Электродинамический сейсмоприемник

Электродинамический сейсмоприемник

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалнстических

Уаслублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОУСКОМУ СВИ ТЮЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 16.0779, (23) 2816369/18-25 п>855589 с (51)М. Кл З с присоединением заявки Их

6 01 Ч 1/16

Госуяарстаеииый. коиитет

СССР ио аокаи изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 550. 8З 4 (088.8) Опубликовано 1%0Ц81, бюллетень N9 30

Дата опубликования описания 150881 (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ СЕЙСМОПРИЕМНИК

Изобретение относится к измерительной технике, применяемой в сейс моразведке. Кроме того, оно может быть использовано в сейсмических изысканиях при проведении трехкомпонентных наблюдений или наблюдениях при различных заданных углах наклона .сейсмоприемника относительно вертикали.

Известен электродинамический сейсмоприемник, содержащий подвижную катушку, подвешенную на пружинах в кольцевом зазоре постоянного магнита, имеющего частотную характеристику с резко выраженным механическим резонансом на собственной частоте колебаний механической системы, с крутым спадом (свыше 60 дБ/дек) в области частот ниже резонансной и подъемом (около 20 дБ/дек) на частотах выше . резонансной p1) . Сейсмоприемник, обладающий такой частотной характеристикой, вносит большие искажения в результаты наблюдений. Частичное уменьшение искажений достигают путем введения в сейсмический канал активных или пассивных фильтров, что увеличивает сложность сейсмической аппаратуры. 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 сигнал не параметра скорости перемещения катушки в магнитном поле, а параметра величины ее перемещения относительно корпуса сейсмопрнемника.

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

15 друг к другу разноименными полюсами постоянных магнита, зазор между полюсами которых регулируется f23.

Недостаток этого устройства состоит в том, что установка в сейсмо20 приемник двух дополнительных постоянных магнитов и механизма регулирования зазора между их полюсами сама по себе представляет значительные трудности. Затем, если ориентация от сейсмоприемника относительно вертикали меняется во времени, происходит нарушение равновесия между составляющими силы тяжести и силами взаимодействия этих магнитов, что, в конечном итоге, 30 приводит к нарушению регулировки и

Сибирский филиал Производственного и н ц унсМ .: исследовательского института по инженерным изысканиям в строительстве

855580 работоспособности сейсмоприемника.

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

Цель изобретения — упрощение кон» струкции сейсмоприемника, улучшение

1 его частотных характеристик и повышение надежност ).

Поставленная цель достигается тем, что в электродинамическом сейсмоприемнике, содержащем корпус с жестко .,закрепленным на нем постоянным магни том, подвижную катушку с обмоткой, подвешенную на пружинах в его кольцевом зазоре,и электронно-преобразовательный блок, подвижная катушка снабжена дополнительной магнитной массой, расположенной в поле постоянного магнита,,и датчиком ее положения 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 электрическая принципиальная схема устройства, совмещенная с функциональной схемой электронно-преобразовательного блока; на фиг. 3 — расчетная схема сил, на фиг. 4 — графики функций сил, действующих на колебательную систему в зависимости от расстояния 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 н 4 закреплена подвижная катушка 5 с обмоткой 6. На катушке посредством прокладки 7 закреплена дополнительная магнитная масса 8 (ферритовое кольцо). На ней посредством диамагнитного стержня 9.закреплено второе ферромагнитное кольцо 10, являющееся 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 направляющий цилиндр

14, гайку с гильзой 15, пружину 16 и регулировочный винт 17. Обмотки

12 и 13 (фиг. 2) совместно с сопротивлениями 18 н 19 образуют мост,подключенный на вход-выход амплитудноуправляемого генератора 20, соединенного с нелинейным элементом 21. Эти узлы, охваченные внутренней обратной связью 22, образуют схему преобразователя величины перемещения сердечника 10 в сигнал постоянного тока.

Выход нелинейного элемента 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 контролируется ориентация оси сейсмоприемника относительно вертикали.

По второму каналу выход нелинейного элемента 21 соединен с фильтром

26 низких частот, усилителем 27 и вторым выходом 28 блока. Этот выход соединен с внешним прибором (осцил1 ) лографом), регистрирующим сейсмические колебания.

На расчетной схеме (фиг. 3) вместо двух пружин 3 и 4, удерживающих катушку 5, показана одна условная пружи)$ на 3, 4. Толщиной (У прокладки 7 задают среднее исходное расстояние S> между пассивной ферромагнитной массой

8 и полюсом магнита 2. Расстоянием от полюса магнита 2 до плоскости щ симметрии обмоток 12 и 13 и сердечника 10 регулируют исходное положение катушки 5,и следовательно,величину зазора SO.

Сейсмоприемник работает следующим образом.

В режиме отсутствия внешних колебаний любое отклонение сердечника 10 от плоскости симметрии обмоток 12 и

13 катушки 11 (фиг. 1) вызывает появление соответствующего сигнала на

ЗО выходе нелинейного элемента 21 ° Этот сигнал после интегрирования его в интеграторе 23 с постоянной времени, намного превосходящей периоды ожидаемых сейсмических сигналов, и уснле33 ния в усилителе 24 поступает в обмотку 6 подвижной катушки. В результате катушка 5 перемещается в поле постоянного магнита 2 до совмещения середины длины сердечника с плоскостью

4О симметрии обмоток 12 и 13 с точностью до бесконечно малой величины ошибки регулирования 7 . В случае изменения ориентации оси сейсмоприемника относительно вертикали получает изменение составляющая силы тяжести, действующая на массу подвижной системы, и следовательно, изменяется сила тока в обмотке 6 подвижной катушки так, что ее исходное положение остается неизменным. По изменению напряжения (или тока), действующего в цепи обмотки 6,с помощью прибора, подключенного к первому выходу 25, контролируloT ориентацию сейсмоприемника. Исходное положение подвижной системы

55 в целом задают при этом смещением катушки 11 датчика путем вращения винта 17.

