DE468978C

DE468978C - Device for measuring the size and the exact times when very small acceleration vibrations occur

Info

Publication number: DE468978C
Application number: DEA45466D
Authority: DE
Original assignee: RICHARD AMBRONN DR
Current assignee: RICHARD AMBRONN DR
Priority date: 1925-07-14
Filing date: 1925-07-14
Publication date: 1930-01-23
Also published as: GB285420A; FR618852A

Description

Vorrichtung zur Messung der Größe und der genauen Eintrittszeiten sehr kleiner Beschleunigungsschwingungen Es ist bekannt, Beschleunigungen dadurch zu bestimmen, daß man die dynamische Kraft ermittelt und messend verfolgt, welche auf eine bekannte Masse ausgeübt werden muß, um ihr die zu messende Beschleunigung zu erteilen. Dieses Prinzip liegt z. B. auch dem Beschleunigungsmesser von Grunmach (Phys. ZS. Bd. Zo, rgog und Experimentaluntersuchung zur Messung von Erderschütterungen. Verhdlgn. d. Ver. z. Förderung d. Gewerbefleißes 1913, Heft z bis 5) zugrunde, bei dem eine federnd aufgehängte Masse m noch mit einem Druck von p Dyn auf einem Amboß aufliegt, der dem zu messenden Beschleunigungsverlaufe b (t) ausgesetzt wird. Solange die zeitlich veränderliche Beschleunigung b (t) in Richtung des Auflagedruckes kleiner als der eingestellte Wert von P /m bleibt, liegt die Masse auf dem Amboß auf. Erst wenn b (t) größer wird als der Grenzwert B = p /na, hebt sich die Masse von dem Amboß ab, da jetzt die auf sie statisch durch die Federaufhängung und dynamisch durch die Beschleunigung B zusammen ausgeübte Kraft die Anziehungskraft der Erde auf die Masse na bzw. die Kräfte ihrer elastischen Bindung übersteigt.Apparatus for measuring the magnitude and the exact times of occurrence of very small acceleration oscillations It is known to determine accelerations by determining and monitoring the dynamic force which must be exerted on a known mass in order to give it the acceleration to be measured. This principle is z. B. also the accelerometer by Grunmach (Phys. ZS. Vol. Zo, rgog and experimental investigation for the measurement of earth tremors. Verhdlgn. D. Ver. Z. Promotion d. Gewerbefleißes 1913, booklet z to 5), in which a spring suspended Mass m still rests on an anvil with a pressure of p Dyn, which is exposed to the acceleration curve b (t) to be measured. As long as the time-variable acceleration b (t) in the direction of the contact pressure remains lower than the set value of P / m, the mass rests on the anvil. Only when b (t) is greater than the limit value B = p / na does the mass rise from the anvil, because now the force exerted on it statically by the spring suspension and dynamically by the acceleration B makes the earth's attraction to the Mass na or exceeds the forces of their elastic bond.

Diese sehr einfache Methode der Beschleunigungsmessung findet aber ihre Begrenzung bezüglich der Ausmessung sehr kleiner und kleinster Beschleunigungen, wie sie z. B. bei der Untersuchung der Ausbreitung künstlich erzeugter elastischer Wellen im Untergrunde zur geophysikalischen Bodenforschung vorkommen, darin, daß es dann nicht mehr möglich ist, den erforderlichen, außerordentlich kleinen Auflagedruck P praktisch genau einzustellen und insbesondere zeitlich auf Bruchteile von Millionstel der Kraft konstant zu halten, mit der die Massen von der Erde angezogen bzw. durch Federn in ihrer Ruhelage elastisch gebunden wird. Die Änderungen der Federkräfte durch thermische Einflüsse, elastische Nachwirkungen, Veränderungen an der Auflagestelle usw. bringen laufend Veränderungen im Auflagedrucke P hervor, welche die zulässigen Grenzen erfahrungsgemäß um das Vieltausendfache überschreiten.However, this very simple method of measuring acceleration takes place their limitation with regard to the measurement of very small and very small accelerations, how they z. B. when examining the spread of artificially generated elastic Waves in the subsurface for geophysical soil research occur in that it is then no longer possible to apply the extremely small pressure required P can be set practically precisely and in particular in terms of time to fractions of a millionth to keep constant the force with which the masses are attracted to or by the earth Feathers is bound elastically in their rest position. The changes in the spring forces due to thermal influences, elastic after-effects, changes at the support point etc. continuously bring about changes in the edition pressure P which are permissible Experience has shown that exceeding limits many times over.

