CN105005071A - 磁悬浮电容式地脉动拾振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮电容式地脉动拾振器，包括壳体，所述壳体内设置有电容传感器和与第一直流电源电连接的电磁铁，以及在所述电磁铁的磁场力作用下处于悬浮状态的永磁体；所述电容传感器包括悬浮极板和位于所述悬浮极板上方的固定极板，所述固定极板和悬浮极板均与第二直流电源电连接，所述悬浮极板固定在所述永磁体的上表面。该地脉动拾振器受干扰小，精度高，能够准确的检测地脉动。

Description

磁悬浮电容式地脉动拾振器

技术领域

本发明属于地脉动测试技术领域，具体是涉及一种磁悬浮电容式地脉动拾振器。

背景技术

地脉动是地面的一种稳定的非重复性随机波动，由于地脉动不同的频幅变化和作用历时,会引起岩土体的不同响应，通过对观测记录到的地脉动信号分析可以得到测试场地的幅频特性，这些信息(周期在0.05s～10s，振幅为千分之几至几微米)既可以反映场地的土层结构特征，也可反映场地的动力特性。目前，地脉动测试作为是一种无损原位测试，在工程场地的地基类别划分、场地选择评价、滑坡的调查和监测预报、以及地热普查等方面已被广泛应用。但是，现有的地脉动拾振器存在一些突出的问题，如拾振器易被损坏、常与地面难以接触严合而导致测试数据不准确甚至错误、波动测试易受到电磁环境干扰等，这些问题通常会使地脉动测试过程较为困难和结果不可靠。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种磁悬浮电容式地脉动拾振器。该地脉动拾振器受干扰小，精度高，能够准确的检测地脉动。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：包括壳体，所述壳体内设置有电容传感器和与第一直流电源电连接的电磁铁，以及在所述电磁铁的磁场力作用下处于悬浮状态的永磁体；所述电容传感器包括悬浮极板和位于所述悬浮极板上方的固定极板，所述固定极板和悬浮极板均与第二直流电源电连接，所述悬浮极板固定在所述永磁体的上表面。

上述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：所述壳体上包裹有导磁层。

上述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：所述导磁层由多层硅钢片叠置构成，所述壳体由陶瓷制成。

上述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：所述电磁铁的上表面设置有导磁板，所述永磁体位于导磁板的上方。

上述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：所述导磁板的上表面设置有定位板，所述定位板上开设有定位通孔。

上述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：所述电磁铁为圆环形电磁铁，所述圆环形电磁铁的中心孔内安装有用于固定电磁铁的限位螺栓。

上述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：包括用于校验所述壳体水平的水准气泡。

上述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：所述电磁铁的下表面与所述壳体内的底壁相接触，所述固定极板与所述壳体内的顶壁固定连接。

上述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：所述壳体的底部为平底。

上述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：所述壳体的底部安装有连接锥体。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的结构简单，设计新颖合理。

2、本发明通过设置电容传感器，并将电容传感器的一个极板悬浮，从而利用地脉动使壳体振动，进而引起电容传感器的电容量变化，可以建立电容传感器的电容量变化与地脉动振动幅值和位移之间的函数关系，从而可以通过场地振动引起的电容量变化情况得到地脉动振动参数，其有效利用了电容传感器的敏感性，以及悬浮极板不受外界干扰的特点，有效提高了该地脉动拾振器的精度和敏感度。

3、本发明通过设置导磁板，在电磁铁断电时，能够使永磁体磁力吸合在所述导磁板上，避免该地脉动拾振器在搬运时对永磁体和悬浮极板造成损伤。并进一步通过设置定位板和开设在中部的定位通孔，能够在电磁铁断电时，所述永磁体进入定位通孔内与导磁板相吸合，并在定位通孔的定位作用下，所述永磁体不会移动，进一步实现了对永磁体的有效保护。

4、本发明壳体的导磁层由多层硅钢片制成，能够有效导通壳体内外漏磁，使悬浮磁场不收外界影响，壳体连接在地面上，也就是说所述多层硅钢片是接地的，从而使壳体接地，这样能够有效避免外部电场的影响，起到了屏蔽电场的作用。

5、本发明壳体的底部为平底，这种壳体能够有效适应岩层或者水泥结构、地砖等场地，还可以在所述壳体的底部连接用于插入土体的锥体，通过设置锥体，使得该地脉动拾振器能够有效适应土质较软的土层场地，无论是平底的壳体还是连接有锥体的壳体，均能够确保壳体与地面接触严合，从而提高了该地脉动拾振器的准确性。

6、本发明的实现成本低，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例1中电磁铁处于通电状态的使用状态示意图。

