CN108363094B - 旋转地震计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了旋转地震计，包括支撑架、平衡架、电容组件及两组连接组件，支撑架包括底座、与底座相对设置的固定件及固定连接底座与该固定件的支撑件，平衡架设置于该底座与固定件之间；电容组件包括动极板和定极板，定极板与支撑件固定连接，动极板与平衡架固定连接；平衡架包括相对设置的上侧壁及下侧壁，两组连接组件包括两个第一连接块、两个第二连接块及至少两个簧片，两个第一连接块呈对角固定在该底座及该固定件上，两个第二连接块呈对角固定在该上侧壁及该下侧壁上，每个第一连接块与对应的第二连接块均通过至少一个簧片连接，两组连接组件在沿穿过平衡架中心点的水平方向对称位于该平衡架的两侧。其能高精度地测量地震动旋转分量。

Description

旋转地震计

技术领域

本发明涉及一种地震观测技术，尤其涉及一种旋转地震计。

背景技术

地震观测通常观测的是三分向平动速度或加速度。地震现场现象和有关研究都表明地震时会产生包括三分向转动量在内的六自由度地震动，近场震动尤其如此。地震动既存在平动分量，也存在转动分量，且两者往往对观测仪器交叉影响。完整的六自由度地震动观测对于了解震源特性、地震波传播特性及结构物抗震性能都有重要意义。

通常认为，地震动平动分量幅度大，占据主导地位，地震动转动分量幅度弱，因此旋转地震计必须克服平动地震动的影响，才能保证观测到的是幅度弱的转动分量。如何准确地测量地震动转动分量已成为本领域有待解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够高精度地测量地震动转动分量的旋转地震计。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种旋转地震计，包括支撑架、平衡架、电容组件及两组连接组件，该支撑架包括底座、与该底座相对设置的固定件及固定连接该底座与该固定件的支撑件，该平衡架设置于该底座与该固定件之间；

该电容组件包括动极板和定极板，该定极板与该支撑件固定连接，该动极板与该平衡架固定连接；

该平衡架包括相对设置的上侧壁及下侧壁，该两组连接组件包括两个第一连接块、两个第二连接块及至少两个簧片，两个第一连接块呈对角固定在该底座及该固定件上，两个第二连接块呈对角固定在该上侧壁及该下侧壁上，每个第一连接块与对应的第二连接块均通过至少一个簧片连接，两组连接组件在沿穿过平衡架中心点的水平方向对称位于该平衡架的两侧。

优选的，该平衡架的上侧壁及下侧壁相互平行设置，该平衡架包括连接该上侧壁及该下侧壁且相对设置的两个连接壁。

优选的，该旋转地震计还包括两组平衡组件，两组平衡组件分别设置在该连接壁上，每个平衡组件包括磁体和线圈，该线圈与该磁体活动连接，且该线圈位于该磁体的磁场中。

优选的，该连接壁的外侧面为弧形面，该磁体及该线圈为圆环形，该线圈套设在该磁体内，该磁体与该连接壁的弧形面贴合。

优选的，每组平衡组件还包括一个固定板，该线圈通过该固定板与该支撑件固定连接，两组平衡组件的固定板关于该平衡架的中心点对称。

优选的，该电容组件包括一个动极板和四个定极板，该四个定极板两两对称平行地置于该动极板的两侧，该四个定极板分别为第一定极板、第二定极板、第三定极板及第四定极板，该第一定极板与该第二定极板对称平行，该第三定极板与该第四定极板对称平行，该第一定极板与该第三定极板位于同一平面上，该第三定极板与该第四定极板位于同一平面上，该第一定极板与该第二定极板之间的距离大于该动极板的厚度。

优选的，该两个第一连接块和该两个第二连接块分别对应容置于该固定件及该底座内。

优选的，该动极板的两端开设容置槽，该平衡架收容在该容置槽内与该动极板固定连接。

优选的，每个第一连接块和每个第二连接块上均包括用于连接该簧片的倾斜面。

优选的，每组连接组件均包括两个该簧片，每组连接组件的两个簧片交错设置于该第一连接块和该第二连接块的倾斜面上。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