Die vorliegende Erfindung soll nun einen Weg zeigen und Vorrichtungen vorschlagen, wie man diese Schwierigkeiten umgehen und die an sich so überaus einfache Messung des zeitlichen Verlaufes von Beschleunigungen durch instrumentelle Verfolgung des zeitlichen Verlaufes der durch diese Beschleunigungen an einer bekannten Masse in hervorgebrachten dynamischen Zusatzkräfte auch für allerkleinste Beschleunigungen und trotzdem noch mit sehr kleinen Werten der Masse m durchführen kann.The present invention is now intended to show a way and devices suggest how to circumvent these difficulties and which in itself are extremely simple Measurement of the temporal course of accelerations through instrumental tracking the time course of the accelerations caused by these accelerations at a known mass in generated dynamic additional forces even for the smallest accelerations and can still perform with very small values of the mass m.

Dabei soll nur eine Einschränkung gemacht werden, welche indessen für die Praxis meist ohne Bedeutung ist und für das Hauptanwendungsbereich meiner Erfindung, die seismischen Erderforschungsmethoden, sogar stets erfüllt ist. Es soll nämlich angenommen werden, daß die zu messenden Beschleunigungen b (t) nur aus Beschleunigungswellen zusammengesetzt sind, deren Perioden kurz sind gegenüber den Eigenschwingungsperioden der einzelnen schwingungsfähigen Teile der zu beschreibenden Beschleunigungsmesser. Diese Einschränkung gilt ja aber auch in genau der gleichen Weise für alle Seismographen, die heute im Gebrauch sind und in denen sich schwingungsfähige Systeme befinden.Only one restriction should be made, which is, however, mostly irrelevant in practice and is even always fulfilled for the main area of application of my invention, the seismic earth exploration methods. It should be assumed that the accelerations b (t) to be measured are composed only of acceleration waves whose periods are short compared to the natural oscillation periods of the individual oscillatable parts of the accelerometer to be described. This restriction also applies in exactly the same way to all seismographs that are in use today and in which there are vibratory systems.

Um nun die oben bezeichneten Nachteile zu umgehen und den Auflagedruck p zuverlässig konstant zu halten, sollen gemäß der Erfindung die beiden Aufgaben, welche bisher der Tragfeder bzw. den Tragfedern der Masse m übertragen waren, voneinander getrennt und verschiedenen Organen zugeordnet werden. Die Federn sollen die Aufgabe behalten, die Masse m elastisch mit dem gewünschten Freiheitsgrade zu binden. Die Einstellung des Auflagedruckes P aber wird durch eine Waage, im allgemeinen eine zweiarmige Waage, geregelt, welche bekanntlich für die Messung von Kräften das genaueste Hilfsmittel bedeutet, welches wir heute kennen. Ist der Waagebalken ohne das den Druck p regelnde Übergewicht möglichst im indifferenten Gleichgewicht um seine Drehungsachse und ruft jede Änderung der Federspannung, also Verrückungen der Masse m,_ nur kleine Drehungen des starren Waagebalkens um seine Drehachse hervor, so ist auch nach Auflage des den Druck p bestimmenden Übergewichtes der Druck p in erster Annäherung konstant, wenn der --Waagebalken seine Neigung ein wenig ändert. Den jeweiligen Auflagedruck P kann man durch Auflegen von Gewichtsstücken am anderen Arm der Waage bestimmen und so die Vorrichtung statisch eichen.In order to avoid the disadvantages mentioned above and the contact pressure To keep p reliably constant, according to the invention, the two tasks which were previously transferred to the suspension spring or the suspension springs of the mass m, from each other separated and assigned to different organs. The springs are supposed to do the job reserve to bind the mass m elastically with the desired degree of freedom. the Setting of the contact pressure P but is by a balance, generally a two-armed scales, regulated, which is known to be the most accurate for measuring forces Aid means what we know today. Is the balance beam without the the Pressure p regulating excess weight as possible in indifferent equilibrium around its axis of rotation and calls every change in the spring tension, i.e. displacements of the mass m, _ only small ones Rotations of the rigid balance beam around its axis of rotation, so is also after support of the excess weight which determines the pressure p, the pressure p is constant in a first approximation, when the balance beam changes its inclination a little. The respective contact pressure P can be determined by placing weights on the other arm of the balance and statically calibrate the device.