图3为本发明电磁铁的结构示意图。

图4为本发明实施例2的结构示意图。

图5为本发明实施例2中电磁铁处于通电状态的使用状态示意图。

图6为本发明实施例3的结构示意图。

图7为本发明实施例3中电磁铁处于通电状态的使用状态示意图。

图8为本发明实施例4的结构示意图。

图9为本发明实施例4中电磁铁处于通电状态的使用状态示意图。

附图标记说明:

1—壳体；          2—水准气泡；         3—定位板；

3-1—定位通孔；    4—固定极板；         5—悬浮极板；

6—永磁体；        7—导磁板；           8—电磁铁；

8-1—中心孔；      9—限位螺栓；         10—连接锥体；

11—导磁层；       12—水准气泡安装槽；  13—第一直流电源；

14—第二直流电源。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示的一种磁悬浮电容式地脉动拾振器，包括壳体1，所述壳体1内设置有电容传感器和与第一直流电源13电连接的电磁铁8，以及在所述电磁铁8的磁场力作用下处于悬浮状态的永磁体6；所述电容传感器包括悬浮极板5和位于所述悬浮极板5上方的固定极板4，所述固定极板4和悬浮极板5均与第二直流电源14电连接，所述悬浮极板5固定在所述永磁体6的上表面。本实施例中，所述固定极板4与第二直流电源14的正极电连接，所述悬浮极板5与第二直流电源14的负极电连接。

本实施例中，该地脉动拾振器在使用时，将其放在地面上，即壳体1与地面接触连接，然后打开所述第一直流电源13的开关给电磁铁8通电，通电后的电磁铁8会产生碗状磁场，在所述碗状磁场的磁场力作用下，所述永磁铁6会悬浮起来，等到永磁体6处于稳定的悬浮状态时，也就是说电磁铁8通电产生磁场力与永磁体6和悬浮极板5的总重力相抵消时，然后再打开所述第二直流电源14的开关给所述电容传感器通电，从而在所述固定极板4和悬浮极板5上均产生感应电荷，在测试地脉动时，壳体1会在地脉动的影响下发生振动，从而会使得固定极板4和悬浮极板5上的电荷量发生变化，即通过由固定极板4和悬浮极板5构成的电容传感器把地脉动的变化这一非电学量转换为电学量，进而可以建立所述电容传感器的电容量与振动幅值和位移之间的函数关系，通过测得场地振动而引起的电容量变化情况，进而将这一电容量变化经过放大器和转换器件最终输出，从而得到地脉动微动量。

本实施例中，所述第一直流电源13的电压为3V～36V，并且所述第一直流电源13的电压随永磁体6和悬浮极板5总质量的增大而增大，所述第二直流电源14的电压为3V～16V。

在本实施例中，由于所述永磁体6和悬浮极板5在电磁铁8的磁场力作用下处于悬浮状态，当固定极板4随壳体1振动时，由于地脉动是微动，并在惯性理论下，电磁铁8通电产生的磁场可认为是相对恒定的，也就是说，当固定极板4随壳体1振动时所述永磁体6和悬浮极板5始终保持在悬浮状态且保持不动，通过将悬浮极板5与地脉动相隔离，仅通过固定极板4随壳体1的振动，从而使所述电容传感器的电容量发生变化，这样能够有效提高电容传感器的精度和灵敏度。其中，当壳体1振动带动固定极板4左右移动时，此时所述电容传感器相当于一个变面积式电容传感器，当壳体1振动带动固定极板4上下移动时，此时所述电容传感器相当于一个变间隙式电容传感器。

如图3所示，本实施例中，所述电磁铁8包括圆柱形铁芯和缠绕在所述圆柱形铁芯外圆周面上的多层线圈，其中，所述圆柱形铁芯的中心处开设有中心孔8-1。图3中箭头P所示即为电磁铁8通电后磁力线方向。

如图1和图2所示，所述电磁铁8的上表面设置有导磁板7，所述永磁体6位于导磁板7的上方。通过设置导磁板7，能够有效的将电磁铁8产生磁场向上引导，从而使永磁体6处于悬浮状态。并且在电磁铁8断电时，能够使永磁体6磁力吸合在所述导磁板7上，避免该地脉动拾振器在搬运时对永磁体6和悬浮极板5造成损伤。其中，所述导磁板7是由铁制成。

如图1和图2所示，所述导磁板7的上表面设置有定位板3，所述定位板3上开设有定位通孔3-1。其中，所述永磁体6与所述定位通孔3-1相适配，通过设置定位板3和开设在中部的定位通孔3-1，能够在电磁铁8断电时，所述永磁体6进入定位通孔3-1内与导磁板7相吸合，并在定位通孔3-1的定位作用下，所述永磁体6不会移动，实现了对永磁体6的有效保护。本实施例中，所述定位板3是由陶瓷制成。

