RU2018155C1

RU2018155C1 - Geophone

Info

Publication number: RU2018155C1
Application number: SU5020061/25A
Authority: RU
Inventors: Ю.П. Петров; С.Ю. Шумилина; Б.Е. Сигенюк; ков В.А. Серебр; В.А. Серебряков; И.Ю. Петрова
Original assignee: Петров Юрий Павлович
Priority date: 1992-01-03
Filing date: 1992-01-03
Publication date: 1994-08-15

Abstract

FIELD: vibration parameters metering. SUBSTANCE: geophone has case assembly and inertia mass assembly. Case assembly has case proper, alignment cylinder, ferromagnetic cylinder, supporting ribs, and cover with thrust rib. Inertia mass assembly has base, former with coil, inertia mass, damping disks, V-shaped member, rod, taut strut. The latter functions as hinge for horizontal pendulum formed by mass, member, and rod. Former is inserted in cylinder and locked in position by means of ferromagnetic cylinder. Base is located on case ribs and pressed on top by cover rib. EFFECT: improved design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к приборам для измерения параметров вибраций путем их преобразования в электрический сигнал. The invention relates to devices for measuring vibration parameters by converting them into an electrical signal.

Известен сейсмоприемник, содержащий корпус, установленные в корпусе инерционную массу, датчик перемещения инерционной массы и четыре магнита, два из которых установлены в верхней и нижней частях корпуса, а два других закреплены на инерционной массе в ее верхней и нижней частях с возможностью взаимодействия с первыми двумя магнитами так, что образуется магнитный подвес инерционной массы [1]. A known seismic receiver comprising a housing, an inertial mass installed in the housing, an inertial mass displacement sensor and four magnets, two of which are installed in the upper and lower parts of the housing, and two others are mounted on the inertial mass in its upper and lower parts with the possibility of interaction with the first two magnets so that a magnetic suspension of inertial mass is formed [1].

Причиной, препятствующей получению требуемого технического результата, при использовании данного аналога, является осуществление в нем магнитного подвеса инерционной массы действием вертикальных (продольных, т.е. вдоль движения инерционной массы) магнитных сил. The reason that impedes the achievement of the required technical result when using this analogue is the implementation of a magnetic suspension of the inertial mass in it by the action of vertical (longitudinal, i.e. along the inertial mass motion) magnetic forces.

Известен также сейсмоприемник, содержащий корпус, вертикально расположенный в корпусе полый ферромагнитный цилиндр, выполненный в виде перемещающихся один относительно другого цилиндрических элементов, центральный из которых соединен с корпусом; выполненную в виде вертикально ориентированного постоянного магнита и расположенную внутри ферромагнитного цилиндра с возможностью вертикального перемещения инерционную массу, которая связана с корпусом посредством верхнего и нижнего поперечных центратоpов, а также датчик перемещения инерционной массы [2]. A seismic receiver is also known, comprising a housing, a hollow ferromagnetic cylinder vertically arranged in the housing, made in the form of cylindrical elements moving relative to one another, the central of which is connected to the housing; made in the form of a vertically oriented permanent magnet and located inside the ferromagnetic cylinder with the possibility of vertical movement of the inertial mass, which is connected to the housing by means of upper and lower transverse centralizers, as well as an inertial mass displacement sensor [2].

Причиной, препятствующей получению требуемого технического результата при использовании прототипа, является расположение инерционной массы непосредственно внутри ферромагнитного цилиндра и связь инерционной массы с корпусом посредством центраторов. The reason that impedes the desired technical result when using the prototype is the location of the inertial mass directly inside the ferromagnetic cylinder and the connection of the inertial mass with the housing through centralizers.

