SU1483416A1

SU1483416A1 - Seismometer

Info

Publication number: SU1483416A1
Application number: SU864048835A
Authority: SU
Inventors: Юрий Михайлович Сизов; Владислав Васильевич Бородин
Original assignee: Центральное Проектно-Конструкторское И Технологическое Бюро Научного Приборостроения Ан Узсср
Priority date: 1986-04-03
Filing date: 1986-04-03
Publication date: 1989-05-30

Abstract

Изобретение относитс к области сейсмометрии и может быть использовано дл регистрации колебаний земной поерхности. Цель изобретени - повышение чувствительности. Цель достигаетс тем, что сейсмометр содержит ν-образный полый корпус 1 с ветв ми большего 2 и меньшего 3 сечений, частично заполненными непрозрачной жидкостью 4, например, ртутью. Регистраци колебаний жидкости производитс посредством освещени торца ветви 3, снабженной зеркальным внутренним покрытием и щелью в боковой стенке, против которой размещена линейка световодов 12, соединенных с волоконно-оптическим кодирующим устройством 13. Это обеспечивает повышение точности измерени уровн жидкости вследствие использовани разных сечений ветвей 2 и 3, а также цифровой обработки в устройстве 13. Одновременно сейсмометр снабжен системой изменени периода колебаний за счет изменени массы колеблющейс жидкости при соединении ее с дополнительным резервуаром 8 посредством термокомпенсатора 11, что обеспечивает расширение диапазона частот устройства. 3 ил.The invention relates to the field of seismometry and can be used to record oscillations of the earth's surface. The purpose of the invention is to increase the sensitivity. The goal is achieved by the fact that the seismometer contains a ν-shaped hollow body 1 with branches larger than 2 and smaller 3 sections, partially filled with an opaque liquid 4, such as mercury. Fluid oscillations are recorded by illuminating the end of a branch 3 provided with a mirror inner coating and a slot in the side wall against which a line of light guides 12 connected to a fiber optic encoder 13 is placed. This provides an increase in the accuracy of measuring the level of the liquid due to the use of different sections of the branches 2 and 3, as well as digital processing in the device 13. At the same time, the seismometer is equipped with a system for changing the oscillation period by changing the mass of the oscillating fluid with combining it with an additional reservoir 8 by means of a thermal compensator 11, which ensures the expansion of the frequency range of the device. 3 il.

Description

Изобретение относится к сейсмологии, в частности к сейсмическим приборам для регистрации вынужденных колебаний грунта и сооружений, вызванных землетрясениями и другими источниками колебаний.The invention relates to seismology, in particular to seismic instruments for recording forced vibrations of soil and structures caused by earthquakes and other sources of oscillations.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности.The purpose of the invention is to increase sensitivity and accuracy.

На фиг. 1 изображен вертикальный сейсмометр, общий вид; на фиг. 2 — замкнутая часть измерительной ветви V-образного корпуса с источником света; на фиг. 3 — разрез А—А на фиг. 2.In FIG. 1 shows a vertical seismometer, general view; in FIG. 2 - a closed part of the measuring branch of the V-shaped body with a light source; in FIG. 3 - section A — A in FIG. 2.

Сейсмометр вертикальный состоит из V-образного полого корпуса 1 с ветвями — большего сечения 2 и меньшего сечения 3 (измерительная часть), соединенными короткой горизонтальной соедительной частью 4 и жестко закрепленными на основании 5. Инерционная непрозрачная жидкость, например ртуть 6, находится внутри корпуса 1, частично заполняя его.Vertical seismometer consists of a V-shaped hollow body 1 with branches of a larger section 2 and a smaller section 3 (measuring part) connected by a short horizontal connecting part 4 and rigidly fixed to the base 5. An inertial opaque liquid, such as mercury 6, is located inside the body 1 partially filling it.

Уровень жидкости в ветвях корпуса в исходном состоянии (состоянии покоя) обозначен h, в положении одной из фаз колебательного движения в ветви большего диаметра hi, в измерительной ветви Н. Ветвь 2 корпуса 1 гидравлически соединена шлангом 7 с дополнительным резервуаром 8 с той же жидкостью 6, что и в корпусе 1 сейсмометра. Шланг 7 снабжен запирающим элементом (краном) 9, а резервуар 8 — измерительной линейкой 10 с метрической шкалой.The liquid level in the branches of the housing in the initial state (rest) is indicated by h, in the position of one of the phases of the oscillatory motion in the branches of larger diameter hi, in the measuring branch N. The branch 2 of the housing 1 is hydraulically connected by a hose 7 to an additional reservoir 8 with the same liquid 6 as in case 1 of the seismometer. The hose 7 is equipped with a locking element (valve) 9, and the tank 8 - measuring ruler 10 with a metric scale.

