SU980033A1

SU980033A1 - Piezoelectric seismometer

Info

Publication number: SU980033A1
Application number: SU813298361A
Authority: SU
Inventors: Борис Николаевич Шейн; Томас Анатольевич Дозоров
Original assignee: Институт Океанологии Им.П.П.Ширшова
Priority date: 1981-06-10
Filing date: 1981-06-10
Publication date: 1982-12-07

Description

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и может быть использовано для измерения параметров в виброметрии, сейсмометрии и разведочной геофизике, причем наибольшего эффекта следует ожидать при его применении в донных сейсмографах.The invention relates to geophysical instrumentation and can be used to measure parameters in vibrometry, seismometry and exploration geophysics, and the greatest effect should be expected when it is used in bottom seismographs.

Известны сейсмометры электродинами-г ческого типа, состоящие из маятника, упруго закрепленного относительно корпуса посредством пружиныдемпфера маятника и преобразователя колебаний маятника относительно корпуса в электрический сигнал; Эти сейсмометры неудобны тем, что на их показаниях сказываются как смещения места установки, так и скорости и ускорения этих смещений, что зачастую усложняет обработку полученных материалов. Далее, применение сейсмометров указанного типа практически не дает возможности регистрировать одним прибором все типы волн из-за большой разницы в амплитуде последний [1].Known seismometers of the electrodynamic type, consisting of a pendulum elastically fixed relative to the housing by means of a spring damper of the pendulum and a pendulum oscillation transducer relative to the housing into an electrical signal; These seismometers are inconvenient in that their readings are affected by both displacements of the installation site and the speed and acceleration of these displacements, which often complicates the processing of the obtained materials. Further, the use of seismometers of this type practically does not make it possible to register all types of waves with one instrument due to the large difference in amplitude of the latter [1].

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является пьезоэлектрический сейсмометр, содержащий корпус и инертную массу, на которой соосно закреплены пьезоэлементы [21. 30The closest technical solution to the proposed one is a piezoelectric seismometer containing a body and an inert mass on which piezoelectric elements are coaxially mounted [21. thirty

Устройство обладает определенными недостатками. При регистрации вертикальной компоненты колебаний на ниж5 ний пьезоэлектрический элемент постоянно действует сила, равная весу инертной массы, эта сила должна быть меньше верхнего предела динамического диапазона пьезоэлектрического эле10 мента, иначе последний начинает работать в нелинейном режиме, что приводит к искажению выходного сигнала сейсмометра. Более того, при повышении чувствительности (сейсмометры , _ данного типа не нашли применения, например, в донных сейсмографах из-за малой чувствительности) за счет умень. шения площади контакта инертной массы с пьезоэлектрическим элементом 2« и/или увеличения его высоты чрезмерная нагрузка на нижний элемент может привести к его разрушению. Указанные причины приводят к ограничению сверху чувствительности сейсмометра. Следует отметить, что при использовании сейсмометра в автономных, наприг мер,донных сейсмометрах чувствительность последних автоматически должна быть снижена еще на порядок, так как при транспортировке их на дно возможны ускорения до 10<у. Далее, при *980033 повышении чувствительности сейсмометра начинают сказываться наводки, обусловленные радиационными, тепловы-i ми и электромагнитными эффектами.The device has certain disadvantages. When registering the vertical component of oscillations, a force equal to the inertial mass is constantly acting on the lower piezoelectric element, this force should be less than the upper limit of the dynamic range of the piezoelectric element10, otherwise the latter starts to work in a nonlinear mode, which leads to distortion of the output signal of the seismometer. Moreover, with an increase in sensitivity (seismometers _ of this type were not used, for example, in bottom seismographs due to their low sensitivity) due to the decrease. If the area of contact of the inert mass with the piezoelectric element 2 "increases and / or its height increases, an excessive load on the lower element can lead to its destruction. These reasons lead to a limitation of the sensitivity of the seismometer from above. It should be noted that when using a seismometer in autonomous, for example, bottom seismometers, the sensitivity of the latter should be automatically reduced by another order of magnitude, since accelerations to 10 <y are possible when transporting them to the bottom. Further, when * 980033 increases the sensitivity of the seismometer, interference starts due to radiation, thermal, and electromagnetic effects.

Цель изобретения - увеличение чувствительности и повышение надежности работы сейсмометра.The purpose of the invention is to increase the sensitivity and increase the reliability of the seismometer.

Поставленная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом сейсмометре, содержащем корпус и инертную массу, на которой соосно закреплены пьезоэлементы, на корпусе сейсмометра закреплен механизм арретирования, а инертная масса выполнена в виде цилиндра с осевым отверстием, снабженным центральной перегородкой, пьезоэлементы выполнены в виде тонких стержней в обкладками на торцах и жестко прикреплены к перегородке, между корпусом и инертной массой помещены пружины, а свободные концы пьезоэлементов снабжены фиксирующими ' накладками.с возможностью свободного ί перемещения в направлении оси регистрации, причем фиксирующие накладки размещены р, механизме арретирования.This goal is achieved by the fact that in a piezoelectric seismometer containing a body and an inert mass, on which the piezoelectric elements are coaxially mounted, a locking mechanism is fixed on the seismometer body, and the inert mass is made in the form of a cylinder with an axial hole equipped with a central partition, the piezoelectric elements are made in the form of thin rods in the plates on the ends and are rigidly attached to the partition, springs are placed between the body and the inert mass, and the free ends of the piezoelectric elements are provided with fixing 'pads. the possibility of free ί movement in the direction of the axis of registration, and the locking pads placed p, the mechanism of arresting.

