RU2086934C1 - Method for measuring movement characteristics and device which implements said method - Google Patents
Method for measuring movement characteristics and device which implements said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2086934C1 RU2086934C1 SU4657825A RU2086934C1 RU 2086934 C1 RU2086934 C1 RU 2086934C1 SU 4657825 A SU4657825 A SU 4657825A RU 2086934 C1 RU2086934 C1 RU 2086934C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- inertial element
- magnetic field
- magnetic
- ferromagnetic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для регистрации параметров вибраций объектов и сооружений в инфранизкочастотном диапазоне частот, в геофизике для регистрации инфранизкочастотных сейсмических колебаний, наклонов земной поверхности, приливных лунно-солнечных колебаний земной поверхности для целей современной геодинамики и прогноза землетрясений. The invention relates to measuring technique and can be used to record vibration parameters of objects and structures in the infra-low-frequency range of frequencies, in geophysics to register infra-low-frequency seismic vibrations, tilts of the earth's surface, tidal moon-solar oscillations of the earth's surface for the purposes of modern geodynamics and earthquake prediction.
Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и расширение частотного диапазона за счет обеспечения возможности регистрации инфранизкочастотных движений контролируемого объекта. The aim of the invention is to increase the noise immunity and the expansion of the frequency range by providing the ability to register infra-low-frequency movements of the controlled object.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 эпюры напряжений на выходе блоков устройства. In FIG. 1 shows a functional diagram of a device; figure 2 plot voltage at the output of the blocks of the device.
Способ измерения параметров движения объекта заключается в том, что на объекте закрепляют инерционный элемент, установленный в положении устойчивого равновесия в магнитном поле, осуществляют изменение напряженности магнитного поля с частотой, много большей частоты колебаний объекта, регистрируют механические колебания инерционного элемента и определяют параметры движения объекта по изменениям амплитуды колебаний. Частоту изменения напряженности магнитного поля выбирают кратной или дольной собственной резонансной частоты инерционного элемента. The method of measuring the object’s motion parameters is that an inertial element mounted in a stable equilibrium position in a magnetic field is fixed on the object, the magnetic field strength is changed with a frequency much higher than the object’s oscillation frequency, mechanical vibrations of the inertial element are recorded and the object’s motion parameters are determined from changes in the amplitude of oscillations. The frequency of the magnetic field is selected multiple or fractional natural resonant frequency of the inertial element.
Устройство для реализации способа содержит корпус 1, жестко связанный с контролируемым объектом, магнитную систему, выполненную в виде соленоида 2 и немагнитной опоры 3, установленный на последней в положении устойчивого равновесия ферромагнитный инерционный элемент 4, соединенные источник 5 постоянного тока и модулятор 6, выход которого соединен с катушкой соленоида 2, последовательно соединенные емкостный датчик 7, преобразователь 8, емкость-напряжение, синхронный детектор 9 и регистратор 10, и генератор 11 опорной частоты, выходы которого соединены с вторым входом модулятора 6 и управляющим входом синхронного детектора 9. A device for implementing the method comprises a housing 1, rigidly connected with a controlled object, a magnetic system made in the form of a solenoid 2 and a non-magnetic support 3, mounted on the latter in the state of stable equilibrium, a ferromagnetic inertial element 4, connected to a direct current source 5 and a modulator 6, the output of which connected to a solenoid coil 2, a capacitive sensor 7, a converter 8, a capacitance-voltage, a synchronous detector 9 and a recorder 10, and a reference frequency generator 11, the outputs of which are connected in series oedineny to a second input of the modulator 6 and the control input of the synchronous detector 9.
Ферромагнитный инерционный элемент 4 может быть выполнен в виде стержня с острым концом, который для уменьшения сухого трения устанавливается на рубиновом или сапфировом подпятнике. Емкостной датчик 7 может быть выполнен в виде двух пластин 12 и 13, подключенных к входам преобразователя 8 емкость-напряжение. The ferromagnetic inertial element 4 can be made in the form of a rod with a sharp end, which is installed on a ruby or sapphire glide to reduce dry friction. Capacitive sensor 7 can be made in the form of two plates 12 and 13 connected to the inputs of the Converter 8 capacitance-voltage.
Устройство реализует способ следующим образом. The device implements the method as follows.
