CN105823465B - 地倾斜监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地倾斜监测装置，包括装置外壳，装置外壳内设有悬吊架和处理电路板，悬吊架上正交设有两套电容传感器，电容传感器包括电容静片、电容动片、摆锤，电容静片等距布设在电容动片两侧且与电容动片平行设在同一水平面上，电容静片设在悬吊架上，摆锤吊设在所述悬吊架上且置于电容动片下方并与电容动片刚性连接，两套电容传感器分别与处理电路板电连，悬吊架上还设有调零机构。本发明两套电容传感器在调零时互不影响，摆锤带动电容动片移动改变电容动片与电容静片间距来产生电容变化量，消除现有技术中摆锤的静摩擦力的影响，本发明主要用于监测固体潮、地震前兆及地壳的倾斜变形，本发明结构简单、稳定性好、精度高、输出线性度高。

Description

地倾斜监测装置

技术领域

本发明涉及精密测量装置技术领域，尤其涉及监测固体潮、地震前兆以及地壳的倾斜变形的装置。

背景技术

地倾斜监测装置作为一种地球动力学仪器在观测和研究地壳形变，对地震及固体潮的预测具有重要的作用，地倾斜观测从上世纪70年代以来，在我国开展得比较广泛。常见的地倾斜观测有水平摆和垂直摆两种，水平摆倾斜观测灵敏度较高，但易受干扰、稳定性差，使得测量的精度不高。垂直摆倾斜仪利用铅垂原理，其结构简单，性能稳定，受到广泛的应用，但是现有的垂直摆倾斜仪，摆的动态范围较窄、响应的频带较窄、阻尼效果不理想，经常出现靠摆现象，造成数据不连续，使得垂直摆倾斜仪的输出线性低。且在城市化进程中的观测环境下，存在着工业、交通等干扰源，符合安装条件的台址较难找，大大制约了现有的垂直摆倾斜的观测。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，而提供一种结构简单、测量精度高、输出线性度高的地倾斜监测装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

提供地倾斜监测装置，包括装置外壳，该装置外壳内设置有悬吊架以及用于处理信号的处理电路板，该悬吊架上正交设置有两套电容传感器，该电容传感器包括电容静片、电容动片、摆锤，所述电容静片等距布设在所述电容动片的两侧且与该电容动片平行设置在同一水平面上，所述电容静片连接设置在所述悬吊架上，所述摆锤吊设在所述悬吊架上，且置于所述电容动片下方并与该电容动片刚性连接，两套所述电容传感器分别与所述处理电路板电连，所述悬吊架上还设置有用于对所述电容传感器进行零点调整的调零机构。

在本发明地倾斜监测装置另一个实施例中，所述正交设置的两套电容传感器为上、下正交分布在所述悬吊架上的第一电容传感器和第二电容传感器，所述调零机构包括对所述两套电容传感器分别进行零点调整的第一调零机构和第二调零机构。

在本发明地倾斜监测装置另一个实施例中，所述第一调零机构和第二调零机构均包括竖直固定设置在所述悬吊架上的竖向支板、上下移动设置在所述悬吊架上的调整杆、水平板，所述水平板的一端铰接设置在所述竖向支板上且与该竖向支板垂直，所述水平板的另一端被所述调整杆的一端支撑，该调整杆的另一端连接设置有用于驱动该调整杆上下移动的调零电机，所述电容静片固定设置在所述水平板的上表面进而间接连接设置在所述悬吊架上，所述摆锤吊设在所述水平板的下表面进而间接吊设在所述悬吊架上。

在本发明地倾斜监测装置另一个实施例中，所述悬吊架为由上、下、左、右支架依次连接形成的框架结构，该悬吊架内中部固定设置有中间支架，所述第一调零机构的竖向支板固定设置在该悬吊架的上支架上，所述第一调零机构的调整杆移动设置在该悬吊架的上支架上，所述第二调零机构的竖向支板固定设置在该悬吊架的中间支架上，所述第二调零机构的调整杆移动设置在该悬吊架的中间支架上。

在本发明地倾斜监测装置另一个实施例中，所述两套电容传感器均还包括标定装置，该标定装置包括固设在所述摆锤上的摆锤线圈和与所述摆锤线圈配合使用的固设在所述悬吊架上的标定线圈，所述第一电容传感器的标定线圈固定设置在所述悬吊架的上支架上，所述第二电容传感器的标定线圈固定设置在所述悬吊架的中间支架上。

在本发明地倾斜监测装置另一个实施例中，所述电容传感器还包括锁摆机构，该锁摆机构包括转动电机、行程开关、锁摆线以及设置在所述摆锤两侧的锁臂，所述行程开关控制所述转动电机转动，所述锁摆线的一端连接所述转动电机，另一端连接所述锁臂。

