CN107315191A - 一种地震仪自动调平锁紧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种地震仪自动调平锁紧装置，涉及海洋地震观测技术领域。所述地震仪自动调平锁紧装置包括传感器，其设置于地震仪顶部，用于检测所述地震仪是否水平；调平机构，其包括外平衡环、内平衡环和夹紧环，地震仪固定于夹紧环内，地震仪的重心低于夹紧环所在的水平面，夹紧环枢接于内平衡环内部，内平衡环枢接于外平衡环内部；两组锁紧机构，其分别用于锁紧夹紧环与内平衡环的相对位置以及内平衡环与外平衡环的相对位置；控制组件，其分别与传感器和两组锁紧机构电连接，用于接收传感器的检测结果，并向两组锁紧机构发送操作指令。本发明通过提供一种地震仪自动调平锁紧装置，解决了海底地震仪难以实现自动调平并锁紧的问题。
Description
技术领域
本发明涉及海洋地震观测技术领域，尤其涉及一种地震仪自动调平锁紧装置。
背景技术
天然地震波的频带非常宽，根据地震观测频带不同，将地震仪分为短周期地震仪、宽频带地震仪、甚宽频带地震仪等，对于海底地震观测来说也是需要不同频带的地震仪来观测发生在海底的地震。
宽频带地震仪广泛应用于地壳运动、资源勘探开发、地球内部结构成像以及海底动力学过程监测等研究领域，地震仪属于高精度的仪器，对于方位比较敏感，尤其是垂直方向。当地震仪处于倾斜状态且超出仪器所允许的极限范围(通常±3°以内)，会严重影响地震仪的正常工作，继而影响地震仪记录的数据质量，因此为保证仪器正常工作，地震仪需要在运行前进行调平。在陆地上实现这个功能时非常简单，目前主要通过手动调节安装在地震仪底部的调节螺母以锁紧地震仪，并结合水平仪来保证地震仪处于水平状态。但对于工作在深海的海底地震仪来说，调平锁紧仍然是一项艰巨的挑战。
因此，为能够实现地震仪自动调平并锁紧，亟待需要一种地震仪自动调平锁紧装置解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地震仪自动调平锁紧装置，以解决海底地震仪难以实现自动调平并锁紧的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种地震仪自动调平锁紧装置，包括：传感器，其设置于地震仪顶部，用于检测所述地震仪是否水平；调平机构，其包括外平衡环、内平衡环和夹紧环，地震仪固定于夹紧环内，地震仪的重心低于夹紧环所在的水平面，夹紧环枢接于内平衡环内部，内平衡环枢接于外平衡环内部；两组锁紧机构，其分别用于锁紧夹紧环与内平衡环的相对位置以及内平衡环与外平衡环的相对位置；控制组件，其分别与传感器和两组锁紧机构电连接，用于接收传感器的检测结果，并向两组锁紧机构发送操作指令。
作为优选，两组锁紧机构包括第一锁紧机构和第二锁紧机构，第一锁紧机构设置于外平衡环与内平衡环之间，第二锁紧机构设置于内平衡环和夹紧环之间。
作为优选，外平衡环通过外转轴与内平衡环枢接，当第一锁紧机构解锁时，内平衡环能够绕外转轴相对外平衡环自由旋转，外转轴处设置有深沟球轴承。
作为优选，外平衡环通过安装孔固定于保护地震仪的设备上。
作为优选，夹紧环通过内转轴与内平衡环相连接，当第二锁紧机构解锁时，夹紧环能够绕内转轴相对内平衡环自由旋转，内转轴处设置有深沟球轴承，内转轴与外转轴相垂直。
作为优选，外转轴包括第一外转轴和第二外转轴，内转轴包括第一内转轴和第二内转轴。
作为优选，第一锁紧机构和第二锁紧机构均设置有固定组件，固定组件包括：固定基座，其通过螺纹分别固定于第一外转轴处和第一内转轴处；电机支座，其通过螺纹固定于固定基座上。
作为优选，第一锁紧机构和第二锁紧机构均设置有传动组件，传动组件包括：减速电机，减速电机固定于电机支座上，并与控制组件电连接；梯形丝杆，其通过弹性联轴器与减速电机连接，梯形丝杆的摩擦角大于螺纹升角；丝杆螺母，其与梯形丝杆螺纹连接。
作为优选，第一锁紧机构和第二锁紧机构均设置有制动组件，制动组件包括：刹车碟，其与丝杆螺母连接；弹性隔膜，其分别套接于第一外转轴上和第一内转轴上；刹车片，其通过螺纹与弹性隔膜固定，弹性隔膜嵌套于刹车片内部；转轴，刹车碟通过转轴与固定基座连接。
作为优选，地震仪通过走线与控制组件相连接，走线经第二外转轴和第二内转轴穿出。
本发明的有益效果：