Die Abb. i bis 3 geben nun einige Beispiele für die Anwendung dieses neuen Grundsatzes in der Praxis.Figs. I to 3 now give some examples for the application of this new principle in practice.

In Abb. i ist die Masse in samt einer sie elastisch bindenden Feder f an dem einen Arm einer zweiarmigen Waage w aufgehängt und wird durch eine entsprechende Masse oder andere (z. B. elektromagnetische) dort angreifende Kräfte am anderen Ende des Waagebalkens äquilibriert. Der Auflagedruck der Masse in auf den Amboß A wird durch ein einstellbares Übergewicht der Waage nach der einen Seite geregelt. Dehnt sich die Feder f langsam durch Elastizitätsänderungen, so dreht sich der Waagebalken w um seine Drehachse, um die er selbst nahezu im indifferenten Gleichgewicht ist, entsprechend und der Druck von m gegen A bleibt stets konstant erhalten. Bei schnellen Beschleunigungswellen von der Form b (t), die den ganzen Apparat treffen, dagegen folgen der Waagebalken w als Ganzes und der Amboß, die ja beide starr gelagert sind, der im Beispiel vertikal angenommenen zu messenden Komponente der Beschleunigung. Dagegen werden die schnellen Beschleunigungswellen auf die federnd aufgehängte Masse m über den Amboß A übertragen, und ihr Auflagedruck p ändert sich infolgedessen proportional der Größe m - b (t). Wird m - b > p, so hebt sich die Masse sogar von A ab. (In ganz entsprechender Weise kann man auch den ganzen Waagebalken mit den daran befestigten Gewichten an eine Feder hängen.) Eine andere beispielsweise Ausführungsform zeigt Abb. a, wo die Feder f, die die Masse m trägt, am anderen Ende starrfixiert ist, während der Amboß A an dem einen Ende eines Waagebalkens w befestigt ist.In Fig. I, the mass, together with an elastically binding spring f, is suspended from one arm of a two-armed balance w and is equilibrated by a corresponding mass or other (e.g. electromagnetic) forces acting there at the other end of the balance beam. The contact pressure of the mass in on the anvil A is regulated by an adjustable overweight of the balance on one side. If the spring f slowly expands due to changes in elasticity, the balance beam w rotates around its axis of rotation, around which it is itself almost in indifferent equilibrium, and the pressure of m against A always remains constant. In the case of fast acceleration waves of the form b (t), which hit the whole apparatus, on the other hand, the balance beam w as a whole and the anvil, which are both rigidly mounted, follow the acceleration component to be measured, which is assumed to be vertical in the example. In contrast, the rapid acceleration waves are transmitted to the resiliently suspended mass m via the anvil A, and its contact pressure p changes as a result in proportion to the quantity m - b (t). If m - b> p, the mass even stands out from A. (In the whole of a corresponding way can also be the whole balance arm with attached weights attached to a spring.) Another example embodiment is shown in Fig. A, where the spring f, carrying the mass m, is rigidly fixed at the other end, while the Anvil A is attached to one end of a balance beam w.