在本发明地倾斜监测装置另一个实施例中，所述地倾斜监测装置还包括定向调整机构，该定向调整机构包括固设在所述装置外壳中部的固定轴、固设在所述悬吊架底部的转轴，该固定轴与该转轴之间齿轮啮合传动，该转轴连接设置有定向调整电机。

在本发明地倾斜监测装置另一个实施例中，所述正交设置的两套电容传感器设置在同一水平面，且左、右水平正交分布在所述悬吊架上。

在本发明地倾斜监测装置另一个实施例中，所述悬吊架为由上、下、左、右、前、后支板连接形成的盒状结构，所述左右正交设置的电容传感器的电容静片均固设在该悬吊架的上支板的上表面，所述摆锤均吊设在该悬吊架的上支板的下表面且处在该悬吊架的盒腔内，该悬吊架的盒腔内在所述摆锤的周围填设有阻尼物质。

在本发明地倾斜监测装置另一个实施例中，所述悬吊架固定设置在所述装置外壳内部，所述调零机构包括固设在所述装置外壳底部的水平调整板，所述悬吊架的上支板与该水平调整板平行设置，该水平调整板的底面四角设置有四个可调的地脚支脚，所述装置外壳内固设有用于分别对所述地脚支脚进行调整的支脚调整电机。

本发明的有益效果是：本发明设置的两套电容传感器在调零时互不影响，且操作简单，在工作过程中也互不影响，能够对东西和南北两个方向的数据进行单独监测，获得真实的地倾斜变化，本发明的技术方案中电容静片和电容动片均位于摆锤的上方，摆锤带动电容动片相对移动，改变电容动片与电容静片之间的间距产生电容的变化量，此结构能够将地倾斜监测装置的动态范围增至114dB，能够使装置长时间连续运行，保证输出数据的连续性。同时此结构消除了现有技术中的摆锤的静摩擦力的影响，摆锤相对更灵活、灵敏度更高，因此输出的数据更精确，输出的线性度更高，本发明具有结构简单、稳定性好、维护和操作简单、功耗低、寿命长等特点。

进一步说两套电容传感器上、下正交分布，缩小了本发明的装置外壳的外径，使外壳的外径尺寸缩小到80mm～100mm，使本发明更适用于深井内观测，另外设置的两套调零机构分别对对应的电容传感器进行调零操作，使每个电容传感器调零操作更加的简单方便快捷。

进一步说优选的调零机构的结构简单，操作方便。

进一步说优选设置的标定装置，进一步的消除了系统误差，改善装置的精确度，进一步提高了输出线性度。

进一步说优选设置的锁摆机构，能够避免摆锤在运输或移动过程中出现的弯曲变形造成装置精度不准确的不可逆影响。

进一步说优选设置的定向调整机构，能够调整电容传感器相对于外壳的方向，能够使本发明不受地理结构的限制。

进一步说优选的两套电容传感器还可以水平正交设置在同一水平面上，这样能够使本发明更适用于洞室内平台监测，设置的阻尼物质，同样能够尽快的稳定摆锤，输出数据。

进一步说优选的通过可调地脚支脚进行调零操作，操作简单容易。

附图说明

图1是本发明的实施例1的结构示意图；

图2是本发明的实施例2的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。

实施例1

图1是本发明的一个优选实施例的结构示意图，如图1所示，一种地倾斜监测装置，包括装置外壳1，该装置外壳1内设置有悬吊架2以及用于处理信号的处理电路板3，该悬吊架2上正交设置有两套电容传感器，电容传感器包括电容静片4、电容动片5、摆锤6，电容静片4等距布设在电容动片5的两侧且与该电容动片5平行设置在同一水平面上，电容静片4连接设置在悬吊架2上，摆锤6吊设在该悬吊架2上，且置于电容动片5下方并与该电容动片5刚性连接，两套电容传感器分别与处理电路板3电连，该悬吊架2上还设置有用于对电容传感器进行零点调整的调零机构。

地壳倾斜时，本发明的监测原理如下：本发明实施例中的摆锤6随地壳的倾斜相对悬吊架2摆动，进而摆锤6摆动带动电容动片5相对电容静片4移动，使电容动片5与两侧的电容静片4之间的间距发生变化，导致两个电容静片4与电容动片5之间的电势差分别发生了改变，处理电路板3接收改变后的两个电势差信号，并将其转换成对应的两个电压信号，再用两个电压信号做差得出压差，该压差即反映了电容传感器中的电容的变化量，两套电容传感器分别监测东西和南北两个方向的地倾斜状况，两路信号经处理电路板3处理后，通过电缆线传输到外部的数据采集模块进行模数转换，转换成数字信号，在发送给外部的核心处理器进行存储和传输，通过测量电容量的变化就可以精确的监测大地的倾斜量，实现连续自动监测大地倾斜变化量的目的，为地震系统前兆监测提供了一种稳定、可靠的地倾斜监测系统。

本发明的实施例在使用时，需要先对电容传感器进行零点调节，两套电容传感器各自进行零点调节互不影响，本发明的实施例在监测过程中分别对东西和南北两个方向的数据进行单独监测，两组数据互不影响，能获得真实的地倾斜变化，摆锤6带动电容动片5相对移动改变其与电容静片4之间的间距进而产生电容的变化量。

本发明的地倾斜监测装置的通过公式：求得本发明地倾斜检测装置的动态范围为114dB，该动态范围能够使装置长时间连续运行，保证输出数据的连续性。同时此结构消除了现有技术中摆锤的静摩擦力的影响，使摆锤更灵活、灵敏度更高，输出的数据更精确，输出的线性度更高，本发明具有结构简单、稳定性好、维护和操作简单、功耗低、寿命长等特点。可广泛应用于地震系统地倾斜与固体潮监测。

为了进一步优化上述实施例，如图1所示，悬吊架2为由上、下、左、右支架依次连接形成的框架结构，悬吊架2内中部固定设置有中间支架7，两套电容传感器为上、下正交分布在悬吊架2上的第一电容传感器和第二电容传感器，所述调零机构包括对两套电容传感器分别进行零点调整的第一调零机构和第二调零机构。

如图1所示，第一调零机构和第二调零机构均包括竖向支板8、调整杆9、水平板10，第一调零机构的竖向支板8竖向固定设置在悬吊架2的上支架上，第二调零机构的竖向支板8竖向固定设置在悬吊架2的中间支架7上，水平板10的一端铰接设置在竖向支板8的上端且与该竖向支板8垂直设置，水平板10的另一端被调整杆9的一端支撑，调整杆9的另一端连接设置有用于驱动该调整杆9上下移动的调零电机，第一调零机构的调整杆9移动设置在悬吊架2的上支架上，第二调零机构的调整杆9移动设置在悬吊架2的中间支架7上，电容静片4固定设置在水平板10的上表面进而间接连接设置在悬吊架2上，摆锤6吊设在水平板10的下表面进而间接吊设在悬吊架2上。

在监测开始前，需要对电容传感器进行调零设置，通过所述调零电机上下移动调整所述调整杆9的位置，进而调整所述电容静片4所在的水平板10的水平度，用以调整所述电容动片5与所述电容静片4之间的相对位置，达到调零的目的。

本发明实施例上、下设置两套电容传感器在整体上缩小了本发明实施例的装置外壳的外径，使外壳的外径尺寸缩小到80mm～100mm，使本发明实施例更适用于深井内观测，另外设置的两套调零机构分别对对应的电容传感器进行调零操作，使调零操作更加的简单方便快捷。

又进一步优化上述实施例，两套电容传感器均还包括标定装置，该标定装置包括固设在摆锤6上的摆锤线圈11和与该摆锤线圈11配合使用的固设在悬吊架2上的标定线圈12，第一电容传感器的标定线圈12固定设置在悬吊架2的上支架上，第二电容传感器的标定线圈12固定设置在悬吊架2的中间支架7上。在监测前需要对电容传感器的摆锤6进行标定，摆锤线圈11和标定线圈12通电后，两线圈之间产生磁场，标定线圈12将摆锤6引到固定高度，产生固定的变化量达到标定的目的，标定装置能够消除系统误差，改善装置的精确度，进一步提高了输出线性度。

又进一步优化上述实施例，电容传感器还包括锁摆机构，该锁摆机构包括转动电机、行程开关、锁摆线以及设置在摆锤两侧的锁臂，该行程开关控制转动电机转动，锁摆线的一端连接转动电机，另一端连接摆锤一侧的锁臂，在运输的过程中，为防止自由运动的摆锤出现弯曲变形，导致装置的监测精度不准确，行程开关控制转动电机的转动，电机通电转动拉紧锁摆线，带动两个锁臂夹紧摆锤，使摆锤固定到支架的一侧上，完成锁摆。

