Расширенный поиск
Разработка измерителя ускорений в широких амплитудном и частотном диапазонах для лабораторной модели разлома
1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
2 Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”
2 Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”
Журнал: Сейсмические приборы
Том: 59
Номер: 3
Год: 2023
Страницы: 58–74
УДК: 550.34.01 + 531.768
DOI: 10.21455/si2023.3-4
Показать библиографическую ссылку
Краюшкин
П.А Д.В. Разработка измерителя ускорений в широких амплитудном и частотном диапазонах для лабораторной модели разлома
// Сейсмические приборы. 2023. Т. 59. № 3. С. 58–74. DOI: 10.21455/si2023.3-4
@article{Краюшкин
П.АРазработка2023,
author = "Краюшкин
П.А, Д. В.",
title = "Разработка измерителя ускорений в широких амплитудном и частотном диапазонах для лабораторной модели разлома
",
journal = "Сейсмические приборы",
year = 2023,
volume = "59",
number = "3",
pages = "58–74",
doi = "10.21455/si2023.3-4",
language = "Russian"
}
Скопировать ссылку в формате ГОСТ
Скопировать ссылку BibTex
Ключевые слова: измерение ускорений, МЭМС-датчики, пьезоэлектрические датчики, лабораторное моделирование, удар, разлом
Аннотация: В ходе предшествующих экспериментов на модели сейсмогенного разлома было выявлено, что применение одного чувствительного датчика ускорений не позволяет качественно и количественно охарактеризовать все наблюдаемые движения: самые высокоамплитудные движения вводили датчик в насыщение, а малоамплитудные оказывались на грани обнаружения. Для решения этой проблемы разработан измеритель ускорений в широких амплитудном и частотном диапазонах, состоящий из двух аналоговых однокомпонентных пьезо-электрических датчиков ускорений с диапазоном измерений до 500g и двух цифровых трехкомпонентных микроэлектромеханических (МЭМС) датчиков ускорений с диапазонами измерений до 8g и до 400g. В испытаниях на основе ударов были достигнуты амплитуды и характерные времена ускорений, сопоставимые с таковыми при движениях на модели разлома. Подтверждена работоспособность измерителя ускорений и показано, что комплексное использование цифровых и аналоговых датчиков позволяет более детально отследить разномасштабные движения.
Список литературы: Антоновская Г.Н., Капустян Н.К, Ромен Ю.С., Данилов А.В. Использование широкополосной сейсмической аппаратуры в задачах интеллектуального мониторинга земляного полотна железнодорожного пути // Транспортные системы и технологии. 2019. Т. 5, № 4. С.96–114. https://doi.org/10.17816/transsyst20195496-114
Архипов А.М., Иванов В.С., Панфилов Д.И. Датчики Freescale Semiconductor. М.: Додэка-XXI, 2008. 182 с.
Ачильдиев В.М., Басараб М.А., Бедро Н.А., Солдатенков В.А, Евсеева Ю.Н., Грузевич Ю.К., Коннова Н.С., Левкович А.Д. Сейсмокардиоблок на основе микромеханических датчиков // Юбилейная XXV Санкт-Петербургская Международная конференция по интегрированным навигационным системам, Санкт-Петербург, 28–30 мая 2018 г. Сб. материалов / Гл. ред. В.Г. Пешехонов. СПб.: ЦНИИ “Электроприбор”, 2018. С.182–191.
Беседина А.Н., Кишкина С.Б., Кочарян Г.Г. Параметры источников роя микросейсмических событий, инициированных взрывом на Коробковском железорудном месторождении // Физика Земли. 2021. № 3. С.63–81. https://doi.org/10.31857/S0002333721030030
Варганов Д.И., Горбушин А.Р., Колесников А.И., Крапивина Е.А., Тенина А.В. Исследование возможности применения одноосевых высокочувствительных акселерометров для из-мерения углов тангажа и крена в аэродинамическом эксперименте // Кимила 2016: Ма-териалы II отраслевой конференции по измерительной технике и метрологии для ис-следований летательных аппаратов, Жуковский, 25–26 окт. 2016 г. Жуковский: ЦАГИ, 2016. С.94–107.
