Claims (2)
DEUTSCHES Gegenstand der Erfindung ist eine Verbesserung des elektrodynamischen Körperschall wandlers nach dem Patent 9(?4 273, insbesondere ein Seismometer oder Geophon, wie es bei der Erforschung der oberflächennajien Erdkruste nach refractions- oder reflexionsseismischen Verfahren benutzt wird. Nach dem Hauptpatent ist bei elektrodynamischen Körpenschallwandiern das Gewicht des Schwingsystems durch einen oder mehrere mit diesem fest verbundene Dauermagneten, die mit abstoßender Poluing im Nahbereich des Stirnstreufeldes des Hauptmagneteystems angeordnet sind, kompensiert, und sehr weich ausgebildete mechanische Federn dienen nur zum Zentrieren des Schwingsystem?. Besonders für die Durchführung von Refraktionsmessungen ist es erfprderlich, sehr tief abgestimmte Geophone zu benutzen, da in größeren Entfernungen vom Schlußpumkt durch die Filterwirkung der Erdschichten im wesentlichen nur niedrige Frequenzen, in der Regel einige Hertz, zur Messung gelangen und somit zur Erreichung einer genügenden Empfindliphkeit die Eigenfrequenz der verwendeten Seismometer in . dieser Größenordnung liegen muß. Die Konstruktion derartiger Seismometer stößt auf Schwierigkeiten, die zwar nicht prinzipieller Natur sind, da man durch Vergrößern der schwingenden Masse bzw. Verkleinern der Federrückstellkraft (weichere Federn) jede Eigenfrequenz erreichen kann. Um jedoch für den Feldgebrauch, d. h. den häufig wechselnden Einsatz, brauchbare Geophone zu bauen, darf das Gesamtgewicht des Geophons ein bestimmtes Maß nicht überschreiten; und man kann nicht mit Geophonen, die bei großer Masse sehr weiche Federn haben, arbeiten, weil die Geräte oft einer rauhen Behandlung unterworfen werden, so daß eine Beschädigung der weich aufgehängten relativ großen Schwingmassen nicht zu vermeiden ist. Bei dem elektrodynamischen Körperschallwandler nach dem Hauptpatent befindet sich das Schwingsystem in einem stark inhomogenen Magnetfeld. Dadurch wird die Eigenfrequenz lageabhängig, und bei größeren Auslenkungen sind Verzerrungen zu erwarten. Diese Nachteile werden nach der Erfindung durch ein zusätzliches Magnetsystem beseitigt, das auf der dem Hauptmagnetsystem gegenüberliegenden Seite vom Schwingsystem angeordnet ist und das so gepolt ist, daß es auf das Schwingsystem eine Anziehungskraft ausübt, die, zu der vom Hauptmagnetsystem hervorgerufenen abstoßenden Kraft addiert, in dem Bereich der Bewegung des Schwingsystems eine von dessen Ort nahezu unabhängige Kraft hervorruft, die der Größe nach der Erdanziehung annähernd gleich, aber entgegengesetzter Richtung ist. Demnach kann Nadi dem elektrodynamischen Prinzip arbeitender Körpers<äiaUwndJer Zusatz zum Patent 964 273 Artmelder; Prakla. Gesellgcriaft für praktische Lagerstättenforschung G. m. b. H., Hannoverr Haarstr. 5 Pipl.-Ing. HgJmut Wachhplz1 Hannpyer1 ist als Erflnder genannt worden innerhalb dieses Arbeitsbereiches das Schwingsystem als nahezu schwerelos betrachtet werden, Zweckmäßig sind zur Erzielung einer Schwingungs- s5 dämpfung die nichtmagnetischeri Teile des Sehwirigsystems aus einem Stoff großer elektrischer Leitfähigkeit, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium, hergestellt. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindiungsgegenetandes in 30. Fig. 1 im Mittelschnitt dargestellt; Fig. 2 gibt ein Kraft - Ort - Diagramm für das Schwingsystem wieder. In einem Gehäuse 1 sind zwei Magneten 2 und 3 (Topfmagneten) montiert. An Blattfedern oder sogenannten Spinnenmembranen 8 und 9 ist das schwingfähige System 5 angebracht, das aus dem eigentlichen Körper besteht, der die Schwingspuden 6 und 7 und den Magneten 4 trägt. Eine beispielsweise Polarität der Magneten ist in Fig. 1 angegeben. Der Schwingmagnet 4 befindet sich in einem Magnetfeld, das durch die Magneten 2 und 3 gegeben ist. Bei senkrechter Aufstellung des Geophons wird die Gesamtmasse des Schwingsystems durch die Erdanziehung nach unten gezogen; der Schwingmagnet 4 wird jedoch einmal durch den unteren Magneten 3 nach oben abgestoßen und zum anderen durch den oberen