进一步优化上述实施例，地倾斜监测装置还包括定向调整机构，该定向调整机构包括固设在所述装置外壳1中部的固定轴17、固设在所述悬吊架2底部的转轴18，该固定轴17与该转轴18之间通过一组齿轮19齿轮啮合传动，该转轴18连接设置有定向调整电机。所述调整电机通电转动带动该转轴18围绕该固定轴17转动，用以调整电容传感器相对于装置外壳1的方向，使本发明无论在处在什么地理位置时，均能使两套电容传感器分别正确的处在东西和南北两个方向。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：如图2所示，所述正交设置的两套电容传感器设置在同一水平面，且左、右水平正交分布在悬吊架2上。进一步优化本实施例，该悬吊架2为由上、下、左、右、前、后支板连接形成的盒状结构，该悬吊架2固定设置在装置外壳1内部，左右正交设置的电容传感器的电容静片4均固设在该悬吊架2的上支板的上表面，摆锤6均吊设在该悬吊架2的上支板的下表面且处在该悬吊架2的盒腔内。该悬吊架2的盒腔内在摆锤6的周围填设有阻尼物质20。调零机构包括固设在装置外壳1底部的水平调整板21，该悬吊架2的上支板与该水平调整板21平行设置，该水平调整板21的底面四角设置有四个可调的地脚支脚22，装置外壳1内固定设置有用于调整所述地脚支脚22的支脚调整电机23。上述实施例更适用于在洞室内优选基岩上进行连续观测。

优选的，摆锤6周围的填充的阻尼物质20为油性物质，进一步优选为硅油，在既不影响摆锤的运动精度和理论运动位置，能够使得摆锤运动减慢，使电容动片尽快的稳定。电容动片尽快稳定能使本发明的装置尽快进入工作状态。

支脚调整电机23通电转动调节对应的水平调整板21的相对位置，进而能够调节该悬吊架2的上支板的位置，用以调整电容动片5与电容静片4之间的相对位置，达到调零的目的。

本发明具有结构简单、稳定性好、精度高、维护和操作简单、功耗低、寿命长等特点。

最后应当说明的是:以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.地倾斜监测装置，包括装置外壳，所述装置外壳内设置有悬吊架以及用于处理信号的处理电路板，其特征在于：所述悬吊架上正交设置有两套电容传感器，所述电容传感器包括电容静片、电容动片、摆锤，所述电容静片等距布设在所述电容动片的两侧且与所述电容动片平行设置在同一水平面上，所述电容静片连接设置在所述悬吊架上，所述摆锤吊设在所述悬吊架上，且置于所述电容动片下方并与所述电容动片刚性连接，两套所述电容传感器分别与所述处理电路板电连，所述悬吊架上还设置有用于对所述电容传感器进行零点调整的调零机构，所述正交设置的两套电容传感器为上、下正交分布在所述悬吊架上的第一电容传感器和第二电容传感器，所述调零机构包括对所述两套电容传感器分别进行零点调整的第一调零机构和第二调零机构，所述第一调零机构和第二调零机构均包括竖直固定设置在所述悬吊架上的竖向支板、上下移动设置在所述悬吊架上的调整杆、水平板，所述水平板的一端铰接设置在所述竖向支板上且与所述竖向支板垂直，所述水平板的另一端被所述调整杆的一端支撑，所述调整杆的另一端连接设置有用于驱动所述调整杆上下移动的调零电机，所述电容静片固定设置在所述水平板的上表面进而间接连接设置在所述悬吊架上，所述摆锤吊设在所述水平板的下表面进而间接吊设在所述悬吊架上。

2.根据权利要求1所述的地倾斜监测装置，其特征在于：所述悬吊架为由上、下、左、右支架依次连接形成的框架结构，所述悬吊架内中部固定设置有中间支架，所述第一调零机构的竖向支板固定设置在所述悬吊架的上支架上，所述第一调零机构的调整杆移动设置在所述悬吊架的上支架上，所述第二调零机构的竖向支板固定设置在所述悬吊架的中间支架上，所述第二调零机构的调整杆移动设置在所述悬吊架的中间支架上。

3.根据权利要求2所述的地倾斜监测装置，其特征在于：所述两套电容传感器均还包括标定装置，所述标定装置包括固设在摆锤上的摆锤线圈和与所述摆锤线圈配合使用的固设在所述悬吊架上的标定线圈，所述第一电容传感器的标定线圈固定设置在所述悬吊架的上支架上，所述第二电容传感器的标定线圈固定设置在所述悬吊架的中间支架上。

4.根据权利要求3所述的地倾斜监测装置，其特征在于：所述电容传感器还包括锁摆机构，所述锁摆机构包括转动电机、行程开关、锁摆线以及设置在所述摆锤两侧的锁臂，所述行程开关控制所述转动电机转动，所述锁摆线的一端连接所述转动电机，另一端连接所述锁臂。

5.根据权利要求1至4中的任意一项权利要求所述的地倾斜监测装置，其特征在于：所述地倾斜监测装置还包括定向调整机构，所述定向调整机构包括固设在所述装置外壳中部的固定轴、固设在所述悬吊架底部的转轴，所述固定轴与所述转轴之间齿轮啮合传动，所述转轴连接设置有定向调整电机。