Веселовский Р.В., Дубиня Н.В., Пономарёв А.В., Фокин И.В., Патонин А.В., Пасенко А.М., Фетисова А.М., Матвеев М.А., Афиногенова Н.А., Рудько Д.В., Чистякова А.В. Центр коллективного пользования Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН “Петро-физика, геомеханика и палеомагнетизм” // Геодинамика и тектонофизика. 2022. Т. 13, № 2. Ст. 0579. 12 с. https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-2-0579
Гинзбург А.А., Манукин А.Б., Миронов О.К., Новикова А.В., Ющенко В.С. Пространственные и спектральные характеристики колебаний морских нефтегазодобывающих плат-форм, вызванных землетрясениями и иными воздействиями // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2010. № 1. С.80–89.
Голован А.А., Клевцов В.В., Конешов И.В., Смоллер Ю.Л., Юрист С.Ш. Особенности использования гравиметрического комплекса GT-2A в задачах аэрогравиметрии // Физика Земли. 2018. № 4. С.127–134. https://doi.org/10.1134/S000233371804004X
Головин С.В., Разин Ю.А., Курков С.В., Надеждин Е.Р. Российский опыт и перспективы создания систем сейсмического 4D мониторинга // Геофизические исследования. 2019. Т. 20, № 4. С.52–64. https://doi.org/10.21455/gr2019.4-4
Греченева А.В., Кузичкин О.Р., Дорофеев Н.В. Применение акселерометрических датчиков в измерительных гониометрических системах // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. 2015. № 1 (23). С.55–58.
Денесюк Е.А., Катенин В.А. Автономный гравиметрический способ определения истинного курса подводного объекта в подводном положении: Патент Российской Федерации на изобретение RU 2399025 C1. Дата регистрации: 30.03.2009 г.
Дмитриев С.П., Осипов В.А., Блажнов Б.А. Оценка влияния шума акселерометра и вибраций основания на погрешности измерений в задачах инерциальной геодезии // Гироскопия и навигация. 1994. Т. 5, № 1. С.65–75.
Железняк Л.К. Особенности работы морского гравиметрического комплекса “Чекан-АМ” и обработки получаемых результатов // Геофизические исследования. 2020. Т. 21, № 4. С.70–81. https://doi.org/10.21455/gr2020.4-5
Завалишин Д.А., Беляев М.Ю., Сазонов В.В. Оценка динамических характеристик Между-народной космической станции по измерениям микроускорений // Космические исследования. 2009. Т. 47, № 2. С.193–203.
Ивахно Н.В., Прохорцов А.В., Сенина Е.Н., Федоров С.С. Способ регистрации движения грудной клетки при диагностике состояния сонного апноэ // Вестник новых медицин-ских технологий. 2014. Т. 21, № 4. С.133–136. https://doi.org/10.12737/7286
Казначеев П.А., Майбук З.-Ю.Я., Пономарев А.В., Патонин А.В., Соболев Г.А., Кох В.В., Краюшкин Д.В. Лабораторное моделирование опасных смещений блоков горных по-род: малоамплитудные быстрые движения в экспериментах на слайдер-модели // Инженерная и рудная геофизика 2023: Сб. материалов 19-й научно-практической конфе-ренции и выставки, Санкт-Петербург, 15–19 мая 2023 г. М.: ЕАГЕ ГЕОМОДЕЛЬ, 2023. С.322–325.
Козявин А.А., Яцун С.Ф., Мищенко В.Я. Устройство для диагностики поршневых колец ДВС: Патент Российской Федерации на полезную модель RU 69245 U1. Дата реги-страции: 20.08.2007 г.
Кондратьев М.Н. Электронный магнитный компас: Патент Российской Федерации на полезную модель RU 121565 U1. Дата регистрации: 05.06.2012 г.
Кочарян Г.Г., Остапчук А.А., Павлов Д.В., Гридин Г.А., Морозова К.Г., Hongwen J., Пантелеев И.А. Лабораторные исследования закономерностей фрикционного взаимодействия блоков скальной породы метрового масштаба. Методика и первые результаты // Физика Земли. 2022. № 6. С.162–174. https://doi.org/10.31857/S0002333722060060
Лапин В.А., Ержанов С.Е., Даугавет В.П. Исследования изменения динамических характеристик высотного здания по данным инженерно-сейсмометрических станций // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2018. № 3. С.38–45.
