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Nach dem elektrodynamischen Prinzip arbeitender Körperschallwandler
Die
Erfindung bezieht sich auf nach dem elektro dynamischen Prinzip arbeitende Körperschallwandler,
insbesondere Seismometer, wie sie bei der Erforschung der oberflächennahen Erdkruste
nach den reflexions- und refraktionsseismischen Verfahren benutzt werden.
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Bei der Durchführung der praktischen Messu,ngen hat man erkannt,
daß es je nach der geologischen Beschaffenheit des Untergrundes und der gestellten
Aufgabe zweckmäß!ig ist, Seismometer verschiedener Bauart zu benutzen. Bei refraktionsseismischen
Messungen über große Entfernungen ist es z. B. vorteilhaft, in der Eigenschwingung
sehr niedrig (wenige Hertz) liegende Seismometer mit entsprechend großer Masse des
schwingenden Systems zu benutzen, während man bei geringeren Entfernungen zweckmäßiger
ein Seismometer mit höherer Eigenfrequenz verwendet. Da die für die Durchführung
solcher Messungen benötigte Zahl von. Seismometern beträchtlich ist, wird aus wirtschaftlichen
Gründen meist ein Kompromiß geschlossen und nur eine Seismometerart verwendet.
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Insbesondere bei den für refraktionsseismische Messungen bestimmten
Seismometern wird aus
obigen Gründen ein Seismometer mit möglichst
niedriger Eigenfrequenz gewählt. Diese Instrumente werden infolge der großen schwingenden
Masse. im Verein mit der geringen Rückstellkraft der Aufhängefeder sehr empfindlich
gegen die auf dem Transport zum Meßort einwirkenden Stoß- und Schüttelbeanspruchungen,
so daß man meist nicht ohne mechanische Arreüerung des Schwingungssystems auf dem
Transport auskommt.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, durch Verwendung mechanischer
Federsysteme, die sich von außen über einen Schraubtrieb verstellen lassen, eine
Veränderung der Federsteife zu erzielen. In der praktischen Verwirklichung hat diese
Idee jedoch zu recht kompliziertenlund unhandlichen Konstruktionen geführt.
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Es ist ferner bekannt die Federsteife des eigentlichen Seismometers
höher zu wählen und durch ein gesondertes elektromagnetisches System eine negative
Federsteife zu erzeugen. Um Einstreuungen aus dem elektromagnetischen System in
das Tauchspulsystem zu vermeiden, muß zwischen beiden Systemen ein bestimmter Abstand
bestehen, so daß nur eine ungünstige Konstruktion des Seismometers möglich ist.
Außerdem hat diese Ausführang den Nachteil, daß die Speiseleitungen des Elektromagneten
gesondert verlegt werden müssen und der Arbeit- und GeräteaufwanderhebRich steigt.
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Die Erfindung bezweckt nun, die Vielzahl der durch ihren jeweiligen
mechanischen Aufbau. in ihrer Eigenfrequenz festgelegten Seismometertypen durch
wenige Typen mit jeweils in einem größeren Bereich veränderlicher Eigenfrequenz
zu ersetzen. wobei gleichzeitig eine günstige Konstruktion gefinger Bauhöhe und
einfacher Handhabung möglich wird.
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Dies wird dadurch erreicht, daß das Gewicht des Schwingsystems durch
einen oder mehrere mit diesem fest verbundene Dauermagnete, die mit ab stoßender
Polung im Nahbereich des Stirnstreufeldes des Hauptmagnetsystems angeordnet sind,
kompensiert ist und sehr weich ausgebildete mechanische Federn zum Zentrieren des
Schwingsystems dienen.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist mittels. einer durch
von außen einwirkende Kräfte (z. B. durch Anbringung eines Magneten auf dem Gehäuse
oder durch Gleichstromvorbelastung der Tauchspule) erfolgenden Veränderung der Ruhelage
des. Schwingsystems. und der dadurch bewirkten Veränderung der wirksamen Federsteife
eine Änderung der Eigenfrequenz des Schwingsystems erzielt.