Через источник 5 постоянного тока в катушку соленоида поступает постоянный ток Iпост., создающий постоянное магнитное поле в зоне расположения ферромагнитного инерционного элемента 4. Величину Iпост. выбирают такой величины, чтобы обеспечить удержание последнего на немагнитной опоре 3, т.е. постоянное магнитное поле с напряженностью Hпост., создающееся за счет тока Iпост., обеспечивает притяжение ферромагнитного инерционного элемента 4 к немагнитной опоре 3, компенсируя гравитационную сил, за счет которой ферромагнитный инерционный элемент 4 стремится упасть вниз. Кроме того, величина Iпост. выбирается из условия обеспечения минимального прижима к немагнитной опоре 3 для создания достаточно малой величины сухого трения.Through the DC source 5, a direct current I post is supplied to the solenoid coil . creating a constant magnetic field in the area of the ferromagnetic inertial element 4. The value of I post. choose a value so as to ensure the retention of the latter on non-magnetic support 3, i.e. constant magnetic field with intensity H post. created due to the current I post. , provides attraction of the ferromagnetic inertial element 4 to the non-magnetic support 3, compensating for the gravitational forces, due to which the ferromagnetic inertial element 4 tends to fall down. In addition, the value of I post. is selected from the condition of providing a minimum clamp to the non-magnetic support 3 to create a sufficiently small amount of dry friction.
В положении устойчивого равновесия ферромагнитного инерционного элемента 4 рассматриваемая колебательная система будет иметь свою собственную резонансную частоту Fрез., которая определяется размерами элемента 4, его массой, а также эквивалентной жесткостью "пружины", возвращающей ферромагнитный инерционный элемент 4 в положение устойчивого равновесия при его отклонения от вертикали. Эквивалентная жесткость указанной "пружины" определяется в основном гравитационным полем Земли и в некоторой степени магнитным полем магнитной системы.In the position of stable equilibrium of the ferromagnetic inertial element 4, the considered oscillatory system will have its own resonant frequency F res. , which is determined by the size of the element 4, its mass, as well as the equivalent stiffness of the "spring", which returns the ferromagnetic inertial element 4 to the position of stable equilibrium when it deviates from the vertical. The equivalent rigidity of the indicated "spring" is determined mainly by the Earth's gravitational field and, to some extent, by the magnetic field of the magnetic system.
С помощью генератора 11 опорной частоты, частоту Fмод. которого выбирают намного большей частоты колебаний контролируемого объекта, и модулятора 6, на постоянный ток Iпост., запитывающий катушку соленоида 2, накладывают переменную составляющую тока. Так как при этом конфигурация магнитного поля не изменяется, то при строгой ориентации ферромагнитного инерционного элемента 4 по вертикали /т.е. при выполнении условия, когда направление вектора силы тяжести и направление вектора магнитных силовых линий магнитной системы совпадают/ и при отсутствии внешней возмущающей силы, воздействующей на корпус 1, амплитуда колебаний ферромагнитного инерционного элемента 4 будет равна нулю на частоте модуляции напряженности магнитного поля. При воздействии возмущающей силы Fвозм. на корпус 1 последний изменяет свое положение, при этом изменяется направление вектора магнитный силовых линий, в результате чего появится составляющая силы, которая будет пытаться установить ферромагнитный инерционный элемент 4 вдоль магнитный силовых линий. При увеличении магнитного поля /изменение напряженности магнитного поля обусловлено его модуляцией с частотой Fмод., равной частоте генератора 11 опорной частоты/ элемент4 стремится занять положение вдоль направления вектора магнитных силовых линий, а при уменьшении магнитного поля ферромагнитный инерционный элемент 4 уходит из прежнего положения и стремится принять ориентацию вдоль вектора силы тяжести. При нулевой разориентации, т.е. когда направление вектора магнитных силовых линий и направление вектора силы тяжести совпадают, силы, действующей на элемент 4, не возникает. Таким образом, при движении контролируемого объекта, а, следовательно, и корпуса 1 устройства возникают механические колебания ферромагнитного инерционного элемента 4 с частотой модуляции напряженности магнитного поля магнитной системы, при этом амплитуда колебаний будет изменяться в соответствии с параметрами колебаний контролируемого объекта.Using the generator 11 of the reference frequency, the frequency F mod. which choose a much higher oscillation frequency of the controlled object, and modulator 6, for direct current I post. feeding the coil of the solenoid 2, impose an alternating current component. Since in this case the configuration of the magnetic field does not change, then with a strict orientation of the ferromagnetic inertial element 4 in the vertical direction / i.e. when the condition is met when the direction of the gravity vector and the direction of the magnetic lines of force of the magnetic system coincide / and in the absence of an external disturbing force acting on the housing 1, the oscillation amplitude of the ferromagnetic inertial element 4 will be zero at the modulation frequency of the magnetic field strength. When exposed to a disturbing force F pos. onto the housing 1, the latter changes its position, while the direction of the magnetic field lines vector changes, as a result of which a force component appears, which will try to install the ferromagnetic inertial element 4 along the magnetic field lines. With increasing magnetic field /, the change in the magnetic field strength is due to its modulation with a frequency F mod. equal to the frequency of the reference frequency generator 11 / element 4 tends to occupy a position along the direction of the magnetic field lines vector, and when the magnetic field decreases, the inertial ferromagnetic element 4 leaves its previous position and tends to take an orientation along the gravity vector. With zero disorientation, i.e. when the direction of the vector of magnetic field lines and the direction of the vector of gravity coincide, the force acting on element 4 does not occur. Thus, during the movement of the controlled object, and, consequently, the body 1 of the device, mechanical vibrations of the ferromagnetic inertial element 4 occur with a frequency of modulation of the magnetic field of the magnetic system, while the amplitude of the oscillations will change in accordance with the vibration parameters of the controlled object.
