RU1794252C - Сейсмоприемник - Google Patents

Description

электромеханический преобразователь в виде основной колпачковой мембраны 2 с размещенным на ее плоской центральной части пьезоэлементом 3, инертную массу в виде тела 4 сращени , жестко скрепленную с упругим элементом в виде колпачковой мембраны 5, проход щей через центр т жести инертной массы перпендикул рно рабочей оси сейсмоприемника и образующей с основной колпачковой мембраной замкнутый объем 6, заполненный жидкостью, В корпусе 1 установлена дополнительна  кол- пачкова  мембрана 7 с пьезоэлементом-8, расположенным также на плоской центральной части мембраны 7, котора  образует с колпачковой мембраной 5 дополнительный замкнутый объем 9, идентичный объему б и также заполненный жидкостью. Внутренние электроды пьезоэлементов 10 и 11 электрически св заны между собой, а внешние 12 и 13 подключены посредством тонкихтоковы- водных спиралей 14 и 15 к гермовыводам сейсмоприемника 16 и 17 и электрически соединены посредством перемычки 18. Выводы 19 сейсмоприемника выполнены из антивибрационного кабел  и подключены к одному из гермовыводов и корпусу 1. Симметрично расположению упругого элемента 5 о инертной массе 4 выполнены кольцевые выемки 20. Величина зазора 21 между инертной массой 4 и центральными част ми кол- пачкопых мембран 2 и 7 определ етс  соотношением (1) , при этом величина бокового зазора 22 между инертной массой 4 корпусом 1 инертной массой 4 и цилиндрическими буртиками 23 колпачковых мембран 2, 5 и 7 определ етс  соотношением (2).. Величина кольцевых выемок 20 также определ етс  соотношением (1), при этом она может быть либо равна величине зазора 21, либо, если исходить из соображений повышени  надежности, быть меньше. При этом инертна  масса 4 в месте выполнени  кольцевой выемки приобретает возможность упора в цилиндрический буртик 23 колпачковой мембраны 5, где ее жесткость по отношению к действующей силе со стороны инертной массы 4 максимальна, что повышает надежность.

Корпус 1 образует с колпачковыми мембранами 2, 5 и 7 жесткое герметичное сварное соединение 24, при этом свободные объемы 25 над основной 2 и дополнительной 7 колпачковыми мембранами заполнены инертным газом.

Корпус 1 с образованием узкого зазора 26, жестко закреплен основанием во внешнем установочном корпусе 27, выполненном из пластмассы.

На фиг.2 корпус 1 выполнен из диэлектрического материала, и на его внутренней поверхности напылена металлическа  пленка . При этом исполнении корпус 1 выполн - 5 ет также функцию установочного корпуса 27. Преобразовательный блок 28 выступом 29 боковой поверхности жестко св зан с внешним установочным корпусом 27, образу  механическую и электрическую св зь с

0 металлической пленкой. Между преобразовательным блоком 28 и металлической пленкой устанавливаетс  зазор 30, служащий дл  механической разв зки. Дл  дополнительной механической разв зки в данном

5 варианте выполнени  сейсмо.приемника, во внешнем установочном корпусе 27 выполнена цилиндрическа  выемка 31. Выводы 19 подключены к гермовыводам 16 и 17 внутри заэкранированного объема, образованного

0 металлической пленкой, что наилучшим образом предохран ет сейсмоприемник от электрических наводок.

Сейсмоприемник работает следующим образом.

5 При перемещении сейсмоприемника под действием входного сигнала в силу инерционности механической системы происходит относительное перемещение инертной массы 4 и прогиб св занного с ней

0 упругого элемента 5, которые воздействуют на жидкость гидравлической системы в объемах 6 и 9. При этом сила инерции, действующа  на жидкость, пропорциональна массе и ускорению перемещени  инертной массы

5 4. В результате в объеме 6 создаетс  разрежение , а и объеме 9 - сжатие и наоборот при изменении направлени  перемещени  инертной массы 4, т.е. изменение направлени , действи  силы инерции. Через жид0 кость, которую считаем практически несжимаемой, сила передаетс  основной 2 и дополнительной 7 колпзчковым мембранам с расположенными на них пьезоэлемен- тами 3 и 8, прогиба  их. В результате на

5 обкладках пьезоэлементов 3 и 8 по вл етс  напр жение, характеризующее данное воз: действие.

При этом пьезоэлементы 3 и 8 могут быть электрически соединены последова0 тельно или параллельно.

Введение дополнительной колпачковой мембраны 7, вследствие чего инертна  масса 4 полностью погружена в в зкую жидкость, приводит к увеличению демпфировани , сте5 пень которого возрастает с уменьшением боковых зазоров 22, между инертной массой 4 и корпусом 1, либо цилиндрическими буртиками 23 колпачковых мембран 2, 5 и 7, Вли ние на демпфирование остальных зазоров практически отсутствует. Введение демпфировани  позволило расширить плоскую часть амплитудно-частотной характеристики сейсмоприемника в область высоких частое захватив область резонанса.

Выбор величины зазоров 21 и 22 осуществл етс  из следующих соображений.

