DE3307575C2

DE3307575C2 - Elektrodynamisches Seismometer

Info

Publication number: DE3307575C2
Application number: DE19833307575
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl.-Geophys. 8372 Lindberg Lippmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Lippmann Erich Dipl-Geophys 8451 Kemnath De
Priority date: 1983-03-03
Filing date: 1983-03-03
Publication date: 1984-12-20
Also published as: DE3307575A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrodynamisches Seismometer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein elektrodynamisches Seismometer soll eine möglichst frequenzunabhängige Übertragungsfunktion zwischen Bodenbewegung und Ausgangsspannung besitzen.

Je tieffrequentere Signalanteile die zu messende Bodenbewegung besitzt, desto tiefer muß bei elektrodynamischen Seismometern, die ohne eine elektronische Schaltung zur Beeinflussung des Verhaltens des schwingungsfähigen Systems betrieben werden, auch die Eigenfrequenz des schwingungsfähigen Systems sein. Konventionelle Seismometer sind i. A. um so größer, schwerer, teurer und komplizierter in ihrer Handhabung, je tiefer diese Eigenfrequenz ist.

Es ist bekannt, daß es zur Vermeidung dieser Nachteile möglich ist, elektronische Schaltungen zu entwickeln, die den Übertragungsbereich eines Seismometers zu Frequenzen unterhalb der Eigenfrequenz des Seismometers hin erweitern können.

Diese Schaltungen können so aufgebaut sein, daß die Eigenschaften des schwingungsfähigen Systems von der elektronischen Schaltung nicht beeinflußt werden, wenn man von einer Bedampfung des schwingungsfähigen Systems durch einen passiven Widerstand am Ausgang der Seismometerspule absieht. Diese Art der Entzerrung soll im folgenden »passiv« genannt werden.

Bei sogenannten aktiven Entzerrern wird das Verhalten des schwingungsfähigen Systems von der elektroni- sehen Schaltung beeinflußt.

Passive Entzerrer können an jedes Seismometer ohne vorhergehende Modifikation desselben angeschlossen werden. Sie haben jedoch den Nachteil, daß ihre Auflösung und ihr Dynamikbereich relativ klein ist; auch wer- den Nichtlinearitäten des Seismometers nicht reduziert Sogenannte aktive Entzerrer haben Nachteile dieser Art nicht notwendigerweise; sie können eine sehr hohe Auflsöung und Dynamik und eine sehr gute Linearität de«- Übertragung zwischen Bodenbewegung und Aus gangsspannung erreichen. Aus der Offenlegungsschrift DE-OS 26 00 464 ist bekannt, daß für einen aktiven Entzerrer für ein elektrodynamisches Seismometer sowohl eine Aufnehmerspule als auch eine mit dieser mechanisch starr verbundene Rückkoppelspule, über die das von der Aufnehmerspule kommende und von der elektronischen Schaltung verarbeitete Signal wieder eingespeist wird und somit die Eigenschaften des schwingungsfähigen Systems verändert, benötigt wird. Eine dem Stand der Technik entsprechende aktive Entzerrer schaltung kann daher auf ein Seismometer, das nur eine Induktionsspule besiti*·, nicht angewendet werden. Somit waren in Massenproduktion hergestellte und somit billige Seismometer mit hoher Eigenfrequenz (Prospeklionsgeophone) bisher nicht für eine aktive Entzerrer- schaltung geeignet.

Ein Gerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist bereits aus der Druckschrift der Firma Sensonics Ltd, Januar 1979, zum Seismometer Willmore — MK3A/E bekannt. Dieses Gerät erreicht die Erweiterung des

Übertragungsbereiches nach Frequenzen unterhalb der Eigenfrequenz des schwingungsfähigen Systems durch eine elektronische Schaltung zur starken Bedämpfung des schwingungsfähigen Systems. Diese elektronische Schaltung benötigt jedoch zwei mechanisch starr ge koppelte Induktionsspulen, wobei eine Spule ais Signal spule für das zu registrierende Signal dient und über die andere Spule in Verbindung mit der elektronischen Schaltung die Erhöhung der Dämpfung bewirkt wird. Da also zwei Spulen benötigt werden, kann die hier benutzte Schaltung nicht auf billige Prospektionsgeophonc, die nur eine Spule besitzen, angewendet werden. Aus der Druckschrift US 34 12 374 ist bekannt, daß zur Erzielung einer großen Dämpfung bei einem elektrodynamischen Seismometer ein kleiner Widerstand an

so die Ausgangsklemmen der Seismometerspule anzuschließen ist. Allerdings kann bei handelsüblichen Seismometern auch durch einen Kurzschluß an den Ausgangsklemmen des Seismometers keine genügend hohe Dämpfungskonstante erreicht werden.

