Сейсмограф
SEISMOGRAPH

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для прямой регистрации горизонтальных сейсмических колебаний со значительной амплитудой грунта, генерируемых сейсмическими волнами от источников естественного и искусственного происхождения.
Известен цифровой сейсмограф Mini-Seis MS, включающий первичный преобразователь, соединенный с регистратором (см. Электронный ресурс: https://all-pribors.ru/opisanie/63977-16-mini-seis-ms-73854 - Сейсмографы цифровые Mini-Seis MS, дата обращения 10.01.2019). В данном сейсмографе первичный преобразователь состоит из датчика в виде инертной массы, снабженной демпфером, и усилителя. При сейсмических колебаниях подпружиненная инертная масса устройства начинает колебаться, вследствие чего на выходе датчика вырабатывается электрический сигнал пропорциональный сейсмическим колебаниям, который через выходной усилитель поступает на регистратор.
Недостатками аналога являются, во-первых, низкие эксплуатационные показатели, связанные с тем, что данный сейсмограф фиксирует только низкочастотные колебания, что ограничивает область регистрации колебаний, а, во-вторых, очевидная погрешность регистрации и измерения. Погрешность связана с особенностью конструкции датчика регистрируемого сигнала, у которого происходит наложение внешних колебаний на колебания инертной массы и пропорциональность выработанного сигнала внешним воздействиям не столько пропорциональна, как заявлена, сколько относительна.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является сейсмограф, включающий подвижную опору, инертную массу и регистратор (см. патент РФ № 2592752, МПК G01V 1/18 (2006.01), опубликованный 27.07.2016, Бюл. № 21). В данном сейсмографе подвижная опора представляет собой герметичный корпус, внутри которого расположены инертная масса с системой подвеса, магнитная демпфирующая система, генератор эталонного сигнала, калибровочная катушка, лазерный микрометр. Кроме того устройство содержит блок формирования выходного сигнала, блок времени, устройство управления и т.д. При этом блок формирования выходного сигнала содержит блок конечной обработки сигнала и блок определения положения инерционной массы, включающий в себя постоянное запоминающее устройство, блок временной синхронизации сигналов и блок вычисления дальности. При регистрации сейсмических колебаний выходной сигнал блока конечной обработки сигнала равен колебанию инертной массы относительно колебаниям герметичного корпуса, то есть устройство работает по маятниковой системе.
Недостатками прототипа являются сложность конструкции за счет наличия сложной и разветвленной системы блоков, а также погрешность измерения. Погрешность измерения возникает из-за самого принципа работы маятниковой системы. То есть в маятниковой системе, 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. В-четвертых, осуществляется не прямая и точная регистрация сейсмических колебаний, а относительная, опосредованная от колебаний инертной массы путем поэтапных пересчетов с сопутствующими погрешностями регистрации. То есть, показания, полученные по маятниковому принципу измерения сейсмических колебаний, основаны на относительном движении, так как регистратор неизбежно движется вместе с основанием. Так как показания сейсмографа подвержены искажению, вследствие наложения свободных колебаний маятника (инертной массы), то во избежание этого вводится специальное успокоительное (демпфирующее) приспособление. Демпферы не полностью гасят колебания инертной массы, поэтому показания регистратора имеют погрешность.
Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение диапазона регистрации сейсмических колебаний, в том числе со значительной амплитудой, повышение точности регистрации горизонтальных сейсмических колебаний, упрощение конструкции устройства и регистрации колебаний.
Технический результат достигается тем, что сейсмограф, включающий подвижную опору, инертную массу и регистратор, согласно изобретению,  подвижная опора расположена горизонтально на грунте с возможностью регулирования по высоте упорами и горизонтальным уровнем, а инертная масса выполнена в виде блока из твердого материала и установлена над подвижной опорой с конструктивным зазором, при этом в подвижной опоре и в инертной массе выполнены чашеобразные углубления, внутри которых расположены металлические шары с возможностью свободного их перемещения в любом направлении горизонтальной плоскости, а регистратор состоит из подпружиненного самописца и движущегося носителя графической информации, причем подпружиненный самописец установлен на подвижной опоре, а движущийся носитель графической информации на инертной массе напротив самописца.
Данное устройство позволит расширить диапазон регистрации горизонтальных сейсмических колебаний, в том числе со значительной амплитудой, повысить точность их регистрации, упростить конструкцию устройства и регистрацию колебаний.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен сейсмограф в разрезе, на фиг.2 – поперечный разрез сейсмографа, на фиг.3 – поперечный разрез регистратора.
Сейсмограф включает подвижную опору 1, инертную массу 2 и регистратор 3. Подвижная опора 1 расположена горизонтально на грунте с возможностью регулирования по высоте упорами 4 и горизонтальным уровнем 5. Инертная масса 2 выполнена в виде блока из твердого материала и установлена над подвижной опорой 1 с конструктивным зазором 6. При этом в подвижной опоре 1 и в инертной массе 2 выполнены горизонтальные металлические чашеобразные углубления 7, внутри которых расположены металлические шары 8 с возможностью свободного их перемещения в любом направлении горизонтальной плоскости. Регистратор 3 состоит из подпружиненного самописца 9 и движущегося носителя графической информации 10. Причем подпружиненный самописец 9 установлен на подвижной опоре 1, а движущийся носитель графической информации 10 на инертной массе 2 напротив самописца 9.
Устройство работает следующим образом.
Подвижную опору 1 устанавливают на грунт горизонтально посредством упоров 4 и горизонтального уровня 5. При сейсмических колебаниях подвижная опора 1 перемещается вместе с грунтом, воспринимая горизонтальные колебания. При этом металлические шары 8 свободно прокатываются в любом горизонтальном направлении в чашеобразных углублениях 7, а инертная масса 2 сохраняет инерцию покоя. Продольные и поперечные горизонтальные колебания наносятся самописцем 9 на движущейся носитель графической информации 10. В заявленном сейсмографе используется принцип работы, отличный от маятниковых систем. В нем инертная масса действительно инертна, то есть сохраняет инерцию покоя во время сейсмических колебаний и осуществляется регистрация истинных сейсмических колебаний, что существенно повышает точность измерения и упрощает сам процесс регистрации колебаний. Конструкция заявленного сейсмографа универсальна и позволяет регистрировать даже весьма значительные амплитуды сейсмических колебаний за счет увеличения диаметра чашеобразных углублений 7 и, соответственно, увеличения свободного хода подвижной опоры 1.
Использование предлагаемого сейсмографа по сравнению с прототипом позволит расширить диапазон регистрации горизонтальных сейсмических колебаний, повысить точность их регистрации, упростить конструкцию устройства и регистрацию колебаний.