Сейсмограф
SEISMOGRAPH

Изобретение относится к области измерительной технике и может быть использовано для прямой регистрации горизонтальных сейсмических колебаний значительной интенсивности в различных направлениях.
Известен сейсмограф, включающий подвижную опору, инертную массу и регистратор (см. патент РФ №2592752, МПК (2006.01) G01V 1/18, опубликованный 27.07.2016, Бюл. N 21).
Недостатком аналога являются сложность конструкции из-за наличия сложной и разветвленной системы блоков, а также погрешность измерения. Погрешность измерения возникает из-за самого принципа работы маятниковой системы, так как в ней, во-первых, необходим динамический контроль изменения нулевого положения инерционной массы (дрейфа нуля), во-вторых необходимо определение текущего положения колеблющейся инертной массы, в-третьих, требуются многоэтапные вычисления для определения выходного сигнала колебаний инертной массы относительно герметичного корпуса, то есть относительно сейсмических колебаний. Таким образом, происходит не прямая и точная регистрация сейсмических колебаний, а относительная, опосредованная от колебаний инертной массы, так как введенные в устройство демпфирующие приспособления не полностью гасят колебания инертной массы, вследствие чего показания регистратора имеют погрешность.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является сейсмограф, включающий горизонтально расположенную подвижную опору, инертную массу из твердого материала, установленную на подвижную опору с конструктивным зазором, внутри которого размещены металлические шары с возможностью их свободного прокатывания в любом направлении горизонтальной плоскости в индивидуальных металлических чашеобразных углублениях, соосно закрепленных одна к подвижной опоре, другая к инертной массе, а также регистратор (см. патент РФ №2727550, МПК (2006.01) G01V 1/18, опубликованный 22.07.2020, БИ №21).
Недостатками прототипа являются, во-первых, сложность конструкции, т.к. сейсмограф регистрирует колебания только одного направления, а для регистрации продольных и поперечных волн необходимо устанавливать два прибора во взаимно перпендикулярных направлениях, во-вторых, невозможность определения направления эпицентра колебаний, в-третьих, искажение и нарушение работы данного сейсмографа, которое происходит из-за внешнего атмосферного воздействия при регистрации колебаний посредством подпружиненного самописца и движущегося носителя графической информации, например, при действии ветра может произойти произвольное перемещение инертной массы по горизонтали, что исказит суть работы данного сейсмографа, в-четвертых, низкая разрешающая способность регистратора колебаний, т.к. точность механической записи колебаний ограничена.
Результатом предлагаемого технического решения является повышение функциональной возможности сейсмографа, за счет регистрации одним устройством горизонтальных колебаний во взаимно перпендикулярных и диагональных фиксированных направлениях, регистрации круговых колебаний, определения направления эпицентра колебаний по интенсивности зарегистрированных колебаний, а также повышение разрешающей способности регистратора колебаний и безотказности работы устройства.
Технический результат достигается тем, что сейсмограф, включающий горизонтально расположенную подвижную опору, инертную массу из твердого материала, установленную на подвижную опору с конструктивным зазором, внутри которого размещены металлические шары с возможностью их свободного прокатывания в любом направлении горизонтальной плоскости в индивидуальных металлических чашеобразных углублениях, соосно закрепленных одна к подвижной опоре, другая к инертной массе, а также регистраторы, согласно изобретению, устройство дополнительно снабжено защитным прозрачным покрытием, установленным на подвижной опоре, звукоотражающими вертикальными индивидуальными экранами, установленными на внутренней поверхности защитного прозрачного покрытия, узлом управления, соединенным с портативной ЭВМ, уровнями и упорами, при этом подвижная опора и инертная масса выполнены в форме цилиндра, радиус основания подвижной опоры больше радиуса инертной массы на величину максимальных сейсмических перемещений, причем подвижная опора расположена горизонтально на грунте посредством регулируемых по высоте упоров и уровней, а регистраторы расположены на инертной массе во взаимно перпендикулярных и диагональных фиксированных направлениях, напротив звукоотражающих вертикальных индивидуальных экранов, и состоят из излучателя звука и приемника отраженного звука и подключены через узел управления к портативной ЭВМ.