Павленко О.В. Механизмы генерации аномально высоких ускорений >1g на мягких грун-тах при землетрясениях // Докл. РАН. Науки о Земле. 2020. Т. 491, № 2. С.96–102. https://doi.org/10.31857/S2686739720040131
Парфенов Н.М. Аналитические исследования интегральных МЭМС-акселерометров // На-но- и микросистемная техника. 2016. Т. 18, № 2. С.96–109.
Петербург А.И., Тычинский Ю.Д. Способ автономной выставки бесплатформенной нави-гационной системы в процессе выхода управляемого объекта из пике после приводнения: Патент Российской Федерации на изобретение RU 2798209 C1. Дата публикации: 19.06.2023 г.
Скобло В.З., Верлиев Т.М. Телеметрическая система контроля навигационных параметров траектории ствола скважины: Патент Российской Федерации на изобретение RU 2110684 C1. Дата публикации: 10.05.1998 г.
Цветков Р.В., Шардаков И.Н., Глот И.О., Гусев Г.Н., Епин В.В., Шестаков А.П. Определение места удара в железобетонной конструкции по результатам анализа отклика вибродатчиков // Вестник ПНИПУ. Механика. 2022. № 4. С.103–115. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2022.4.10
Beliveau A., Spencer G.T., Thomas K.A., Roberson S.L. Evaluation of MEMS capacitive accelerometers // IEEE Design Test Comp. 1999. V. 16, Iss. 4. P. 48–56. https://doi.org/10.1109/54.808209
H3LIS331DL Datasheet. High-g, low-power 3-axis digital accelerometer. ST Microelectronics: DS9012, Rev. 4, October 2022. URL: https://www.st.com/resource/en/datasheet/h3lis331dl.pdf
Kempe V. Inertial MEMS. Principles and Practice. New York: Cambridge University Press, 2011. 497 p.
LIS331DLH Datasheet. MEMS digital output motion sensor, ultra low-power high performance 3-axes “nano” accelerometer. ST Microelectronics: Doc ID 15094, Rev. 3, July 2009. URL: https://www.st.com/resource/en/datasheet/lis331dlh.pdf
Mikhailov P.S., Koneshov V.N., Pogorelov V.V., Spesivtsev A.A., Solovyev V.N., Zheleznyak L.K. High-degree models of the Earth’s gravity field: History of development, assessment of pro-spects and resolution // Seismic Instruments. 2021. V. 57, Iss. 4. P.446–461. https://doi.org/10.3103/S0747923921040083
STM32F303xB, STM32F303xC Datasheet. Arm®-based Cortex®-M4 32b MCU+FPU. ST Mi-croelectronics: DS9118, Rev. 14, October 2018. URL: https://www.st.com/resource/en/datasheet/stm32f303.pdf
Veselovskiy R.V., Dubinya N.V., Ponomarev A.V., Fokin I.V., Patonin A.V., Pasenko A.M., Feti-sova A.M., Matveev M.A., Afinogenova N.A., Rud’ko D.V., Chistyakova A.V. Shared research facilities “Petrophysics, geomechanics and paleomagnetism” of the Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS // Geodyn. Tecton. 2022. V. 13, N 2. Art. 0579. [in Russian]. https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-2-0579
Архипов А.М., Иванов В.С., Панфилов Д.И. Датчики Freescale Semiconductor. М.: Додэка-XXI, 2008. 182 с.
Ачильдиев В.М., Басараб М.А., Бедро Н.А., Солдатенков В.А, Евсеева Ю.Н., Грузевич Ю.К., Коннова Н.С., Левкович А.Д. Сейсмокардиоблок на основе микромеханических датчиков // Юбилейная XXV Санкт-Петербургская Международная конференция по интегрированным навигационным системам, Санкт-Петербург, 28–30 мая 2018 г. Сб. материалов / Гл. ред. В.Г. Пешехонов. СПб.: ЦНИИ “Электроприбор”, 2018. С.182–191.
