RU2324208C1 - Seismograph calibration techique - Google Patents

Abstract

FIELD: measuring techniques.

SUBSTANCE: proposed seismograph calibration method is based on artificially stimulating oscillations of the pendulum of the seismograph to be calibrated and taking readings from a register. These readings are used to determine calibration characteristics of the seismograph, namely amplitude-frequency response of the seismograph. The exciting force is applied to the frame of the seismograph through vibrating electrostrictive material mounted between bearing adjustment screws and a pedestal, on the opposite sides of which are mounted capacitor plates. Frequency of oscillation of the electrostrictive material is given through stimulating a given value of the electrostatic field of the given capacitor. Amplitude frequency response of the seismograph is determined using given oscillation frequency values of the electrostrictive material and the known value of its linear deformation.

EFFECT: increased accuracy in determining the form of seismograph calibration characteristics.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в средствах регистрации колебаний грунта для определения их частотной характеристики и экспериментальной калибровки.The invention relates to the field of measuring equipment and can be used in means for recording soil vibrations to determine their frequency response and experimental calibration.

Известен генераторный метод калибровки сейсмического канала, в котором прикладывают возбуждающую силу не к станине сейсмометра, а к подвижной массе, осуществляя так называемое силовое возбуждение, в этом случае необходимо найти соотношение между приложенной силой и соответствующим фиктивным смещением станины сейсмометра. Принципиальная схема генераторного способа калибровки приведена на фиг.1. Фиктивное ускорение основания сейсмометра поступательного типа при силовом возбуждении равно отношению приложенной силы к инертной массе, при этом силовое смещение маятника сейсмометра, имеющего электромеханический преобразователь, производится генератором электрических колебаний (например, синусоидального тока), который включается или на катушку затухания, или на калибровочную катушку. К одной из катушек сейсмометра (например, демпфирующей) 1 подключается генератор низкой частоты 2, и между генератором и сейсмометром включается большое развязывающее сопротивление 3 для того, чтобы не изменилось затухание сейсмометра. Величина сигнала генератора подбирается такой, чтобы на записи получить читаемые амплитуды, а, зная амплитудное значение сигнала генератора на конкретном периоде и величины включенных сопротивлений в цепи (рабочей катушки сейсмометра 4, рамки гальванометра 5, шунтирующего сопротивления 6, добавочных сопротивлений 7, 8, 9, опорного гальванометра 10, внешнего сопротивления демпфирующей катушки 11), определяем значение силы тока и по величине тока, а также по данным катушки сейсмометра определяем величину фиктивного смещения станины сейсмометра [1, 2].A known generator method for calibrating a seismic channel in which the exciting force is applied not to the bed of the seismometer, but to the moving mass, carrying out the so-called force excitation, in this case it is necessary to find the ratio between the applied force and the corresponding fictitious displacement of the bed of the seismometer. Schematic diagram of the generator calibration method is shown in figure 1. The fictitious acceleration of the base of the translational-type seismometer with force excitation is equal to the ratio of the applied force to the inert mass, while the force displacement of the pendulum of the seismometer having an electromechanical transducer is produced by an electric oscillator (for example, a sinusoidal current), which is switched on either to the attenuation coil or to the calibration coil . A low-frequency generator 2 is connected to one of the coils of the seismometer (for example, damping) 1, and a large decoupling resistance 3 is turned on between the generator and the seismometer so that the attenuation of the seismometer does not change. The value of the generator signal is selected so as to obtain readable amplitudes on the record, and, knowing the amplitude value of the generator signal for a specific period and the values of the included resistances in the circuit (working coil of the seismometer 4, galvanometer frame 5, shunt resistance 6, additional resistances 7, 8, 9 , reference galvanometer 10, external resistance of the damping coil 11), we determine the value of the current strength and the magnitude of the current, and also according to the data of the seismometer coil we determine the value of the fictitious displacement of the bed of the seismometer a [1, 2].

