RU2786338C1

RU2786338C1 - Seismograph with laser registration

Info

Publication number: RU2786338C1
Application number: RU2021137412A
Authority: RU
Inventors: Алексей Сергеевич Шушлебин
Original assignee: Алексей Сергеевич Шушлебин
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2022-12-20

Abstract

FIELD: seismic studies.

SUBSTANCE: invention relates to devices for recording ground vibrations generated by seismic waves from natural and artificial sources (earthquakes, volcanic eruptions, explosions, man-made disasters, etc.). Essence: the device contains a pendulum seismometer, the induction coil (1) of which is rigidly attached to the pendulum and connected to a circuit with a frame (2) of a mirror galvanometer. To register the electric current generated in the circuit when the induction coil (1) of the seismometer is placed in a uniform magnetic field and the pendulum moves, a laser (5), a focusing lens (3) and a line (4) of photosensitive elements are introduced into the device. Moreover, the radiation generated by the laser (5) and focused by the lens (3) is reflected from the galvanometer mirror and falls on the line (4) of photosensitive elements, after which it is digitized and fed to the computer.

EFFECT: increased resolution of the seismograph, the ability to function in any brightness and in real time.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использована в средствах регистрации колебаний грунта, генерируемых сейсмическими волнами от естественных и искусственных источников (землетрясений, извержений вулканов, взрывов, техногенных катастроф и др.). [МПК G01V1/18]The invention relates to the field of measuring technology and can be used in the means of recording ground vibrations generated by seismic waves from natural and artificial sources (earthquakes, volcanic eruptions, explosions, man-made disasters, etc.). [IPC G01V1/18]

Известны сейсмографы [1], сформированные на базе сейсмоприемников, например [2] (СВК-МIII, СВК-Д), электромеханических фильтров, регистрирующих гальванометров (ГК-УПМ), осветителей (коллиматоров) K-VIIIM [3] и регистриров станционных типа РС-IIМК [4]. Также из уровня техники известен сейсмограф, описанный в документе SU 195146 А1 (опубл. 12.04.1967, всего 3 листа).Known seismographs [1], formed on the basis of geophones, for example [2] (SVK-MIII, SVK-D), electromechanical filters, recording galvanometers (GK-UPM), illuminators (collimators) K-VIIIM [3] and station-type recorders RS-IIMK [4]. Also known from the prior art is a seismograph described in document SU 195146 A1 (publ. 04/12/1967, 3 sheets in total).

При колебаниях грунта, инертная масса сейсмоприемника сохраняет состояние покоя, что приводит к сжатию или разряжению пружины, вследствие чего инертная масса приходит в колебательные движения относительно начального положения.During ground vibrations, the inertial mass of the geophone remains at rest, which leads to compression or discharge of the spring, as a result of which the inertial mass comes into oscillatory motion relative to the initial position.

В дальнейшем изменяющееся в соответствии с колебаниями грунта напряжение усиливается гальванометрическим усилителем и регистрируется фотографическим путем при помощи зеркального гальванометра.Subsequently, the voltage, which changes in accordance with ground vibrations, is amplified by a galvanometric amplifier and recorded photographically using a mirror galvanometer.

Недостатком данного сейсмографа является то, что с его помощью невозможно получить высокую разрешающую способность, а также то, что осуществлять регистрацию можно только в условиях полной темноты с последующим проявлением фотобумаги. Схема сейсмографа с гальванометрической регистрацией представлена на фиг. 1, где С - преобразователь сейсмометра; Г - рамка гальванометра с зеркальцем; О - оптический коллиматор; Б - барабан фоторегистрира.The disadvantage of this seismograph is that with its help it is impossible to obtain high resolution, and also that registration can only be carried out in complete darkness, followed by the development of photographic paper. The scheme of a seismograph with galvanometric registration is shown in Fig. 1, where C is the seismometer transducer; G - galvanometer frame with a mirror; O - optical collimator; B - photorecorder drum.

