SU811174A1 - Сейсмометр - Google Patents

Description

Изобретение относится к экспериментальной геофизике и может быть использовано в сейсмологии при исследовании сейсмических процессов.

Известен горизонтальный сейсмограф маятникового типа [1], используемый при изучении слабых нелинейных эффектов в земной коре, внутри цилиндрического корпуса которого на тонкой пластине с наклеенной пьезокерамикой подвешен груз. Предусилитель и узкополосный фильтр позволяют достигнуть высокой чувствительности (~ 10^-13 см), вести длительные записи уровня микросейсм и регистрировать его вариации при прохождении интенсивных длиннопериодных шумов сейсмических волн от удаленных землетрясений.

Недостатком указанного горизонтального сейсмографа является невозможность его быстрого и широкого применения на зарубежных сейсмостанциях вследствие его нестандартности. При анализе записи вариации уровня микросейсм под воздействием сейсмического вступления необходимо иметь сейсмограмму, полученную на стандартном сейсмографе, установленном рядом. Кроме того, этот сейсмограф не приспособлен для регистрации горизонтальной составляющей роторной компоненты сейсмической волны.

Наиболее близким техническим решением является сейсмограф [2], содержащий электромагнитный преобразователь и чувствительный элемент в виде цилиндриче5 ского груза на ленточном подвесе.

Этот сейсмограф недостаточно чувствителен, а также не регистрирует горизонтальную составляющую роторной компоненты сейсмической волны.

Целью изобретения является повышение информативности регистрации за счет регистрации роторной компоненты рэлеевских волн с одновременной записью горизонтальной компоненты микросейсм.· и сейсми15 ческих волн удаленных землетрясений.

Указанная цель достигается тем, что в сейсмометре, содержащем электромагнитный преобразователь и чувствительный 20 элемент в виде цилиндрического груза на ленточном подвесе, цилиндрический груз снабжен бандажами, в которых нормально к их поверхности закреплены пластины с наклеенной в местах закрепления пьезоке25 рамикой и с дополнительными грузами, расположенными на свободных концах указанных пластин; при этом плоскости пластин ориентированы параллельно оси цилиндрического груза, дополнительные гру30 зы соединены между собой . гибкой нитью, а к лентам подвеса в местах закрепления приклеены пьезокерамические пластины.

На фиг. 1 и 2. изображен общий вид сейсмометра, на фиг. 3 и 4 — узлы крепления лент и пьезоприемники; на фиг. 5 — камертон как элемент кольцевого осциллятора; на фиг. 6 — состояние кольцевого осциллятора в зависимости от типа воздействия.

Внутри корпуса, состоящего из двух толстых треугольных плит 1, соединенных жесткими стойками 2, на гибких металлических лентах 3 висит горизонтально ориентированный цилиндрический груз 4. В центре груза имеется система 5 регистрации электродинамическим методом горизонтального движения, обусловленного прохождением сейсмической волны от удаленного землетрясения. В узлах крепления лент 3 подвеса к грузу 4 и стойкам 2 приклеена пьезокерамика 6. В месте прикрепления конца ленты 3 к грузу 4 пьезокерамическая пластина 6 устанавливается непосредственно у прямоугольной шайбы 7, прижимаемой к грузу 4 винтом 8, а в месте прикрепления к стоике 2 — у торцовой плоскости цилиндрической вилки 9.

Кольцевые осцилляторы 10 состоят из бандажей 11, прикрепленных к цилиндрическому грузу ч, и набора камертонов из радиально по отношению к грузу 4 ориентированных пластин 12, одни концы которых запрессованы в бандажи И, а другие — в массы 13. Металлической нитью 14, пропущенной через штифты 15 в массах 13, камертоны связаны в единое целое, образуя механическую кольцевую систему — осциллятор, способную совершать крутильные колеоания относительно оси груза 4. Эти колебания регистрируются пьезокерамикои 1б, прикрепленной в месте заделки пластины камертонов 12 в бандаже И.

