Strome durchflossen wird wie die Spule 4., so daß die elastische Kraft des Schwingungskörpers
als elektrodynamische Wirkung zustande kommt.