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи упрощения технологии изготовления сейсмоприемника за счет, во-первых, раздельного изготовления узла корпуса и узла инерционной массы, во-вторых, упрощения изготовления датчика перемещения инерционной массы, входящего в указанный второй узел, и, в-третьих, упрощения конечной операции сборки сейсмоприемника. The claimed invention is aimed at solving the problem of simplifying the manufacturing technology of a geophones due to, firstly, the separate manufacture of a body assembly and an inertial mass assembly, secondly, simplifying the manufacture of an inertial mass displacement sensor included in said second assembly, and thirdly, simplifying final assembly operation of the geophone.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается, во-первых, в возможности параллельного и независимого изготовления узлов корпуса и инерционной массы, во-вторых, в возможности изготовления указанных узлов штамповкой из пластмассы (узла корпуса полностью, узла инерционной массы по большинству элементов), в-третьих, в упрощении настройки собственной частоты сейсмоприемника. The technical result that can be obtained by carrying out the invention consists, firstly, in the possibility of parallel and independent manufacturing of housing units and inertial mass, and secondly, in the possibility of manufacturing these nodes by stamping from plastic (the housing unit is completely, the inertial mass unit according to most of the elements), thirdly, to simplify the adjustment of the natural frequency of the geophone.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в том, что благодаря расположению инерционной массы внутри каркаса катушки стало возможным конструктивное и технологическое объединение их в один узел (узел инерционной массы), что упрощает изготовление этого узла, так как это изготовление осуществляется отдельно от корпуса. В то же время благодаря расположению катушки внутри посадочного цилиндра соединение узла инерционной массы с корпусом осуществляется без дополнительных крепежных элементов (винтов), а посредством охвата посадочного цилиндра снаружи ферромагнитным цилиндром, который, обладая упругими свойствами, сжимает посадочный цилиндр (ввиду наличия у посадочного цилиндра продольной прорези) и тем самым надежно фиксирует каркас катушки внутри посадочного цилиндра. Таким образом, один конструктивный элемент (ферромагнитный цилиндр) выполняет три функции: 1) скрепления между собой корпуса и узла инерционной массы, 2) магнитного подвеса инерционной массы, 3) регулятора жесткости этого подвеса за счет изменения угла между осями ферромагнитного цилиндра и посадочного цилиндра. Конъюнктивное объединение в одном элементе перечисленных трех функций и является тем опосредствующем звеном, которое связывает существенные признаки с техническим результатом заявляемого изобретения. A causal relationship between the set of essential features of the claimed invention and the achieved technical result is that due to the location of the inertial mass inside the coil frame, it became possible to constructively and technologically combine them into one node (inertial mass node), which simplifies the manufacture of this node, since this manufacture is carried out separately from the housing. At the same time, due to the location of the coil inside the landing cylinder, the inertial mass assembly is connected to the housing without additional fasteners (screws), and by enclosing the landing cylinder from the outside with a ferromagnetic cylinder, which, having elastic properties, compresses the landing cylinder (due to the longitudinal cylinder slots) and thereby reliably fixes the coil frame inside the landing cylinder. Thus, one structural element (a ferromagnetic cylinder) has three functions: 1) fastening the body and the inertial mass assembly to each other, 2) magnetic suspension of the inertial mass, 3) the stiffness regulator of this suspension by changing the angle between the axes of the ferromagnetic cylinder and the landing cylinder. The conjunctive union in one element of these three functions is the mediating link that connects the essential features with the technical result of the claimed invention.

На фиг. 1 показан общий вид сейсмоприемника (продольное сечение); на фиг.2 - то же в плане (без крышки). In FIG. 1 shows a general view of a seismic receiver (longitudinal section); figure 2 is the same in plan (without cover).

Сейсмоприемник включает два узла: узел корпуса и узел инерционной массы. A seismic receiver includes two nodes: a body assembly and an inertial mass assembly.

