Сейсмические датчики с жидкой инерционной массой (молекулярно-электронные) имеют много преимуществ - они очень надёжны в эксплуатации и при транспортировке, потребляют мало электроэнергии, работают в широком температурном диапазоне, практически нечувствительны к углам установки и не требуют фиксации массы, а также её центрирования. Эти достоинства позволяют создавать сейсмографы самого различного назначения - от образовательного до регистрации слабых и удалённых землетрясений. Их можно с успехом устанавливать под землёй и на морском дне. Технология позволяет создавать датчики как линейного, так и вращательного движения.

Основные преимущества молекулярно-электронных сейсмометров:

• низкое энергопотребление (до 50 мВт)
• широкий диапазон частот от 120с до 100Гц
• динамический диапазон достигает 145 дБ
• собственные шумы ниже NLNM в диапазоне 0.05-5Гц
• максимальный регистрируемый сигнал - до 20мм/с

Устройство цифрового молекулярно-электронного сейсмографа показано на рисунке. Он состоит из трёх идентичных взаимно ортогональных сейсмодатчиков, которые обычно размещаются на нижнем уровне(основании прибора). Выше идёт уровень с электронной платой аналоговой обработки сигнала, поверх которой размещен 24-разрядный цифровой регистратор.

Мы не стали заниматься усовершенствованием маятника, изобретенного Голициным более ста лет назад. Мы выбрали принципиально другой подход к построению механической системы сейсмометра - заменили твёрдую инерционную массу жидким электролитом. Внешний механический сигнал вызывает поток рабочей жидкости, который, в свою очередь, преобразуется в электрический ток с помощью системы электродов.

Схема чувствительного элемента показана на рисунке:

1 - канал, наполненный электролитом

2 - сетчатые аноды

3 - сетчатые катоды

4 - пористые диэлектрические перегородки

5 - корпус преобразователя

Первые молекулярно-электронные сейсмометры обладали одним существенным недостатком - в них отсутствовала форс-балансная обратная связь. В то же время хорошо известно, что силовая обратная связь улучшает стабильность, расширяет динамический и температурный диапазон, снижает нелинейные искажения и гарантирует плоскую передаточную функцию сейсмометра. Однако ряд особенностей принципа действия молекулярно-электронных преобразователей потребовали значительных усилий даже при разработке электродинамической силовой обратной связи, ставшей традиционной для электромеханических сейсмометров, не говоря уже и о более естественной, с физической точки зрения, магнитогидродинамической(МГД) обратной связи.

Физические принципы силовой обратной связи для молекулярно-электронных датчиков движения были впервые разработаны в 2001 году(1), примерно в это же время были созданы и первые прототипы сейсмодатчиков как с электродинамической, так и с МГД обратной связью.

Первые коммерческие образцы молекулярно-электронных сейсмометров с электродинамической обратной связью созданы в 2002 году и прошли испытания в Альбукеркской Сейсмологической Лаборатории США (ASL), серийное производство началось в 2003 г.(2), а в настоящее время сотни сейсмометров семейства EP300-SP400-EP105 успешно эксплуатируются во многих уголках земного шара.

Литература:

1.        А.В. Харламов Физические принципы организации МГД обратной связи и переноса спектра в молекулярно-электронных системах // Автореферат кандидатской диссертации, М.: 2001

2.        A. Kharlamov A Non-Traditional High Performance Seismic Sensor // Broad-band Sensor Workshop, Lake Tahoe , California , USA 2004