如图1、图2和图3所示，所述电磁铁8为圆环形电磁铁，所述圆环形电磁铁的中心孔8-1内安装有用于固定电磁铁8的限位螺栓9。通过设置限位螺栓9，所述限位螺栓9的上端与导磁板7连接，所述限位螺栓9的下端与壳体1内的底壁连接，其能够有效的将电磁铁8定位在导磁板7与壳体1内的底壁之间。

如图1所示，该地脉动拾振器包括用于校验所述壳体1水平的水准气泡2。具体的，所述壳体1上开设有供水准气泡安装槽12，所述水准气泡2安装在所述水准气泡安装槽12内。通过设置水准气泡2，能够方便在该地脉动拾振器使用时，对壳体1进行有效调平。

如图1所示，所述电磁铁8的下表面与所述壳体1内的底壁相接触，所述固定极板4与所述壳体1内的顶壁固定连接。

本实施例中，所述壳体1的底部为平底。进而使所述壳体1能够有效适应岩层或者水泥结构、地砖等场地。

实施例2

如图4和图5所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：所述壳体1的底部安装有连接锥体10。通过设置连接锥体10，使得该地脉动拾振器能够有效适应土质较软的土层场地，能够确保壳体1与地面接触严合，从而提高了该地脉动拾振器的准确性。

本实施例中，所述限位螺栓9依次穿过壳体1的底壁并伸入到锥体10内。

实施例3

如图6和图7所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：所述壳体1上包裹有导磁层11。通过设置导磁层11，利用其导磁性好的特点，能够加速磁通量的流通，进一步避免磁场向外辐射。

本实施例中，所述导磁层11由多层硅钢片叠置构成，所述壳体1由陶瓷制成。由于所述导磁层11由多层硅钢片制成，壳体1连接在地面上，也就是说所述多层硅钢片是接地的，从而使壳体1接地，这样能够有效避免外部电场的影响，起到了屏蔽电场的作用，有效保护其内部电容传感器的稳定。又由于磁场不能像电场那样可以接地制造零电场，多层硅钢片能够有效的加速磁通量的流通，避免磁场向外辐射，并能够导通壳体1内外的漏磁，使电磁铁8产生的磁场不收外界影响。

本实施例中，所述水准气泡安装槽12开设在导磁层11上。

实施例4

如图8和图9所示，本实施例与实施例3的不同之处在于：所述壳体1的下方设置有连接锥体10。并且，用于固定电磁铁8的限位螺栓9的下端依次穿过壳体1内的底壁和导磁层11并与所述连接锥体10相连接。通过设置连接锥体10，使得该地脉动拾振器能够有效适应土质较软的土层场地，能够确保导磁层11与地面接触严合，从而提高了该地脉动拾振器的准确性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：包括壳体(1)，所述壳体(1)内设置有电容传感器和与第一直流电源(13)电连接的电磁铁(8)，以及在所述电磁铁(8)的磁场力作用下处于悬浮状态的永磁体(6)；所述电容传感器包括悬浮极板(5)和位于所述悬浮极板(5)上方的固定极板(4)，所述固定极板(4)和悬浮极板(5)均与第二直流电源(14)电连接，所述悬浮极板(5)固定在所述永磁体(6)的上表面。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：所述壳体(1)上包裹有导磁层(11)。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：所述导磁层(11)由多层硅钢片叠置构成，所述壳体(1)由陶瓷制成。

4.根据权利要求1或2所述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：所述电磁铁(8)的上表面设置有导磁板(7)，所述永磁体(6)位于导磁板(7)的上方。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：所述导磁板(7)的上表面设置有定位板(3)，所述定位板(3)上开设有定位通孔(3-1)。

6.根据权利要求5所述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：所述电磁铁(8)为圆环形电磁铁，所述圆环形电磁铁的中心孔(8-1)内安装有用于固定电磁铁(8)的限位螺栓(9)。

7.根据权利要求1或2所述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：包括用于校验所述壳体(1)水平的水准气泡(2)。

8.根据权利要求1或2所述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：所述电磁铁(8)的下表面与所述壳体(1)内的底壁相接触，所述固定极板(4)与所述壳体(1)内的顶壁固定连接。

9.根据权利要求1或2所述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：所述壳体(1)的底部为平底。

10.根据权利要求1或2所述的磁悬浮电容式地脉动拾振器，其特征在于：所述壳体(1)的底部安装有连接锥体(10)。