一種短基線伸縮儀的製作方法

2023-06-01 02:23:26

專利名稱：一種短基線伸縮儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種地學觀測技術，尤其適用於硐體應變固體潮的觀測。
硐體應變固體潮觀測，目前國內外大多數使用石英管或碳絲為基線，長度一般為20米，相對觀測精度為10-9量級，主要有日本、西歐和美國。在我國安裝的SSY－Ⅱ型石英伸縮儀(中國地震局地震研究所1982年的科研成果。)近三十臺，其技術水平與國外相當，但自動化、智能化程度低，數據傳遞速度慢以及生產工藝方面有較大差距；尤其是石英管常常炸裂，脹盒標定器水銀極易洩漏，造成環境汙染，嚴重影響了儀器的正常工作。
經中國科學院武漢科技查新諮詢檢索中心於1999年4月7日進行國內外文獻檢索(編號990221)，其結論是「本短基線伸縮儀，以含鈮特種銦鋼棒為基線，在基線長EW向不大於10米、NS向不大於6米的條件下，應變固體潮相對觀測精度達10-10量級，位移傳感器靈敏度優於0．01微米，量程100微米，解決基線杆連接炸裂問題，並提供準確、實用和方便的全自動標定裝置。檢索結果顯示，未見國內外有採用銦鋼棒為基線的伸縮儀測量應變固體潮的文獻報導，在所有檢出的文獻中均未提及相應的標定設備。」本發明的目的就在於克服現有技術中存在的問題和不足，即在保持高精度高穩定性的同時縮短基線長度，解決基線的炸裂和水銀脹盒的汞洩漏問題，提高自動化、智能化的程度。具體是①基線長不大於10米；②相對觀測精度優於10-9；③日漂移小於1×10-8；④位移傳感器靈敏度優於0．01微米；⑤位移傳感器量程為0．1毫米；⑥解決好基線杆連接問題；⑦提供準確、實用和方便的標定裝置。
本發明的目的是這樣實現的①基線選用含鈮特種銦鋼材料，其膨脹係數比石英小，而且便於連接、運輸，不會產生石英管的破裂現象。基線垂直自由懸掛在懸吊系統上。
②換能器由傳感器及前置放大器組成，其傳感器選用國產高精度電渦流傳感器(TR 81)。因為該電渦流傳感器的輸出只與所測位移方向的位移量有關，而與另外二個方向的位移量無關。而SSY－Ⅱ型石英伸縮儀選用日本的Sony磁傳感器的輸出不僅與所測位移方向的位移量有關，而且與發磁體和檢測線圈之間的間距有關。由此可見，電渦流傳感器穩定性比磁傳感器好，其靈敏度雖然較高，但不能滿足較大幅度的潮汐曲線輸出。為了便於調節，留有一定的餘量以滿足不同記錄範圍和記錄方式以及長線輸送信號的需要，配置了低漂移、高性能的前置放大器。
③標定器採用斜楔塊位移傳遞原理構成的精密超微量位移標定平臺，由單片機控制步進電機推動斜楔塊來實現微位移變化。
下面結合附圖和實施例進一步說明