В канале, соединяющем обе ветви, установлен компенсатор температурного расширения, выполненный в виде сильфона 11.In the channel connecting both branches, a compensator for thermal expansion is installed, made in the form of a bellows 11.

Входные торцы световодов 12, расположенные в линейку, установлены симметрично положению уровня инерционной жидкости 6 в измерительной ветви 3. Выходные торцы световодов 2 введены в волоконно-оптическое кодирующее устройство (ВОКУ) 13, соединенное с регистрирующим устройством или ЭВМ (на чертеже не показаны). ВОКУ 13 выполнено с возможностью изменения порядка кода входных торцов световодов 2 в зависимости от исходного уровня h инерционной жидкости 6 в измерительной ветви 3 сейсмометра.The input ends of the optical fibers 12 arranged in a line are installed symmetrically to the position of the level of the inertial fluid 6 in the measuring branch 3. The output ends of the optical fibers 2 are inserted into a fiber optic encoder (VOKU) 13 connected to a recording device or computer (not shown in the drawing). VOKU 13 is configured to change the code order of the input ends of the optical fibers 2 depending on the initial level h of the inertial fluid 6 in the measuring branch 3 of the seismometer.

Измерительная ветвь снабжена отражающим внутрь покрытием 14 с прозрачными окнами 15 и 16. Окна 15 и 16 одновременно служат соответственно входной и выходной диафрагмами, формирующими световой поток в сейсмометре.The measuring branch is provided with an inwardly reflecting coating 14 with transparent windows 15 and 16. Windows 15 and 16 simultaneously serve as input and output diaphragms, which form the luminous flux in the seismometer.

Против окна 15 установлен источник света, состоящий, например, из лампы 17 накаливания, отражателя 18 и кожуха 19.Against the window 15, a light source is installed, consisting, for example, of an incandescent lamp 17, a reflector 18 and a casing 19.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В исходном состоянии при отсутствии колебания почвы уровень инерционной жидкости 6 в обеих ветвях 2 и 3 корпуса 1 составляет величину h и находится на границе пакетов световодов 2, разбитых на две группы по вертикали: для регистрации противоположных фаз перемещения инерционной жидкости — вверх (положительной) и вниз (отрицательной) относительно исходного положения. Граничное положение световых лучей, т. е. положение, когда все торцы пакета световодов, относящиеся к положительной фазе, освещены, а все торцы пакета световодов, относящиеся к отрицательной фазе затемнены, соответствуют нулевому значению интенсивности колебаний. При возникновении колебательных движений почвы вследствие разности масс в сообщающихся ветвях сейсмометра инерционная жидкость совершает колебания относительно корпуса и в измерительной ветви последовательно перекрывает торцы световодов от попадания в них световых лучей. В зависимости от амплитуды колебаний уровень инерционной жидкости перемещается от положения равновесия до крайних положений, что соответствует показаниям сейсмометра от минимального значения измеряемой величины до максимального.In the initial state, in the absence of soil oscillation, the level of inertial fluid 6 in both branches 2 and 3 of housing 1 is h and is located at the boundary of packets of optical fibers 2, divided into two groups vertically: for recording the opposite phases of the inertial fluid moving up (positive) and down (negative) relative to the starting position. The boundary position of the light rays, i.e., the position when all the ends of the packet of optical fibers related to the positive phase are illuminated, and all the ends of the packet of optical fibers related to the negative phase are darkened, correspond to a zero value of the vibration intensity. In the event of oscillatory motions of the soil due to the mass difference in the communicating branches of the seismometer, the inertial fluid oscillates with respect to the housing and in the measuring branch sequentially blocks the ends of the optical fibers from light rays entering them. Depending on the amplitude of the oscillations, the level of the inertial fluid moves from the equilibrium position to the extreme positions, which corresponds to the readings of the seismometer from the minimum value of the measured value to the maximum.

