DE19701997A1

DE19701997A1 - Vorverstärker für elektrodynamische Schwingungsaufnehmer

Info

Publication number: DE19701997A1
Application number: DE1997101997
Authority: DE
Inventors: Erich Lippmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-01-22
Filing date: 1997-01-22
Publication date: 1998-02-05
Also published as: DE19800870A1; DE19800870C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Verstärker für beliebige elektrodynamische Schwingungsaufnehmer.

Elektrodynamische Schwingungsaufnehmer haben die Aufgabe, mechanische Bewegungungen, wie z. B. Schwingungen des Erdbodens, die durch Erdbeben verursacht werden, mit hoher Empfindlichkeit in elektrische Spannungen umzuwandeln. Nun besteht ein solcher Schwingungsaufnehmer in der Regel aus einem resonanzfähigen Feder-Masse-System, an das eine in einem Magnetfeld schwingende Spule (bewegte Spule) bzw. ein in einer Spule schwingender Magnet (bewegter Magnet) fest angekoppelt sind. Dieses System muß zur Erzielung einer resonanzfreien Übertragungsfunktion bedämpft werden. Die Bedämpfung kann zum einen mechanisch erfolgen, indem viskose Medien wie Öl oder Luft das System bedämpfen. Zum andern ist es auch möglich und vorteilhaft, die notwendige Bedämpfung über einen an den Ausgang der Spule des Schwingungsaufnehmers geschalteten Widerstand einzustellen.

Beide oben geschilderte Methoden der Bedämpfung haben den Nachteil, daß insbesondere in der Nähe der Resonanzfrequenz des Schwingungsaufnehmers die Empfindlichkeit - das Verhältnis von Ausgangsspannung zu mechanischer Bewegung - gegenüber dem unbedämpften Schwingungs aufnehmer wesentlich vermindert ist. Dies führt dazu, daß das auf die Eingangsgröße bezogene Rauschen des Systems Vorverstärker-Schwingungsaufnehmer gegenüber der unbedämpften Konfi guration stark erhöht ist.

Bei der Bedämpfung mittels eines passiven Widerstandes wird auch in großem Abstand von der Resonanzfrequenz die Empfindlichkeit reduziert, da über dem Innenwiderstand R_I des Schwingungsaufnehmers bei Belastung durch den Dämpfungswiderstand ein Teil der induzierten Spannung abfällt und somit der Messung durch nachgeschaltete Verstärker nicht mehr zugänglich ist.

Die mechanische Bedämpfung durch viskose Medien hat weiterhin den Nachteil, daß das thermische Eigenrauschen des Schwingungsaufnehmers gegenüber dem unbedämpften Aufnehmer erhöht wird. Zudem ist eine Veränderung der Bedämpfung des Schwingungsaufnehmers nur durch einen Eingriff in die Mechanik desselben möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Möglichkeit der Bedämpfung des Schwingungsaufnehmers bereitzustellen, ohne die angeführten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs aufgeführten Maßnahmen gelöst.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild der Erfindung,

Fig. 2 konventionelle Schaltungstechnik,

Fig. 3 vorteilhaftes Ausführungsbeispiel mit integrierten Operationsverstärkern.

Indem wie in Fig. 1 gezeigt die zu messende Spannung zunächst durch den Verstärker A um den Faktor G verstärkt, invertiert und mit dem Widerstand R auf den Eingang des Verstärkers A gegengekoppelt wird, errechnet sich der durch diese Beschaltung resultierende Dämpfungs widerstand R_D zu:

R_D=R/(G+1),

wobei unter resultierendem Dämpfungswiderstand derjenige Widerstand zu verstehen ist, der nach Fig. 2 an den Ausgang des Schwingungsaufnehmers geschaltet, dieselbe Bedämpfung des Schwin gungsaufnehmers bewirkt wie die Beschaltung nach Fig. 1.

In der Zeichnung wird anstelle des elektrodynamischen Schwingungsaufnehmers dessen Ersatz schaltbild dargestellt. Es läßt sich nun leicht erkennen, daß bei der Resonanzfrequenz des Schwingungsaufnehmers dieser eine hohe elektrische Impedanz besitzt. Bei einer Beschaltung des Schwingungsaufnehmers nach dem Anspruch der Erfindung ergibt sich, daß Störspannungen, wie z. B. das Eigenrauschen des Verstärkers A, bei der Resonanzfrequenz stark gegengekoppelt und somit niedriger verstärkt werden als bei konventioneller Beschaltung des Schwingungsaufnehmers nach Fig. 2. Im Ergebnis liefert das nach dem Anspruch der Erfindung beschaltete System aus Verstärker A, Widerstand R und Schwingungsaufnehmer ähnliche Auflösung - d. h. auf Schwingungsamplitude umgerechnetes Rauschen am Ausgang des Verstärkers A - wie das System nach Fig. 2 mit unendlich hohem Dämpfungswiderstand R_D, wobei letzteres jedoch eine starke Resonanzüberhöhung mit daraus resultierender Verfälschung der Signalform der Meßsignale in Kauf nehmen muß.

Bei der Beschaltung handelsüblicher Seismometer nach dem Anspruch der Erfindung ergibt sich bei der Resonanzfrequenz der Seismometer (üblicherweise 1-2 Hz) ein um bis zu 5-fach niedrigeres Rauschen gegenüber konventioneller Beschaltung bei ansonsten identischen Eigenschaften des Verstärkers. Auch in großem Abstand von der Resonanzfrequenz kann das Rauschen bis um den Faktor 2 verringert sein.

Fig. 3 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit integrierten Operations verstärkern. Ein invertierender Verstärker mit hohem Eingangswiderstand kann durch die Aufteilung in zwei Funktionsblöcke realisiert werden. Im ersten Block wird ein nicht invertierender Verstärker B mit der Verstärkung V, im zweiten Block ein invertierender Verstärker C mit der Verstärkung W aufgebaut. Der Widerstand R wird vom Ausgang des invertierenden Verstärkers B auf den Eingang des Verstärkers A geführt.

Claims

Vorverstärker mit positivem ohmschen Eingangswiderstand für resonanzfähige elektrodynamische Schwingungsaufnehmer, z. B. Seismometer, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Eingangswiderstand mittels eines am Schwingungsaufnehmer angeschlossenen, invertierenden Verstärkers A mit hohem Eingangswiderstand und eines vom Ausgang des Verstärkers A auf den Eingang dieses Verstärkers zurückgeführten, passiven Widerstandes R gebildet wird.