Magneten 2 nach oben angezogen. Die drei Kräfte sollen sich erfindungsgemäß nahezu im Gleichgewicht befinden, so daß die schwere Masse So als annähernd Null angesehen werden kann und nur noch die dynamische Wirkung der trägen Masse bei von außen wirkenden Beschleunigungen auf das Gesamt-Geophon zur Wirkung kommt, die durch die Federn 8 und 9 mit einer technisch realisierbaren 809 749/112 Federsteife zu einer Eigenfrequenz von wenigen Hertz gebracht wird. Man erkennt, daß auch für größere Bewegungen des Sohwingsystems die kompensierende Wirkung der Magnetfelder erhalten bleibt, da bei einem Anheben des Schwingsystems die Entfernung zwischen 4 und 3 größer und zwischen 4 und 2 kleiner wird. Daher wird die abstoßende Kraft von 3 auf 4 dann ebenfalls kleiner; die anziehende Kraft von 2 auf 4 nimmt aber im gleichen Maße zu, so daß die Gesamtwirkung der magnetischen Kräfte gleichbleibt und damit das Schwerefeld der Erde auf das Schwingsystem bei allen Bewegungen voll kompensiert bleibt. In Fig. 2 sind die Kräfte, die auf das Schwingsystem wirken, abhängig vom Ort des Schwingsystems aufgetragen. Die positive Richtung der Abszisse weist in die Richtung der Aufwärtsbewegung des Schwingsystems. Auf das Schwingsystem wirkt einmal die Erdanziehung. Diese ist durch die Linie 30 dargestellt. Ferner wirkt auf das Schwingsystem die abstoßende ao Kraft des Magneten 3. Diese ist durch die Kurve 31 dargestellt. Die genannte Kraft ist stark wegabhängig; sie hat entgegengesetzte Richtung zur Erdanziehung. In gleicher Weise, jedoch spiegelsymmetrisch, wirkt die durch Kurve 32 wiedergegebene Kraft des anziehenden Magneten 2. Die durch die Kurven 31 und 32 erläuterten Wirkungen summieren sich zu der Kurve 33. Diese verläuft innerhalb des Arbeitbereiches nahezu geradlinig und entgegengesetzt der Schwerkraft. Sie wird ebenso groß wie die Schwerkraft gemacht. Innierhalb deS* Arbeitsbereiches erhält man also eine angenähert völlige Aufhebung der Schwerkraft und damit Gewichtslosigkeit des Schwingsystems. ,Das gezeichnete Geophonsystem ist nur als ein Ausführungsbeispiel anzusehen. Es ist nicht notwendig, wenn auch ratsam, den oberen Teil des Magnetsystems ebenfalls als Magnettopf mit Schwingspule auszubilden. Es würde dort ein flaches Magnetsystem, daß die notwendige Feldstärke besitzt, genügen. Das gezeichnete Ausführungsbeispiel hat aber eine übersichtliche Bauart, die besonders den Vorteil einer sehr hohen Empfindlichkeit besitzt. Zur Dämpfung der Eigenfrequenz und Erzielung eines gleichmäßigen Frequenzganges ist es zweckmäßig, den gesamten Spulenkörper und Magnethalter 5 aus einem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit, z. B. Kupfer oder Aluminium, herzustellen. Es läßt sich auf diese Weise ein gleichmäßiger Frequenzgang von wenigen Hertz an mühelos erreichen. Eine besondere Arretiervorrichtung für den Transport erübrigt sich, da man durch Umdrehen des Geophone und damit Umkehren des Schwerefeldes ein Absinken des Schwingkörpers auf einen (nicht gezeichneten) Anschlag erhält. Patentansprüche:The subject of the invention is an improvement of the electrodynamic structure-borne sound transducer according to patent 9 (? 4 273, in particular a seismometer or geophone, as it is used in researching the surface-near earth crust by refraction or reflection seismic methods the weight of the oscillating system is compensated for by one or more permanent magnets firmly connected to it, which are arranged with repulsive poluing in the vicinity of the frontal stray field of the main magnet system, and very soft mechanical springs are only used to center the oscillating system It is necessary to use very deeply tuned geophones, because at greater distances from the final pump only low frequencies, usually a few Hertz, are measured due to the filter effect of the layers of the earth, and thus a sufficient sensitivity the natural frequency of the seismometer used in. must be of this order of magnitude. The construction of such seismometers encounters difficulties that are not of a fundamental