In Abb. 3 liegt die Masse m auf der Feder f, und die Bewegung des Stativs gegen die elastisch mit beispielsweise vertikalem Freiheitsgrad gebundene Masse m wird durch einen starren Hebel vergrößert, der mit seinem äußeren Ende auf dem an dem einen Ende des Waagebalkens w angeordneten Amboß A aufliegt, während das andere Ende des Waagebalkens am Stativ drehbar befestigt ist. Der Auflagedruck P wird hier wiederum nur durch die einstellbare mechanische Unsymmetrie des jetzt beispielsweise ungleicharmig ausgebildeten Waagebalkens w bestimmt.In Fig. 3 the mass m lies on the spring f, and the movement of the Tripod against the elastically bound with, for example, a vertical degree of freedom Mass m is increased by a rigid lever, which with its outer end on the anvil A arranged at one end of the balance beam w rests while the other end of the balance arm is rotatably attached to the tripod. The contact pressure P is here again only due to the adjustable mechanical asymmetry of the now for example, unequal arm balance beam w is determined.

An Stelle eines mechanischen Übergewichts kann man an dem Waagebalken natürlich auch auf andere an sich bekannte Weisen einstellbare oder sogar fernsteuerbare Drehmomente angreifen lassen, um den Anlagedruck P zu regeln. Als Beispiel sei eine einstellbare und fernsteuerbare elektromagnetische Zusatzkraft evtl. auch mit wahlweise umschaltbarem Drehsinne genannt. Durch stufenweise Veränderung von kann man die Beschleunigung feststellen, bei der der Kontakt gerade aufgehoben wird.Instead of mechanical excess weight, you can use the balance beam naturally also adjustable or even remotely controllable in other known ways Apply the torques in order to regulate the system pressure P. As an example, consider one adjustable and remotely controllable electromagnetic additional force possibly also with optional called switchable sense of rotation. By gradually changing from one can the Determine the acceleration at which contact is about to be released.

Der Auflagedrucke von m auf dem Amboß A kann nun in der an sich bekannten Weise überwacht werden, daß man denKontakt beiA auszwei gegeneinander sonst elektrisch isolierten Teilen bestehen läßt, von-denen der eine an m, der andere an A befestigt ist, und indem man diesen Kontakt in einen Stromkreis einschaltet, in dem sich ein Anzeige- oder, zur zeitlichen Überwachung, ein Registrierinstrument befindet. Der Kontakt kann z. B. aus Wolfram, Platin, Kohle o. dgl. Substanzen bestehen, welche sich an der Oberfläche durch die Stromunterbrechungen nicht verändern und so gegen die Druckänderungen möglichst empfindlich sind. Das Registrierinstrument, welches den Zustand dieses Kontaktes zeitlich überwachen soll, muß natürlich in bekannter Weise eine möglichst kurze Eigenschwingungsdauer besitzen, um den elektrischen Vorgängen an der Auflagestelle A möglichst momentan folgen zu können, und es muß hochempfindlich sein, damit die Strombelastung an der Kontaktstelle (bei A) möglichst klein wird, die Kontakte also geschont werden. Es empfiehlt sich daher, ein Seitengalvanometer oder einen Oszillographen zu benutzen. Es genügen. aber auch einfache elektromechanische Registrierapparate mit hoher Papiergeschwindigkeit. Ein weiterer Schutz für den Kontakt kann in an sich bekannter Weise durch Einbetten der Kontaktstelle in ein chemisch gegenüber dem Kontaktmateriale indifferentes Gas erfolgen. Auch in einen Raum mit vermindertem Gasdruck kann man die Kontakte bringen.The contact pressure of m on the anvil A can now be monitored in the manner known per se that the contact at A is made to consist of two parts which are otherwise electrically isolated from one another, one of which is attached to m, the other to A, and by this contact switches on in a circuit in which there is a display or, for time monitoring, a recording instrument. The contact can e.g. B. of tungsten, platinum, carbon o. The like. Substances that do not change on the surface due to the power interruptions and are thus as sensitive as possible to the pressure changes. The recording instrument, which is to monitor the state of this contact over time, must of course have the shortest possible natural oscillation period in a known way in order to be able to follow the electrical processes at support point A as momentarily as possible, and it must be highly sensitive so that the current load at the contact point ( at A) is as small as possible, so the contacts are spared. It is therefore advisable to use a side galvanometer or an oscilloscope. It suffices. but also simple electromechanical recorders with high paper speed. Further protection for the contact can be provided in a manner known per se by embedding the contact point in a gas that is chemically indifferent to the contact material. The contacts can also be brought into a room with reduced gas pressure.