Задачей изобретения является создание сейсмографа с гальванометрической регистрацией, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в повышении разрешающей способности сейсмографа и его возможности работать в любых условиях освещенности в реальном масштабе времени. Этот технический результат в предлагаемом сейсмографе, содержащем инертную массу, плечо и элементы подвеса, преобразователь колебаний инертной массы относительно основания в электрический сигнал и гальванический усилитель электрического сигнала с зеркалом гальванометра, достигается тем, что в него вместо оптического коллиматора [3] и фоторегистрира [4] введены лазер [5] и линейка фоточувствительных элементов [6] соответственно. Данная замена произведена для того, чтобы повысить разрешающую способность прибора за счет большей высоконаправленности лазерного излучения по сравнению со световым излучением коллиматора. Причем, монохроматичность лазерного излучения позволит осуществлять регистрацию в любых условиях освещенности. Кроме того, замена фоторегистрира на линейку фоточувствительных элементов (LCCD-линейку, п.з.с.-линейку) позволит осуществлять цифровую регистрацию и обрабатывать сигнал в реальном масштабе времени за счет исключения операций по работе с фотобумагой.The objective of the invention is to create a seismograph with galvanometric registration, providing a technical result, which consists in increasing the resolution of the seismograph and its ability to work in any lighting conditions in real time. This technical result in the proposed seismograph, containing an inertial mass, a shoulder and suspension elements, a converter of oscillations of an inertial mass relative to the base into an electrical signal and a galvanic amplifier of an electrical signal with a galvanometer mirror, is achieved by the fact that instead of an optical collimator [3] and a photorecorder [4 ] introduced a laser [5] and a line of photosensitive elements [6], respectively. This replacement was made in order to increase the resolution of the device due to the greater highly directivity of the laser radiation compared to the light radiation of the collimator. Moreover, the monochromaticity of laser radiation will allow registration in any lighting conditions. In addition, the replacement of a photorecorder with a line of photosensitive elements (LCCD line, CCD line) will allow digital recording and signal processing in real time by eliminating operations with photographic paper.

Сущность изобретения поясняется схемой, где на фиг.2 изображены: сейсмометр; гальванометр; 1-катушка сейсмометра в поле постоянного магнита; 2-рамка гальванометра; 3-линза фокусирующая; 4-фотоэлектронная линейка; 5-лазер.The essence of the invention is illustrated by a diagram, where figure 2 shows: a seismometer; galvanometer; 1-coil of a seismometer in the field of a permanent magnet; 2-frame galvanometer; 3-lens focusing; 4-photoelectronic ruler; 5-laser.

Устройство работает следующим образом. Индукционная катушка 1, жестко скрепленная с маятником, помещается в однородное магнитное поле, чаще всего в поле постоянного магнита. При движении маятника магнитный поток, проходящий через катушку 1, меняется, и возникают электродвижущие силы, а, следовательно, в цепи, состоящей из катушки 1 и рамки гальванометра 2, возбуждается электрический ток. Этот ток регистрируется при помощи зеркального гальванометра следующим образом: излучение, формируемое лазером 5, фокусируется линзой 3 до требуемого диаметра, отражается от зеркальца гальванометра и попадает на линейку фоточувствительных элементов 4 (LCCD-линейку, п.з.с.-линейку). Требуемый диаметр фокусировки определяется исходя из размеров фоточувствительного элемента линейки. Регистрируемый сигнал оцифровывается и подается на ЭВМ, где может использоваться в виде сейсмограммы, удобной оператору для ее обработки на автоматизированном рабочем месте сейсмолога-интерпретатора.The device works as follows. The induction coil 1, rigidly attached to the pendulum, is placed in a uniform magnetic field, most often in the field of a permanent magnet. When the pendulum moves, the magnetic flux passing through coil 1 changes, and electromotive forces arise, and, therefore, an electric current is excited in the circuit consisting of coil 1 and galvanometer frame 2. This current is recorded using a mirror galvanometer as follows: the radiation generated by the laser 5 is focused by the lens 3 to the required diameter, reflected from the galvanometer mirror and falls on the line of photosensitive elements 4 (LCCD line, CCD line). The required focusing diameter is determined based on the size of the photosensitive element of the ruler. The recorded signal is digitized and fed to a computer, where it can be used in the form of a seismogram, convenient for the operator to process it at the automated workplace of the seismologist-interpreter.