Узел корпуса содержит собственно корпус 1 с винтом 2 установки сейсмоприемника на объекте, полый посадочный цилиндр 3, ферромагнитный цилиндр 4, опорные ребра 5, крышку 6 с упорным ребром 7. При этом корпус 1, цилиндр 3 и ребра 5 выполнены из пластмассы как одно целое; элемент 2 впрессован в корпус 1; цилиндр 3 своей осью ориентирован вертикально и в поперечном сечении выполнен С-образным. т.е. с продольной прорезью 8, которая ориентирована в направлении опорных ребер 5; ферромагнитный цилиндр 4 также выполнен С-образным с ориентацией его прореза в том же направлении и установлен на наружной поверхности посадочного цилиндра 3 с возможностью его сжатия благодаря упругим свойствам ферромагнитного цилиндра 4. The housing unit comprises the housing itself 1 with a screw 2 for installing the geophones on the object, a hollow landing cylinder 3, a ferromagnetic cylinder 4, support ribs 5, a cover 6 with a stop rib 7. In this case, the housing 1, cylinder 3 and ribs 5 are made of plastic as a whole ; element 2 is pressed into the housing 1; the cylinder 3 is oriented vertically with its axis and in the cross section is made C-shaped. those. with a longitudinal slot 8, which is oriented in the direction of the supporting ribs 5; the ferromagnetic cylinder 4 is also made C-shaped with its slot in the same direction and mounted on the outer surface of the landing cylinder 3 with the possibility of compression due to the elastic properties of the ferromagnetic cylinder 4.

Узел инерционной массы содержит горизонтальное плоское основание 9 с вертикальным треугольным отверстием 10, намотанную на каркасе 11 катушку 12, которая выполняет функцию датчика перемещения инерционной массы, инерционную массу 13, демпфирующие шайбы 14, равноплечий, U-образный элемент 15, горизонтальный стержень 16 и проволочную растяжку 17. При этом, проволочная растяжка 17 расположена горизонтально в широкой части треугольного отверстия 10 и закреплена своими концами на одном конце плоского основания 9; U-образный элемент 15 своими концами соединен с боковой поверхностью проволочной растяжки 17; U-образный элемент 15 своей вершиной соединен с одним концом горизонтального стержня 16, который расположен перпендикулярно растяжке 17; горизонтальный стержень 16 другим своим концом соединен с инерционной массой 13, которая выполнена в виде вертикально ориентированного постоянного магнита цилиндрической формы; инерционная масса 13 расположена внутри каркаса 11 катушки 12, который выполнен из немагнитного материала (пластмассы) в виде вертикально ориентированного полого цилиндра С-образной формы в поперечном сечении, т.е. с продольной прорезью 18, ориентированной в направлении растяжки 17; горизонтальный стержень 16 проходит через указанную прорезь 18; каркас 11 катушки 12 своей средней частью закреплен на другом, противоположном относительно растяжки 17 конце основания 9. В верхней и нижней частях каркаса 11 установлены медные шайбы 14, выполняющие функцию демпферов для инерционной массы. The inertial mass assembly contains a horizontal flat base 9 with a vertical triangular hole 10, a coil 12 wound on the frame 11, which performs the function of an inertial mass displacement sensor, an inertial mass 13, damping washers 14, an equal arm, a U-shaped element 15, a horizontal rod 16, and a wire stretching 17. In this case, the wire stretching 17 is located horizontally in the wide part of the triangular hole 10 and is fixed with its ends at one end of the flat base 9; The U-shaped element 15 is connected at its ends to the lateral surface of the wire tie 17; The U-shaped element 15 is connected at its apex to one end of the horizontal rod 16, which is perpendicular to the extension 17; the horizontal rod 16 with its other end is connected to the inertial mass 13, which is made in the form of a vertically oriented permanent magnet of cylindrical shape; the inertial mass 13 is located inside the frame 11 of the coil 12, which is made of a non-magnetic material (plastic) in the form of a vertically oriented hollow C-shaped cylinder in cross section, i.e. with a longitudinal slot 18 oriented in the direction of the extension 17; the horizontal rod 16 passes through the specified slot 18; the frame 11 of the coil 12 is fixed with its middle part to the other end of the base 9, which is opposite to the extension 17. The copper washers 14 are installed in the upper and lower parts of the frame 11, which act as dampers for the inertial mass.

Узел корпуса и узел инерционной массы соединены между собой следующим образом: основание 9 расположено на ребрах 5, каркас 11 катушки 12 расположен внутри посадочного цилиндра 3 (наружный диаметр каркаса 11 незначительно меньше внутреннего диаметра цилиндра 3), ферромагнитный цилиндр 4 установлен снаружи на посадочном цилиндре 3 и благодаря своим упругим свойствам сжимает посадочный цилиндр 3, который, деформируясь, зажимает (фиксирует) внутри себя каркас 11 катушки 12. The body assembly and the inertial mass assembly are interconnected as follows: the base 9 is located on the ribs 5, the frame 11 of the coil 12 is located inside the landing cylinder 3 (the outer diameter of the frame 11 is slightly smaller than the inner diameter of the cylinder 3), the ferromagnetic cylinder 4 is mounted externally on the landing cylinder 3 and due to its elastic properties, it compresses the landing cylinder 3, which, deforming, clamps (fixes) the frame 11 of the coil 12 inside itself.

