УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАЛИБРОВКИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ
DEVICE FOR CALIBRATION OF SEISMIC SENSORS

Техническое решение относится к контрольно-измерительной технике и используется для калибровки сейсмических датчиков.
Известно устройство автоматического измерения параметров электродинамических сейсмоприемников (авторское свидетельство СССР №1327035, G01V 13/00, опубликовано в Бюл. №28 за 1987 г.), содержащее первый генератор прямоугольных импульсов тока, измеритель собственной частоты сейсмоприемника, блок математических операций, выход которого соединен с блоком индикации, блок управления, подключенный к управляющим шинам блока математических операций и блока индикации, и второй, идентичный первому, генератор прямоугольных импульсов тока, но противоположной полярности, двухвходовый мультиплексор, демультиплексор на два выхода, нуль-орган, компаратор, генератор линейно изменяющегося напряжения, логический формирователь временных интервалов и преобразователь временных интервалов в код. Блок управления соединен с управляющими шинами мультиплексора, демультиплексора, генератора линейно изменяющегося напряжения и логического формирователя временных интервалов, один выход испытуемого электродинамического сейсмоприемника соединен с общей точкой, а другой - с выходом мультиплексора и входом демультиплексора, генераторы прямоугольных импульсов тока раздельно соединены с входами двухвходового мультиплексора и блоком управления, один из выходов демультиплексора соединен с входом измерителя собственной частоты сейсмоприемника, а другой - с входом нуль-органа и одним из входов компаратора, другой вход которого соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения. Выходы измерителя собственной частоты сейсмоприемника, нуль-органа и компаратора соединены раздельно с входами логического формирователя временных интервалов, выход которого соединен с входом преобразователя временных интервалов в код, а выход последнего - с входом блока математических операций.
Недостатками такого технического решения является сложность конструкции и то, что, из-за конструктивных особенностей сейсмических датчиков, оно применимо для калибровки только электродинамических сейсмоприемников. За счет того, что калибровочное воздействие создается подачей прямоугольных положительных и отрицательных импульсов тока на катушку электродинамического сейсмоприемника, то есть калибровка проводится не по реальному смещению корпуса калибруемого сейсмоприемника, могут возникнуть погрешности в определении его амплитудно-частотной характеристики (АЧХ).
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и совокупности существенных признаков является полевой многокомпонентный сейсмический стенд, описанный в патенте РФ на полезную модель №119471, G01V 1/00, опубликованный в Бюл. №23 за 2012, включающий основание, горизонтальную платформу, вертикальную платформу, упор и удерживающее устройство, причем горизонтальная и вертикальная платформы соединены между собой тросиком через блок и выполнены с возможностью движения под действием веса, размещенного на вертикальной платформе.
Недостатком данного стенда является то, что его конструкция не предусматривает каких-либо средств, позволяющих скомпенсировать влияние того, что смещение горизонтальной и вертикальной платформ происходит не мгновенно, а занимает, хотя и малое, но конечное время, из-за чего результат калибровки, особенно в области высоких частот, заметно искажается, а частотный диапазон калибровки сужается.
Кроме того, из-за того, что движение вертикальной платформы в горизонтальной плоскости никак не ограничено, смещение ее центра тяжести после установки калибруемого сейсмического датчика (за счет особенностей конструкции корпусов у различных моделей сейсмических датчиков, а также наличия у них кабеля для передачи сигнала) негативно повлияет на точность калибровки.
