PL B1. DYBEL JAN, Kraków, PL BUP 12/13. JAN DYBEL, Kraków, PL WUP 05/15. rzecz. pat. Jan Kunicki RZECZPOSPOLITA POLSKA

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. G01V 1/16 ( ) G01V 7/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Urządzenie do pomiaru zmienności grawitacji (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 12/13 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 05/15 (73) Uprawniony z patentu: DYBEL JAN, Kraków, PL (72) Twórca(y) wynalazku: JAN DYBEL, Kraków, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Jan Kunicki

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru zmienności grawitacji na tle zmiennego pola magnetycznego Ziemi mające zastosowanie głównie dla prognozowania trzęsień ziemi. Dotychczasowy stan techniki Znane są sejsmografy to jest urządzenia służące do rejestracji drgań sejsmicznych składające się z detektora ruchu, który nazywany jest sejsmometrem i sprzężonego z nim systemu rejestrującego. Pierwsze sejsmografy powstały w II połowie XIX w., przedtem istniały sejsmoskopy. Sejsmoskopy sygnalizowały moment nadejścia fali sejsmicznej na różnej zasadzie: toczenia się kul, upadek ciał w równowadze chwiejnej, wylewanie się płynu. Wszystkie rodzaje sejsmometrów zbudowane są na zasadzie wahadła, to jest pewnej masy, która pod wpływem sił zewnętrznych dąży do położenia równowagi i wykonuje wahania o stałym okresie. Jeżeli masa wahadła oscyluje w kierunku poziomym jest to sejsmometr poziomy, jeżeli jej wahania odbywają się w kierunku pionowym - pionowy. Znany sejsmograf pionowy posiada masę zawieszoną na jednej lub kilku sprężynach przymocowanych do ramy. Drgania gruntu wywołane falami sejsmicznymi powodują ruch masy, a przytwierdzone do niej piórko z atramentem kreśli zapis tego ruchu - sejsmogram - na taśmie papieru nasuniętej na równomiernie obracający się, sterowany mechanizmem zegarowym, walec. Taki sejsmograf może służyć do rejestracji silnych zjawisk w obszarach epicentralnych, gdzie amplitudy ruchu gruntu są duże i mogą być zapisywane w naturalnej wielkości. W sejsmometrach elektromagnetycznych wahadło umieszczone jest pomiędzy dwoma magnesami. Ruch wahadła wywołany falą sejsmiczną wzbudza prądy w cewce, które przekazywane są na galwanometr lub oscyloskop cyfrowy. Znany jest sejsmograf to jest urządzenie do wykrywania i rejestracji drgań skorupy ziemskiej (przemieszczeń i wielkości) wywołanych wstrząsami naturalnymi lub sztucznymi. Głównym elementem sejsmografu jest sejsmometr, którego podstawową częścią jest masa bezwładna zawieszona tak, że tworzy wahadło fizyczne (pionowe lub poziome). Okres drgań własnych wahadła powinien być duży w porównaniu z okresem drgań gruntu, gdyż wtedy środek wahadła można traktować jako stały punkt odniesienia, względem którego określa się wielkość i kierunek drgań gruntu. Drgania gruntu są przetwarzane na impulsy elektryczne, wzmacniane i rejestrowane za pośrednictwem galwanometru na taśmie światłoczułej (w systemach tradycyjnych, wychodzących z użycia) lub w pamięci komputera (w rozwiązaniach nowoczesnych). W najnowszych sejsmografach można uzyskiwać powiększenia drgań gruntu rzędu kilku milionów. Zapis drgań gruntu przez sejsmograf nosi nazwę sejsmogramu. Pozwala na wyznaczenie czasu przyjścia fal sejsmicznych różnego typu do stacji sejsmologicznej oraz na określenie amplitud i okresów tych fal. Istnieje teoria, że zmienność pola grawitacyjnego może służyć do przepowiadania trzęsienia ziemi. Badacze z California Institute of Technology odkryli, że w strefie subdukcji (gdzie jedna płyta kontynentalna zachodzi pod drugą) obszary o stosunkowo silniejszej grawitacji są mniej narażone na wielkie trzęsienia ziemi niż obszary, na których grawitacja jest relatywnie słabsza. Naukowcy zajmujący się trzęsieniami ziemi korzystają z jednej z czterech metod: analizując sejsmogramy, badając tarcie różnych materiałów, mierząc rosnące powoli naprężenia w skorupie, budując dynamiczne modele tektoniki. Porównanie zmian w grawitacji wzdłuż rowu tektonicznego z danymi o występowaniu trzęsień ziemi w ciągu ostatnich 100 lat, prowadzi do wniosku, że obszary o negatywnych anomaliach grawitacyjnych są skorelowane z większą aktywnością sejsmiczną i analogicznie - obszary o dodatnich anomaliach są nawiedzane przez trzęsienia ziemi rzadziej. Większość energii trzęsień ziemi uwolniona została w obszarach o słabszej grawitacji. Choć stanowiły one zaledwie 14% ogółu, wystąpiło w nich 44% trzęsień o sile ponad 7,5 w skali Richtera. Znane są przyrządy i urządzenia do pomiaru przyspieszenia ziemskiego, na przykład wahadło rewersyjne (czyli odwracalne) to jest przyrząd będący rodzajem wahadła fizycznego o dwóch równoległych osiach zawieszenia i regulowanym rozkładzie masy. Wahadło zostało wynalezione przez Henry ego Katera w 1817 roku. Składa się ono z metalowego pręta, dwóch ostrzy na których można je zawieszać oraz z dwóch lub trzech metalowych brył w kształcie soczewki (by zmniejszyć opory powietrza), z których jedna może być przesuwana po pręcie, pozwala to na zmianę okresu drgań wahadła. Przy odpowiednio dobranym położeniu masy ruchomej okres drgań wahadła dla obu zawieszeń jest jednakowy i odpowiada okresowi drgań wahadła matematycznego o długości równej odległości