Кроме того, инертная масса выполнена из материала, поглощающего радиационное и электромагнитное излучения, а пьезоэлементы снабжены теплоизоляцией .In addition, the inert mass is made of a material that absorbs radiation and electromagnetic radiation, and the piezoelectric elements are provided with thermal insulation.

На чертеже представлено устройство, принципиальная схема.The drawing shows a device, a circuit diagram.

Пезоэлектрический сейсмометр состоит из корпуса, выполненного в виде полого цилиндра 1, щими отверстия 3, инертной массы, выполненной в виде цилиндра 4 с осекай отверстием 5 и центральной перегородкой 6, соосно закрепленных на центральной перегородке б пьезоэлектрических элементов 7 в виде тонких ι стержней с обкладками на торцах (не показаны), фиксирующих накладок 8, >A piezoelectric seismometer consists of a body made in the form of a hollow cylinder 1 with openings 3, an inert mass made in the form of a cylinder 4 with an axial hole 5 and a central partition 6 coaxially mounted on the central partition b of the piezoelectric elements 7 in the form of thin ι rods with plates at the ends (not shown) of the retaining plates 8,>

одна сторона которых жестко крепится к свободным концам пьезоэлектрических, элементов 7, а другая · свободно перемещается в отверстии 3 корпуса, пружин 9 для разгрузки пьезоэлектрик ческих элементов 7 от силы веса инерт· ной массы и электромагнитных зажимов 10 . Цилиндр 4 выполнен из свинца. Пьезоэлектрические элементы 7 имеют теплоизолирующую оболочку 11 из полиэтилена.one side of which is rigidly attached to the free ends of the piezoelectric elements 7, and the other · moves freely in the hole 3 of the housing, springs 9 for unloading the piezoelectric elements 7 from the weight of the inert mass and electromagnetic clamps 10. Cylinder 4 is made of lead. The piezoelectric elements 7 have a heat insulating shell 11 made of polyethylene.

Устройство работает следующим образом. ’The device operates as follows. ’

Во время транспортировки (например, во время погружения донного сейсмографа на дно) электромагнитные зажимы 10 разжаты и инертная масса свободно перемещается,как поршень,внутри полого цилиндра 1. Пьезоэлектрические элементы 7 при этом практически не испытывают нагрузки, поскольку их фиксирующие накладки 8 свободно перемещаются относительно отверстийDuring transportation (for example, during the immersion of the bottom seismograph on the bottom), the electromagnetic clamps 10 are unclenched and the inert mass moves freely, like a piston, inside the hollow cylinder 1. In this case, the piezoelectric elements 7 practically do not experience stress, since their retaining plates 8 freely move relative to holes

3. После установки на дно инертная ί,ο3. After installation on the bottom inert ί, ο

J с крышками 2,имею-!J with lids 2 have-!

Смещается вдоль оси регист(оси симметрии сейсмометра) образом, что силы упругости масса рации .таким пружин 9 компенсируют силу веса инер тной массы. После этого электромагнитные зажиьы 10 зажимают фиксирую' щие накладки 8, например через 5 ч после начала постановки по команде таймера (не показано), после чего сейсмометр готов к работе.It shifts along the register axis (axis of symmetry of the seismometer) in such a way that the elastic forces are the mass of the radio. Thus, the springs 9 compensate for the inertial weight. After that, the electromagnetic zags 10 clamp the locking pads 8, for example, 5 hours after the start of setting by a timer command (not shown), after which the seismometer is ready for operation.

Предлагаемая конструкция позволяёт устранить выход из строя сейсмометра при транспортировке и нелинейность посредством разгрузки пьезоэлектрических элементов от силы веса инертной массы во время регистрации сейсмических колебаний и полной разгрузки во время транспортировки. Кроме того, использование теплоизоляции пьезоэлектрических элементов и выполнение инертной массы из материала, поглощающего радиационное и электромагнитное излучения, обусловливает снижение (не менее чем на порядок) соответствующих помех.The proposed design allows to eliminate the failure of the seismometer during transportation and non-linearity by unloading the piezoelectric elements from the inertial mass force during registration of seismic vibrations and complete unloading during transportation. In addition, the use of thermal insulation of piezoelectric elements and the performance of an inert mass from a material that absorbs radiation and electromagnetic radiation causes a decrease (by at least an order of magnitude) in the corresponding interference.

Положительным эффектом устройства является то, что устройство просто в изготовлении, надежно в эксплуата-( ции, позволяет добиться необходимой чувствительности сейсмометра при небольших размерах последнего, что .· крайне важно при донных сейсмических наблюдениях, особенно в глубоководных частях мирового океана.The positive effect of the device is that the device is easy to manufacture, reliable in operation (allows you to achieve the necessary sensitivity of the seismometer with a small size of the latter, which is extremely important for bottom seismic observations, especially in the deep sea.

Claims

1. Savarensky EF .. Kkrnos D.P. Elements of seismology and seisostekhizdat, 1955,

USSR certificate 01 V 1/16, 1978 (