Работа сейсмоприемника заключается в следующем. The operation of the seismic receiver is as follows.

При вибрационных воздействиях на корпус 1 в направлении оси Z (т.е. в вертикальном направлении) данный корпус вместе с каркасом 11 катушки 12 перемещается относительно инерционной массы 13 вдоль ее оси (т.е. оси Z) благодаря наличию магнитного подвеса указанной массы 13 относительно корпуса 1. Данный магнитный подвес обусловлен действием поперечной магнитной растяжки, т.е. за счет действия поперечных (в плоскости XY) радиальных сил притяжения между инерционной массой 13, выполненной в виде магнита, и ферромагнитным кольцом 4. При этом действие поперечной магнитной растяжки обеспечивает устойчивость положения массы 13 в продольном направлении (т.е. в направлении оси Z), но не обеспечивает устойчивость положения массы 13 в поперечных направлениях (XY). Эта неустойчивость положения инерционной массы 13 в направлениях XY полностью компенсируется ее соединением с растяжкой 17 посредством стержня 16 и U-образного элемента 15, причем именно U-образность указанного элемента фиксирует горизонтальное положение массы в направлении Y. Другими словами, соединение инерционной массы 13 с растяжкой 17 посредством стержня 16 и U-образного элемента 15 представляет собой горизонтальный маятник, в котором растяжка 17 выполняет функцию шарнира, а маятник имеет только одну степень вращения в плоскости XZ вокруг продольной оси растяжки 17, параллельной оси Y. During vibrational influences on the housing 1 in the direction of the Z axis (i.e., in the vertical direction), this housing together with the frame 11 of the coil 12 moves relative to the inertial mass 13 along its axis (i.e., the Z axis) due to the presence of a magnetic suspension of the indicated mass 13 relative to the housing 1. This magnetic suspension is caused by the action of transverse magnetic stretching, i.e. due to the action of transverse (in the XY plane) radial forces of attraction between the inertial mass 13, made in the form of a magnet, and a ferromagnetic ring 4. In this case, the action of the transverse magnetic extension ensures stability of the position of the mass 13 in the longitudinal direction (i.e., in the direction of the Z axis ), but does not ensure the stability of the position of the mass 13 in the transverse directions (XY). This instability of the position of the inertial mass 13 in the XY directions is completely compensated for by its connection with the extension 17 by means of the rod 16 and the U-shaped element 15, and it is the U-shape of this element that fixes the horizontal position of the mass in the Y direction. In other words, the connection of the inertial mass 13 with the extension 17 by means of the rod 16 and the U-shaped element 15 is a horizontal pendulum in which the extension 17 acts as a hinge, and the pendulum has only one degree of rotation in the XZ plane around Aulnay stretching axis 17 parallel to axis Y.

Относительные вертикальные перемещения инерционной массы 13 и каркаса 11 катушки 12 наводят в этой катушке соответствующую ЭДС, которая является выходным сигналом сейсмоприемника. The relative vertical displacements of the inertial mass 13 and the frame 11 of the coil 12 induce in this coil the corresponding EMF, which is the output signal of the geophone.

Настройка собственной частоты сейсмоприемника осуществляется в процессе сборки (конечная операция) путем наклона ферромагнитного цилиндра 4, т.е. путем изменения угла между осью Z и осью данного цилиндра. При этом изменяется жесткость магнитного подвеса, что и изменяет собственную частоту сейсмоприемника,
Конструкция сейсмоприемника позволяет существенно упростить его изготовление, которое заключается в следующем.The adjustment of the natural frequency of the seismic receiver is carried out during the assembly process (final operation) by tilting the ferromagnetic cylinder 4, i.e. by changing the angle between the Z axis and the axis of this cylinder. In this case, the stiffness of the magnetic suspension changes, which changes the natural frequency of the geophone,
The design of the geophone can significantly simplify its manufacture, which is as follows.

