RU1822995C - Устройство дл компенсации искажений электродинамического сейсмометра - Google Patents

Abstract

Использование: сейсмометри , вибро- метри . Сущность изобретени : устройство содержит дополнительные эквиваленты отрицательного сопротивлени  отрицательной индуктивности и емкости электромеханического аналога сейсмометра, соединенные между собой параллельно и св занные с входным буферным каскадом. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к сейсмометрии и может быть использовано дл  регистрации и измерений в сейсмологии, сейсморазведке и виброметрии.

Цель изобретени  - повышение эффективности устройства, путем изменени  диапазона регистрируемых частот, а также расширение динамического диапазона, сейсмометра за счет повышени  его чувствительности при регистрации микросейсм и снижени  чувствительности при регистрации сверхинтенсивных колебаний, амплитуда которых превышает максимально возможную обусловленную конструкцией сейсмометра величину отклонени  ма тника сейсмометра от положени  равновеси .

На чертеже представлена схема предполагаемого устройства.

Устройство состоит из электродинамического сейсмометра с рабочей катушкой 1 с внутренним сопротивлением R|-2 и индуктивностью U-3, последовательно соединен- ных эквивалента отрицательного сопротивлени  Ri -4 и эквивалента отрицательной индуктивности LT-5. представл ющих собой в совокупности отрицательный

эквивалент катушки сейсмометра; параллельно соединенных эквивалента отрицательного сопротивлени  R-6. эквивалента отрицательной индуктивности L-7 и набора емкостей С...С|-8, переключател  чувствительности - 9 и входного буферного каскада - 10.

Устройство работает следующим образом .

При возникновении сейсмических колебаний через замкнутый контур-катушка сейсмометра 1,2.3, отрицательный эквивалент катушки сейсмометра 4,5, параллельно соединенные эквиваленты отрицательного сопротивлени  - 6, отрицательной индуктивности - 7 и отрицательной или положительной емкости - 8, начинает циркулировать ток I. Величина импеданса замкнутого контура 2,3,4,5(6,7,8) такова, что, во-первых, ее механический аналог упругой св зи имеет жесткость К0тр. отрицательную по величине, но равную по модулю жесткости пружины инертной массы сейсмометра, а во-вторых, механический аналог демпфирующей св зи Н0тр. равен по модулю и противоположен по знаку демпфирующей св зи Н сейсмометра. А это означает, что ток

(Л

С

00

ю

hO О О

сл

I, протекающий по замкнутому контуру воздействует на инертную массу сейсмометра с силой, равной и противоположно направленной силам воздействи  со стороны упругих пружин и демпфирующего устройства (в том числе и остаточного воздушного демпфировани ), т.е. эти силы при колебани х исследуемого объекта компенсируют друг друга, а следовательно, перемещени  (колебани ) корпуса сейсмоприемника относительно инертной массы соответствуют колебани м исследуемого объекта.

Так происходит компенсаци  АЧХ и ФЧХ искажений устройства. Однако замкнутый контур устройства в соответствии с чертежом имеет кроме этого и такой дополнительный импенданс, что его механический эквивалент оказываетс  подобен рычагу что позвол ет электродинамическим способом регулировать рычаг между инертной массой и рабочей катушкой сейсмометра , а этом в свою очередь позвол ет регулировать чувствительность сейсмометра в зависимости от величины эквивалента емкости С-8. А достигаетс  это тем, что величины параметров L. R и С выбираютс  из следующих условий.

р

m2T0lo , 4лОоК0

c i1/y- Ko

0)

H - посто нный коэффициент демпфировани ;

К - жесткость пружины; m - коэффициент электромеханической св зи (чувствительность сейсмоприемника);

ft -пп - коэффициент затухани  механической системы сеймометра;

(Оо - VTT - частота собственных колеба- Ю ний инертной массы.

Уравнение (1) в операторной форме имеет вид:

15(Р2 + 20Р + fflg)x(P) + В |(р) - -Р21 (р) f (з)

где l(p) - E(p)/Z(p). a Z(p) - импеданс контура. Откуда смещение х(р) и величины электродвижущей силы Е(р) - трх(р) катушки сейс- 20 мометра будут равны.

х(р)- Р2Ј (Р)

р2 + 2/Зр + ftjg +

m

И)

Е(р) - mpx(p) - - mp

3Кр)

+# +«г+м р

(5)

Так как у нас по условию Li; -U. RI - -Ri. т.е. pU + pU + Ri + Ri1 - 0 то импеданс замкнутого контура будет равен

где m - коэффициент электромеханической св зи;

Т0 - период колебаний инертной массы;

10 приведенна  длина сейсмометра;

Ко - момент инерции сейсмометра;

Do - коэффициент воздушного успокоени ;

А- коэффициент, характеризующий увеличение А 1 или уменьшение А 1 перемещени  катушки сейсмометра.

Известно, что взаимосв зь между движением ма тника сейсмометра х, колебани ми Ј и током I. протекающим через катушку электродинамического сейсмометра описываетс  следующим дифференциальным уравнением, представл ющим из себ  условие баланса сил.

MX + Hx + Kx + ml или

x + 2/ x + оД х +

mi M

-M Ј -I

где М - масса инертной массы сейсмометра;

35

Z(P)

1

т т

где о(р) - |ц- + -f pC - проводимость контура.