在上述实施方式中，其固定件或底座与地连接，簧片为一种可以弯曲转动但无法拉伸的柔性部件；当固定件和底座受到地震的平动分量时，其中两个平动方向由于簧片难以被拉伸或压缩，第一连接块就会带动第二连接块一起平动，而使整个地震计平动，又由于结构完全对称，另一个垂直于平衡架侧面方向的平动分量施加于其两组平衡组件的力大小与方向相同，形成的力矩互相抵消，进而使电容组件就无法感应地震的平动分量，进而达到消除平动分量的目的；而当固定件和底座受到地震的转动分量时，由于簧片可以弯曲转动，簧片就能使第二连接块相对第一连接块发生相对转动，而使与第二连接块固定的平衡架转动，从而使电容组件上的动极板发生相对转动，而电容组件具有精度高的优点，进而能把地震的转动分量转化成高精度的电压信号，因此能高精度地测量地震动转动分量。

附图说明

图1为本发明旋转地震计的立体结构示意图；

图2为图1中旋转地震计的分解示意图；

图3为图1中旋转地震计的电容组件的结构示意图；

图4为图1中旋转地震计的第一连接块的立体结构示意图；

图5为图1中旋转地震计的底座的立体结构示意图；

图6为图1中旋转地震计的俯视图；

图7为图1中旋转地震计的侧视图。

图中：1.旋转地震计；10.支撑架；11、底座；12、固定件；121、缺口；13、支撑件；20.平衡架；21、上侧壁；22、下侧壁；23、连接壁；24、收容空间；30、电容组件；31、动极板；311、容置槽；32、定极板；40、连接组件；41、第一连接块；411、倾斜面；412、螺纹孔；42、第二连接块；43、簧片；44、限位片；50、平衡组件；51、磁体；52、线圈；521、固定板；53、配重块。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

参阅图1及图2，一种旋转地震计1，其包括支撑架10、平衡架20、电容组件30及两组连接组件40。该支撑架10包括底座11、与该底座11相对设置的固定件12及固定连接该底座11与该固定件12的支撑件13，该平衡架20设置于该底座11与该固定件12之间。

结合图3，该电容组件30包括动极板31和定极板32，该定极板32与该支撑件13固定连接，该动极板31与该平衡架20固定连接；

该平衡架20包括相对设置的上侧壁21及下侧壁22，每组连接组件40包括两个第一连接块41、两个第二连接块42及至少两个簧片43，两个第一连接块41呈对角固定在该底座11及该固定件12上，两个第二连接块42呈对角分别固定在该上侧壁21及该下侧壁22上，每个第一连接块41与对应的第二连接块42均通过至少一个簧片43连接，两组连接组件40在沿穿过平衡架20中心点的水平方向对称位于该平衡架20的两侧。本实施方式中，该第一连接块41与该第二连接块42的结构大小相同，如此可以更好地保持平衡。

通过上述结构，固定件12或底座11与地连接，当固定件12和底座11受到地震动的其中两个方向的平动分量时，由于簧片43无法难以被拉伸或压缩，第一连接块41就会带动第二连接块42一起平动，而使整个地震计平动，又由于结构完全对称，另一个垂直于平衡架侧面方向的平动分量施加于其两组平衡组件50两边的力大小与方向相同，形成的力矩互相抵消，进而使电容组件30无法感应地震的平动分量，进而达到消除平动分量的目的；而当固定件12和底座11受到地震的转动分量时，由于簧片43可以弯曲转动，簧片43就能使第二连接块42相对第一连接块41发生相对转动，而使与第二连接块42固定的平衡架20转动，从而使电容组件30上的动极板31发生相对转动，而电容组件30具有精度高的优点，进而能把地震的转动分量转化成高精度的电压信号，因此就能高精度地测量地震动转动分量。

请结合图4-5，具体地，该底座11为槽体，其中一个第一连接块41固定于该底座11内，固定的方式可以为多种，例如螺纹连接等；该槽体的横截面呈“凸”字型，在固定第一连接块41的同时，还可以使整个结构更加稳定。在其他实施方式中，该底座11还可以是框体或者为板状部件，只要可以固定该第一连接块41即可。

该固定件12为U形框体，与该底座11相对设置，其中另一个第一连接块41与固定在该底座11上的第一固定块41呈对角设置固定于该固定件12上；该固定件12的U形开口端方便固定安装时进行操作。该支撑件13的形状大小不限，可以为方形的板材，也可以为支柱等等，本实施方式中，该支撑件13为长方形的板材。另外，该固定件12的两条互相平行地侧壁上还可开设L形缺口121，该缺口121便于安装支撑件13；该底座11、该固定件12及该支撑件13也可以为一体结构。该底座11与该固定件12的结构可以完全相同，底座11与该固定件12均可与大地相连。

