SU855580A1 - Электродинамический сейсмоприемник - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к измерительной технике, примен емой в сейс . моразведке. Кроме того, оно может быть использовано в сейсмических изыскани х при проведении трехкомпонентных наблюдений или наблюдени х при различных заданных углах наклона .сейсмоприемника относительно вертикали .

Известен электродинамический сейсмоприемник , содержащий подвижную катушку, подвешенную на пружинах в кольцевом зазоре посто нного магнита, имеющего частотную характеристику с резко выраженным механическим резонансом на собственной частоте колебаний механической система, с крутьин спадом (свыше 60 дБ/дек) в области частот ниже резонансной и подъемом (около 20 дБ/дек) на частотах выше .. резонансной Сейсмоприемник, обладающий такой частотной характеристикой , вносит большие искажени  в результаты наблнвдений. Частичное уменьшение искажений достигают путем введени  в сейсмический канал активных или пассивных фильтров, что увеличивает сложность сейсмической аппарату .ры. Наиболее эффективное уменьшение амплитудно-фазовых искажений в диапазоне частот сейсмического сигнала дает смещение резонансной частоты подвижной катушки сейсмоприемника в Область низких частот .и преобразование в выходной электрический сигнгш не параметра скорости перемещени  катушки в магнитном поле, а параметра величины ее перемещени  относительно корпуса сейсмоприемника.

10

Известен электродинамический сейсмоприемник , в котором дл  регулировани  его собственной частоты на корпусе и подвижной системе сейсмоприемника укреплены два обращенных

15 друг к другу разноименными полюсами посто нных магнита, зазор между полюсами которых регулируетс  f 2.

Недостаток этого устройства состоит в том, что установка в сейсмо20 приемник двух дополнительных посто нных магнитов и механизма регулировани  зазора между их полюсами сама по себе представл ет значительные трудности . Затем, если ориентаци  от сей25 смоприемника относитапьно вертикали мен етс  во времени, происходит нарушение равновеси  между составл ющими силы т жести и силами взаимодействи  этих магнитов, что, в конечном итоге,

30 приводит к нарушению регулировки и

равотоспособности сейсмоприемника. Кроме того, смещение резонансной частоты сейсмоприемника в область низких частот еще не обеспечивает исправление его амплнтудно фазовой частотной характеристики в диапазоне частот,ле ,жащих выше резонансной.

Цель изобретени  - упрощение конструкции сейсмоприемника, улучшение его частотных характеристик и повышение надежност1|.

Поставленна  цель достигаетс  тем что в электродинамическом сейсмоприемнике , содержащем корпус с жестко ..закрепленным на нем посто нным магнитом , подвижную катушку с обмоткой, подвешенную на пружинах в его кольцевом зазорами электронно-преобразовательный блок, подвижна  катушка . снабжена дополнительной магнитной массой, расположенной в поле посто нного магнита,, и датчиком ее положени  относительно корпуса, выход которого через электронно-преобразовательный блок соединен с обмоткой подвижной катушки и с выходами сейсмоприемника .

На фиг. 1 приведена схема конструкции сейсмоприемника; на фиг. 2 электрическа  принципиальна  схема устройства, совмещенна  с функциональной схемой электронно-преобразовательного блока; на фиг. 3 - расчетна  схема сил; на фиг. 4 - графики функций сил, действующих на колебательную систему в зависимости от рассто ни  между пассивной ферромагнитной массой и полюсом магнита. (