本发明通过提供一种地震仪自动调平锁紧装置，采用调平机构和两组锁紧机构，并利用重力原理，解决了海底地震仪难以实现自动调平并锁紧的问题；采用震仪的重心低于夹紧环所在水平面的设置方式，保证了只要地震仪发生倾斜，就会由于重力所产生的复原力矩驱动调平机构进行调平；通过在外平衡环与内平衡环之间，以及内平衡环与夹紧环之间设置锁紧机构的方式，使得传感器检测到地震仪调平后，利用控制组件控制锁紧机构锁紧该自动调平锁紧装置；采用梯形丝杆的摩擦角大于螺纹升角方式，确保了锁紧机构具有自锁功能，使得锁紧机构能够牢牢锁紧；采用走线穿过第二外转轴和第二内转轴的方式，确保地震仪能够360度自由旋转而不受走线的束缚。
附图说明
现将仅通过示例的方式，参考所附附图对本发明的实施方式进行描述，其中
图1是本发明具体实施方式提供的地震仪自动调平锁紧装置中一个视角下的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式提供的地震仪自动调平锁紧装置中另一个视角下的结构示意图；
图3是图1中第一锁紧机构的局部放大图；
图4是图1自动调平锁紧装置的外转轴中心剖面图；
图5是图1自动调平锁紧装置的内转轴中心剖面图；
图6是图1自动调平锁紧装置的控制流程图。
图中标记如下：
1、地震仪；11、传感器；
2、调平机构；21、外平衡环；211、安装孔；22、内平衡环；23、夹紧环；
3、锁紧机构；31、第一锁紧机构；32、第二锁紧机构；311、固定基座；312、电机支座；313、减速电机；314、梯形丝杆；315、丝杆螺母；316、刹车碟；317、转轴；318、弹性隔膜；319、刹车片；
41、第一外转轴；42、第二外转轴；
51、第一内转轴；52、第二内转轴。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1至图5所示，本实施方式提供一种地震仪自动调平锁紧装置，包括传感器11，其设置于地震仪1顶部，传感器11为倾角传感器，用于检测地震仪1是否水平；调平机构2，其包括外平衡环21、内平衡环22和夹紧环23，地震仪1固定于夹紧环23内，地震仪1的重心低于夹紧环23所在的水平面，夹紧环23枢接于内平衡环22内部，内平衡环22枢接于外平衡环21内部；两组锁紧机构3，其分别用于锁紧夹紧环23与内平衡环22的相对位置以及内平衡环22与外平衡环21的相对位置；控制组件，其分别与传感器11和两组锁紧机构3电连接，用于接收传感器11的检测结果，并向两组锁紧机构3发送操作指令。本发明通过采用调平机构2和两组锁紧机构3，并利用重力原理，解决了海底地震仪难以实现自动调平并锁紧的问题。
具体地，两组锁紧机构3包括第一锁紧机构31和第二锁紧机构32，第一锁紧机构31设置于外平衡环21与内平衡环22之间，第二锁紧机构32设置于内平衡环22和夹紧环23之间，以使两组锁紧机构3锁紧夹紧环23与内平衡环22的相对位置以及内平衡环22与外平衡环21的相对位置。具体地，外平衡环21通过外转轴与内平衡环22枢接，当第一锁紧机构31解锁时，内平衡环22能够绕外转轴相对外平衡环21自由旋转，外转轴处设置有深沟球轴承，深沟球轴承具有摩擦阻力小和转速高的优点，可以承受来自径向或轴向负荷。具体地，外平衡环21通过安装孔211固定于保护地震仪1的设备上，以提供整个地震仪自动调平锁紧装置的防护与支撑。具体地，夹紧环23通过内转轴与内平衡环22枢接，当第二锁紧机构32解锁时，夹紧环23能够绕内转轴相对内平衡环22自由旋转，内转轴处设置有深沟球轴承，内转轴与外转轴相垂直。内转轴于外转轴优选为相互垂直设置，交错设置也是完全可以的，在此，相互垂直设置的好处是地震仪1的调平效果最好。
具体地，外转轴包括第一外转轴41和第二外转轴42，内转轴包括第一内转轴51和第二内转轴52。第一锁紧机构31和第二锁紧机构32均设置有固定组件，固定组件包括：固定基座311，其通过螺纹分别固定于第一外转轴41处和第一内转轴51处；电机支座312，其通过螺纹固定于固定基座311上，固定组件通过固定基座和电机支座将两组锁紧机构3牢牢固定于外平衡环21和内平衡环22上。