圖1為本發明總體框圖。
圖2為標定裝置結構原理示意圖。
圖3為彈性連軸結構圖。
圖4為記錄和控制器原理框圖。
其中1－基線，2－懸吊系統，2·1－吊絲，2·2－託架，3－換能器，3·1－傳感器，3·2－前置放大器；4－標定裝置，4·1－斜鍥塊，4·2－滑塊，4·3－步進電機，4·4－彈性連軸，4·5－測微頭，4·6－彈簧，5－記錄與控制器，5·1－輸入級，5·2－衰減器，5·3－自動調零電路，5·4－輸出級，5·5－摸擬記錄器，5·6－模擬開關，5·7－A／D，5·8－單片機，5·9－鍵盤。5·10－顯示，5·11－模擬數字列印，5·12－RS－232C，5·13－標定及零位跟蹤。A－基線固定端，B－基線測量端，a－基墩，b－基墩。
(1)總體由圖1可知，本發明主要由基線1、懸吊系統2、換能器3、標定裝置4、記錄與控制器5組成。以含鈮特種銦鋼材料為基線1，其一端為固定端A，另一端為測量端B。基線1的A端固定在基墩a上，其在靠近B端處由吊絲2·1、託架2·2構成的懸吊系統2託起，垂直自由懸吊。在測量端B處安裝有換能器3和標定裝置4，標定裝置4固定在基墩b上，換能器3和標定裝置4均與記錄與控制器5相連接。
當硐體發生固體潮應變時，則基線1的被測端B相對基墩b發生位移，通過換能器3檢測後再經過記錄與控制器5而顯示出來。
(2)換能器3換能器3由傳感器3·1及前置放大器3·2組成，並相互連接。其傳感器3·1選用電渦流傳感器(國產TR81系列)。
(3)標定裝置4如圖3所示，標定裝置4由斜楔塊4·1、滑塊4·2、步進電機4·3、彈性連軸4·4、測微頭4·5組成。步進電機4·3通過彈性連軸4·4與測微頭4·5連接，測微頭4·5與斜楔塊4·1的高端連接，斜楔塊4·1的低端與彈簧4·6連接。滑塊4·2與斜楔塊4·1的斜面接觸。如圖3所示，彈性連軸4·4為磷銅片圓圈，左右均有一孔，分別與步進電機4·3和測微頭4·5相連接。磷銅片通過選擇適當寬度和厚度，保證其轉動時良好的鋼性，和伸縮時良好的彈性。本標定裝置4實施例選取步進電機4·3的步距為6°，則一周將產生60步，測微頭4·5推進0．5毫米，那麼，每步推進8．33微米。斜面楔塊斜面比選取為1∶50時，則滑塊4·2的解析度就高於0．2微米。
(4)記錄與控制器如圖4所示，記錄與控制器5由下列部件組成，連接關係是①換能器3→輸入級5·1→衰減器5·2→自動調零電路5·3→輸出級5·4→模擬記錄器5·5；②換能器3→模擬開關5·6→A／D 5·7→單片機5·8→鍵盤5·9、顯示5·10、模擬數字列印5·11、RS→232C5·12③單片機5·8→標定及零位跟蹤5·13→步進電機4·3→標定裝置4→換能器。
由以上說明可知，和現有技術相比，本發明由於在主要關鍵部件上作了重大改進，有如下優點和積極效果①由於正確地選用了含鈮特種銦鋼棒為基線1，不僅比石英伸縮儀穩定速度快，而且其膨脹系統比石英小一半，性能更穩定。在運輸、安裝連接與使用過程中徹底避免了石英管基線的炸裂現象，提高了觀測資料可靠性。由於採取垂直自由懸掛，使基線不受其它外界力影響，而SSY—Ⅱ石英伸縮儀，為了保證基線始終與脹盒接觸，基線採取傾斜懸掛。
②由於合理選擇了電渦流傳感器3·1，與原磁傳感器相比，其靈敏度(格值)不再受現場安裝定位的影響，提高了儀器靈敏度與格值的長期穩定性；而且由於配置了低噪聲、高性能前置放大器3·2，提高了換能器3的靈敏度，基線1在NS向不大於6米，EW向不大於10米的長度時，能記錄到清晰的應變固體潮汐，其靈敏度已達到10-11量級。在縮短基線的條件下，仍能保持高精度與高穩定性。是目前國內外硐體應變固體潮汐觀測中在同一觀測精度下，其基線1是最短的。
③標定裝置4採用精密超微量位移標定平臺，巧妙地設計了彈性連軸4·4，採用大步距單向測量法，有效地克服了機械空程誤差，與目前國內使用的水銀脹盒標定器相比，避免了水銀脹盒的汞洩漏汙染，保證了觀測人員的身體健康；同時，由單片機控制步機電機4·3推動斜楔塊4·1來實現微位移變化，自動遙控標定，消除了人為影響，提高了標定精度。
④智能化記錄與控制器5，具有自動測量、自動量程擴展、自動標定多功能，提高了自動化程度。本儀器採用了模擬及數字兩種輸出方式，並有專用輸出口供前兆綜合數採儀數據採集傳輸，為建立全國前兆數字網提供了基礎。
總之本發明通過一年多的運行試驗證明運轉良好，性能穩定。它的研製成功將有利於擴大地震觀測網，增設三邊測量，對應變場主應力矢量的分析與地震預報研究有著重要意義。全自動化智能記錄加速了數據資料的傳遞，為地震短、臨預報提供了保障。研究成果可直接應用於全國前兆數字網的改造與建設。
權利要求
1.一種短基線伸縮儀，由基線(1)、懸吊系統(2)、換能器(3)、標定裝置(4)、記錄與控制器(5)組成，其特徵是①以含鈮特種銦鋼材料為基線(1)，垂直自由懸掛在懸吊系統(2)上；②換能器(3)由傳感器(3·1)及其前置放大器(3·2)組成，並相互連接，其傳感器(3·1)選用電渦流傳感器；③標定裝置(4)是一採用斜鍥塊位移傳遞原理構成的精密超微量位移標定平臺。
2.按權利要求1所述的一種短基線伸縮儀，其特徵是標定裝置(4)由斜楔塊(4·1)、滑塊(4·2)、步進電機(4·3)、彈性連軸(4·4)、測微頭(4·5)組成，其連接關係是步進電機(4·3)通過彈性連軸(4·4)與測微頭(4·5)連接，測微頭(4·5)與斜鍥塊(4·1)的高端連接，斜鍥塊(4·1)的低端與彈簧(4·6)連接。
3.按權利要求1、2所述的一種短基線伸縮儀，其特徵是彈性連軸4·4為磷銅片圓圈，左右均有一孔，分別與步進電機(4·3)和測微頭(4·5)相連接。
全文摘要
本發明公開了一種短基線伸縮儀,涉及一種地學觀測技術,尤其適用於硐體應變固體潮的觀測。為了解決現有技術中存在的基線長且容易炸裂及水銀脹盒的汞洩漏等問題,本發明選用了銦鋼棒作為基線,並垂直自由懸掛,選用電渦流傳感器作為傳感器,標定器採用斜楔塊位移傳感原理構成的精密超微量位移標定平臺。不僅解決了上述問題,而且靈敏度達到10
文檔編號G01V1/16GK1278603SQ99116620
公開日2001年1月3日 申請日期1999年8月31日 優先權日1999年8月31日
發明者呂寵吾, 杜為民, 李家明, 詹碧燕, 高平 申請人:中國地震局地震研究所