3 PL B1 3 między osiami obrotu. Odległość ta jest nazywana długością zredukowaną wahadła. Wahadło pozwala wyznaczyć dokładnie wartość przyspieszenia ziemskiego. Znany jest też grawimetr statyczny służący do pomiarów względnych przyśpieszenia siły ciężkości. Zasada działania polega, najogólniej na pomiarze zniekształceń sprężystych elementów systemów pomiarowych. Najprostszy model grawimetru statycznego stanowić może pionowa sprężyna obciążona stałą masą. Zmiana przyśpieszenia siły ciężkości powodują zmienność siły przykładanej do tej sprężyny i tym samym zmiany jej długości. Znany jest także przyrząd do pomiaru zmian pola grawitacyjnego zwany gradiometrem. Wykorzystuje on efekty kwantowe występujące, kiedy atomy umieszczone są w polu grawitacyjnym. Ponieważ obiektami, których zachowanie mierzy się w gradiometrze, są pojedyncze atomy, a pomiary dokonywane są za pomocą stabilnych wiązek laserowych, urządzenie jest odporne na czynniki zewnętrzne, takie jak drgania, i można umieścić je na ruchomych platformach. Istota wynalazku Istotę rozwiązania według wynalazku stanowi opracowanie unikalnej konstrukcji urządzenia do pomiaru zmienności grawitacji w którym zastosowano konstrukcję nośną do której prostopadle do płaszczyzny konstrukcji nośnej zamocowany jest wałek na którym osadzone jest nieruchome duże koło pasowe oraz zamocowana jest wahliwie wskazówka na której w pobliżu przeciwległego niż wałek końca zamocowany jest silnik elektryczny. Na czopie wirnika silnika osadzone jest małe koło pasowe opasane wspólnie z nieruchomym dużym kołem pasowym pasem transmisyjnym. Pas transmisyjny na górnej części dużego koła pasowego jest rozcięty a końce pasa połączone są sprężyną walcową. Nieruchome duże koło pasowe oraz małe koło pasowe wykonane są z gumy i mają walcowe powierzchnie zewnętrzne zaś pas transmisyjny jest pasem płaskim. Konstrukcja nośna w górnej części zawiera poziomą poprzeczkę a nieruchome duże koło pasowe, dociśnięte do poprzeczki przy pomocy nakrętki. Na wałku pomiędzy nakrętką regulacyjną i nakrętką łożyska umieszczone jest łożysko w obudowie a do obudowy w jej dolnej części zamocowana jest wskazówka. Konstrukcja nośna zamocowana jest na podstawie wspartej na elementach regulacji pionu. Opis figur rysunku Przedmiot wynalazku w przykładowym wykonaniu jest bliżej objaśniony przy pomocy załączonego rysunku na którym fig. 1 przedstawia widok urządzenia od przodu, natomiast fig. 2 przedstawia widok z boku z częściowym przekrojem. Opis przykładu realizacji Urządzenie do pomiaru zmienności grawitacji zawiera konstrukcję nośną 1 zamocowaną na podstawie 12 wspartej na elementach regulacji pionu 21. Konstrukcja nośna 1 w górnej części zawiera poziomą poprzeczkę 13 w której środkowej części zamocowany jest wałek gwintowany 18. Na wałku gwintowanym 18 zamocowane jest nieruchome duże koło pasowe 3, dociśnięte do poprzeczki 13 przy pomocy nakrętki 20. Na przeciwległym końcu wałka gwintowanego 18 pomiędzy nakrętką regulacyjną 19 i nakrętką łożyska 17 umieszczone jest łożysko 4 w obudowie 16. Do obudowy 16 w jej dolnej części zamocowana jest wskazówka 5 której dolny koniec sięga do skali 11 zamocowanej na podstawie 12. W dolnej części wskazówki 5 zamocowany jest przy pomocy uchwytu mocującego 7 i śruby mocującej 14 komutatorowy silnik elektryczny prądu stałego 8 do którego doprowadzona jest energia elektryczna przewodem zasilającym 10. Na czopie wirnika silnika 8 osadzone jest małe koło pasowe 9. Duże koło pasowe 3 oraz małe koło pasowe 9 wykonane są z gumy i wspólnie opasane są płaskim pasem transmisyjnym 6 który na górnej części dużego koła pasowego 3 jest rozcięty a końce pasa 6 połączone są sprężyną walcową 2. Odległość r pomiędzy osią silnika 8 i osią obrotu wskazówki 5 decydująca o stopniu naprężenie pasa 6 i naciągu sprężyny 2 może być regulowana przez przesuwanie silnika 8 wraz z uchwytem mocującym 7 wzdłuż wskazówki 5. Na obudowie silnika 8 oraz na zewnętrznej powierzchni małego koła pasowego 9 wykonane są dwa znaki 15 położenia komutatora silnika 8. Znaki 15 służą do kontroli wzajemnego położenia kątowego komutatora silnika 8 i małego koła pasowego 9. Po włączeniu napięcia zasilającego wirnik silnika 8 wraz z małym kołem pasowym 9 przekręca się o niewielki kąt co powoduje wychylenie się wskazówki 5 do której silnik 8 jest zamocowany. Obserwacja i zapisywanie kolejnych w czasie położeń wskazówki 6 względem skali 11 pozwala w korelacji z informacjami o zjawiskach oraz anomaliach geofizycznych i meteorologicznych na prognozowanie ewentualnych ruchów tektonicznych i trzęsień ziemi.