Подставл   в выражение 1/Z(p) - g(p) значени  L, R и С из формул (1) и учитываем, что Т0 2л/сиь , Do PO/WO получим

1 пгп - 2ftM

т

Если подставить это значение 1/Z(p) в формулу (4) и (5), то знаменатель этих формул станет равным 1/ р2, а сами формулы примут вид;

х(р) - А Ј (р) (6) Е(р) - mp А |(р), (7)

т.е. колебани  ма тника и корпуса сейсмометра относительно друг друга, а также передача информации осуществл ютс  без искажений с коэффициентом увеличени 

2н(р)

ВД

равным у. При этом если у 1, то емкость С  вл етс  положительной (С 0, ф-ла (1)), а амплитуда относительных колебаний сейс- момэссы и корпуса сейсмометра меньше амплитуды колебаний исследуемого объекта ф-ла (6)), что позвол ет при соответствующем выборе у и С регистрировать такие колебани , амплитуда которых существенно превышает в дес тки и даже в сотни раз максимальную величину отклонени  сейс- момассы от положени  равновеси , котора  обусловлена конструкцией сейсмоприемни- ка. При у 1 емкость С отрицательна С О ф-ла (1) и амплитуда относительных смещений сейсмомзссы и корпуса сейсмометра оказываетс  выше, чем амплитуда колебаний исследуемого процесса. Такой режим регистрации наилучшим образом соответствует регистрации микросейсм упеличива  чувствительность сейсмометра в у раз.

Таким образом, подключа  с помощью переключател  9 то одну, то другую емкость, как положительную, так и отрицательную, в том числе и нулевую, можно по своему усмотрению регулировать чувствительность устройства. При этом сигнал на входе буферного каскада равен U(p) -- Е(р)

Е(р) mp A Ј (р), то есть информаци  о скорости колебаний либо Б усиленном (lambda 1) либо в ослабленном (А 1) виде регистрируетс  без искажений Дл  того, чтобы в случае необходимости можно было регистрировать информацию не о скорости, а о величине смещени  объекта, сижал по еле буферного каскада следует проинтегрировать ,

Техническа  эффективность предполагаемого изобретени  заключаетс  а более полном соответствии выходного информационного сигнала параметрам колебаний исследуемого обьекта (почва, корпус механизма и т.п.) и смещении нижней граничной частоты рабочего диапазона частот за пределы собственной резонансной частоты инертной массы сейсмометра, что приводит к расширению рабочего диапазона частот в область низких частот. Техническа  эффективность заключаетс  также и в том, что любые демпфирующие св зи (в том числе и остаточное воздушное) могут быть скомпенсированы устройством электродинамически , т.е. без нарушени  уже существующих демпфирующих св зей а сейсмометре и без помещени  сейсмометра в корпус под вакуум .

Технико-экономическа  эффективность предполагаемого изобретени  заключаетс  в том, что с помощью одного сейсмоприем

ника без изменени  его констр. ции и внутренних параметров можно организовать наблюдени  за мичросейсмами ( у 1), за событи ми средней интенсивности (у 1), за 5 событи ми высокой интенсивности (у 1) и за катастрофическими событи ми (у« 1).

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  компенсации искаже10 ний электродинамического сейсмометра, содержащее входной буферный каскад и эквиваленты отрицательного сопротивлени  и отрицэ:ельной индуктивности рабочей катушки сейсмометра при этом квиваленты

   15 отрицательного сопротивлени  и отрица- гепьнои индуктивности рабочей катушки сейсмом грэ соединены последовательно с одним иэ нмводоо рчвочей катушки сейсмометра , отогюг вывод КОТОРОЙ соединен с

   20 входным буферным КРОЯДОМ отличаю- щ с е о гем, ш с ц о лью повышени  эффективное in устройства, а также изменени  дилиэ чонл pei но пир/омых частот, в ус- трг, и г т не вне доны переключатель,

   25 соединенный с НУОДНЧЧ буферным каскадом и ( с емкост ми С по числу пиэп 1 4( Mofi рторь п вь Оцы которых соеди ;. - o lyoi M a . же дополнительные 3fi . ;ы отриц ; | пьног(. сопротивле30 I-Ы И и n i i ibHOll /iH, ГИ |ОСТИ L, СОе; ими r,)hi i i рт,,лельно и IF .н ьыг .i оыволом 1 ,од .ым бу ()),,. ьнг rV 3 ВЫВОДОМ С

   юрпус ом к чогооому пгд 1ючен также вто- 3b ипно1 ос /if-д- зт, (ьно соединенных ЖРИПД i . Н i4 QI рицзг чьного сопрОгив/ е- Н 1ч и гл пицг гегг 4iji им д/кгчвности рабочей i   i in и revir.MOMPi причем величины парпм лт н к i R и Г nMf)vip iOTCH из следую- 40 щи соотношении

   R 4лОсК

   45

   ; - 1)К0

   m l. i

   где т - о ;()ициеь.т vie тром хэнической н.ои

   ;i гнрии к ii OrtHun инертной массы cenjb OMt, i PO

   to - п,л.ьед«г1н;.  дпина сейсмометра;

   К, - момент инерцли : чн.мометра; коэффпци{,Н crifl/uiHuro успокоени ,

   / -коэффициент ч-арлкте изующийуве- ли - иие (/ i) win уг.к ньшениь ( } 1) i .атуш.и cf -i -.шметра