Поскольку не всегда удается обеспечивать полную неподвижность неподвижного основания, оно вместе с горизонтальной и вертикальной платформами и калибруемым сейсмическим датчиком после калибровочного воздействия некоторое время будет совершать собственные колебания, причем к последним, возможно, добавятся еще и естественные внешние сейсмические шумы, что также негативно влияет на точность результатов калибровки и сужает ее частотный диапазон.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышении точности калибровки сейсмических датчиков и расширении ее частотного диапазона за счет возможности измерения скорости движения подвижной платформы относительно неподвижного основания для коррекции отклонения тестового воздействия от дельта-функции, ведущего к снижению точности и сужению частотного диапазона, а также за счет компенсации собственных колебаний неподвижной платформы и внешних сейсмических шумов.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство для калибровки сейсмических датчиков, включающее неподвижное основание, на котором закреплен жесткий упор, и установленную на нем подвижную платформу, на ближней к жесткому упору стороне которой закреплен калибруемый сейсмический датчик, согласно техническому решению снабжено датчиком для измерения скорости движения подвижной платформы относительно неподвижного основания, расположенным таким образом, что его магнит установлен на указанном жестком упоре, а катушка жестко закреплена на подвижной платформе. При этом на неподвижном основании, напротив упомянутого жесткого упора, в контакте с противоположным боком подвижной платформы установлен упругий упор, выполненный с возможностью введения калиброванного по толщине щупа между упомянутым жестким упором и подвижной платформой.
Наличие датчика скорости движения подвижной платформы относительно неподвижного основания (отличающегося от калибруемого сейсмического датчика тем, что его магнит установлен на указанном жестком упоре, а катушка жестко закреплена на подвижной платформе) позволяет учесть то, что смещение калибруемого сейсмического датчика происходит не мгновенно (что приводит к отклонению его отклика от дельта-функции) и, таким образом, скорректировать АЧХ калибруемого сейсмического датчика (особенно в высокочастотной области), и повысить точность калибровки и расширить ее частотный диапазон.
Целесообразно для повышения точности калибровки использовать дополнительный компенсационный сейсмический датчик, идентичный калибруемому сейсмическому датчику, что позволяет вычесть собственные колебания неподвижного основания и внешние сейсмические шумы из записи отклика калибруемого сейсмического датчика.
Такая совокупность существенных признаков позволяет значительно повысить точность калибровки и расширить частотный диапазон ее результатов.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется примером конкретного исполнения устройства для калибровки сейсмических датчиков (далее - устройство) и его чертежом (вид в плане).
На жесткий фундамент установлено металлическое неподвижное основание 1 (см. чертеж), имеющее плоскую гладкую верхнюю поверхность. На неподвижном основании 1 посредством шарнирного соединения 2 закреплена подвижная платформа 3. На неподвижном основании 1, в контакте с одним боком подвижной платформы 3, закреплен жесткий упор 4, а в контакте с противоположным боком подвижной платформы 3, напротив жесткого упора 4, установлен упругий упор 5, постоянно прижимающий подвижную платформу 3 к жесткому упору 4 и выполненный с возможностью введения калиброванного по толщине щупа 6 между упомянутым жестким упором 4 и подвижной платформой 3. На ближней к жесткому упору 4 стороне подвижной платформы 3 установлен калибруемый сейсмический датчик 7. Для регистрации собственных колебаний неподвижного основания 1 и внешних сейсмических помех, на неподвижное основание 1 установлен компенсационный сейсмический датчик 8, идентичный калибруемому сейсмическому датчику 7. Датчик 9 для измерения относительной скорости неподвижного основания 1 и подвижной платформы 3 установлен таким образом, чтобы его магнит был закреплен на жестком упоре 4, а катушка - на подвижной платформе 3.
Устройство работает следующим образом. При быстром выдергивании щупа 6 край подвижной платформы 3 с калибруемым сейсмическим датчиком 7 прижимается к жесткому упору 4, в результате чего этот сейсмический датчик 7 резко смещается в сторону жесткого упора 4 практически на толщину щупа 6. Таким образом, с помощью регистрирующей аппаратуры (на чертеже не показана) производится запись реакции калибруемого сейсмического датчика 7 в виде дельта-функции, которая позволяет получить его АЧХ.
Предлагаемое устройство наиболее эффективно для калибровки сейсмических датчиков с нижними границами полосы рабочих частот от 0,5 до 30 Гц.