Беседина А.Н., Кишкина С.Б., Кочарян Г.Г. Параметры источников роя микросейсмических событий, инициированных взрывом на Коробковском железорудном месторождении // Физика Земли. 2021. № 3. С.63–81. https://doi.org/10.31857/S0002333721030030
Варганов Д.И., Горбушин А.Р., Колесников А.И., Крапивина Е.А., Тенина А.В. Исследование возможности применения одноосевых высокочувствительных акселерометров для из-мерения углов тангажа и крена в аэродинамическом эксперименте // Кимила 2016: Ма-териалы II отраслевой конференции по измерительной технике и метрологии для ис-следований летательных аппаратов, Жуковский, 25–26 окт. 2016 г. Жуковский: ЦАГИ, 2016. С.94–107.
Веселовский Р.В., Дубиня Н.В., Пономарёв А.В., Фокин И.В., Патонин А.В., Пасенко А.М., Фетисова А.М., Матвеев М.А., Афиногенова Н.А., Рудько Д.В., Чистякова А.В. Центр коллективного пользования Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН “Петро-физика, геомеханика и палеомагнетизм” // Геодинамика и тектонофизика. 2022. Т. 13, № 2. Ст. 0579. 12 с. https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-2-0579
Гинзбург А.А., Манукин А.Б., Миронов О.К., Новикова А.В., Ющенко В.С. Пространственные и спектральные характеристики колебаний морских нефтегазодобывающих плат-форм, вызванных землетрясениями и иными воздействиями // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2010. № 1. С.80–89.
Голован А.А., Клевцов В.В., Конешов И.В., Смоллер Ю.Л., Юрист С.Ш. Особенности использования гравиметрического комплекса GT-2A в задачах аэрогравиметрии // Физика Земли. 2018. № 4. С.127–134. https://doi.org/10.1134/S000233371804004X
Головин С.В., Разин Ю.А., Курков С.В., Надеждин Е.Р. Российский опыт и перспективы создания систем сейсмического 4D мониторинга // Геофизические исследования. 2019. Т. 20, № 4. С.52–64. https://doi.org/10.21455/gr2019.4-4
Греченева А.В., Кузичкин О.Р., Дорофеев Н.В. Применение акселерометрических датчиков в измерительных гониометрических системах // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. 2015. № 1 (23). С.55–58.
Денесюк Е.А., Катенин В.А. Автономный гравиметрический способ определения истинного курса подводного объекта в подводном положении: Патент Российской Федерации на изобретение RU 2399025 C1. Дата регистрации: 30.03.2009 г.
Дмитриев С.П., Осипов В.А., Блажнов Б.А. Оценка влияния шума акселерометра и вибраций основания на погрешности измерений в задачах инерциальной геодезии // Гироскопия и навигация. 1994. Т. 5, № 1. С.65–75.
Железняк Л.К. Особенности работы морского гравиметрического комплекса “Чекан-АМ” и обработки получаемых результатов // Геофизические исследования. 2020. Т. 21, № 4. С.70–81. https://doi.org/10.21455/gr2020.4-5
Завалишин Д.А., Беляев М.Ю., Сазонов В.В. Оценка динамических характеристик Между-народной космической станции по измерениям микроускорений // Космические исследования. 2009. Т. 47, № 2. С.193–203.
Ивахно Н.В., Прохорцов А.В., Сенина Е.Н., Федоров С.С. Способ регистрации движения грудной клетки при диагностике состояния сонного апноэ // Вестник новых медицин-ских технологий. 2014. Т. 21, № 4. С.133–136. https://doi.org/10.12737/7286
Казначеев П.А., Майбук З.-Ю.Я., Пономарев А.В., Патонин А.В., Соболев Г.А., Кох В.В., Краюшкин Д.В. Лабораторное моделирование опасных смещений блоков горных по-род: малоамплитудные быстрые движения в экспериментах на слайдер-модели // Инженерная и рудная геофизика 2023: Сб. материалов 19-й научно-практической конфе-ренции и выставки, Санкт-Петербург, 15–19 мая 2023 г. М.: ЕАГЕ ГЕОМОДЕЛЬ, 2023. С.322–325.
