Устройство индукционных СП

СП (геофон) – это прибор, обычно аналогового типа, который преобразует механические колебания в электрические. Упругие смещения почвы могут быть записаны только в том случае, если в точке наблюдения имеется тело, которое в движении почвы не участвует или частично изолировано от этих движений. Роль такого тела играет инертная или стационарная масса (катушки с проводом) и эта масса подвешена к корпусу прибора с помощью пружин. Если упругая связь между инертной массой (катушками) и корпусом достаточно слаба, то при быстрых колебаниях почвы (корпуса) массу (катушку) можно считать практически неподвижной и поэтому смещение катушек по отношению к корпусу в каждый момент времени будет пропорционально смещениям почвы.

Чаще всего в практике используются электродинамические СП, относящиеся к группе индукционных. В качестве инертной массы там выступают катушки с проводом, подвешанные на плоских пружинах, рис 2.7. Плоская пружина выглядит как круг. В итоге катушка остается неподвижной, в то время, как при смещении почвы начинается двигаться корпус прибора и магнит, таким образом, в катушке возникает ЭДС.

Где R₁ – сопротивление катушек и цепи, а R₂ – это выходное сопротивление, с которого снимается выходное напряжение. Рис 2.8. И R₂ или R_вых осуществляет затухание приемника.

Основа теории СП:

Где K – коэффициент преобразования, dФ – магнитный поток в катушке преобразователя, w – число витков в катушке преобразователя, I – сила тока в катушке, E_z – ЭДС, возникающая в катушке между точками а и б при движении инертной массы по направлению Z, обычно по вертикали, F_z – составляющая электромеханической силы, которая возникает по направлению Z в том случае, если через катушку проходит ток силы I. В соответствии с формулой 2.1. если к системе СП приложить механические колебания со скоростью смещения dZ/dt, то на выходе будем иметь ЭДС равную E_z, а величина этой ЭДС зависит от коэффициента К, который в свою очередь зависит от числа витков катушки и изменения магнитного потока dФ. Формула 2.2. показывает, что если через систему СП пропустить ток, то его катушки придут в движение, т.е. будут смещаться пропорционально пропускаемому току. Таким образом, формула 2.1. описывает прямое преобразование смещений в ЭДС, а формула 2.2. описывает преобразование электрического тока в механическую силу.

Раньше использовали СП электромагнитного типа, там был постоянный магнит и сердечник с катушками был подвешен на пружинах. И при колебания корпус колебался, а сердечник оставался неподвижным.

АЧХ СП

Зная параметры СП можно вывести дифференциальное уравнение этого СП и по этому уравнению рассчитать амплитудо-частотную характеристику СП, т.е. выходным сигналом является ЭДС, входным – скорость смещения частиц. В этом случае АЧХ СП будет иметь вид как на рис 2.9. Где ν – относительная частота, т.е. текущая частота к начальной. Где h – коэффициент затухания системы или коэффициент демпфирования. Раньше в СП заливали машинное масло, которое и осуществляло затухание системы, а сейчас используется электромагнитное затухание R₂ или R_вых. Значит 0, 5 – слабое затухание, 1, 2 – большое. Если затухание слабое h=0, 5, то в этом случае у нас будут подчеркиваться частоты в диапазоне максимума и сигнал будет искажаться. Если затухание сильное 1, 2, то будут искажаться близкие к граничным частоты, потому, что кривая будет очень пологой. Поэтому обычно считается, что затухание СП должно быть от 0, 7 до 1, 0. Предел, к которому будут стремиться линии – это 1. А граничная частота 0, 707.