СПОСОБ КАЛИБРОВКИ СЕЙСМОГРАФОВ
METHOD OF CALIBRATING SEISMOGRAPHS

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в средствах регистрации колебаний грунта для определения их амплитудно-частотной характеристики, истинного увеличения и калибровки.
Известен способ калибровки сейсмографов [1], в котором возбуждающую силу прикладывают к станине сейсмометра путем введения электрострикционного материала между подпятниками установочных винтов и постаментом. Поясняется этот способ на фиг.1. Здесь возбуждающая станину 1 сила прилагается непосредственно к станине через установочные винты 2 путем введения между подпятниками установочных винтов 3 и постаментом 4 электрострикционного материала 5.
Данный материал, например, сегнетоэлектрический релаксор (сегнетокерамика), представляет собой твердый диэлектрик, деформирующийся в определенном линейном направлении (для вертикальных сейсмометров - в вертикальном, для горизонтальных, соответственно, в направлениях север-юг и запад-восток) при приложении к нему электрического поля. Знак электрострикционной деформации (то есть расширяется или сжимается образец диэлектрика под действием поля) от направления поля не зависит и в переменном электрическом поле частоты f диэлектрик деформируется с частотой 2f. Электрическое поле можно создать, например, с помощью двух обкладок конденсатора 6, расположенных у противоположных сторон электрострикционного материала 5. Управляя зарядкой-разрядкой конденсатора 6, можно добиться требуемого вибрационного эффекта электрострикционного материала 5, колебания которого передадутся станине сейсмометра. Задавая с помощью электрического поля конденсатора 6 частоту колебаний материала 5, снимаются показания с регистрира, и по ним составляется АЧХ.
Недостатком данного способа является то, что неизвестны характеристики колебательного процесса станины сейсмографа вследствие того, что электрострикционный материал находится под нагрузкой массы станины. Колебания станины сейсмографа будут отличаться от естественных (свободных) колебаний этого материала, поэтому реальное (абсолютное) смещение основания невозможно зафиксировать известными методами из-за их незначительности (порядка нано- и микрометров). По этим причинам точность определения частотной характеристики сейсмографа не высока и форма амплитудно-частотной характеристики не полностью соответствует действительности.
Задачей изобретения является доработка способа калибровки сейсмографа, позволяющего прикладывать возбуждающую силу с требуемыми амплитудой и частотой непосредственно к станине сейсмометра с фиксацией истинного смещения станины, что обеспечит получение технического результата, состоящего в повышении точности определения абсолютной, а не относительной, амплитудно-частотной характеристики, а также определения увеличения сейсмографа.
Этот технический результат в предлагаемом способе, изображенном на фиг.2, достигается тем, что на станине сейсмографа 3 устанавливается лазер 2 (либо LCCD-линейка 1), а на постаменте - LCCD-линейка 1 (либо, наоборот, лазер 2), таким образом, что траектория лазерного луча 8 при колебаниях будет проходить точно вдоль LCCD-линейки 1.
В начальном положении пятно луча лазера находится посередине рабочего участка LCCD-линейки 1. Задавая с помощью электрического поля конденсатора 7 частоту колебаний материала 6, получаем колебания установочных винтов 5, и, естественно, станины 3, величину которых фиксируем LCCD-линейкой 1, при этом снимаются показания с регистрира, и по ним составляется АЧХ и определяется увеличение всего сейсмографа. При колебаниях станины 3 луч лазера смещается вдоль LCCD-линейки 1, при этом LCCD-линейкой воспринимается реальное смещение, и оно в дальнейшем преобразуется в цифровой код. Ввиду высокой разрешающей способности LCCD-линейки и достижимого малого диаметра лазерного луча становится возможной регистрация истинного смещения станины относительно постамента. Таким образом, зная истинное смещение станины сейсмографа, а не величину линейной деформации электрострикционного материала из паспортных данных, снимаются показания с регистрира, и по ним составляется АЧХ и определяется увеличение сейсмографа. Показания регистрира зависят от многих факторов, прежде всего инертности маятника сейсмометра и элементов его подвеса 4, и, естественно, не будут совпадать с колебаниями станины, для чего и необходима эта калибровка.
Сравнительный анализ с прототипом показал, что заявленное изобретение, за счет введения лазера и LCCD-линейки, позволяет получить технический результат, состоящий в повышении точности определения абсолютных значений амплитудно-частотной характеристики и увеличения сейсмографа, что было невозможно в прототипе.
Следовательно, техническое решение соответствует критерию "новизна".
Кроме того, так как заявленный технический результат достигается введением всей совокупности существенных признаков, что в известной патентной и научной литературе не обнаружено на дату подачи заявки, изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".
Источник информации
1. Способ калибровки сейсмографов. Патент на изобретение №2324208 от 10 мая 2008 г.