Механические колебания ферромагнитного инерционного элемента 4 преобразуются в электрический сигнал с помощью емкостного датчика 7 и преобразователя 8 емкость-напряжение, детектируется синхронным детектором 9 и регистрируются регистратором 10, который записывает электрический сигнал, соответствующий колебаниям контролируемого объекта. Mechanical vibrations of the ferromagnetic inertial element 4 are converted into an electrical signal using a capacitive sensor 7 and a capacitance-voltage converter 8, detected by a synchronous detector 9 and recorded by a recorder 10, which records an electrical signal corresponding to the vibrations of the controlled object.
Для повышения чувствительности измерений частоту Fмод. изменения напряженности магнитного поля можно выбирать кратной или дольной собственной резонансной частоте Fрез.ферромагнитного инерционного элемента 4. При размерах последнего порядка единиц см и его массе порядка долей и единиц грамм, Fрез. будет порядка единиц и десятков Гц, и частоту Fмод. можно выбирать в 2-3 раза выше или ниже частоты Fрез.. При этом будет выполняться условие выбора частоты Fмод. намного выше частоты колебаний контролируемого объекта, например инфранизкочастотных вибраций сооружений, узлов, механизмов, приливных лунно-солнечных колебаний земной коры, инфранизкочастотных сейсмических колебаний, наклонов земной поверхности и т.д.To increase the sensitivity of measurements, the frequency F mod. changes in the magnetic field, you can choose multiple or fractional natural resonance frequency F res. ferromagnetic inertial element 4. With the dimensions of the last order of units cm and its mass of the order of fractions and units of grams, F res. will be of the order of units and tens of Hz, and the frequency F mod. You can choose 2-3 times higher or lower than the frequency F res. . In this case, the condition for selecting the frequency F mod will be satisfied . much higher than the oscillation frequency of the controlled object, for example, infra-low-frequency vibrations of structures, nodes, mechanisms, tidal lunar-solar vibrations of the earth's crust, infra-low-frequency seismic vibrations, tilts of the earth's surface, etc.
Предлагаемое решение позволяет повысить информативность измерений путем расширения диапазона измерений в сторону инфранизких частот. Действительно, осуществляя модуляцию напряженности магнитного поля, можно получить механические колебания инерционного элемента, амплитуда которых изменяется в соответствии с изменением параметров движения контролируемого объекта. При этом частоту модуляции Fмод. напряженности магнитного поля можно выбрать достаточно большой /Fмод. порядка единиц, десятков и сотен Гц/ по сравнению с частотой Fконтр. колебаний контролируемого объекта /Fконтр. порядка десятых долей сек, единиц, десятков, сотен и тысяч сек, суток, недель и месяцев/. Осуществляя синхронное детектирование амплитуды механических колебаний инерционного элемента с опорной частотой Fмод., можно зарегистрировать инфранизкочастотные колебания контролируемого объекта при стабильном нуль-пункте устройства.The proposed solution allows to increase the information content of measurements by expanding the measurement range towards infralow frequencies. Indeed, by modulating the magnetic field, it is possible to obtain mechanical vibrations of the inertial element, the amplitude of which varies in accordance with the change in the motion parameters of the controlled object. In this case, the modulation frequency F mod. magnetic field strength, you can choose a sufficiently large / F mod. units, tens and hundreds of Hz / in comparison with the frequency F counter. fluctuations of the controlled object / F counter. about tenths of a second, units, tens, hundreds and thousands of seconds, days, weeks and months. Carrying out synchronous detection of the amplitude of the mechanical vibrations of the inertial element with the reference frequency F mod. , you can register infra-low-frequency oscillations of the controlled object with a stable zero-point device.
Предлагаемое решение обладает более высокой помехоустойчивостью, так как регистрация параметров движения контролируемого объекта осуществляется с помощью синхронного детектирования с опорной частотой Fмод., задаваемой генератором опорной частоты.The proposed solution has a higher noise immunity, since the registration of the motion parameters of the controlled object is carried out using synchronous detection with a reference frequency of F mod. set by the reference frequency generator.
