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Elektrischer Seismograph für Schürfzwecke bzw. Bodenuntersuchungen
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Seismographen für den Nachweis von impulsartigen
Schwingungen, insbesondere seismischen Wellen für Schürfzwecke bzw. Bodenuntersuchungen,
und bezweckt, einen Seismographen zu schaffen, der insbesondere für die in letzter
Zeit immer mehr in den Vordergrund tretende Refiezionsseismik von Bedeutung ist.
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Das in der Reflexionsseismik anzuwendende Meßverfahren besteht darin,
daß die von einer tieferen Bodenschicht zurückgeworfenen Schwingungen von den oberflächlich
laufenden getrennt beobachtet werden. Gegenüber den älteren seismischen Untersuchungsverfahren,
bei denen lediglich zeitliche Einsätze oder kontinuierliche Schwingungen aufzuzeichnen
waren, liegen hier für die Wirkungsweise der Seismographen besondere Vorbedingungen
vor, und zwar insofern, als die Forderungen größter Empfindlichkeit in der Wiedergabe
von Schwingungseinsätzen und von formgetreuer Wiedergabe des Schwingungsablaufs
gleichzeitig erfüllt werden müssen.
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Dieser Tatsache ist dadurch Rechnung zu tragen, daß der Dämpfungsgrad
auf den optimalen Wert, der bekanntlich in der Nähe des aperiodischen Grenzzustandes
liegt, emgestellt wird. Denn für diesen Wert bleibt das Schwingungsbild in bestmöglicher
Weise frei von Verzeichnungen, die durch Eigenschwingungen des registrierenden Systems
und von solchen, die durch Frequenzabhängigkeit der Amplituden- und Phasenwiedergabe
erzeugt werden.
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Die früher auch für Feldmessungen üblicherweise verwendeten Seismographen
entsprechen im wesentlichen denen, die urspriinglich für die Registrierung von Erdbeben
entwickelt worden sind, für Verhältnisse also, bei denen es ganz überwiegend auf
die Registrierung zeitlicher Einsätze ankommt. Diese Feldseismographen sind ausnahmslos
mit durch schwere Massen belasteten Schwingungssystemen ausgerüstet; da aber für
eine bestimmte Eigenschwingungszahl bei gleichbleibender Dämpfungskraft der Dämpfungsgrad
der schwingenden Masse umgekehrt proportional ist, läßt sich die optimale Dämpfung
allenfalls durch Anwendung komplizierter Dämpfungseinrichtungen erreichen.
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Für einen anderen Zweck, nämlich den der Erzielung einer möglichst
hohen Eigenfrequenz des schwingenden Gliedes, ist bei piezoelektrischen Schwingungskörpern
schon vorgeschlagen worden, unter gewissen Voraussetzungen auf eine zusätzliche
Belastung des schwingenden Körpers zu verzichten, welcher dann vermöge seiner eigenen
Masse schwingungsfähig ist. Abgesehen von der anderen hierdurch angestrebten Wirkung
handelt
es sich bei den bekannten Vorrichtungen aber um solche.
bei denen der schwingende Körper selbst eine vergleichsweise große Eigenmasse besitzt
und bei denen an die Erzielung des gerade für Feldseismographen, die für Reflexionsmessungen
bestimmt sind, besonders wichtigen Diiupfungsgrades nicht gedacht ist.
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Ferner ist vorgeschlagen worden, bei Anzeigevorrichtungen für mechanische
Schwingungsvorgänge unter Wasser einen Topfmagneten und eine Tauchspule zu verwenden.
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Zum Erzielen einer geringen Eigenfrequenz ist hier entn-eder eine
Doppelmembran mit eingefüllter schwerer Flüssigkeit oder eine WIembran vorgesehen.
deren Durchmesser zum Erzielen einer genügenden Belastung groß ist.
