|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Сейсмограф |
 | |
Анимация
Описание
Сейсмографы (СФ) используют для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн. Принцип действия современных СФ основан на свойстве инерции. Любой СФ состоит из сейсмоприемника или сейсмометра и регистрирующего (записывающего) устройства. Главной частью СФ является инерционное тело - груз, подвешенный на пружине к кронштейну, который жестко крепится к корпусу (рис. 1).
Общий вид простейшего сейсмографа для регистрации вертикальных колебаний
Рис. 1
Корпус СФ закреплен в твердой горной породе и поэтому приходит в движение при землетрясении, причем в силу свойства инерции груз-маятник отстает от движения грунта. Для получения записи сейсмических колебаний (сейсмограммы) служит вращающийся с постоянной скоростью барабан самописца с бумажной лентой, прикрепленный к корпусу СФ, и перо, связанное с маятником (см. рис. 1). Вектор перемещения земной поверхности определяется горизонтальными и вертикальной компонентами; соответственно любая система для сейсмических наблюдений состоит из горизонтальных (для регистрации смещений по осям X, Y) и вертикального (для регистрации смещений по оси Z) сейсмометров.
Для сейсмометров чаще всего применяют маятники, центр качаний которых сохраняет относительный покой или отстает от движения колеблющейся земной поверхности и связанной с ней осью подвеса. Степень покоя центра качаний сейсмоприемника характеризует его работу и определяется отношением периода Tп колебаний почвы к периоду Т собственных колебаний маятника сейсмоприемника. Если Tп /T мало, то центр качаний практически неподвижен и колебания почвы воспроизводятся без искажений. При Tп /T близком к 1 возможны искажения из-за резонанса. При больших значениях Tп /T, когда движения почвы очень медленны, свойства инерции не проявляются, центр качаний движется практически как единое целое с почвой и сейсмоприемник перестает фиксировать колебания почвы. При регистрации колебаний в сейсмической разведке период собственных колебаний составляет несколько сотых или десятых долей секунды. При регистрации колебаний от местных землетрясений период может быть ~ 1 сек, а при удаленных на тыс. км землетрясениях должен иметь порядок 10 сек.
Принцип действия СФ может быть пояснен следующими уравнениями Пусть тело массы М подвешено на пружине, другой конец которой и шкала скреплены с почвой. При перемещении почвы вверх на величину Z вдоль оси Z (переносное движение) масса М из-за инерции отстает и смещается по оси Z вниз на величину z (относительное движение), что порождает силу растяжения в пружине - cz (c - жесткость пружины). Эта сила при движении должна уравновешиваться силой инерции абсолютного движения:
M d2z/dt2 = - cz,
где z = Z - z.
Отсюда вытекает уравнение:
d2 z/dt2 + cz/M = d2 Z/dt2,
решение которого связывает истинное смещение почвы Z с наблюдаемым z.
Ключевые слова
Области техники и экономики
Техника, используемая в геофизических исследованиях
Экологические и природоохранные технологии и техника
Техника гражданской обороны
Приборы для измерения механических величин
Используемые естественнонаучные эффекты
 | Возникновение гравитационно-подобных сил, действующих на тело в неинерциальной системе отсчета (Силы инерции) |
Разделы естественных наук используемых естественнонаучных эффектов
| 1 | | Неинерциальные системы отсчета |
Применение эффекта
СФ, используемые для регистрации колебаний почвы при землетрясениях или взрывах, входят в состав как постоянно действующих, так и мобильных сейсмических станций. Существование глобальной сети сейсмических станций позволяет с высокой точностью определять параметры практически любых землетрясений, происходящих в разных регионах Земного шара, а также исследовать по характеристикам распространения сейсмических волн различных типов внутреннее строение Земли. К основным параметрам землетрясения прежде всего относятся: координаты эпицентра, глубина очага, интенсивность, магнитуда (энергетическая характеристика). В частности, для расчета координат сейсмического события необходимы данные о временах прихода сейсмических волн как минимум на три сейсмостанции, находящиеся на достаточном расстоянии друг от друга.
Мобильные сейсмостанции обычно входят в состав специализированных комплексов, предназначенных для поиска и разведки полезных ископаемых. В качестве сейсмоприемников таких станций могут быть использованы не только вышеописанные маятниковые сейсмометры, но и пьезоэлектрические датчики. Представление данных в большинстве современных систем для сейсмических наблюдений и исследований осуществляется в цифровом виде.
Реализации эффекта
Горизонтальный сейсмометр типа СКГД
Общий вид горизонтального сейсмометра типа СКГД показан на рис. 2.
Схема горизонтального сейсмометра СКГД
Рис. 2
Обозначения:
1 - маятник;
2 - магнитная система;
3 - катушка преобразователя;
4 - струбцина подвеса;
5 - подвесная пружина.
Прибор состоит из маятника 1, подвешенного на струбцине 4 к стойке, укрепленной на основании прибора. Общий вес маятника около 2 кг; приведенная длина около 50см. Пластинчатая пружина напряжена. В укрепленной на маятнике рамке находится плоская индукционная катушка 3, имеющая три обмотки из медного изолированного провода. Одна обмотка служит для регистрации движения маятника, и к ней подключена цепь гальванометра. Вторая обмотка служит для регулировки затухания сейсмометра, и к ней подключается демпфирующее сопротивление. Кроме того, имеется третья обмотка для подачи контрольного импульса (то же и у вертикальных сейсмометров). На основании прибора укреплен постоянный магнит 2, в воздушном зазоре которого находятся средние части обмоток. Магнитная система снабжена магнитным шунтом, представляющим собой две пластины из мягкого железа, перемещение которых вызывает изменение силы магнитного поля в воздушном зазоре магнита и, следовательно, изменение постоянной затухания.
На конце маятника укреплена плоская стрелка, под которой расположена шкала с миллиметровыми делениями и увеличительная линза, через которую рассматривают шкалу и стрелку. Положение стрелки можно отсчитать по шкале с точностью до 0,1мм. Основание маятника снабжено тремя установочными винтами. Два боковых служат для установки маятника в нулевое положение. Передний установочный винт служит для регулировки периода собственных колебаний маятника. Для защиты маятника от различных помех прибор помещен в защитный металлический футляр.
Литература
1. Медведев С.В. Инженерная сейсмология.- М., 1962.
2. Аппаратура для регистрации сейсмических процессов / Под ред. Е.С.Борисевича.- М.: Наука, 1976.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |