RU2047188C1 - Geophone - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: geophone has case, base with nonmagnetic hollow cylinder, inertial mass in the form of permanent magnet, lateral locating arm, ferromagnetic cylinder functioning as lateral magnetic stretching, ferromagnetic barrels, sensor of vertical movement of inertial mass installed in case. Adjustment of inherent frequency of geophone is carried out by vertical movement of barrels relative to nonmagnetic cylinder. EFFECT: improved authenticity of measurement of vibration parameters. 1 dwg

Description

Изобретение относится к приборам для измерения параметров вибраций путем преобразования колебаний инерционной массы в электрический сигнал. The invention relates to devices for measuring vibration parameters by converting inertial mass oscillations into an electrical signal.

Известен вибродатчик сейсмического типа, содержащий инерционную массу, связанную с корпусом посредством упругого или магнитного подвеса, и магнитное корректирующее устройство, состоящее из неподвижного магнита и ферромагнитного якоря, прикрепленного к инерционной массе и развивающего при ее перемещении усилие, направленное противоположно усилию упругого подвеса [1]
Недостатком известного датчика является сложность настройки требуемой резонансной частоты вследствие действия триггерного эффекта. Указанный эффект заключается в том, что при приближении регулировочных якорей к инерционной массе (с целью настройки требуемой резонансной частоты) среднее положение инерционной массы становится неустойчивым и инерционная масса значительно смещается в сторону одного из якорей.A known seismic-type vibration sensor containing an inertial mass associated with the housing by means of an elastic or magnetic suspension, and a magnetic corrective device consisting of a fixed magnet and a ferromagnetic armature attached to the inertial mass and developing a force when moving it, opposite the force of the elastic suspension [1]
A disadvantage of the known sensor is the difficulty in setting the required resonant frequency due to the action of the trigger effect. The indicated effect consists in the fact that when the adjusting anchors approach the inertial mass (in order to adjust the required resonant frequency), the average position of the inertial mass becomes unstable and the inertial mass shifts significantly towards one of the anchors.

Известен сейсмоприемник, содержащий корпус, полый ферромагнитный цилиндр, вертикально расположенный в корпусе и соединенный с ним, инерционную массу в виде вертикально ориентированного полюсами постоянного магнита, расположенного внутри ферромагнитного цилиндра, поперечный центратор, посредством которого инерционная масса связана с корпусом с возможностью вертикального перемещения, а также датчик перемещения инерционной массы [2]
Недостатком прототипа является сложность регулирования собственной частоты сейсмоприемника в широком частотном диапазоне.Known seismic receiver containing a housing, a hollow ferromagnetic cylinder, vertically located in the housing and connected with it, an inertial mass in the form of a vertically oriented pole of a permanent magnet located inside the ferromagnetic cylinder, a transverse centralizer, through which the inertial mass is connected with the housing with the possibility of vertical movement, and also an inertial mass displacement sensor [2]
The disadvantage of the prototype is the difficulty of regulating the natural frequency of the seismic receiver in a wide frequency range.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, заключаются в том, что сейсмоприемник содержит корпус, связанный с корпусом полый ферромагнитный цилиндр, инерционную массу в виде вертикально ориентированного своими полюсами и расположенного внутри ферромагнитного цилиндра постоянного магнита, поперечный центратор, посредством которого инерционная масса связана с корпусом с возможностью только вертикального перемещения, и датчик вертикального перемещения инерционной массы. The signs of the prototype, which coincides with the essential features of the claimed invention, are that the seismic receiver contains a housing connected to the housing by a hollow ferromagnetic cylinder, an inertial mass in the form of a permanent magnet vertically oriented by its poles and located inside the ferromagnetic cylinder, a transverse centralizer, through which the inertial mass is connected with a body with the possibility of only vertical movement, and a sensor for vertical movement of the inertial mass.

Причиной, препятствующей получению требуемого технического результата, является сложность регулирования величины поперечных магнитных сил притяжения между инерционной массой и ферромагнитным цилиндром. The reason that impedes obtaining the required technical result is the difficulty in controlling the magnitude of the transverse magnetic forces of attraction between the inertial mass and the ferromagnetic cylinder.

Изобретение направлено на упрощение регулирования собственной частоты сейсмоприемника в широком частотном диапазоне и защиту от влияния внешних магнитных полей. The invention is aimed at simplifying the regulation of the natural frequency of the seismic receiver in a wide frequency range and protection against the influence of external magnetic fields.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в совмещении ферромагнитными стаканами функции регулирования собственной частоты сейсмоприемника и функции магнитного экрана. The technical result that can be obtained by carrying out the invention consists in combining ferromagnetic beakers with the function of regulating the natural frequency of the geophone and the function of the magnetic screen.

Существенные признаки, характеризующие изобретение, заключаются в следующем. The essential features characterizing the invention are as follows.