4 4 PL B1 Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie do pomiaru zmienności grawitacji zawierające element wahliwy oraz zawieszoną na nim masę bezwładną, znamienne tym, że ma konstrukcję nośną (1) do której prostopadle do płaszczyzny konstrukcji nośnej (1) zamocowany jest wałek (18) na którym osadzone jest nieruchome duże koło pasowe (3) oraz zamocowana jest wahliwie wskazówka (5) na której w pobliżu przeciwległego niż wałek (18) końca zamocowany jest silnik elektryczny (8), przy czym na czopie wirnika silnika (8) osadzone jest małe koło pasowe (9) opasane wspólnie z nieruchomym dużym kołem pasowym (3) pasem transmisyjnym (6) zaś pas transmisyjny (6) na górnej części dużego koła pasowego (3) jest rozcięty a końce pasa (6) połączone są sprężyną walcową (2). 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że nieruchome duże koło pasowe (3) oraz małe koło pasowe (9) wykonane są z gumy i mają walcowe powierzchnie zewnętrzne zaś pas transmisyjny (6) jest pasem płaskim. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że konstrukcja nośna (1) w górnej części zawiera poziomą poprzeczkę (13) a nieruchome duże koło pasowe (3), dociśnięte do poprzeczki (13) przy pomocy nakrętki (20). 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wałek (18) jest gwintowany. 5. Urządzenie według zastrz. 1 albo 4, znamienne tym, że na wałku (18) pomiędzy nakrętką regulacyjną (19) i nakrętką łożyska (17) umieszczone jest łożysko (4) w obudowie (16) a do obudowy (16) w jej dolnej części zamocowana jest wskazówka (5). 6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że konstrukcja nośna (1) zamocowana jest na podstawie (12) wspartej na elementach regulacji pionu (21). 7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że silnik (8) jest silnikiem komutatorowym prądu stałego. 8. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że łożysko (4) jest łożyskiem tocznym.

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)