Электродинамический преобразователь сейсмоприемника

 

Использование: в сейсмометрии. Сущность изобретения: позволяет улучшить линейность характеристик электродинамического преoбразователя при относительно больших допустимых отклонениях положения равновесия маятника, повысить точность измерения и чувствительность за счет того, что катушка располагается в магнитном за зоре, образованном удлиненным центральным полюсом и боковым. При этом вырабатывается электродвижущая сила, пропорциональная скорасти относительного перемещения катушки в магнитном поле.

Изобретение относится к сейсмометрии и может быть использовано при создании сейсмоприемников.

Известны электродинамические преобразователи [1, 2] в которых при движении рамочной или цилиндрической катушки вырабатывается электродвижущая сила (ЭДС), пропорциональная скорости относительного перемещения катушки в магнитном поле.

В электродинамических преобразователях несимметричные поля рассеяния около магнитных зазоров (фиг. 1) с внешней и внутренней сторон магнитной системы. При допустимых отклонениях положения равновесия маятника катушка не должна выходить за пределы активной части магнитного зазора, то есть ее ширина В_о должна быть соответственно меньше, чем ширина А полюсного наконечника. В противном случае коэффициент преобразования будет зависеть от положения равновесия маятника. Если размер катушки настолько больше ширины полюсного наконечника, что при допустимых отклонениях положения равновесия маятника определенная часть витков катушки будет целиком заполнять активную зону полюсного зазора, то не вошедшие в эту зону витки катушки будут давать различную дополнительную ЭДС в зависимости от своего расположения внутри магнитной системы или вне ее.

Техническая задача изобретения улучшение линейности характеристик электродинамического преобразователя и увеличение коэффициента преобразования.

Для достижения этой задачи в электродинамическом преобразователе удлинен внутрикатушечный сердечник центрального полюса магнитной системы, что приводит к уравниванию характерных полей рассеяния на внешних и внутренних краях магнитных зазоров, то есть поля рассеяния можно считать симметричными (фиг. 2). При этом увеличивают ширину катушки до размеров больших, чем ширина полюсного наконечника. Это приводит к повышению чувствительности электродинамического преобразователя при одинаковых конструктивных размерах остальных деталей магнитной системы и маятника сейсмометра, на котором установлена катушка.

Определим размеры удлинения полюсного сердечника и увеличения ширины катушки. Для этого произведем приближенную оценку максимально возможных смещений катушки в магнитном зазоре электродинамического преобразователя при некоторых внешних воздействиях на сейсмоприемник во время эксплуатации. Из-за температурной нестабильности упругости подвесной пружины максимальное смещение катушки в магнитном зазоре может достигать X = L ²_пt⁰, где L расстояние от оси вращения маятника до дальней крайней точки обмотки катушки; коэффициент астазирования; l_п температурный коэффициент упругости пружины; t⁰ изменение температуры пружины.

Максимальные значения смещений катушки при наклоне корпуса сейсмоприемника вокруг оси, параллельной оси вращения маятника, можно получить из формулы а при наклоне вокруг оси, перпендикулярной оси вращения маятника, из формулы где и j углы наклона сейсмоприемника. При изменении атмосферного давления ( если сейсмоприемник не герметизирован) максимальное смещение в зазоре определяется по формуле

где Р_в плотность воздуха;
Р_м плотность материала маятника;
P/P относительное изменение атмосферного давления;
t⁰_в изменение температуры воздуха.

Если обозначить максимально ожидаемую амплитуду сейсмических колебаний через , а приведенную длину маятника через l_s, то максимальная амплитуда колебаний катушки в магнитном зазоре может достигать величины

Для оценки общего действия всех перечисленных внешних факторов необходимо взять сумму вышеприведенных формул и максимальное смещение катушки в магнитном зазоре электродинамического преобразователя при внешних воздействиях на сейсмоприемник запишется в виде

Если полученную сумму удвоить и прибавить к ней ширину катушки, то можно узнать размер зоны возможных положений катушки в магнитном зазоре. Эта зона не должна быть больше ширины А полюсного наконечника магнитной системы, так как в противном случае при определенных положениях катушки часть ее витков может оказаться вне магнитного зазора и коэффициент преобразования уменьшится. Для определения зоны справедливо соотношение Х_м А 2Х_m.

Предельный размер и местоположение зоны возможных нахождений катушки в магнитном зазоре будет определяться допустимой погрешностью сейсмических измерений, т.е. паспортной классностью сейсмоприемника.

Как следует из приведенных выше формул, в электродинамических преобразователях сейсмоприемников объем магнитного зазора используется не полностью, что не способствует реализации максимальной чувствительности преобразователя. Поэтому применение сильно удлиненных катушек, далеко выходящих за пределы магнитного зазора, позволяет использовать не только магнитный зазор, но и частично поля рассеяния магнитной системы за пределами магнитного зазора,
По конструктивным соображениям значительное увеличение ширины В катушки вероятно неосуществимо, но увеличение ее на четырехкратную величину максимального смещения катушки гарантирует заполнение всего магнитного зазора витками катушки в любом ее рабочем положении. При этом необходимо удлинить внутрикатушечный сердечник центрального полюса, удалив его конец от внешних краев магнитного зазора (фиг.2) на величину D 2X_м где удлинение. В этом случае внешнее поле рассеяния вытянется и по характеру концентраций силовых магнитных линий будет меньше отличаться от внутреннего поля рассеяния, в результате чего различие коэффициентов преобразования в крайних положениях катушки в известной мере уменьшится.

Изобретение поясняется фиг. 2.

В электродинамическом преобразователе сейсмоприемника два постоянных магнита 1 закреплены между основанием удлиненного полюсного сердечника 2 магнитной системы и двумя полюсными наконечниками 3. В двух магнитных зазорах, образованных между удлиненным внутрикатушечным сердечником и полюсными наконечниками, располагается рабочая катушка 4, жестко скрепленная с маятником (на фиг. 2 не показан) сейсмоприемника. Постоянные магниты 1 изготовлены из магнитотвердой стали (например, сплав ЮН14ДК24), а удлиненные полюсные сердечники 2 и полюсные наконечники 3 из электротехнической стали (например, сталь Э10).

Электродинамический преобразователь сейсмоприемника работает следующим образом. Катушка располагается в магнитном зазоре, образованном удлиненным центральным полюсом S и боковым N, и при движении в направлениях, указанных стрелками, вырабатывает ЭДС, пропорциональную скорости относительного перемещения катушки в магнитном поле.

Использование электродинамического преобразователя с удлиненным внутрикатушечным сердечником позволит улучшить линейность характеристик при относительно больших допустимых отклонениях положения равновесия маятника, повысить точность измерений и чувствительность.

Формула изобретения

Электродинамический преобразователь сейсмоприемника, содержащий магнитную систему, выполненную в виде Т-образного магнитопровода, между полками которого и двумя полюсными наконечниками закреплены два прямоугольных постоянных магнита, и размещенную в прямоугольном магнитномном зазоре между внутренними поверхностями полюсных наконечников и внешними поверхностями внутрикатушечного сердечника магнитапровода катушку, на каркасе которой намотана обмотка, отличающийся тем, что ширина катушки превышает ширину полюсного наконечника, а нижний край внутрикатушечного сердечника Т-образного магнитопровода выступает за внешний край полюсных наконечников на величину 2X_м,
где X_м заданное допустимое перемещение катушки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2