Недостатком данного способа является то, что возбуждающая сила прикладывается к подвижной массе, а не к станине (основанию), вследствие чего получаем фиктивное ускорение основания сейсмометра, а не реальное. Кроме того, при переходе от ускорения к величине самого смещения приходится применять двукратное интегрирование, что приводит к дополнительным ошибкам. По этим причинам точность определения частотной характеристики сейсмографа невысока и форма амплитудно-частотной характеристики не полностью соответствует действительности.The disadvantage of this method is that the exciting force is applied to the moving mass, and not to the bed (base), as a result of which we obtain a fictitious acceleration of the base of the seismometer, and not real. In addition, in the transition from acceleration to the magnitude of the displacement itself, it is necessary to apply double integration, which leads to additional errors. For these reasons, the accuracy of determining the frequency response of a seismograph is low and the shape of the amplitude-frequency response is not fully true.

Задачей изобретения является разработка способа калибровки сейсмографа, позволяющего прикладывать возбуждающую силу с требуемыми амплитудой и частотой непосредственно к станине сейсмометра, что обеспечит получение технического результата, состоящего в повышении точности определения формы амплитудно-частотной характеристики.The objective of the invention is to develop a method for calibrating a seismograph that allows you to apply exciting force with the required amplitude and frequency directly to the frame of the seismometer, which will provide a technical result, which consists in increasing the accuracy of determining the shape of the amplitude-frequency characteristics.

Этот технический результат в предлагаемом способе, изображенном на фиг.2, достигается тем, что возбуждающая станину 1 сила прилагается непосредственно к станине через установочные винты 2 путем введения между подпятниками установочных винтов 3 и постаментом 4 электрострикционного материала 5. Данный материал, например сегнетоэлектрический релаксор (сегнетокерамика), представляет собой твердый диэлектрик, деформирующийся в определенном линейном направлении (для вертикальных сейсмометров - в вертикальном, для горизонтальных - в горизонтальном соответственно в направлениях север-юг и запад-восток) при приложении к нему электрического поля. Знак электрострикционной деформации (то есть расширяется или сжимается образец диэлектрика под действием поля) от направления поля не зависит и в переменном электрическом поле частоты f диэлектрик деформируется с частотой 2f. Электрическое поле можно создать, например, с помощью двух обкладок конденсатора 6, расположенных у противоположных сторон электрострикционного материала 5. Управляя зарядкой-разрядкой конденсатора 6, можно добиться требуемого вибрационного эффекта электрострикционного материала 5, колебания которого естественно передадутся станине сейсмометра. Достоинства электрострикционных преобразователей состоят в высокой чувствительности, высокой точности механического перемещения, равномерной частотной характеристике и низком уровне собственного шума, а также в малой температурной зависимости свойств (чувствительности, резонансной частоты, электрического импеданса и т.д.). Кроме того, амплитуда и частота колебаний электрострикционного материала 5 соответствуют величинам реальных сейсмических колебаний грунта. Задавая с помощью электрического поля конденсатора 6 частоту колебаний материала 5 и зная из паспортных данных величину его линейной деформации, снимаются показания с регистра и по ним составляется АЧХ. Если в генераторном способе величина сигнала генератора может быть неизвестной и получается форма частотной характеристики, то есть относительное увеличение сейсмического канала в зависимости от периода, то в предлагаемом способе можно получить абсолютное увеличение всего сейсмографа и, соответственно, его более точную амплитудно-частотную характеристику.This technical result in the proposed method, depicted in figure 2, is achieved by the fact that the exciter bed 1 is applied directly to the bed through the set screws 2 by introducing between the thrust bearings of the set screws 3 and pedestal 4 of the electrostrictive material 5. This material, for example, a ferroelectric relaxor ( ferroceramics) is a solid dielectric that deforms in a certain linear direction (for vertical seismometers - in the vertical, for horizontal - in the horizontal flax, respectively, in the north-south and west-east directions) when an electric field is applied to it. The sign of electrostrictive deformation (i.e., the dielectric sample expands or contracts under the influence of the field) does not depend on the direction of the field, and in an alternating electric field of frequency f, the dielectric is deformed with a frequency of 2f. An electric field can be created, for example, using two plates of the capacitor 6 located on opposite sides of the electrostrictive material 5. By controlling the charging and discharging of the capacitor 6, it is possible to achieve the desired vibration effect of the electrostrictive material 5, the oscillations of which are naturally transmitted to the frame of the seismometer. The advantages of electrostrictive converters are high sensitivity, high accuracy of mechanical displacement, uniform frequency response and low level of intrinsic noise, as well as a low temperature dependence of the properties (sensitivity, resonance frequency, electrical impedance, etc.). In addition, the amplitude and frequency of oscillations of the electrostrictive material 5 correspond to the values of real seismic vibrations of the soil. Setting the frequency of oscillations of the material 5 using the electric field of the capacitor 6 and knowing the value of its linear deformation from the passport data, the readings are taken from the register and the frequency response is compiled from them. If in the generator method the magnitude of the signal of the generator may be unknown and the form of the frequency response is obtained, that is, a relative increase in the seismic channel depending on the period, then in the proposed method it is possible to obtain an absolute increase in the entire seismograph and, accordingly, its more accurate amplitude-frequency response.

