CN105652313A - 一种地震等级测量装置 - Google Patents

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    • G01B9/02027—Two or more interferometric channels or interferometers

Abstract

本发明公开了一种地震等级测量装置，包括箱体以及安装在箱体内分别沿空间X轴、Y轴和Z轴方向设置的三个结构相同的测量仪，所述测量仪包括导轨、固定安装在导轨前端的固定板、固定安装在导轨中部的主板以及活动安装在导轨后端可沿导轨轴线滑动的镜架，主板和镜架之间通过弹簧连接，固定板上设有光检测器，主板上设有激光器、分光镜和第一反射镜，镜架上设有第二反射镜，所述激光器、分光镜、第一反射镜、第二反射镜和光检测器构成迈克尔逊干涉仪。本发明所提供的地震等级测量装置，与现有产品相比较，具有体积小，精度高，操作简便等显著优点。

Description

一种地震等级测量装置
技术领域
本发明属于物理测量仪器技术领域，具体涉及一种地震等级测量装置。
背景技术
地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。由地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。地球内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。地震发生时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种扰动构成一个波源。由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。
地震等级测量方法有很多种，例如通过地震面波质点运动最大值(A/T)max进行测定，我国目前是采用此种方法。计算公式如下：M＝lg(A/T)max+1.66lgΔ+3.5式中：A——地震面波最大地动位移，取两个水平分向地动位移的矢量和，单位为微米(μm)；T——相应周期，单位为秒(s)；Δ——震中距，单位为度(°)。测量最大地动位移的两个水平分量时，要取同一时刻或周期相差在八分之一周之内的振动。若两分量周期不一致，则取加权和：T＝(TN×AN+TE×AE)/(AN+AE)式中：AN——南北分量地动位移，单位为微米(μm)；AE——东西分量地动位移，单位为微米(μm)；TN——AN的相应周期，单位为秒(s)；TE——AE的相应周期，单位为秒(s)。在实际的地震观测工作中，地震震级M应根据多个台站测定结果的平均值确定。该标准还规定，各级地震部门提供地震信息，新闻机构报道我国地震新闻，各级政府发布地震预报，各级地震部门制定监测预报方案、防震减灾措施时以及在各种社会应用中，均应使用该标准规定的M来表示地震震级。
迈克尔逊干涉仪是光学干涉仪较常见的一种，其原理是：一束入射光线被分为两束由平面镜反射从而产生干涉现象，形成干涉图样。两束光的不同光程可以通过调节干涉臂的长度来改变介质来实现，主要用于长度和折射率的测量。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种基于迈克尔逊干涉仪的地震等级测量装置。
本发明的技术方案是：一种地震等级测量装置，包括箱体以及安装在箱体内分别沿空间X轴、Y轴和Z轴方向设置的三个结构相同的测量仪，所述测量仪包括导轨、固定安装在导轨前端的固定板、固定安装在导轨中部的主板以及活动安装在导轨后端可沿导轨轴线滑动的镜架，主板和镜架之间通过弹簧连接，固定板上设有光检测器，主板上设有激光器、分光镜和第一反射镜，镜架上设有第二反射镜，所述激光器、分光镜、第一反射镜、第二反射镜和光检测器构成迈克尔逊干涉仪。
优选地，所述弹簧与导轨平行。
优选地，所述沿空间Z轴方向设置的测量仪的弹簧垂直于水平面，其镜架位于主板下方。
优选地，所述光检测器与采集单元相连，采集单元与处理单元相连，所述处理单元用于处理采集单元收集的数据。
优选地，所述导轨的数量为二，且平行分布。
优选地，所述镜架通过滑块与导轨活动连接。
本发明的有益效果是：本发明所提供的地震等级测量装置，设置了三个分别沿空间X轴、Y轴和Z轴方向分布的测量仪，测量仪通过迈克尔逊干涉法来测量第二反射镜的微小位移，通过采集单元将测得的数据输入处理单元中处理，可实现地震运动时地动位移全自动测量；与现有产品相比较，具有体积小，精度高，操作简便等显著优点。
附图说明
图1是本发明测量仪的结构示意图；
图2是本发明地震等级测量装置的结构示意图；
图3是本发明确认地震位置的示意图。
附图标记说明：1、导轨；2、固定板；3、主板；4、镜架；5、光检测器；6、激光器；7、分光镜；8、第一反射镜；9、第二反射镜；10、弹簧。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