В корпусе 1 (фиг. 1) электродинамического сейсмоприемника установлен магнит 2. В кольцевом зазоре между корпусом и магнитом на ирисовых пружинах 3 и 4 закреплена подвижна  катушка 5 с обмоткой 6. На катушке посредством прокладки 7 закреплена дополнительна  магнитна  масса 8 (ферритовое кольцо). На ней посредством диамагнитного стержн  9 закреплено второе ферромагнитное кольцо 10,  вл ющеес  сердечником датчика положений катушки 11 с обмотками 12 и 13, симметрично расположенными по ее длине . Катушка 11 закреплена на корпусе 1 посредством установочного механизма , содержащего направл ющий цилиндр 14, гайку с гильзой 15, пружину 16 и регулировочный винт 17. Обмотки 12 и 13 (фиг. 2) совместно с сопротивлени ми 18 и 19 образуют мрет,подключенный на вход-выход амплитудноуправл емого генератора 20, соединенного с нелинейным элементом 21. Эти узлы, охваченные внутренней, обратной св зью 22, образуют схему преобразовател  величины перемещени  сердечника 10 в сигнсШ посто нного тока. Выход нелинейного элеме 1та 21 через интегратор 23 и усилитель 24 подключен к обмотке 6 подвижной катушки 5

сейсмоприемника и на первый вход 25 электронно-преобразовательного блока . Это выход соединен с внешним прибором (вольтметром), по которому контролируетс  ориентаци  оси сейсмоприемника относительно вертикали.

По второму кансшу выход нелинейного элемента 21 соединен с фильтром 26 низких частот, усилителем 27 и вторым выходом 28 блока. Этот выход соединен с внешним прибором (осциллографом ) , регистрирук дим сейсмические колебани .

На расчетной схеме- (фиг. 3) вместо двух пружин 3 и 4, удерживающих катушку 5, показана одна условна  пружина 3, 4. Толщиной cf прокладки 7 задают среднее исходное рассто ние Sg между пассивной ферромагнитной массой 8 и полюсом магнита 2. Рассто нием L от полюса магнита 2 до плоскости симметрии обмоток 12 и 13 и сердечника 10 регулируют исходное положение катушки 5,и следовательно,величину зазора SQ .

Сейсмоприемник работает следующим образом.

В режиме отсутстви  внешних колебаний любое отклонение сердечника 10 от плоскости симметрии обмоток 12 и 13 катушки 11 (фиг. 1) вызывает по вление соответствук цего сигнала на выходе нелинейного элемента 21. Этот сигнал после интегрировани  его в интеграторе 23 с посто нной времени, намного превосход щей периоды ожидаемых сейсмических сигналов, н усилени  в усилителе 24 поступает в обмотку 6 подвижной катушки. В результате катушка 5 перем цаетс в поле посто нного магнита 2 до совмещени  середины длины сердечника с плоскостью симметрии обмоток 12 и 13 с точностью до бесконечно малой величины ошибки регулировани  t . В случае изменени  ориентации оси сейсмоприемника относительно вертикали получает изменение составл юща  силы т жести, действукеда  на массу подвижной системы, и следовательно, измен етс  сила тока в обмотке 6 подвижной катушки так, что ее исходное положение остаетс  неизменным. По изменению напр жени  (или тока), действующего в цепи обмотки 6,с помощью прибора, подключенного к первому выходу 25, контролируют ориентацию сейсмсприемника. Исходное положение подвижной системы в целом задают при этом смещением катушки 11 датчика путем вращени  винта 17.

При вибрационном воздействии на Сейсмоприемник сигнал на выходе интегратора 23 не получает существенных изменений, и следовательно, условие статического равновеси  система сохран етс . Однако переменна  составл юща  сигнала, возникающа  на выходе нелинейного элемента 21, выдел етс  фильтром 26, усиливаетс  в усилителе 27 и поступает на второй выхо 28 дл  регистрации.

Величина этого сигнала пропорциональна смещению сердечника 10 относительно его исходного положени , и следовательно, параметру перемещени  корпуса сейсмоприемника в области частот, лежащих вьвие резонансной. 1 В сейсмоприемнике расширение этой Кэбласти частот получают смещением его собственной резонансной частоты механических колебаний в область низких частот,-что достигаетс  введением пассивной ферромагнитной массы 8 в поле посто нного магнита 2 и соединением ее с катушкой 5. Поскольку метеду силой F прит жени  массы 8 к полюсу магнита 2 и ее рассто нием до полюса S существует нелинейна  функциональна  зависимость (фиг. 4), то результирующа  сила F , действующа  на подвижную систему, представлена графиком функции F F(S) с переменHbw наклоном к оси OS, так как

где FM - сила прит жени  массы 8 к .