Дл  устранени  нелинейных искажений величина прогиба мембраны с пьезоэле- ментом при изменении температуры не должна превышать 0.1 их толщины. Отсюда исходный объем хшдкости

инертной массой и центральными част ми колпэчковых мембран.

Приравнива  коэффициенты демпфировани  дл  движени  цилиндрического тела

с боковой поверхностью S в зазоре шириной б, заполненном жидкостью с динэмической в зкостью fi , и дл  движени  тела массой m с круговой частотой (00 при показателе затухани  е, получаем

д У -S - Ri I -ft т (i)0 г m F. f0

(б)

V

  R2 h

7,5 ДТ -а

(3) 15

где V - исходный объем жидкости гидравлической системы при комнатной температуре;

а - коэффициент объемного расширени  жидкости;

h - толщина колпачковой мембраны с пъезоэлементом;

R - радиус основной и дополнительной колпачковых мембран.

Учитыва , что объем гидравлической системы сейсмоприемника составл ет

У 2лг-A(2R2 -r2)+JTl(R2 -Ri), (A)

Д

где I - высота инертной массы;

RI - радиус цилиндрической инертной массы;

г - радиус площади колпачковой мемб- раны, защемленной инертной массой;

А- величина зазора между инертной массой и центральными част ми колпачковых мембран,то

а. QtS-R -и а-|(2бв-б2)

2(2R2-r2)

. (5)

6- величина зазора между инертной мае- сой и цилиндрическими буртиками колпачковых мембран;

Д Т - диапазон рабочих температур. Дл  данного сейсмоприемника демпфирование зависит только от величины боко

вого зазора и не зависит от зазора между

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Сейсмоприемник, содержащий корпусе укрепленным в нем преобразовательным блоком, имеющим по крайней мере

   где f0 - частота собственных колебаний сейсмоприемника . v .

   При RI - R - сЗ , m л /Ом I

   .

   R2 и

   где /- кинематическа  в зкость жидкости;

   Л - Я Р- -&LУ

   2-4 /Ом Я Е to

   (7)

   с

   0

   5

   0

   ,.

   0

   получим выражение дл  определени  величины бокового зазора в сейсмоприемнике. При этом показатель затухани , как следует из практики, не следует брать больше величины Y2 Ч-у3 /соответствующий его оптимальному значению.

   Использование корпуса в виде замкнутого , герметичного -металлического кожуха механически не св занного с центральными рабочими част ми колпачковых мембран, позвол ет снизить уровень электрических наводок на пъезоэлементы, уменьшить вли ние внешних паразитных механических воздействий, ветровых, акустических шумов и в результате повысить качество регистрации сейсмической информации, достичь улучшени  соотношени  сигнал-помеха.

   Воздух, наход щийс  в свободных объемах корпуса при изменении температуры и давлени   вл етс  причиной конденсации вод ных паров, что приводит к утечкам, способствует большему разбросу параметров сейсмоприемника, Поэтому воздушное наполнение в сейсмоприемнике замен етс  нейтральной средой, аргоном, а давление устанавливаетс  меньше атмосферного. При этом корпус выполнен герметичным и снабжен гермовыводами.

   .одну колпзчковую мембрану с закреплен ным на ее плоской центральной части пьезоэлементом , снабженным электродами, и

   инертную массу виде тела вращени , жестко скрепленную с упругим элементом, проход щим через центр т жести инертной массы перпендикул рно рабочей оси сейс- моприёмника и образующим с колпачковой мембраной замкнутый объем, заполненный жидкостью, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  коэффициента преобразовани  и показател  затухани  при расширении рабочего диапазона частот, в корпусе установлена дополнительна  колпачковал мембрана с закрепленным на ее плоской центральной части пьезоэлементом, образующа  с упругим элементом дополнительный замкнутый объем, идентичный первому и также заполненный жидкостью, внутренние электроды пьезоэлементов электрически св заны между собой, а внешние подключены посредством токовыводных спиралей к выводам сейсмоприемника, при этом величины зазоров между инертндй массой и центральными част ми колпачко- вых мембран А, а также между цилиндрическими буртиками колпачовых мембран и инертной массой д выбираютс  из соотношений .

   и

   д

   0,133 R2 h/Ат ; а- (2(5 R -d2 )

   (2 2 -г2)

   1 4 рм

   П К to

   10

   15

   20

   25

   где R - радиус основной и дополнительной колпачковых мембран;

   h - толщина основной и дополнительной колпачковых мембран;

   AT - диапазон рабочих температур; а.- коэффициент объемного расширени  жидкости;

   I - высота инертной массы;

   г - радиус площади, образованной инертной массой и упругим элементом, защемленным инертной массой;

   РЖ ,рм плотности жидкости и инертной массы;

   ц- кинематическа  в зкость жидкости;

   Ј- показатель затухани ;

   fo - частота собственных колебаний сейсмоприемника .

   .
2. 2. Сейсмоприемник по п.1, от л и ч а ю- щ.и и с   тем, что, с целью повышени  технологичности, корпус выполнен из диэлектрического материала с нанесенной на его внутренней поверхности металлической пленкой, .при этом преобразовательный блок св зан с корпусом выступом на его боковой поверхности.

   119