Данное устройство позволит повысить функциональные возможности, разрешающую способность регистратора колебаний и безотказность работы устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен план сейсмографа, на фиг. 2 - поперечный разрез сейсмографа.
Сейсмограф состоит из подвижной опоры 1, инертной массы 2, регистраторов 3, 4, 5, 6. Подвижная опора 1 расположена горизонтально на грунте посредством регулируемых по высоте упоров 7 и уровней 8, 9. Инертная масса 2, выполненная из твердого материала, установлена на подвижной опоре 1 с конструктивным зазором 10, внутри которого размещены металлические шары 11 с возможностью их свободного прокатывания в любом направлении горизонтальной плоскости в индивидуальных металлических чашеобразных углублениях 12, соосно закрепленных одна к подвижной опоре 1, другая к инертной массе 2. На инертной массе 2, радиус которой меньше радиуса подвижной опоры 1, установлены ультразвуковые регистраторы 3, 4, 5, 6, состоящие из излучателя звука 13 и приемника отраженного звука 14. Регистраторы 3, 4, 5, 6 расположены во взаимно перпендикулярных и диагональных фиксированных направлениях. Например, регистратор 3 расположен по направлению север-юг, регистратор 4 - по направлению запад-восток, по диагонали расположены регистратор 5 - по направлению северо-восток и регистратор 6 - по направлению северо-запад. Напротив каждого регистратора перпендикулярно их направлениям размещены индивидуальные вертикальные звукоотражающие экраны 15, 16, 17, 18, которые закреплены к защитному прозрачному покрытию 19 подвижной опоры 1. При этом регистраторы 3, 4, 5, 6 подключены через узел управления 20 к портативной ЭВМ 21 с программным обеспечением регистрации кинетики колебаний в табличной и последующей графической форме и регистрации круговых колебаний в ортогональных координатах.
Устройство работает следующим образом.
Подвижную опору 1 устанавливают горизонтально на грунт посредством упоров 7 и уровней 8, 9. Инертную массу 2 устанавливают на шары 11 с фиксацией регистратора 3 на север. Защитное покрытие 19, которое выполнено из прозрачного материала для дистанционной работы с портативной ЭВМ 21, фиксируют на подвижной опоре 1 так, чтобы расположение экранов 15, 16, 17, 18 соответствовало расположению регистраторов 3, 4, 5, 6. При сейсмических проявлениях подвижная опора 1 перемещается вместе с грунтом, воспринимая горизонтальные колебания, а металлические шары 11, свободно прокатывающиеся в любом горизонтальном направлении в чашеобразных углублениях 12, позволяют инертной массе 2 сохранять инерцию покоя во время сейсмических колебаний любой интенсивности. Таким образом, инертная масса, являясь действительно инертной, неподвижной, становится местом "нуля" для непосредственной регистрации перемещения земной поверхности, то есть сейсмических колебаний. Ультразвуковые регистраторы 3, 4, 5, 6, установленные на неподвижной инертной массе 2 в различных направлениях, посредством излучателей звука 13, звукоотражающих экранов 15, 16, 17, 18, закрепленных к защитному покрытию 19 подвижной опоры 1, то есть к земле, и приемников отраженного звука 14 регистрируют перемещения экранов во времени, иначе, кинетику перемещений земной поверхности в соответствующих направлениях, то есть сейсмические колебания. Данные всех регистраторов 3, 4, 5, 6 поступают через узел управления 20 в портативную ЭВМ 21. В результате получают кинетику сейсмических колебаний в табличной и, затем в графической форме, и круговые колебания в ортогональных координатах. По наибольшей интенсивности зарегистрированных всеми регистраторами 3, 4, 5, 6 сейсмических колебаний определяют направление эпицентра колебаний.
Использование предлагаемого сейсмографа по сравнению с прототипом позволит повысить функциональные возможности устройства, за счет регистрации одним устройством горизонтальных сейсмических колебаний во взаимно перпендикулярных и диагональных фиксированных направлениях, регистрации круговых колебаний, определения направления эпицентра колебаний по интенсивности зарегистрированных колебаний, а также позволит повысить разрешающую способность регистратора колебаний и безотказность работы устройства.