如图1和图2所示，本发明的地震等级测量装置，包括箱体以及安装在箱体内分别沿空间X轴、Y轴和Z轴方向设置的三个结构相同的测量仪，其中沿空间X轴设置的为测量仪A，其中沿空间Y轴设置的为测量仪B，其中沿空间Z轴设置的为测量仪C；测量仪包括导轨1、固定板2、主板3和镜架4，导轨1的数量为二，且平行分布；固定板2固定安装在导轨1前端，固定板2上设有光检测器5；主板3固定安装在导轨1中部，主板3上设有激光器6、分光镜7和第一反射镜8；镜架4通过滑块活动安装在导轨1后端，并可沿导轨1轴线滑动，镜架4上设有第二反射镜9；上述激光器6、分光镜7、第一反射镜8、第二反射镜9和光检测器5构成迈克尔逊干涉仪；主板3和镜架4之间通过弹簧10连接，弹簧10与导轨1平行，弹簧10具有弹性，从而可使镜架4沿导轨1来回移动。
将本发明的地震等级测量装置埋于地下十米左右，地震分为横波和纵波，测量仪A和测量仪B固定在箱体内部的底板上用来测纵波，测量仪C竖直固定在箱体内部的侧面板上，用来测横波，其中测量仪C的弹簧10垂直于水平面，其镜架4位于主板3下方。
为了进一步提高检测的自动化程度，测量仪A、测量仪B和测量仪C的光检测器5均与采集单元相连，采集单元与处理单元相连，处理单元用于处理采集单元收集的数据，数据采集单元和数据处理单元可通过无线连接。
以下对上述地震等级测量装置的工作过程作进一步的详细描述，以表示其工作原理：
正常状态下，地震等级测量装置处于静止状态，测量仪的激光器6射出的激光束经分光镜7变成两束光，这两束光满足相干条件，分别经第一反射镜8和第二反射镜9交汇在光检测器5上形成亮点，可通过控制弹簧10的长度使得该亮点居中，即形成干涉现象；由于测量仪C竖直放置，为了使测量仪C中的亮点居于光检测器5的中心，需要事先测量出反光镜7和镜架4的重量，并选取适合的弹簧10，使得亮点居中。
地震发生时，地面晃动，导致镜架4无法保持静止状态，在弹簧10的控制下沿导轨1来回摆动，此时镜架4和第二反射镜9的移动使干涉光发生变化，从而第一反射镜8和第二反射镜9交汇在光检测器5上形成的亮点的强度发生明暗的变化，在该过程中，光检测器5将光的干涉波形通过采集单元输入处理单元，处理单元根据以下公式可计算出地动位移ΔL：
ΔL＝2ΔN*λ，
其中，ΔN为干涉波形图中经过波峰(或波谷)的个数，由光检测器5通过光的干涉波形得出；λ为入射激光的波长，该值的大小仅与激光器6的选择有关。
通过测量仪A和测量仪B可测量地震纵波的最大地动位移ΔL1，通过测量仪C测量地震横波的最大地动位移ΔL2，取ΔL1和ΔL2的矢量和，及得到地震面波最大地动位移A的值，再根据公式：M＝lg(A/T)max+1.66lgΔ+3.5，即可计算出地震等级M。
如图3所示，单个地震等级测量装置可确定出地震的具体方位为东南方或西北方等，但是无法得知具体距离，若放置三个同样的地震等级测量装置在足够远处，地震发生时，三个地震等级测量装置同时得到测量数据，其方位相交点即为具体地震位置。
以往的迈克尔逊干涉仪都要对激光进行扩束，这让读数(要计数出出现或消失的环的个数)极为不便(计数过程中不能有任何的振动干扰)，而此方法激光不经过扩束，直接用光探测器来测量干涉光的强度，因此使读数过程大为简化，光检测器得到测量结果，提供了精度保障；通过迈克尔逊干涉仪来测量地动位移，最后通过采集单元将测得的数据输入处理单元中处理，与现有产品相比较，具有测量精度高，操作简便等优点。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种地震等级测量装置，其特征在于：包括箱体以及安装在箱体内分别沿空间X轴、Y轴和Z轴方向设置的三个结构相同的测量仪，所述测量仪包括导轨(1)、固定安装在导轨(1)前端的固定板(2)、固定安装在导轨(1)中部的主板(3)以及活动安装在导轨(1)后端可沿导轨(1)轴线滑动的镜架(4)，主板(3)和镜架(4)之间通过弹簧(10)连接，固定板(2)上设有光检测器(5)，主板(3)上设有激光器(6)、分光镜(7)和第一反射镜(8)，镜架(4)上设有第二反射镜(9)，所述激光器(6)、分光镜(7)、第一反射镜(8)、第二反射镜(9)和光检测器(5)构成迈克尔逊干涉仪。
2.根据权利要求1所述的地震等级测量装置，其特征在于：所述弹簧(10)与导轨(1)平行。
3.根据权利要求2所述的地震等级测量装置，其特征在于：所述沿空间Z轴方向设置的测量仪的弹簧(10)垂直于水平面，其镜架(4)位于主板(3)下方。
4.根据权利要求1所述的地震等级测量装置，其特征在于：所述光检测器(5)与采集单元相连，采集单元与处理单元相连，所述处理单元用于处理采集单元收集的数据。
5.根据权利要求1所述的地震等级测量装置，其特征在于：所述导轨(1)的数量为二，且平行分布。
6.根据权利要求1所述的地震等级测量装置，其特征在于：所述镜架(4)通过滑块与导轨(1)活动连接。
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