Wenn es sich darum handelt, die Ausbreitung der Front der Erschütterungswelle, die z. B. durch eine Explosion im Erdboden ausgelöst ist, zeitlich und räumlich zu verfolgen, um die räumliche Verteilung der elastischen Eigenschaften im Boden für die Zwecke der praktischen Geologie zu studieren, so ist es zweckmäßig, mehrere gleichartige Beschleunigungsmesser der beschriebenen Art, deren Empfindlichkeit und Aufnahmerichtung zweckentsprechend gewählt ist, auf den gleichen Registrierstreifen nebeneinander aufzunehmen, um alle Beobachtungen auf dieselbe Zeitskala bezogen zu erhalten. Auch den Moment der Explosion wird man durch Draht-, Erd- oder Wellentelegraphie auf den gleichen Streifen in die gleiche Zeitskala sich eintragen lassen.If it is the propagation of the front of the shock wave, the z. B. triggered by an explosion in the ground, temporally and spatially to track the spatial distribution of the elastic properties in the soil For the purposes of practical geology, it is convenient to study several similar accelerometers of the type described, their sensitivity and the recording direction is selected appropriately, on the same recording strip record side by side to relate all observations to the same time scale to obtain. The moment of the explosion is also identified by wire, earth or wave telegraphy can be entered on the same strip in the same time scale.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for measuring the size and the exact Occurrence times of very small acceleration oscillations at which the accelerations (according to Grunmach) are determined by the forces that result from these accelerations be exerted on a given mass and a bearing pressure acting on an abutment superimpose, characterized in that the contact pressure (P) is the elastic bound mass (m) independent of the devices for their elastic binding (f) made and determined by the adjustable torque of a rigid balance beam will.

2. Apparatus according to claim i, characterized in that the mass (m) by means of their elastic bond (f) to one arm of a two-armed rigid Balance beam is attached, the adjustable torque of which increases the contact pressure the contact, (A) regulates.

3. Apparatus according to claim i, characterized in that the mass (m) is attached to the rigid stand by its elastic bond (f), while the anvil (A) is attached to a rigid balance beam resting on bearings rigidly attached to the stand, and that the pressure of the anvil (A) against the mass (m) is determined by the adjustable static asymmetry of the balance beam. q ..

Device according to claim 2 and 3, characterized in that which determine the size of the pressure of the mass on the base or the equilibrium producing forces by known adjustable weights or forces more elastic or electromagnetic type.

5. Apparatus according to claim 2 and 3, characterized in that the distance from the center of gravity of the balance beam of the axis of rotation is very small.

6. Apparatus according to claim i to 5, characterized in that that the processes at the support point (A), which for this purpose as an isolated electrical Contact is formed in a manner known per se by means of this contact Electric current flowing through it is monitored, its temporal course by means of measuring or recording instruments, which are also known per se, with the shortest Setting time is displayed or registered on a fast moving strip.