Перемещение объема инерционной жидкости в обеих ветвях вызывает изменение высоты Н в измерительной ветви:The movement of the inertial fluid volume in both branches causes a change in the height H in the measuring branch:

1Г hl- S) ST' где Si — площадь сечения ветви большего диаметра;1G hl- S) ST 'where Si is the cross-sectional area of a branch of a larger diameter;

S2 — площадь сечения ветви меньшего диаметра.S2 is the cross-sectional area of a branch of smaller diameter.

Как следует из приведенного соотношения, X>h во столько раз, во сколько S₂<S,, что позволяет соответственно увеличить чувствительность сейсмометра. Это позволяет уменьшить цену деления измерительной линейки пакета световодов и повысить точность сейсмометра.As follows from the above relation, X> h is as many times as S ₂ <S, which allows us to increase the sensitivity of the seismometer accordingly. This allows you to reduce the division price of the measuring line of the package of optical fibers and increase the accuracy of the seismometer.

Посредством компенсатора 11 температурного расширения при изменении температуры окружающей среды изменяется объем части V-образной трубки корпуса 1, заполненной инерционной жидкостью, в результате чего уровень жидкости в обеих ветвях остается постоянным.By means of the expansion compensator 11, when the ambient temperature changes, the volume of the part of the V-shaped tube of the housing 1 filled with inertial fluid changes, as a result of which the liquid level in both branches remains constant.

Изменение периода собственных колебаний сейсмометра, зависящего от массы инерционной жидкости и высоты h в ветвях V-образной трубки, производится путем добавления или изъятия части жидкости из дополнительного резервуара 8 через гибкий шланг 7 и запирающий элемент 9. Изменение объема инерционной жидкости в дополнительном резервуаре измеряется с помощью линейки 10. При этом изменяется и высота h уровня жидкости в V-образном корпусе сейсмометра. В соответствии с изменением уровня h путем коммутации электрических каналов в ВОКУ 13 изменяют порядок кода входных торцов световодов 10.The change in the period of natural vibrations of the seismometer, depending on the mass of the inertial fluid and the height h in the branches of the V-shaped tube, is made by adding or removing part of the fluid from the additional reservoir 8 through the flexible hose 7 and the locking element 9. The change in the volume of the inertial fluid in the additional reservoir is measured with using the line 10. In this case, the height h of the liquid level in the V-shaped case of the seismometer also changes. In accordance with the change in level h by switching electrical channels in VOKU 13 change the code order of the input ends of the optical fibers 10.

Таким образом, по сравнению с прототипом повышается чувствительность и точность сейсмометра за счет снабжения сейсмометра V-образным корпусом с ветвями разного сечения, кроме того, волоконно-оптическое кодирование перемещения инерционной жидкости в корпусе сейсмометра позволяет снизить погрешность преобразования измеряемой величины, повысить точность, а также повысить эффективность обработки сигналов с помощью цифровых устройств,, регистрации и ЭВМ. Снабжение дополнительным резервуаром с возможностью дозированного изменения объема инерционной жидкости в корпусе сейсмометра позволяет изменять собственный период колебаний и расширить частотный диапазон сейсмометра.Thus, in comparison with the prototype, the sensitivity and accuracy of the seismometer are increased due to the provision of the seismometer with a V-shaped body with branches of different sections, in addition, fiber-optic coding of the inertial fluid movement in the seismometer body allows to reduce the measurement error, increase the accuracy, and also increase the efficiency of signal processing using digital devices, registration and computers. An additional reservoir with the possibility of a metered change in the volume of inertial fluid in the seismometer body allows you to change your own oscillation period and expand the frequency range of the seismometer.

Claims

Claim

1. A seismometer containing a hollow body, an inertial liquid mass, a converter of mechanical vibrations into an electrical signal and a recording device, characterized in that, in order to increase sensitivity and accuracy, the hollow body is made in the form of a closed

V-shaped tube section of one of the branches of which is smaller than the cross section another branch of smaller cross section is formed as a source of supply of the lightguide light from reflecting inside walls having ⁰ transparent window-diaphragm recording device comprises optical fibers package, the input of which are located the ends of a line and mounted against a transparent aperture window, and the output ends 15 are optically coupled to a fiber optic encoder.

2. Seismometer in π. 1, characterized in that, in order to expand the frequency range, an additional reservoir is introduced into it, connected to the branch of a tube of a larger cross section.

FIG. 2

Aa

Wed ig. 3