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 PDF

Info

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
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Михайлович Свиридов
Вадим Терентьевич Лахтанов
Николай Михайлович Свиридов
Original Assignee
Анатолий Михайлович Свиридов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анатолий Михайлович Свиридов filed Critical Анатолий Михайлович Свиридов
Priority to SU4657825 priority Critical patent/RU2086934C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2086934C1 publication Critical patent/RU2086934C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: instruments. SUBSTANCE: device has ferromagnetic rod inertia member 4 which is located in stable equilibrium position in magnetic field of magnetic system which has solenoid 2 and nonmagnetic support 3. In order to measure movement characteristics of object, method involves periodic variation of intensity of magnetic field with frequency which is greater than frequency of signal to be measured, measurement of mechanic oscillations of inertia member, which follow frequency of magnetic filed and judging movement characteristics by variation of amplitude of these oscillations. EFFECT: increased frequency range. 3 cl, 2 dwg

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)

1. Способ измерения параметров движения объекта, заключающийся в том, что регистрируют механические колебания инерционного элемента, установленного в положение устойчивого равновесия в магнитном поле, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и расширения частотного диапазона измерений, осуществляют изменение напряженности магнитного поля с частотой, большей частоты колебаний объекта, а параметры движения объекта определяют по изменениям амплитуды колебаний инерционного элемента. 1. The method of measuring the motion parameters of an object, which consists in registering mechanical vibrations of an inertial element set in a stable equilibrium position in a magnetic field, characterized in that, in order to increase noise immunity and expand the measurement frequency range, a change in the magnetic field intensity with a frequency , a greater frequency of the object’s vibrations, and the object’s motion parameters are determined by changes in the amplitude of the inertial element’s vibrations. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частоту изменения напряженности магнитного поля выбирают кратной или дольной собственной резонансной частоте инерционного элемента. 2. The method according to claim 1, characterized in that the frequency of change of the magnetic field is selected multiple or fractional natural resonant frequency of the inertial element. 3. Устройство для измерения параметров движения объекта, содержащее корпус, предназначенный для жесткой связи с объектом, ферромагнитный инерционный элемент, магнитную систему, выполненную в виде соленоида, немагнитной опоры, на которой в положении устойчивого равновесия установлен ферромагнитный инерционный элемент, и источника постоянного тока, регистратор и соединенные емкостный датчик и преобразователь емкость н напряжение, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и расширения частотного диапазона, оно снабжено модулятором, первый вход которого соединен с выходом источника постоянного тока, а выход с катушкой соленоида, синхронным детектором, сигнальный вход которого соединен с выходом преобразователя емкость напряжение, а выход с входом регистратора, и генератором опорной частоты, выходы которого соединены с вторым входом модулятора и управляющим входом синхронного детектора. 3. A device for measuring the parameters of the movement of an object, comprising a housing designed for rigid connection with the object, a ferromagnetic inertial element, a magnetic system made in the form of a solenoid, a non-magnetic support on which a ferromagnetic inertial element is mounted in a state of stable equilibrium, and a constant current source, the recorder and the connected capacitive sensor and transducer capacitance n voltage, characterized in that, in order to increase noise immunity and expand the frequency range, it is equipped with a modulator, the first input of which is connected to the output of a direct current source, and the output with a solenoid coil, a synchronous detector, the signal input of which is connected to the output of the converter, the capacitance is voltage, and the output with the recorder input, and a reference frequency generator, the outputs of which are connected to the second input of the modulator and control input of a synchronous detector.
SU4657825 1989-03-03 1989-03-03 Method for measuring movement characteristics and device which implements said method RU2086934C1 (en)

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)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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