Кольцевой осциллятор незначительно увеличивает массу груза 4, а пьезокерамика б — жесткость лент 3, что взаимно компенсирует друг друга с точки зрения изменения периода соиственных колеоаний груза 4; характеристики сейсмометра как сейсмографа Ьеньоффа остаются неизменными.

сейсмометр работает следующим образом.

Микросейсмический фон региона регистрации вызывает непрерывные перемещения корпуса приоора относительно груза 4, что сопровождается изгибом в узлах крепления лент з подвеса, одновременно с этим испытывают максимальную деформацию пьезокерамические пластины б, установленные в узлах крепления лент. Электрический сигнал с пластин б предварительно суммируют, пропускают через предусилитель и узкополосные фильтры и записывают для дальнейшего анализа.

При Исследовании тонкой структуры микросейсм, в частности, при анализе только рэлеевских волн записывают их роторную компоненту. Для этого регистрируют и обрабатывают аналогичным образом сигнал с пьезокерамик 16 кольцевых осцилляторов, которые могут реагировать за счет синхронных колебаний камертонов с массами 13 только под действием угловых перемещений корпуса прибора относительно оси цилиндрического груза 4.

Действительно, любые линейные ускорения сейсмометра не возбудят синхронных угловых колебаний камертонов (фиг. 1, 2, б): компонента ускорений вдоль оси груза 4 неэффективна из-за высокой жесткости пластин камертонов 12, а компонента Ф, направленная перпендикулярно к оси, — из-за симметричности кольцевого осциллятора и жесткости натянутой нити 14, работающей в этом случае на растяжение. И только возмущающий крутящий момент М относительно оси груза 4 вызовет синхронные колебания камертонов, так как при этом изгибные деформации пластин 12 будут сопровождаться провисанием нитей 14.

Таким образом, сейсмометр позволяет непрерывно регистрировать и исследовать как горизонтальную компоненту смещений, так и угловые колебания, обусловленные микросейсмами региона. Одновременно с этим при прохождении через пункт регистрации длиннопериодной сейсмической волны от удаленного землетрясения, это вступление будет зарегистрировано блоком электромагнитной записи о сейсмометра, как ооычным сейсмографом Ьеньоффа. Сопоставление синхронных записей изменения уровня микросеисм и обычной сейсмограммы позволит уточнить информацию о деформационных процессах в регионе регистрации.

Claims (2)