Ограничительные признаки: корпус, полый ферромагнитный цилиндр, инерционная масса, поперечный центратор, датчик перемещения инерционной массы. При этом ферромагнитный цилиндр связан с корпусом, инерционная масса выполнена в виде вертикально ориентированного своими полюсами и расположенного внутри ферромагнитного цилиндра постоянного магнита, инерционная масса связана с корпусом с возможностью вертикального перемещения. Restrictive signs: housing, hollow ferromagnetic cylinder, inertial mass, transverse centralizer, inertial mass displacement sensor. In this case, the ferromagnetic cylinder is connected with the housing, the inertial mass is made in the form of a permanent magnet vertically oriented with its poles and located inside the ferromagnetic cylinder, the inertial mass is connected with the housing with the possibility of vertical movement.

Отличительные признаки: два ферромагнитных стакана, установленных с возможностью регулируемого осевого перемещения выше и ниже инерционной массы соосно с ней и с ориентацией днищами в направлениях, противоположных относительно инерционной массы. Distinctive features: two ferromagnetic cups mounted with the possibility of adjustable axial movement above and below the inertial mass coaxially with it and with the bottoms oriented in directions opposite to the inertial mass.

Силовое магнитное взаимодействие между инерционной массой и стаканами имеет не только вертикальную (продольную) составляющую, но также и горизонтальную (поперечную) составляющую, причем соотношение между ними меняется при перемещении стаканов. Данный эффект обусловлен применением именно стаканов и указанным их расположением относительно инерционной массы, что обеспечивает плавность регулирования собственной частоты сейсмоприемника в широком диапазоне при одновременной защите его от внешних магнитных полей. The force magnetic interaction between the inertial mass and the glasses has not only a vertical (longitudinal) component, but also a horizontal (transverse) component, and the ratio between them changes when the glasses are moved. This effect is due to the use of glasses and their indicated location relative to the inertial mass, which ensures smooth regulation of the natural frequency of the seismic receiver in a wide range while protecting it from external magnetic fields.

На чертеже схематично показан сейсмоприемник. The drawing schematically shows a seismic receiver.

Сейсмоприемник содержит установленное в корпусе (не показан) основание 1, на котором закреплен вертикально ориентированный полый цилиндр 2 из немагнитного материала. Внутри цилиндра 2 расположена инерционная масса 3, выполненная в виде вертикально ориентированного постоянного магнита. Инерционная масса 3 посредством тяги 4 шарнирно соединена с основанием 1 так, что имеет возможность в определенных пределах перемещаться только в вертикальном направлении. Таким образом, тяга 4 выполняет функцию поперечного центратора инерционной массы 3. The seismic receiver contains a base 1 installed in the housing (not shown), on which a vertically oriented hollow cylinder 2 of non-magnetic material is fixed. Inside the cylinder 2 is an inertial mass 3 made in the form of a vertically oriented permanent magnet. The inertial mass 3 through the rod 4 is pivotally connected to the base 1 so that it has the ability to move within certain limits only in the vertical direction. Thus, the thrust 4 performs the function of a transverse centralizer of the inertial mass 3.

Сейсмоприемник также содержит ферромагнитный цилиндр 5, выполненный в виде незамкнутого кольца, охватывающего цилиндр 2, и два стакана, верхний 6 и нижний 7. Оба стакана выполнены из ферромагнитного материала и ориентированы вертикально соосно с инерционной массой 3. При этом стаканы 6, 7 обращены днищами в направлениях, противоположных расположению инерционной массы 3. Стаканы 6, 7 связаны с цилиндром 2 посредством, например, резьбы, что делает возможным их регулируемое перемещение относительно цилиндра 2 и, следовательно, относительно инерционной массы 3 вдоль вертикальной оси. Сейсмоприемник, кроме того, снабжен датчиком вертикального перемещения инерционной массы (не показан) и демпфирующими кольцами (не показаны). The seismic receiver also contains a ferromagnetic cylinder 5, made in the form of an open ring covering the cylinder 2, and two glasses, the upper 6 and lower 7. Both glasses are made of ferromagnetic material and are oriented vertically coaxially with the inertial mass 3. The glasses 6, 7 face the bottoms in the directions opposite to the location of the inertial mass 3. The glasses 6, 7 are connected to the cylinder 2 by means of, for example, a thread, which makes their adjustable movement relative to the cylinder 2 and, therefore, relative to inertia constant mass 3 along the vertical axis. The seismic receiver, in addition, is equipped with a sensor for vertical movement of the inertial mass (not shown) and damping rings (not shown).

Сейсмоприемник работает следующим образом. The seismic receiver operates as follows.

