|
 |
Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии
|
Общий каталог эффектов
 | Геофон |
 |
Геофон
Описание
Геофон - приёмник звуковых волн, распространяющихся в верхних слоях земной коры. Геофон представляет собой коробку, внутри которой упруго закреплена тяжёлая масса между двумя тонкими гибкими металлическими пластинками. Звуковые колебания, распространяющиеся в почве, приводят в движение соприкасающийся с почвой корпус коробки, тогда как тяжёлая масса вследствие инерции остаётся неподвижной. В ранних конструкциях геофонов инертная масса крепилась на диафрагму, разделявшую внутренность коробки на 2 отсека (рис.1); перемещения диафрагмы относительно корпуса вызывали по обе стороны диафрагмы чередующиеся сжатия и разрежения, которые через трубки передавались к ушам наблюдателя. Современные геофоны (сейсмографы разведочные) снабжены электромеханическими преобразователями, с помощью которых колебания почвы преобразуются в колебания электрического тока (рис.2), усилителем и регистрирующим шлейфовым осциллографом. Геофон, в котором основным элементом улавливания звуковых волн определённой длины является кристалл пьезокварца, называется пьезогеофоном.
Схема геофона: 1 – корпус; 2 – диафрагма; 3 – груз; 4 – рабочие объёмы; 5 – слуховые трубки; 6 – почва.
Рис.1
Электромагнитный геофон: 1 – корпус; 2 – инертная масса – магнит; 3 – полюсные наконечники; 4 – изменяющиеся зазоры между наконечниками магнита и сердечниками (5) электромагнита; 6 – плоские пружины, поддерживающие магнит
Рис.2
Если известны источник волны и направление ее распространения, измерение трёх компонент вектора смещения – вертикальной и двух взаимно перпендикулярных горизонтальных – позволяет определить поляризацию и характер колебаний. Для этой цели служат трёхкомпопентные геофоны, которые по существу являются комбинацией трёх систем, выдающих три электрических сигнала, пропорциональных соответствующим составляющим колебаний. Для определения направления прихода волн применяют систему геофонов, соединённых в групповую электро-акустическую антенну.
Ключевые слова
Области техники и экономики
Используемые естественнонаучные эффекты
Разделы естественных наук используемых естественнонаучных эффектов
Применение эффекта
Для регистрации упругих волн па больших расстояниях используются низкочастотные инфразвуковые и звуковые геофоны.
Геофон пользуются при акустической разведке горных пород, в военном деле для прослушивания сапёрных работ, а также в горноспасательных работах. Часто применяются геофон, действующие на принципе вибрографа.
Существуют специальные конструкции геофонов для регистрации колебательной скорости, определения ускорений, детектирования трехмерных смещений.
Геофоны используют для предупреждения землетрясений. В частности, разработанный в Институте физики Земли РАН, геофон с датчиками на основе кристаллических ферромагнетиков, был установлен в скважине в районе Петропавловска–Камчатского, на глубине более километра, что позволило определить характерный суточный ход среднего уровня геоакустических шумов. Исследователи получили возможность наблюдать за землетрясениями, происходящими на расстояниях до 450 километров от скважины.
Реализации эффекта
Колебательную скорость регистрируют с помощью электродинамического геофона, в котором инерционной массой является специально подвешенная катушка, а постоянное магнитное поле создаётся магнитом, закрепленным на корпусе; для этой же цели служит электро-магнитный геофон., в котором катушка связана с корпусом, а магнит служит инерционной массой.
Приемник колебательной скорости: 1 – инерционная масса магнитя; 2 – подвижная катушка; 3 – упругие пластины; стрелками помечено направление смещения
Рис.1
Для измерения ускорений применяют пьезоэлектрический преобразователь, в котором пьезоэлемент заменяет собой подвес (рис. 1), а его деформация под действием ускорения массивной части регистрируется благодаря пьезоэффекту. Обработка принятого сигнала на ЭВМ позволяет измерить три величины посредством геофона одного типа.
Пьезоприёмник ускорения: 1 – инертная масса; 2 – пьезоэлемент; 3– упругая прокладка; 4 – корпус.
Рис.1
Литература
1. Иориш Ю.И., Виброметрия. - М. 1963.
2. Райский–Корсаков А. В. Электроакустика. - М. 1973.