具体地，第一锁紧机构31和第二锁紧机构32均设置有传动组件，传动组件包括：减速电机313，减速电机313固定于电机支座312上，并与控制组件电连接；梯形丝杆314，其通过弹性联轴器与减速电机313连接，梯形丝杆314的摩擦角大于螺纹升角；丝杆螺母315，其与梯形丝杠314螺纹连接，两组锁紧机构3通过传动组件与控制组件相连接，并固定于固定组件上，将接收到控制组件的控制信号并发送制动指令。具体地，第一锁紧机构31和第二锁紧机构32均设置有制动组件，制动组件包括：刹车碟316，其与丝杆螺母315连接；弹性隔膜318，其分别固定于第一外转轴41上和第一内转轴51上；刹车片319，其通过螺纹与弹性隔膜318固定，弹性隔膜318嵌套于刹车片319内部；转轴317，刹车碟316通过转轴317与固定基座311连接，制动组件接收传动组件的制动指令，并发出制动动作，以实现两组锁紧机构3对整个装置的锁紧。具体地，地震仪1通过走线与控制组件相连接，走线经第二外转轴42和第二内转轴52穿出。
其中，两组锁紧机构3通过固定基座311分别固定于外平衡环21与内平衡环22上；电机支座312起到支撑电机的作用；减速电机313优选为直流微型减速电机，这样能够确保当有堵转电流时，减速电机能够及时响应指令，完成减速直至停止动作，微型则适用于该地震仪自动调平锁紧装置，符合本发明的具体设置方式；弹性联轴器分别与梯形丝杆314和减速电机313相连接，其弹性作用以用于补偿径向、角向和轴向偏差，能够零间隙地通过梯形丝杆314和减速电机313的连接传递扭矩；梯形丝杆314的摩擦角大于螺纹升角，优选为采用30°梯形丝杆，这样确保其具有自锁功能，使得刹车碟316牢牢夹紧刹车片319；当倾角传感器11检测到地震仪1水平后，控制组件控制减速电机313运转，电机驱动梯形丝杆314转动，带动丝杆螺母315与刹车碟316向上运动，直至夹紧刹车片319，此时弹性隔膜318发生弹性变形，阻止刹车碟316向上运动；减速电机313发生堵转，控制组件检测到堵转电流而控制电机停止转动；刹车碟316由前后两块刹车板组成，刹车片319设置为两边窄中间宽的形式，两块刹车板之间的距离能够与刹车片319相适配，以满足当刹车碟316提升时，刹车片319被刹车碟316前后锁住，进而内平衡环22与夹紧环23之间，外平衡环21与内平衡环22之间不再发生转动，从而整个装置被锁紧。为保证地震仪1可360°旋转，地震仪1的走线(数据传输、电源线)不会因为旋转而发生缠绕，以至限制地震仪1的旋转运动，地震仪1的走线均由第二外转轴42和第二内转轴52的中心孔引出，即第二外转轴42和第二内转轴52中心开通孔来保证引线通过，如图4至图5所示。
具体地，本发明所应用的工作原理及工作过程如下：
由于地震仪1的重心低于内转轴轴线所在的水平面，只要地震仪1发生倾斜，重力所产生的复原力矩将驱动夹紧环23、内平衡环22分别沿着各自轴线旋转，地震仪1的复原力矩为：
mgrsin(θ) (1)
式(1)中mg为地震仪1的重力，r为地震仪1重心到内平衡环中心线的距离，θ为垂线与重心到轴心连线的夹角。
当地震仪1的重心与平台的中心重合时，复原力矩为零，地震仪1停止转动，恢复到水平位置，倾角传感器11检测到地震仪1水平，控制组件控制减速电机313运转，第一锁紧机构31与第二锁紧机构32同时锁紧。
地震仪1调平后，受到外界微小的扰动，依然会发生转动，这样一来，地震仪1所记录的地面微小的震动的数据将不准确，必须对调平后的地震仪1进行锁紧，使得地震仪1与外壳之间不发生相对运动，保持准确的记录地震动的信息。
如图6所示，本发明具体实施方式提供的地震仪自动调平锁紧装置的控制流程图。该地震仪自动调平锁紧装置包括：传感器11、调平机构2、锁紧机构3和控制组件，控制组件包括微处理器和控制电路。控制组件及倾角传感器11连接在地震仪上的一水平台阶面，地震仪1则通过夹紧环23与调平机构2相连，两组锁紧机构3分别安装在调平机构2的外转轴和内转轴附近。
此外，该自动调平锁紧装置不限于地震仪领域的应用。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种地震仪自动调平锁紧装置，其特征在于，包括：
传感器(11)，其设置于地震仪(1)顶部，用于检测所述地震仪(1)是否水平；
调平机构(2)，其包括外平衡环(21)、内平衡环(22)和夹紧环(23)，所述地震仪(1)固定于所述夹紧环(23)内，所述地震仪(1)的重心低于所述夹紧环(23)所在的水平面，所述夹紧环(23)枢接于所述内平衡环(22)内部，所述内平衡环(22)枢接于所述外平衡环(21)内部；