При вибрационном воздействии на сейсмоприемник сигнал на выходе ин40 тегратора 23 не получает существенных изменений, и следовательно, условие статического равновесия системы сохраняется. Однако переменная сос-. тавляющая сигнала, возникающая на вы, ходе нелинейного элемента 21, выделя855580

Р Ъ. Ч m

Таким образом, задавая винтом 17 (фиг. 1) исходное положение подвиж- 40 ной .системе, получаем по первому каналу (фиг. 2) электронно-преобразовательного блока автоматическое регулирование баланса сил и закрепление положения рабочей точки. Так как круФормула изобретения

Электродинамический сейсмоприемник, содержащий корпус с жестко закрепленным на нем постоянным магнитом, подвижную катушку с обмоткой, подвешенную на пружинах в его кольцевом ется фильтром 26, усиливается в усилителе 27 и поступает на второй выход

28 для регистрации.

Величина этого сигнала пропорциональна смещению сердечника 10 относительно его исходного положения, и следовательно, параметру перемещения корпуса сейсмоприемника в области частот, лежащих выше резонансной.

В сейсмоприемнике расширение этой области частот получают смещением его собственной резонансной частоты механических колебаний в область низких частот, что достигается введением пассивной ферромагнитной массы 8 в поле постоянного магнита 2 и соединением ее с катушкой 5, Поскольку между силой F притяжения массы 8 к полюсу магнита. 2 и ее расстоянием до полюса S существует нелинейная функциональная зависимость (фиг. 4), то результирующая сила F, действующая на подвижную систему, представлена графиком функции Г F(S) с переменным наклоном к оси OS, так как где F — сила притяжения массы 8 к

Я полюсу магнита 2, F — сила действия пружин подпд вески, осевая составляющая силы тяжести, F — компенсирующая сила, создак ваемая протеканием тока по обмотке 6 катушки 5.

Принимая во внимание, что силы

F и F в рассматриваемой области пек ремещений 5 не изменяют своей величины, то график функции F = F(S) обязательно имеет экстремум в некоторой точке b . Равновесие оси в точке b или в любой другой точке, принадлежащей кривой F справа в областиbd,ìîQ жет быть достигнуто регулированием тока в обмотке 6, и следовательно, силы Р .

Собственная частота механической резонансной системы определяется соотношением: где m — масса системы, упругость подвески, которая определяется крутизной

F, т. е. тизна кривой Г по модулю в интерва ле Ы меньше крутизны F„p и может приближаться к нулю, например в интервале Ьа, то следовательно, собственная частотаЮ меньше собственной частоты сейсмоприемника, не снабженного пассивной ферромагнитной массой.

Таким образом, вращением винта 17 (фиг.1) произвОдят выбор рабочего участка на кривой F и задают собственную резонансную частоту сейсмоприемника.

На участке кривой о Ь, где упругость с меняет свой знак, система теряет устойчивость. При этом положение S системы в точке Ь считается критическим -5к

Если рабочая точка 5ц была выбрана в области 5 S >,то в случае воздействия непредусмотренных по величине возмущений, система может оказаться в неустойчивой области. При этом она под действием силы Г„ автоматически

I переводится иэ точки с в точкуб,откуда затем по кривой возвращается в исходное состояние, и сейсмоприемник восстанавливает свою работоспособность.

Таким образом, благодаря введению пассивной магнитной массы в псле постоянного магнита и жесткого соединения ее с подвижной катушкой достигается упрощение конструкции сейсмоприемника и смещение его резонансной частоты в область низких частот, а введением датчика. положения магнитной массы относительно корпуса и соединением его через электронно-преобразовательный блок с обмоткой подвижной катушки и со вторым выходом сейсмоприемника получают систему автоматической стабилизации положения подвижной катушки в магнитном зазоре, которая обеспечивает повышение надежности работы сейсмоприемника.и преобразование s выходной сигнал параметра колебательного перемещения корпуса сейсмоприемника. Последнее обстоятельство совместно с полученным смещением резонансной частоты в область низких частот улучшает частотную характеристику сейсмоприемника, выравненную в рабочем диапазоне наблюдаемого спектра сейсмических колебаний.

Кроме того, получение информации иэ канала автоматической стабилизации положения подвижной катушки дает возможность контролировать ориентацию оси сейсмоприемника относительно вертикали.

855580

f2 13

ФиИ

М зазоре н электронно-преобразовательный блок, отличающийся тем, что, с целью упроцения, улучшения частотных характеристик и повыше ния надежности, подвижная катушка снабжена дополнительной магнитной массой, расположенной в поле постоян ного магнита, и .датчиком ее положения относительно корпуса, выход кото рого через электронно-преобразовательный блок соединен с обмоткой подвижной катушки и с выходами сейсмоприемника.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. йвторское свидетельство СССР

В 333508, кл. G 01 Ч 1/16, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 115815, кл. G 01 Ч 1/16, 1958 (прототип).

8555В0.

O

F- Fy F g

Ым@к ацмл ил Р

Фмв. 3 ер - аруаини ю — маанмюмар а йю лФюс аарюииаю лэяигрующ и

Составитель Т. Райкова

Редактор Л. Повхан ТекредЖ. Кастелевич ЕорректорВ. Сийицкая

Заказ 6901/65 Тирам 732 Подписное

ВНИИПИ государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, M-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4