1. а к лентам подвеса в iMectax закреплени  приклее1 ы пьезокерамические пластины. На фиг. 1 и 2. изображен общий вид сейсмометра , на фиг. 3 и 4 - узлы креплени  лент и ньезонриемники; на фиг. 5 - камертон как элемент кольцевого осцилл тора; на фиг. 6 - состо ние кольцевого осцилл тора в зависимости от типа воздействи . Внутри корпуса, состо щего из двух толстых треугольных плит 1, соединенных жесткими стойками 2, на гибких металлических лентах 3 висит горизонтально ориентированный цилиндрический груз 4. В центре груза имеетс  система 5 регистрации электродинамическим методом горизонтального движени , обусловленного прохождением сейсмической волны от удаленного землетр сени . В узлах креплени  лент 3 подвеса к грузу 4 и стойкам 2 приклеена пьезокерамика 6. В месте прикреплени  конца ленты 3 к грузу 4 пьезокерамическа  пластина 6 устанавливаетс  непосредственно у пр моугольной шайбы 7, прил-:имаемои к грузу 4 винтом 8, а в месте прикреплени  к стойке 2 - у торцовой плоскости цилиндрической вилки 9. Кольцевые осцилл торы 10 состо т из бандажей 11, прикрепленных к цилиндрическому грузу 4, и набора камертонов из радиально по отношению к грузу 4 ориентированных пластин 12, одни концы которых запрессованы в бандажи 11, а другпе - Б массы 13. Металлической нитью 14, прО11ущеннон через штифты 15 в массах 13, камертоны св заны в единое целое, ооразу  механическую кольцевую систему - осцилл тор , спосооную совершать крутильные колеоани  относительно оси груза 4. с/ти колеоани  регистрируютс  пьезокерамикои 1Ь, прикрепленной в месте заделки пластины камертонов 12 в бандаже И. Кольцевой осцилл тор незначительно увеличивает массу груза 4, а пьезокерамика b - жесткость лент 3, что взаимно компенсирует друг друга с точки зрени  изменени  периода сооственных колеоаний груза 4; характеристики сейсмометра как сейсмографа Ьеньоффа остаютс  неизменными . (еисмометр работает следующим образом . Микросейсмический фон региона регистрации вызывает непрерывные перемещени  корпуса приоора относительно груза 4, что сопровождаетс  изгибом в узлах креплени  ленг 6 подвеса, идновременно с этим испытывают максимальную деформацию пьезокерамические пластины Ь, установленные в узлах креплепи  лент. Электрический сигнал с пластин 6 предварительно суммируют , пропускают через предусилитель и узкополосные фильтры и записывают дл  дальнейшего анализа. 4 При исследовании тонкой структуры микросейсм , в частности, при анализе только рэлеевских воли записывают их роторную компоненту. Дл  этого регистрируют и обрабатывают аналогичным образом сигнал с пьезокерамик 16 кольцевых осцилл торов , которые могут реагировать за счет синхронных колебаний камертонов с массами 13 только под действием угловых перемещений корпуса прибора относительно оси цилиндрического груза 4. Действительно, любые линейные ускорени  сейсмометра не возбуд т синхрониых угловых колебаний камертонов (фиг. 1, 2, Ь): компонента ускорений вдоль оси груза 4 неэффективна из-за высокой жесткости нластин камертонов 12, а компонента Ф, направленна  перпендикул рно к оси, - из-за симметричности кольцевого осцилл тора и жесткости нат нутой нити 14, работающей в этом случае на раст жение. И только возмущающий крут щий момент М относительно оси груза 4 вызовет синхронные колебани  камертонов, так как при этом изгибные деформации пластин 12 будут сопроволадатьс  провисанием нитей 14. Таким образом, сейсмометр позвол ет непрерывно регистрировать и исследовать как горизонтальную компопенту смещений, так и угловые колеоани , обусловленные микросеисмами региона. Одновременно с этнм при нрохождении через пункт регистрации длиннопериодной сейсмической волны от удаленного землетр сени , это вступлеппе оудет зарегистрировано блоком электромагнитной записи о сейсмометра, как ооычным сейсмографом Беньоффа. Соноставлепие синхронных записей изменени  уровн  микросеисм и обычной сейсмограммы позволит уточнить информацию о деформационных процессах в регионе регистрации . Формула изобретени  Сейсмометр, содержащий электромагнитный преобразователь и чувствительный элемент, вынолненный в виде цилиндрического груза на ленточном подвесе, отличающийс  тем, что, с целью повышени  информативности регистрации, цилиндрический груз снабжен бандажами, в которых нормально к их поверхности закреплены пластины с наклеенной в местах закреплени  пьезокерампкой и с дополнительными грузами, размещенными на свободных концах указанных пластин, при этом плоскости пластин расположены параллельно оси цилиндрического груза, дополнительные грузы соединены между собой гиикой нитью, а к лентам подвеса в местах закреплени  приклеены пьезокерамические пластины.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Рыкунов Л. Н., Хаврошкин О. Б. и др. Модул ци  высокочастотных микросейсм, ДАН СССР, т. 238, № 2, М., 1978.

   W

   /2

   16

   Q 1П1

   0 iQi

   le

   %%

   V

   (

   13

   t

   Ч
2. 2. Operating and Maintenance Manual Benioff Seismometers, The Geotechnical Corporation 3401 Shiloh Road, Gorland, Texas , 15, May 1959 (прототип).

   / /

   цв

   6

   13

   3

   h

   8

   fr

   9

   iQi

   tQi

   tBi

   t

   ,a

   r

   s

   a

   5Ш,

   фиг. /

   фиг. .З

   фиг.-

   Фиг-.