nature, since any natural frequency can be achieved by increasing the oscillating mass or reducing the spring restoring force (softer springs). However, in order for field use, i.e. H. the frequently changing use of building usable geophones, the total weight of the geophone must not exceed a certain amount; and it is not possible to work with geophones which have very soft springs when they are large, because the devices are often subjected to rough treatment so that damage to the relatively large oscillating weights, which are softly suspended, cannot be avoided. In the electrodynamic structure-borne sound transducer according to the main patent, the oscillation system is located in a highly inhomogeneous magnetic field. This makes the natural frequency position-dependent, and distortions are to be expected with larger deflections. These disadvantages are eliminated according to the invention by an additional magnet system which is arranged on the opposite side of the oscillating system from the main magnet system and which is polarized in such a way that it exerts an attractive force on the oscillating system which adds to the repulsive force produced by the main magnet system in the area of motion of the oscillating system causes a force that is almost independent of its location and that is approximately equal in magnitude to the gravitational pull, but in the opposite direction. Accordingly, Nadi can follow the electrodynamic principle of working bodies. Prakla. Society for practical deposit research G. m. B. H., Hannoverr Haarstr. 5 Pipl.-Ing. HgJmut Wachhplz1 Hannpyer1 has been named as the inventor within this work area the oscillation system can be regarded as almost weightless.In order to achieve oscillation damping, the non-magnetic parts of the visual system are made of a material of high electrical conductivity, preferably copper or aluminum. In the drawing, an embodiment of the subject invention is shown in 30. FIG. 1 in central section; 2 shows a force-location diagram for the oscillating system. Two magnets 2 and 3 (pot magnets) are mounted in a housing 1. The oscillatable system 5 is attached to leaf springs or so-called spider membranes 8 and 9 and consists of the actual body that carries the oscillating pods 6 and 7 and the magnet 4. An example of the polarity of the magnets is given in FIG. 1. The oscillating magnet 4 is located in a magnetic field which is given by the magnets 2 and 3. If the geophone is set up vertically, the total mass of the oscillation system is pulled down by the gravitational pull; however, the oscillating magnet 4 is repelled upwards by the lower magnet 3 and is attracted upwards by the upper magnet 2. According to the invention, the three forces should be almost in equilibrium, so that the heavy mass So can be regarded as approximately zero and only the dynamic effect of the inert mass with externally acting accelerations on the overall geophone comes into effect, which is caused by the springs 8 and 9 is brought to a natural frequency of a few Hertz with a technically feasible 809 749/112 spring stiffness. It can be seen that the compensating effect of the magnetic fields is retained even for larger movements of the swing system, since when the swing system is raised, the distance between 4 and 3 becomes greater and between 4 and 2 smaller. Therefore, the repulsive force from 3 to 4 then also becomes smaller; the attractive force from 2 to 4 increases to the same extent, so that the overall effect of the magnetic forces remains the same and the gravitational field of the earth on the oscillating system remains fully compensated for in all movements. In FIG. 2, the forces that act on the oscillating system are plotted as a function of the location of the oscillating system. The positive direction of the abscissa points in the direction of the upward movement of the oscillating system. Gravity acts on the oscillation system. This is shown by line 30. Furthermore, the repulsive force of the magnet 3 acts on the oscillation system. This is