Так как предлагаемое устройство обладает малыми массогабаритными показателями /все устройства порядка нескольких десятков грамм/, оно не предъявляет особых требований к монтажу на контролируемом объекте и может быть размещено в самых разнообразных условиях /на различных сооружениях, узлах, механизмах, глубоководных и летательных аппаратах, в глубоких и сверхглубоких скважинах и т.д./. Since the proposed device has small overall dimensions / all devices are of the order of several tens of grams /, it does not impose special requirements for installation on a controlled object and can be placed in a wide variety of conditions / on various structures, components, mechanisms, deep-sea and aircraft, deep and superdeep wells, etc. /.
Предлагаемое устройство обеспечивает более высокую чувствительность измерений и стабильный нуль-пункт по сравнению с известными маятниковыми датчиками вибраций и сейсмометрами. Высокая чувствительность измерений обусловлена весьма малым сухим трением инерционного элемента в опоре, а также тем, что сила давления инерционного элемента на опору может быть минимизирована за счет выбора напряженности магнитного поля. Высокая стабильность нуль-пункта предлагаемого устройства обусловлена отсутствием неконтролируемых временных перемещений инерционного элемента /маятника/ относительно его опоры, например, из-за вытягивания маятниковой системы из заделки, явлений вторичной упругости в материалах, особенно явлений упругого последействия и ползучести, вида закрепления маятника и т.д. имеющие место в известных датчиках вибрации и сейсмометрах. The proposed device provides a higher measurement sensitivity and a stable zero point in comparison with the known pendulum vibration sensors and seismometers. The high sensitivity of the measurements is due to the very small dry friction of the inertial element in the support, as well as the fact that the pressure force of the inertial element on the support can be minimized by choosing the magnetic field strength. The high stability of the zero point of the proposed device is due to the absence of uncontrolled temporary movements of the inertial element / pendulum / relative to its support, for example, due to the pulling of the pendulum system from the seal, the phenomena of secondary elasticity in materials, especially the phenomena of elastic aftereffect and creep, the type of fastening of the pendulum and t .d. occurring in known vibration sensors and seismometers.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4657825 RU2086934C1 (en) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | Method for measuring movement characteristics and device which implements said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4657825 RU2086934C1 (en) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | Method for measuring movement characteristics and device which implements said method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2086934C1 true RU2086934C1 (en) | 1997-08-10 |
Family
ID=21432051
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4657825 RU2086934C1 (en) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | Method for measuring movement characteristics and device which implements said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2086934C1 (en) |
-
1989
- 1989-03-03 RU SU4657825 patent/RU2086934C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 1254845, кл. G 01 H 11/02, 1982. 2. Авторское свидетельство СССР N 1713344, кл. G 01 H 11/02, 1988. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2272984A (en) | Seismograph | |
US5962781A (en) | Apparatus for the measurement of gravitational fields | |
EP0083144B1 (en) | Improved method and apparatus for mass flow measurement | |
US1995305A (en) | Method and apparatus for determining the force of gravity | |
JPH0283418A (en) | Multicomponent converter and method of detecting ground motion | |
CN1049731C (en) | Absolute amplitude sensor | |
Bowden | Calibration of geophone microseismic sensors | |
EA003855B1 (en) | Measurement of magnetic fields using a string fixed at both ends | |
WO2010040997A1 (en) | Gradiometer for measuring gravitational and magnetic field gradients with improved sensor | |
US6871542B2 (en) | Apparatus for the measurement of gravitational gradients | |
Benioff | Earthquake seismographs and associated instruments | |
AU2002327966A1 (en) | Apparatus for the measurement of gravitational gradients | |
RU2086934C1 (en) | Method for measuring movement characteristics and device which implements said method | |
CN2047790U (en) | Suspended eddy-current-type geophone | |
GB2471662A (en) | A Gravitational Gradiometer comprising a flexible ribbon whose stiffness is modulated. | |
US4378698A (en) | Amplitude and phase detector in a harmonic oscillator system | |
US4412452A (en) | Harmonic oscillator for measuring dynamic elastic constants of rock materials | |
CN2205963Y (en) | Absolute amplitude sensor device | |
JP2805881B2 (en) | Vibration detector | |
Melton et al. | Inertial seismograph design-Limitations in principle and practice (or how not to build a sensitive seismograph) | |
JPS6050476A (en) | Gravimeter | |
SU651283A1 (en) | Seismometer | |
SU623168A1 (en) | Method and apparatus for converting seismic signals | |
US4385520A (en) | Strain and phase detection for rock materials under oscillatory loading | |
Jaroszewicz et al. | The fiber optic Sagnac interferometer application for recognition of the rotational seismic events |