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Die Erfindung baut auf dem Gedanken auf, die Masse des durch ein
elastisches und gegebenenfalls ein Dämpfungsglied gebildeten schwingungsfähigen
Systems allein ohne Belastung des elastischen Gliedes durch eine zusätzliche Masse
als Träger der elastischen Masseeigenschaften zu verwenden und löst die eingangs
erläuterte Aufgabe durch eine besondere Ausbildung des gegenüber dem Magneten schwingenden
Systems, nämlich dadurch, daß dieses allein aus einer einseitig gespannten möglichst
gewichtslosen Lamelle besteht. Hierdurch wird der für den in Frage kommenden Zweck
notwendige Wert der Dämpfung in besonders einfacher Weiseerreicht.
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Infolge des kleinen Betrages der wirksamen Schwingmasse genügen bereits
vergleichsweise kleine Dämpfungskräfte um den optimalen Dämpfungsgrad herzustellen.
Es kann daher auf die sonst üblichen, vielfach sehr umfangreichen Dämpfungseinricht
unten verzichtet werden.
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Infolge der durch die Erfindung sich ergebenden Ausbildung des Gerätes
wird ferner eine starke Verminderung seiner Stoßanfälligkeit erzielt und damit auch
gerade den im Feldbetrieb unvermeidlichen Stoßbeanspruchungen Rechnung getragen.
Da für die gleiche Stoßbeschleunigung die an der Schwingmasse auftretenden Kräfte
dieser selbst proportional sind, sind Erschütterungen, die bei großer Masse unbedingt
zur Entjustierung oder gar zum Bruch führen würden, bei kleiner Masse praktisch
ungefährlich.
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Eine Arretierung der Schwingmasse, auf die bisher vor allem die tief
abgestimmten Seismographen keinesfalls verzichten konnten. ist nunmehr entbehrlich
geworden.
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Ferner wird der Forderung auf Rückwirkungsfreiheit in besonders vorteilhafter
Weise entsprochen. Je kleiner die im Seismographen schwingende Masse ist und je
besser ihre Schwingungen gedämpft sind, um so geringer ist die Wechselwirkung zwischen
der zu untersuchenden Schwingung und der des Seismographen, und um so weniger ist
eine Beeinflussung der ersten zu fürchten.
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In den Abbildungen sind zwei beispielsweise Ausführungsformen der
Erfindung dargestellt.
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Gemäß Fig. i besteht der neue Seismograph aus der Lamelle I, die
aus ferromagnetischem Material gefertigt ist und im Felde des Magneten 2 schwingt.
Dabei erzeugt sie in den Spulen 3 elektrische Spannungen, die zum Nachweis der Schwingungen
benutzt werden.
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Gemäß Fig. 2 enthält der Seismograph eine Lamelle 4, die am freien
Ende die sehr leichte Spule 5 auf metallischem oder nichtmetallischem Körper 6 trigt.
Diese Spule vermag im Felde des Magneten 7 zu schwingen. Die Dämpfung wird elektrodynamisch
vorgenommen, entweder in Form von Wirbelstromdzimpfung bei metallischem Spulenkörper
oder durch Kurzschluß einer ausreichenden Zahl von Windungen auf der Spule. Auch
die Anbringung eines parallel geschalteten Widerstandes 8 von geeigneter Größe ergibt
eine ]eicht abgleichbare und sehr wirksame Dämpfung.
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Beide Apparate besitzen innerhalb des in Frage kommenden Frequenzbereiches
praktisch nur eine Eigenschwingung, die durch das Material und die Abmessungen der
L-amelle gegeben und leicht einstellbar ist.
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PATENTAXSPRÜCHE: I. Elektrischer Scismograph zum Aufzeichnen impulsartiger,
seismischer Schwingungsvorgänge, bei dem die Schwingungsmasse allein aus der Eigenmasse
des einseitig eingespannten Schwingungsgliedes besteht. dadurch gekennzeichnet,
daß das gegenüber dem Magneten (2, 3) schwingende System allein aus einer ferromagnetischen
Lamelle (1) besteht.