Сравнительный анализ с прототипом показал, что заявленное изобретение, за счет приложения возбуждающей силы с требуемыми амплитудой и частотой непосредственно к станине сейсмометра, позволяет получить технический результат, состоящий в повышении точности определения формы амплитудно-частотной характеристики сейсмографа, что было невозможно в прототипе.A comparative analysis with the prototype showed that the claimed invention, due to the application of exciting force with the required amplitude and frequency directly to the bed of the seismometer, allows to obtain a technical result consisting in increasing the accuracy of determining the shape of the amplitude-frequency characteristics of the seismograph, which was not possible in the prototype.

Следовательно, техническое решение соответствует критерию "новизна".Therefore, the technical solution meets the criterion of "novelty."

Кроме того, так как заявленный технический результат достигается введением всей совокупности существенных признаков, что в известной патентной и научной литературе не обнаружено на дату подачи заявки, изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень.In addition, since the claimed technical result is achieved by introducing the totality of essential features that are not found in the well-known patent and scientific literature at the filing date of the application, the invention meets the criterion of "inventive step."

Источники информацииInformation sources

1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации изделия (сейсмографа) К-215-С. / ИЛЕВ 416 542.001 ТО, М., 1979, с.38-40.1. Technical description and instruction manual for the product (seismograph) K-215-C. / ILEV 416 542.001 TO, M., 1979, p. 38-40.

2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации изделия (сейсмографа) К-212-С1. / ДБИ 2.787.006 ТО, М., 1981, с.38-39, 40-41.2. Technical description and instruction manual for the product (seismograph) K-212-C1. / DBI 2.787.006 TO, M., 1981, p. 38-39, 40-41.

Claims (1)

Способ калибровки сейсмографов, заключающийся в том, что искусственно возбуждают колебания маятника калибруемого сейсмографа и снимают показания с регистра, на основании которых составляется калибровочная характеристика сейсмографа - АЧХ сейсмографа, отличающийся тем, что возбуждающую силу прикладывают к станине сейсмографа с помощью установленного между подпятниками установочных винтов и постаментом вибрирующего электрострикционного материала, на противоположных сторонах которого размещены обкладки конденсатора, при этом частоту колебаний электрострикционного материала задают путем возбуждения заданного значения электрического поля данного конденсатора, а АЧХ сейсмографа составляют на основании заданных значений частоты колебаний электрострикционного материала и известной величины его линейной деформации.A method of calibrating seismographs, which consists in artificially exciting oscillations of the pendulum of the calibrated seismograph and taking readings from the register, based on which a calibration characteristic of the seismograph is compiled — the frequency response of the seismograph, characterized in that the exciting force is applied to the seismograph frame using the set screws installed between the thrust bearings and a pedestal of a vibrating electrostrictive material, on the opposite sides of which there are capacitor plates, often This oscillation of the electrostrictive material is set by excitation of a given value of the electric field of the given capacitor, and the frequency response of the seismograph is based on the specified values of the oscillation frequency of the electrostrictive material and the known value of its linear deformation.

Images