5·) Andere aus der Literatur bekannte Geräte fallen unter die oben definierte Kategorie der passiven Geräte mit den dort genannten Nachteilen; so z. B. das in der Druckschrift DE-PS 14 48 568 beschriebene Gerät. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Seismometer nach

M) dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß einfache, in Großserie hergestellte Prospcktionsgeophonc verwendet werden können und durch eine zusätzliche leicht anschlicßbare Schaltung eine Erweiterung des Übcrtragungsbcrcichs nach tiefen Frc-

o5 quen/.en hin erziclbar ist, wobei die elektronische Schaltung die Vorteile aktiver Schaltungen mit denen passiver Entzerrer vereinigt, ohne deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Ersatzschaltbild mil negativem Widerstand R*.

Fi g. 2 AusfC-hrungsbeispiel nach Anspruch 2.

In Fig. 1 liegt der elektronisch simulierte negative Widerstand in Serie mit dem Widerstand der Induktionsspule (R_s) des Seismometers. Die Summe aus (R*) und (Ri) ist wesentlich kleiner als der Serienwiderstand (Ri) des Seismometers. Hierdurch wird eine sehr starke Bedämpfung des schwingungsfähigen Systems möglich; es kann eine Dämpfungskonsta-nle von ca. 8 realisiert werden. Dadurch wird zum einen die Entzerrung bewirkt (Erweiterung des Übertragungsbereichs eines Seismometers); zum anderen ermöglicht die starke Bedämpfung sowohl einen hohen Dynamikumfang als auch eine Reduzierung etwaiger Nichiiincarilätcn des Seismometers, und zugleich wird auch eine Ai.-wendung auf einfache Prospektionsgcophone möglich, 'Ja nur eine Induktionsspule benötigt wird.

In F i g. 2 sind anstatt der im realen Aufbau benutzten Potentiometer nur einfache Widerstände eingezeichnet, um die Übersichtlichkeit zu erhöhen.

Der Operationsverstärker (OP) mit den Widerständen (R₁), (R7), (Rt) simuliert einen zwischen dem invertierenden Eingang (E₁) und Masse (M) liegenden negativen Widerstand der Größe jo

-(R₁R₁)ZR₂= ;R*

Das Seismometer mit dem Widerstand (RJ seiner Induktionsspule wird nun durch einen effektiven Wider- )■> stand bedämpft, dessen Größe sich errechnet zu

Der zur Bedämpfung nötige Strom fließt nun durch ίο (R]) und verursacht an diesem einen Spannungsabfall, so daß am Ausgang (A) des Operationsverstärkers eine in einem weiten Frequenzbereich der Bodenbcschleunigung proportionale Spannung abgegriffen werden kann. *·>

Hier/u 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrodynamisches Seismometer, bestehend aus einer Induktionsspule und einem Permanentmagneten, die durch Koppelung über eine mechanische Feder ein schwingungsfähiges System bilden, wobei der Permanentmagnet oder die Induktionsspule fest mit dem Erdboden verbunden ist, versehen mit einer elektronischen Schaltung zur Vergrößerung der Dämpfung des schwingungsfähigen Systems, wobei durch die Bedämpfung eine weitgehend frequenzunabhängige Übertragungsfunktion zwischen Bodenbeschleunigung und Ausgangsspannung der elektronischen Schaltung erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung der Dämpfung des schwingungsfähigen Systems durch einen elektronisch simulierten negativen Widerstand (R *) erfolgt, der in Reihe mit dem Serien widerstand (R₁) der Induktionsspule (L₁) geschaltet ist (Fig. 1). '

2. Seismometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Widerstand durch eine elektronische Schaltung simuliert wird, die aus einem Operationsverstärker (OP), einem ohmschen Widerstand (R₁) zwischen invertierendem Eingang (Ei) und Ausgang (A) und einem Spannungsteiler aus den ohmschen Widerständen (Rj, Rs) zwischen Ausgang (A) und Masse (M) besteht, wobei der nichtinvertierende Eingang (E_n) des Operationsverstärkers (OP) mit dem Teilungspunkt (T) des Spannungsteilers verbunden ist, und das zu registrierende Signal zwischen Ausgang (A) und Masse (M) abnehmbar ist (F ig-2).

3. Seismometer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Benützung eines niedrigen Wertes für den Widerstand (Ri) auch Beschleunigungen von mehr als 10 m/sec² verzerrungsarm übertragen werden können.