Вследствие вибрационного воздействия на корпус сейсмоприемника и, соответственно, на соединенные с корпусом основание 1 и цилиндр 2 в направлении вертикальной оси основание 1 и цилиндр 2 вместе с датчиком (не показан) смещаются относительно инерционной массы 3 благодаря магнитному подвесу этой массы относительно цилиндра 2. Указанный магнитный подвес образован поперечной магнитной растяжкой, т. е. за счет действия поперечных радиальных сил притяжения между инерционной массой 3 и ферромагнитным цилиндром 5, который закреплен на немагнитном цилиндре 2 с его наружной стороны. При этом неустойчивость инерционной массы 3 в поперечных (горизонтальных) направлениях вследствие действия поперечных магнитных сил притяжения между массой 3 и ферромагнитным цилиндром 5 полностью компенсируется соединением массы 3 с основанием 1 горизонтальной тягой 4. Вертикальные движения подвешенной таким образом инерционной массы 3 относительно цилиндра 2 и связанного с ним индуктивного датчика (не показан) преобразуются этим датчиком в электрический сигнал. При этом регулирование жесткости (собственной частоты) магнитного подвеса инерционной массы 3 осуществляют до начала эксплуатации сейсмоприемника посредством продольного (вертикального) перемещения стаканов 6 и 7 относительно цилиндра 2. Данные стаканы создают отрицательное силовое поле, достаточное по величине для компенсации устанавливающих магнитных сил притяжения между инерционной массой 3 и ферромагнитным цилиндром 5. При этом специфика стаканов заключается в том, что силы притяжения между магнитной массой 3 и стаканами 6 и 7 имеют как вертикальные, так и горизонтальные составляющие. Данные горизонтальные составляющие складываются с горизонтальными силами магнитного притяжения инерционной массы 3 к ферромагнитному цилиндру 5, усиливая тем самым эффект поперечной магнитной растяжки. Благодаря этому при вертикальном перемещении стаканов 6 и 7 происходит мягкое регулирование жесткости подвеса вследствие изменения соотношения между продольными и поперечными силами магнитного притяжения. Due to vibration effects on the body of the seismic receiver and, accordingly, on the base 1 and cylinder 2 in the direction of the vertical axis, the base 1 and cylinder 2 together with the sensor (not shown) are displaced relative to the inertial mass 3 due to the magnetic suspension of this mass relative to cylinder 2. Specified the magnetic suspension is formed by transverse magnetic extension, i.e., due to the action of transverse radial forces of attraction between the inertial mass 3 and the ferromagnetic cylinder 5, which is mounted on a non-magnetic cylinder 2 from its outer side. In this case, the instability of the inertial mass 3 in the transverse (horizontal) directions due to the action of transverse magnetic forces of attraction between the mass 3 and the ferromagnetic cylinder 5 is fully compensated by the connection of the mass 3 with the base 1 by a horizontal rod 4. The vertical movements of the inertial mass 3 suspended in this way relative to cylinder 2 and the associated with it, an inductive sensor (not shown) is converted by this sensor into an electrical signal. In this case, the stiffness (natural frequency) of the magnetic suspension of the inertial mass 3 is controlled before the seismic receiver is started by longitudinally (vertically) moving the glasses 6 and 7 relative to the cylinder 2. These glasses create a negative force field that is large enough to compensate for the establishing magnetic attractive forces between the inertial mass 3 and a ferromagnetic cylinder 5. Moreover, the specificity of the glasses is that the attractive forces between the magnetic mass 3 and the glasses 6 and 7 have ak vertical and horizontal components. These horizontal components are added to the horizontal forces of magnetic attraction of the inertial mass 3 to the ferromagnetic cylinder 5, thereby enhancing the effect of transverse magnetic stretching. Due to this, with the vertical movement of the glasses 6 and 7, the suspension stiffness is softly controlled due to a change in the ratio between the longitudinal and transverse forces of magnetic attraction.

Claims (1)

СЕЙСМОПРИЕМНИК, содержащий корпус, связанный с корпусом полый ферромагнитный цилиндр, инерционную массу, выполненную в виде вертикально ориентированного своими полюсами и расположенного внутри ферромагнитного цилиндра постоянного магнита, поперечный центратор, посредством которого инерционная масса связана с корпусом, и датчик перемещения инерционной массы, отличающийся тем, что он дополнительно содержит два ферромагнитных стакана, расположенных внутри полого ферромагнитного цилиндра и ориентированных своими днищами в противоположных относительно инерционной массы направлениях, при этом ферромагнитные стаканы установлены вертикально соосно с инерционной массой с возможностью регулируемого осевого перемещения. SEISMIC RECEIVER, comprising a housing, a hollow ferromagnetic cylinder connected to the housing, an inertial mass made in the form of a permanent magnet vertically oriented by its poles and located inside the ferromagnetic cylinder, a transverse centralizer by which the inertial mass is connected to the housing, and an inertial mass displacement sensor, characterized in that it additionally contains two ferromagnetic glasses located inside the hollow ferromagnetic cylinder and oriented with their bottoms in the opposite direction directions relative to the inertial mass, while the ferromagnetic beakers are mounted vertically coaxially with the inertial mass with the possibility of adjustable axial movement.

Images