Сравнительный анализ с прототипом показал, что заявленное изобретение позволяет повысить разрешающую способность устройства и обеспечить цифровую регистрацию в любых условиях освещенности в реальном масштабе времени за счет применения в устройстве известного сейсмографа лазера и линейки фоточувствительных элементов (LCCD-линейки, п.з.с.-линейки) вместо оптического коллиматора и фоторегистрира соответственно.A comparative analysis with the prototype showed that the claimed invention allows to increase the resolution of the device and provide digital registration in any lighting conditions in real time through the use of a well-known seismograph laser and a line of photosensitive elements (LCCD-line, CCD- ruler) instead of an optical collimator and a photorecorder, respectively.

Следовательно, техническое решение соответствует критерию "новизна".Therefore, the technical solution meets the criterion of "novelty".

Кроме того, так как заявленный технический результат может быть использован в системах сейсмического мониторинга (ядерных взрывов, землетрясений и т.п.), то изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».In addition, since the claimed technical result can be used in seismic monitoring systems (nuclear explosions, earthquakes, etc.), the invention meets the criterion of "industrial applicability".

Источники информации:Sources of information:

1. Аппаратура и методика сейсмометрических наблюдений в СССР. - М.: Изд-во «Наука», 1974.1. Equipment and methods of seismometric observations in the USSR. - M .: Publishing house "Nauka", 1974.

2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации изделия (сейсмографа) КСВ-М.00.000 ТО. - М.: 1974.2. Technical description and instruction manual for the product (seismograph) KSV-M.00.000 TO. - M.: 1974.

3. Инструкция по эксплуатации коллиматора К-VIII-М. Министерство приборостроения, средств автоматизации и систем управления СССР «ГЛАВФИЗПРИБОР».3. Operating instructions for the K-VIII-M collimator. Ministry of instrument making, means of automation and control systems of the USSR "GLAVFIZPRIBOR".

4. Марносов В.П. Геофизические приборы. Регистрир станционный типа РС-IIМК. Выпуск 1, ч.1., учебное пособие. - М.: МО СССР, 1972. С. 55-58.4. Marnosov V.P. Geophysical instruments. Register station type RS-IIMK. Issue 1, part 1., tutorial. - M.: MO USSR, 1972. S. 55-58.

5. О. Звелто. Принципы лазеров. Пер. с англ. - третье издание перераб. и доп. изд. - М.: Мир, 1990. С. 18-22.5. O. Zvelto. Principles of lasers. Per. from English. - third edition revised. and additional ed. - M.: Mir, 1990. S. 18-22.

6. Техническое описание и инструкция по эксплуатации системы регистрирования оптических спектров «Линейка 2К/14U» М.: Научный парк МГУ им. М.В. Ломоносова, НПО «Дельта-Тех». 2003г.6. Technical description and operating instructions for the system for recording optical spectra "Line 2K / 14U" Moscow: Science Park of Moscow State University. M.V. Lomonosov, NPO Delta-Tech. 2003

Claims

A seismograph, including a pendulum seismometer, the induction coil of which is rigidly fastened to the pendulum and combined into a circuit with a galvanometer frame, characterized in that a mirror galvanometer is used as a galvanometer, and to record the electric current that occurs in the circuit when the seismometer induction coil is placed in a uniform magnetic field and the movement of the pendulum, a laser, a focusing lens and a line of photosensitive elements are introduced into the seismograph, and the radiation generated by the laser and focused by the lens is reflected from the galvanometer mirror and enters the line of photosensitive elements, after which it is digitized and fed to the computer.