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Nach einer weiteren Atusführ,u.ngsform der Erfindung ist eine Arretierung
des Schwingsystems durch Auf legen eines Magneten ermöglicht, der eine solche Stärke
aufweist, daß das. Schwingsystem bis an die seinen Weg nach oben begrenzenden Anschläge
angezogen wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführrungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Fig. I zeigt schematisch den Aufbau eines elektrodynamischen Seismometers
mit tiefer Eigenfrequenz, dessen Schwingsystem durch zwei Dauermagnete, die sich
im inhomogenen Stirnstreufeld des Hauptmagneten befinden, getragen wird; Fig. 2
stellt das Kraft-Weg-Diagramm für das Schwingsystem bei verschiedenen erfindungsgemäßen
Magnetanordnungen dar.
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In einem Gehäuse I aus nichtmagnetischem Material ist ein Hauptmagnetsystem.,
bestehen.d aus einem Dauermagneten 2, einem Polschuh 3 und einem Weicheisentopf
4, befestigt. Zwischen den Halterungen 5 und 6 aus nichtmagnetischem Material befindet
sich eine Blattfeder 7, die das aus einem Spulenkörper 8 mit Wicklung 9 und den
beiden Tragmagneten 10 und II mit ihren Halterungen 12 und I3 bestehende Schwingsystem
zentriert. Die Federsteife der Blattfeder 7 in axialer Richtung ist dabei so gering
gehalten, daß sie in Verbindung mit der Masse des Schwingsystems eine Eigenfrequenz
von weniger als I Hz ergeben würde und demzufolge zum Tragen des Schwingsystems
nur einen vernachlässigbar kleinen Anteil liefert.
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Teil 14 stellt einen zur Veränderung der Eigenfrequenz außen auf
das Gehäuse gelegten Magneten dar.
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In Fig. 2 ist die Federl.ennlinie der in dem inhomogenen Stirnstreufeld
des Hauptmagnetsystems befindlichen Tragmagneten I0 und 11 in Kurve 21 aufgetragen,
wenn die Polung der Magneten gemäß den Eintragungen in Fig. I gewählt wird. Die
starke Veränderung der wirksamen Federsteife (Steigung der Kurve) in Abhängigkeit
vom Wege ist augenscheinlich. Da die Schwingweite ,des Systems bei der Aufzeichnung
seismischer Refraktionswellen jedoch klein ist, kann man hierfür die nicht lineare
Kurve der Federsteife durch kleine. lineare Stücke annähern, d. h., es bestehen
keine Bedenken, daß durch den nicht linearen Verlauf der Federsteife entsprechende
nicht lineare Verzerrungen im Seismogramm entstehen.
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Kurve 22 gibt den Verlauf der Federsteife bei Hinzufügung eines äußeren
Magneten 14 mit im Teil a der Kurve 22 abstoßender, im Teil b der Kurve auf das
Tragmagnetsystem anziehend wirkender Polung wieder. An Hand des Kurvenzuges 23,
24, 25 soll die Wirkungsweise näher erläutert werden.
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Das Schwingsystem befindet sich ohne Einwirkung eines äußeren Magneten
14 in der mit 24 bezeichneten Ruhelage auf Kurve 21. Seine Eigenfrequenz ist durch
die Masse (Kraft) und durch. die im Punkt 24 der Kurve 21 wirksame Federsteife festgelegt.
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Soll nun die Eigenfrequenz erniedrigt werden, so wird durch Auflegen
des Magneten 14 in solcher Polung, daß das Schwingsystem angehoben wird, die neue
Gleichgewichtslage 25 auf Kurve 22b hergestellt, wobei die Kurve 22b durch das Zusammentreffen
zweier sich unterstützender Wirkungen einen wesentlich flacheren Verlauf zeigt.
Der neuen Gleichgewichtslage 25 entspricht zunächst die im Punkt 26 der Kurve 21
wirksame Federsteife, die durch das Stirnstreufeld und die Tragmagnete I0 und II
bedingt ist. Außerdem wird jedoch durch
das Auflegen des Magneten
14 zwischen diesem und den Tragmagneten 10 und 11 ein Kraft-Weg-System mit negativer
Federsteife erezeugt, die sich zu der aus Kurve 21 abgeleiteten Steife addiert und
eine weitere Verringerung derselben bewirkt. Bei Umpolung des Magneten 14 tritt
dementsprechend eine Erhöhung der Federsteife gemäß Punkt 23 auf Kurve 22, ein.