两组锁紧机构(3)，其分别用于锁紧所述夹紧环(23)与所述内平衡环(22)的相对位置以及所述内平衡环(22)与所述外平衡环(21)的相对位置；
控制组件，其分别与所述传感器(11)和两组所述锁紧机构(3)电连接，用于接收所述传感器(11)的检测结果，并向两组所述锁紧机构(3)发送操作指令。
2.根据权利要求1所述的自动调平锁紧装置，其特征在于，两组所述锁紧机构(3)包括第一锁紧机构(31)和第二锁紧机构(32)，所述第一锁紧机构(31)设置于所述外平衡环(21)与所述内平衡环(22)之间，所述第二锁紧机构(32)设置于所述内平衡环(22)和所述夹紧环(23)之间。
3.根据权利要求2所述的自动调平锁紧装置，其特征在于，所述内平衡环(22)通过外转轴与所述外平衡环(21)枢接，当所述第一锁紧机构(31)解锁时，所述内平衡环(22)能够绕外转轴相对所述外平衡环(21)自由旋转，所述外转轴上设置有深沟球轴承。
4.根据权利要求1所述的自动调平锁紧装置，其特征在于，所述外平衡环(21)通过安装孔(211)固定于保护所述地震仪(1)的设备上。
5.根据权利要求3所述的调平锁紧装置，其特征在于，所述夹紧环(23)通过内转轴与所述内平衡环(22)相连接，当所述第二锁紧机构(32)解锁时，所述夹紧环(23)能够绕内转轴相对所述内平衡环(22)自由旋转，所述内转轴上设置有深沟球轴承，所述内转轴与所述外转轴相垂直。
6.根据权利要求5所述的自动调平锁紧装置，其特征在于，所述外转轴包括第一外转轴(41)和第二外转轴(42)，所述内转轴包括第一内转轴(51)和第二内转轴(52)。
7.根据权利要求6所述的自动调平锁紧装置，其特征在于，所述第一锁紧机构(31)和所述第二锁紧机构(32)均设置有固定组件，所述固定组件包括：
固定基座(311)，其通过螺纹分别固定于所述第一外转轴(41)处和所述第一内转轴(51)处；
电机支座(312)，其通过螺纹固定于所述固定基座(311)上。
8.根据权利要求7所述的自动调平锁紧装置，其特征在于，所述第一锁紧机构(31)和所述第二锁紧机构(32)均设置有传动组件，所述传动组件包括：
减速电机(313)，所述减速电机(313)固定于所述电机支座(312)上，并与所述控制组件电连接；
梯形丝杆(314)，其通过弹性联轴器与所述减速电机(313)连接，所述梯形丝杆(314)的摩擦角大于螺纹升角；
丝杆螺母(315)，其与所述梯形丝杆(314)螺纹连接。
9.根据权利要求8所述的自动调平锁紧装置，其特征在于，所述第一锁紧机构(31)和所述第二锁紧机构(32)均设置有制动组件，所述制动组件包括：
刹车碟(316)，其与所述丝杆螺母(315)连接；
弹性隔膜(318)，其分别套接于所述第一外转轴(41)上和所述第一内转轴(51)上；
刹车片(319)，其通过螺纹与所述弹性隔膜(318)固定，所述弹性隔膜(318)嵌套于所述刹车片(319)内部；
转轴(317)，所述刹车碟(316)通过所述转轴(317)与所述固定基座(311)连接。
10.根据权利要求6～9中任一项所述的自动调平锁紧装置，其特征在于，所述地震仪(1)通过走线与所述控制组件相连接，所述走线经所述第二外转轴(42)和所述第二内转轴(52)穿出。
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Application publication date: 20171103 Assignee: Shenzhen Heman Marine Technology Co.,Ltd. Assignor: Southern University of Science and Technology Contract record no.: X2021990000518 Denomination of invention: An automatic leveling locking device for seismograph License type: Exclusive License Record date: 20210823 |
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