该平衡架20为中空的框架结构，其包括相对平行设置的上侧壁21、下侧壁22、连接该上侧壁21及该下侧壁22的两端的两个连接壁23,该上侧壁21、该下侧壁22及两个连接壁围为一个收容空间24；两个第二连接块42呈对角分别固定在该上侧壁21及该下侧壁22上，具体设置在该上侧壁21及该下侧壁22的外侧面。每个第一连接块41与对应的第二连接块42均通过两个交叉设置的簧片43连接。具体地，每个第一连接块41和每个第二连接块42上均具有两个倾斜面411，两个簧片43贴合在该倾斜面411且上下交错设置。在其他实施方式中，每组连接组件40中的第一连接块41和第二连接块42之间也可以通过一个簧片43连接，此时俯视两组连接组件40中簧片43的正投影呈交叉形状。优选地，该倾斜面411上还设置有限位片44，该限位片44贴在该簧片43的上侧或下侧，限制簧片43的位置，使簧片43固定得更稳固。另外，为了使第一连接块41和第二连接块42更稳固，可在第一连接块41上设置利于固定连接底座11和固定件12的螺纹孔412，第二连接块42上设置利于固定连接平衡架20的螺纹孔412。

该电容组件30包括一个动极板31和四个定极板32。该电容组件30设置在该平衡架20的收容空间21内，位于该上侧壁21及该下侧壁22之间，该动极板31的与该平衡架20连接的两侧均开设容置槽311，该动极板31固定于该平衡架20上时，该上侧壁21及该下侧壁22刚好被夹设于该容置槽311内。该四个定极板32两两对称平行地置于该动极板31的两侧。具体地，该四个定极板32分别为第一定极板、第二定极板、第三定极板及第四定极板，该第一定极板与该第二定极板对称平行，该第三定极板与该第四定极板对称平行，该第一定极板与该第三定极板位于同一平面上，该第三定极板与该第四定极板位于同一平面上，该第一定极板与该第二定极板之间的距离大于该动极板31的厚度。本实施方式中，该动极板31和该定极板32上都镀有金属层或本身为金属件。上述结构便于形成两个电容，而形成差动电容式传感器，从而利于把转动分量转化成电压信号。

当该平衡架20转动时，使该动极板31与该平衡架20的转轴中心线重合，相比于其它位置，在转动相同的角度下，该动极板31的转动位移更小，从而使该动极板31与该定极板32不易接触短路，进而缩短该动极板31和该定极板32的安装间距，而有利于提高该电容组件30的分辨率和线性度，且利于安装该电容组件30。

结合图6-7，该旋转地震计1还包括两组平衡组件50，两组平衡组件50分别设置在该平衡架20两端的连接壁23上，该平衡组件50产生的反向作用力可防止动极板31转动过大而与定极板32接触短路。具体地，该平衡组件50包括磁体51、线圈52及固定板521，该线圈52与该磁体51活动连接，且线圈52设置在磁体51的磁场中；优选的，该连接壁23的外表面为弧形面，该磁体51及该线圈52为圆环形，该线圈52套设在该磁体51内，该磁体51与该连接壁23的弧形面贴合，该结构便于安装圆环形的磁体31且结构稳固，便于保持平衡；线圈52上固定有固定板521，该固定板521最优为T形板，固定板521的一端与支撑件13固定连接，该固定板521的另一端与线圈52连接，该结构使线圈52更稳定，也能使线圈52随固定板521运动切割磁感线；为了使地震计1的两端保持平衡，两组平衡组件50的固定板521关于该平衡架20的中心点对称；优选地，该磁体51上还可以设置有配重块53，该配重块53的质量和具体位置可根据平衡要求进行设计，配重块53也可设置在平衡架20上，而使平衡组件50的平衡效果更好。

在上述实施方式中，电容组件30在转动时会把转动分量转化成电压信号，该电容组件30上还包括反馈电路，该反馈电路能将转化后的电压信号再转化成电流输出到该线圈52的其中一个，该线圈52位于磁体51的磁场中，因而产生与地震旋转力相平衡的反向作用力，从而使本旋转地震计恢复至中心平衡位置，既能防止该电容组件30上的动极板31和定极板32接触而短路；也能提高动极板31和定极板32组成的差动电容传感器的线性度。当然反馈电路也能把电压信号传递给外部设备而用于分析地震的转动分量；另外，该线圈52的另一个线圈也位于磁体51的磁场中，对其施与电流可以产生旋转力矩，对地震计进行标定测试。又为了保持地震计左右平衡，两个线圈52关于平衡架20的中心点对称；另外，该磁体51可与该平衡架20一起转动，该磁体51的质量大于该线圈52的质量，能增加旋转地震计的转动惯量，而降低旋转地震计的噪声。