Козявин А.А., Яцун С.Ф., Мищенко В.Я. Устройство для диагностики поршневых колец ДВС: Патент Российской Федерации на полезную модель RU 69245 U1. Дата реги-страции: 20.08.2007 г.
Кондратьев М.Н. Электронный магнитный компас: Патент Российской Федерации на полезную модель RU 121565 U1. Дата регистрации: 05.06.2012 г.
Кочарян Г.Г., Остапчук А.А., Павлов Д.В., Гридин Г.А., Морозова К.Г., Hongwen J., Пантелеев И.А. Лабораторные исследования закономерностей фрикционного взаимодействия блоков скальной породы метрового масштаба. Методика и первые результаты // Физика Земли. 2022. № 6. С.162–174. https://doi.org/10.31857/S0002333722060060
Лапин В.А., Ержанов С.Е., Даугавет В.П. Исследования изменения динамических характеристик высотного здания по данным инженерно-сейсмометрических станций // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2018. № 3. С.38–45.
Павленко О.В. Механизмы генерации аномально высоких ускорений >1g на мягких грун-тах при землетрясениях // Докл. РАН. Науки о Земле. 2020. Т. 491, № 2. С.96–102. https://doi.org/10.31857/S2686739720040131
Парфенов Н.М. Аналитические исследования интегральных МЭМС-акселерометров // На-но- и микросистемная техника. 2016. Т. 18, № 2. С.96–109.
Петербург А.И., Тычинский Ю.Д. Способ автономной выставки бесплатформенной нави-гационной системы в процессе выхода управляемого объекта из пике после приводнения: Патент Российской Федерации на изобретение RU 2798209 C1. Дата публикации: 19.06.2023 г.
Скобло В.З., Верлиев Т.М. Телеметрическая система контроля навигационных параметров траектории ствола скважины: Патент Российской Федерации на изобретение RU 2110684 C1. Дата публикации: 10.05.1998 г.
Цветков Р.В., Шардаков И.Н., Глот И.О., Гусев Г.Н., Епин В.В., Шестаков А.П. Определение места удара в железобетонной конструкции по результатам анализа отклика вибродатчиков // Вестник ПНИПУ. Механика. 2022. № 4. С.103–115. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2022.4.10
Beliveau A., Spencer G.T., Thomas K.A., Roberson S.L. Evaluation of MEMS capacitive accelerometers // IEEE Design Test Comp. 1999. V. 16, Iss. 4. P. 48–56. https://doi.org/10.1109/54.808209
H3LIS331DL Datasheet. High-g, low-power 3-axis digital accelerometer. ST Microelectronics: DS9012, Rev. 4, October 2022. URL: https://www.st.com/resource/en/datasheet/h3lis331dl.pdf
Kempe V. Inertial MEMS. Principles and Practice. New York: Cambridge University Press, 2011. 497 p.
LIS331DLH Datasheet. MEMS digital output motion sensor, ultra low-power high performance 3-axes “nano” accelerometer. ST Microelectronics: Doc ID 15094, Rev. 3, July 2009. URL: https://www.st.com/resource/en/datasheet/lis331dlh.pdf
Mikhailov P.S., Koneshov V.N., Pogorelov V.V., Spesivtsev A.A., Solovyev V.N., Zheleznyak L.K. High-degree models of the Earth’s gravity field: History of development, assessment of pro-spects and resolution // Seismic Instruments. 2021. V. 57, Iss. 4. P.446–461. https://doi.org/10.3103/S0747923921040083
STM32F303xB, STM32F303xC Datasheet. Arm®-based Cortex®-M4 32b MCU+FPU. ST Mi-croelectronics: DS9118, Rev. 14, October 2018. URL: https://www.st.com/resource/en/datasheet/stm32f303.pdf
Veselovskiy R.V., Dubinya N.V., Ponomarev A.V., Fokin I.V., Patonin A.V., Pasenko A.M., Feti-sova A.M., Matveev M.A., Afinogenova N.A., Rud’ko D.V., Chistyakova A.V. Shared research facilities “Petrophysics, geomechanics and paleomagnetism” of the Schmidt Institute of Physics of the Earth RAS // Geodyn. Tecton. 2022. V. 13, N 2. Art. 0579. [in Russian]. https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-2-0579