Корпус 1 с посадочным цилиндром 3 и опорными ребрами 5 изготавливают литьем как одно целое. Крышку 6 с ребром 7 также изготавливают литьем, но отдельно. Горизонтальное основание 9 и каркас 11 катушки 12 также изготавливают литьем как одно целое. Затем устанавливают инерционную массу 13 внутри каркаса 11 катушки и соединяют массу с растяжкой 17. Затем устанавливают демпферы 14 и наматывают катушку 12, чем фиксиpуют эти демпферы. Собранный узел инерционной массы устанавливают в корпус 1. Для этого каркас 11 катушки 12 заводят во внутреннюю полость посадочного цилиндра 3 доопирания горизонтального основания 9 на ребра 5. Затем упругим ферромагнитным кольцом 4 охватывают посадочный цилиндр 3 снаружи, который вследствие этого (и вследствие наличия у него прорези) деформируется (сжимается), фиксируя тем самым положения каркаса 11 катушки 12 внутри посадочного цилиндра 3 и соответственно узла инерционной массы относительно корпуса. После соответствующего наклона ферромагнитного кольца 4 с целью настройки собственной частоты сейсмоприемника указанное кольцо фиксируют на наружной поверхности посадочного цилиндра клеем. Вывод проводов от катушки 12 и установку крышки 6 осуществляют обычными способами. При этом крышка 6 своим ребром 7 прижимает основание 9 к ребрам 5, тем самым дополнительно фиксируя узел инерционной массы внутри собранного корпуса. The housing 1 with the landing cylinder 3 and the supporting ribs 5 are made by casting as a whole. Cover 6 with rib 7 is also made by casting, but separately. The horizontal base 9 and the frame 11 of the coil 12 are also made by casting as a whole. Then set the inertial mass 13 inside the frame 11 of the coil and connect the mass to the stretch 17. Then install the dampers 14 and wrap the coil 12, which fixes these dampers. The assembled inertial mass assembly is installed in the housing 1. For this, the frame 11 of the coil 12 is inserted into the inner cavity of the landing cylinder 3, supporting the horizontal base 9 against the ribs 5. Then, the landing cylinder 3 is covered with an elastic ferromagnetic ring 4 from the outside, which is due to this (and due to the presence of slots) is deformed (compressed), thereby fixing the position of the frame 11 of the coil 12 inside the landing cylinder 3 and, accordingly, the inertial mass unit relative to the housing. After a corresponding inclination of the ferromagnetic ring 4 in order to adjust the natural frequency of the geophone, this ring is fixed on the outer surface of the landing cylinder with glue. The conclusion of the wires from the coil 12 and the installation of the cover 6 is carried out by conventional methods. In this case, the cover 6 with its edge 7 presses the base 9 against the ribs 5, thereby additionally fixing the inertial mass assembly inside the assembled body.

Claims

A SEISMIC RECEIVER containing a housing, a hollow ferromagnetic cylinder located in the housing, made in the form of a vertically oriented permanent magnet, an inertial mass, and an inertial mass displacement sensor bonded to the housing and made in the form of an inductance coil, characterized in that it is provided with horizontally mounted in the housing on support ribs a flat base with a vertical triangular hole, a hollow landing cylinder made of non-magnetic material, vertically mounted in the housing, and g a uniformly shoulder U-shaped element horizontally mounted in the housing, the ends of which are connected to the lateral surface of the wire extension located horizontally in the wide part of the triangular hole, and the top of the U-shaped element is connected to the inertial mass by means of a horizontal rod; a cylinder with damping disks located at the ends, while the coil frame is connected with its middle part to the opposite relative to of a ladle extension with the end of a flat base and installed inside the landing cylinder, on which the ferromagnetic cylinder is fixed on the outside, while the inertial mass is located inside the coil frame, and the horizontal rod passes through the equally oriented longitudinal slots of the coil frame, landing and ferromagnetic cylinders having a cross section C-shaped.