represented by curve 31. The force mentioned is strongly dependent on the path; it has opposite direction to the gravitational pull. The force of the attracting magnet 2 shown by curve 32 acts in the same way, but with mirror symmetry. The effects explained by curves 31 and 32 add up to curve 33. This runs within the working range almost in a straight line and opposite to gravity. It is made as great as gravity. Within the working area, one thus obtains an almost complete elimination of the force of gravity and thus weightlessness of the oscillation system. The geophone system shown is only to be regarded as an exemplary embodiment. It is not necessary, although advisable, to also design the upper part of the magnet system as a magnet pot with a voice coil. A flat magnet system with the necessary field strength would be sufficient there. The illustrated embodiment, however, has a clear design, which has the particular advantage of very high sensitivity. To dampen the natural frequency and achieve a uniform frequency response, it is useful to make the entire bobbin and magnet holder 5 made of a material of high electrical conductivity, for. B. copper or aluminum. In this way, a uniform frequency response from a few Hertz can easily be achieved. There is no need for a special locking device for transport, since by turning the geophone and thus reversing the gravitational field, the oscillating body drops to a stop (not shown). Patent claims:
1. Elektrodynamischer Körperschallwandler, insbesondere Seismometer für geophysikalische
Zwecke, bei dem das Gewicht des Schwingeystems durch einen oder mehrere mit diesem fest verbundene
Dauermagneten, die mit abstoßender Polung im Nahbereich des Stirnstreufeldes des
Hauptmagnetsystems angeordnet sind, kompensiert ist und sehr weich ausgebildete mechanische
Federn zum Zentrieren des Schwingsystems dienen, nach Patent 964 273, gekennzeichnet durch,
ein zusätzliches Magnetsystem (2), das auf der dem Hauptmagnetsystem (3) gegenüberliegenden
Seite vom Schwingsystem (S) angeordnet ist und das so gepolt ist, daß es auf das Schwingsystem
eine anziehende Kraft (32) ausübt, die, zu der vom Hauptmagnetsystem hervorgerufenen abstoßenden
Kraft (31) addiert, in dem Bereich der Bewegung des Schwingsystems eine von dessen Ort nahezu
unabhängige Kraft (33) hervorruft, die der Größe nach der Erdianziehung (30) annähernd gleich,
aber entgegengesetzter Richtung ist.1. Electrodynamic structure-borne sound transducer, in particular seismometer for geophysical purposes, in which the weight of the oscillating system is compensated for by one or more permanent magnets firmly connected to it, which are arranged with repulsive polarity in the vicinity of the forehead stray field of the main magnet system, and very soft mechanical springs for centering of the oscillating system are used, according to patent 964 273, characterized by an additional magnet system (2) which is arranged on the side of the oscillating system (S) opposite the main magnet system (3) and which is polarized in such a way that it exerts an attractive force on the oscillating system (32) , which, added to the repulsive force (31) caused by the main magnet system, causes a force (33) that is almost independent of its location in the area of the movement of the oscillating system and that is approximately equal in size to the attraction of the earth (30), but opposite direction is.
2. Körperschall wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der
Schwingungsdämpfung die niohtmagnetischen Teile des Schwingsystems aus einem Stoff großer
elektrischer Leitfähigkeit, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium, hergestellt sind.2. Structure-borne sound transducer according to claim 1, characterized in that for the purpose of
Vibration damping the non-magnetic parts of the vibration system made of one material large
electrical conductivity, preferably copper or aluminum, are made.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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