电容组件30包括差动电容式传感器，而差动电容式传感器常用于位移或角度检测，具有精度高和线性度好的优点，该簧片43为一种可以弯曲转动但无法拉伸的柔性部件；该旋转地震计安装好后，该固定件12或该底座11与地连接，当该固定件12或该底座11受到地震动的其中两个方向的平动分量时，由于该簧片43难以被拉伸或压缩，该固定件12和该底座11上的第一连接块41就会带动该第二连接块42与该平衡架20一起平动(平移)，而使整个地震计平动，又由于结构完全对称，另一个垂直于平衡架侧面方向的平动分量施加于其两组平衡组件50两边的力大小与方向相同，形成的力矩互相抵消，进而使电容组件30无法检测到地震的平动分量，而达到消除平动分量的目的；而当该固定件12和该底座11受到地震的转动分量时，由于该簧片43可以弯曲转动，该簧片43就能使该第二连接块42相对该第一连接块41发生相对转动，而使与该第二连接块42固定的平衡架20转动，从而使该电容组件30上的动极板31发生相对转动，而差动电容式传感器具有精度高的优点，进而能把地震的转动分量转化成精度高的电压信号，因此能高精度地测量地震动转动分量。

综述，本旋转地震计通过设置电容组件30、平衡组件50和支撑架10，极大地提高了旋转地震计的对称性和测量精度，能够克服地震动平动分量的影响，高精度地测量地震动转动分量，且其结构简单，成本低，适合推广。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种旋转地震计，其特征在于：包括支撑架、平衡架、电容组件及两组连接组件，该支撑架包括底座、与该底座相对设置的固定件及固定连接该底座与该固定件的支撑件，该平衡架设置于该底座与该固定件之间；

该电容组件包括动极板和定极板，该定极板与该支撑件固定连接，该动极板与该平衡架固定连接；

该平衡架包括相对设置的上侧壁及下侧壁，该每组连接组件包括两个第一连接块、两个第二连接块及至少两个簧片，两个第一连接块呈对角固定在该底座及该固定件上，两个第二连接块呈对角固定在该上侧壁及该下侧壁上，每组连接组件中的第一连接块和第二连接块之间通过一个簧片连接，俯视两组连接组件中簧片的正投影呈交叉形状，两组连接组件在沿穿过平衡架中心点的水平方向对称位于该平衡架的两侧；

该平衡架的上侧壁及下侧壁相互平行设置，该平衡架包括连接该上侧壁及该下侧壁且相对设置的两个连接壁；

该旋转地震计还包括两组平衡组件，两组平衡组件分别设置在该连接壁上，每个平衡组件包括磁体和线圈，该线圈与该磁体活动连接，且该线圈位于该磁体的磁场中；

每组平衡组件还包括一个固定板，该线圈通过该固定板与该支撑件固定连接，两组平衡组件的固定板关于该平衡架的中心点对称。

2.根据权利要求1所述的旋转地震计，其特征在于：该连接壁的外侧面为弧形面，该磁体及该线圈为圆环形，该线圈套设在该磁体内，该磁体与该连接壁的弧形面贴合。

3.根据权利要求1所述的旋转地震计，其特征在于：该电容组件包括一个动极板和四个定极板，该四个定极板两两对称平行地置于该动极板的两侧，该四个定极板分别为第一定极板、第二定极板、第三定极板及第四定极板，该第一定极板与该第二定极板对称平行，该第三定极板与该第四定极板对称平行，该第一定极板与该第三定极板位于同一平面上，该第三定极板与该第四定极板位于同一平面上，该第一定极板与该第二定极板之间的距离大于该动极板的厚度。

4.根据权利要求1所述的旋转地震计，其特征在于：该两个第一连接块和该两个第二连接块分别对应容置于该固定件及该底座内。

5.根据权利要求1所述的旋转地震计，其特征在于：该动极板的两端开设容置槽，该平衡架收容在该容置槽内与该动极板固定连接。