полюсу магнита 2, F-Q - сила действи  пружин подвески ,

Fa - осева  составл юща  силы

т жести,

F - компенсирующа  сила, созда ваема  протеканием тока по

обмотке 6 катушки 5. Принима  во внимание, что силы F и Fy, в рассматриваемой области пе ремещений S не измен ют своей величи ны, то график функции Fj F(S) об зательно имеет экстремум в некоторой точке Ъ . Равновесие оси в точке Ь или в любой другой точке, принадлежа щей кривой Fn справа в области bd ,мо жет быть достигнуто регулированием тока в обмотке 6, и следовательно, силы Fj, .

j Собственна  частота механической резонансной системы определ етс  соОтнсаиением:

:-{i

w,

pe-bl m

масса системы,

де m G упругость подвески, котора  определ етс  крутизной FR. т.е..

dFR ---df

Таким образом, задава  винтом 17 (фиг. 1) исходное положение подвиж- 40 ной системе, получаем по первому каналу (фиг. 2) электронно-преобразовательного блока автоматическое регули-- рование баланса сил и закрепление положени  рабочей точки. Так как крутизна кривой ( по модулю в интервв ле fad меньше крутизны и может приближатьс  к нулю, например в интервале Ьа , то следовательно, собственна  частотаШрв меньше собственной J частоты сейсмоприемника, не снабженного пассивной ферромагнитной массой. Таким образом, вращением винта 17 (фиг.1) производ т выбор рабочего участка на кривой F- и задают собст« венную резонансную частоту сейсмоприемника .

На участке кривой сЪ , где упругость с мен ет свой знак, система тер ет устойчивость. При этом положение S системы в точке b считаетс 

5 критическим Syp.

Если рабоча  точка Забыла выбрана в области S г 5кр ,то в случае воздействи  непредусмотренных по величине возмущений, система может оказатьс 

0 в неустойчивой области. При этом она

под действием силы F, автоматически I .

переводитс  из точки с в точкус ,откуда затем по кривой возвращаетс  в исходное состо ние, и сейсмоприемник

5 .посстанавливает свою работоспособность .

Таким образом, благодар  введению пассивной магнитной массы в поле посто нного магнита и жесткого соединени  ее с подвижной катушкой достигаетс  упрощение конструкции сейсмоприемника и смещение его резонансной частоты в область низких частот, а введением датчика- положени  магнитной

массы относительно корпуса и соединением его через электронно-преобразовательный блок с обмоткой подвижной катушки и со вторым выходом сейсмоприемника получают систему автоматической стабилизации положени  подвижной катушки в магнитном зазоре, котора  обеспечивает повышение надежности работы сейсмоприемника и преобразование в выходной сигнал параметра колебательного перемещени  корпуса

5 сейсмоприемника . Последнее обсто тельство совместно с полученным смещением резонансной частоты в область низких частот улучшает частотную характеристику сейсмоприемникаг выравненную в рабочем диапазоне наблюдаемого спектра сейсмических колебаний. Кроме того, получение информгщии из канала автоматической стабилизации положени  подвижной катушки дает возf можность контролировать ориентацию оси сейсмоприемника относительно вертикали .

Claims (1)

1. Авторское свидетельство СССР 333508, КЛ. G 01 V 1/16, 1965.

2; Авторское свидетельство СССР IP 115815, КЛ, G 01 V 1/16, 1958 (прототип ) .

ZA/vf/

5

10

ff ftrttf r-.

9 ii 12 14

i/i.S

1Лв. «

- ,

PH t f faf

Ынвксацил сил F nfL - nfдлины H - HatHtiiHHeit f - ttee к - KOMn9ncattttOHHa Я р лулш н р1/19щал