CN108562934A - 一种旋转地震计 - Google Patents

Abstract

一种旋转地震计，包括底座；至少一对支撑件，每对支撑件的一端固定于所述底座两侧；与所述至少一对支撑件固定连接的固定件，所述固定件位于支撑件远离所述底座的另一端；平衡架，设置于所述底座与所述固定件之间；设置于所述平衡架上的传感单元，所述传感单元用于检测平衡架的转动角度；第一连接器，包括交叉设置于底座和平衡架之间的至少两个第一柔性部件；第二连接器，包括交叉设置于固定件和平衡架之间的至少两个第二柔性部件。所述至少两个第一柔性部件的交叉中心轴与所述至少两个第二柔性部件的交叉中心轴重合，所述平衡架绕一该中心轴旋转。该旋转地震计测量精度高，平衡性好。

Description

一种旋转地震计

技术领域

本发明涉及地震观测技术领域，尤其涉及一种高精度旋转地震计。

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，因此测量转动分量的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。利用传统地震计技术来测量地震动转动分量，通常的做法是采用两个相同的地震计对称放置，将两个地震计的输出信号相减，消除平动地震动的影响。由于两个地震计难以做到完全一致，存在缺陷：地震的平动分量难以消除，导致测量精度不高。

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旋转地震计，其能消除平动分量对地震测量精度的影响。

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：

底座；

至少一对支撑件，每对支撑件的一端固定于所述底座两侧；

与所述至少一对支撑件固定连接的固定件，所述固定件位于支撑件远离所述底座的另一端；

平衡架，设置于所述底座与所述固定件之间；

设置于所述平衡架上的传感单元，所述传感单元用于检测平衡架的转动角度；

第一连接器，包括交叉设置于底座和平衡架之间的至少两个第一柔性部件；

第二连接器，包括交叉设置于固定件和平衡架之间的至少两个第二柔性部件。

所述至少两个第一柔性部件的交叉中心轴与所述至少两个第二柔性部件的交叉中心轴重合，所述平衡架绕一该中心轴旋转。

进一步的，所述第一连接器还包括第一连接件及第二连接件，所述至少两个第一柔性部件上下交叉设置于所述第一连接件与所述第二连接件之间；所述第一连接件固定于所述底座上，所述第二连接件固定于所述平衡架上。

进一步的，所述第二连接器还包括第三连接件及第四连接件，所述至少两个第二柔性部件上下交叉设置于所述第三连接件与所述第四连接件之间；所述第三连接件固定于所述固定件上，所述第四连接件固定于所述平衡架上。

进一步的，所述平衡架的中部具有一空腔，所述传感单元设置于所述空腔。

进一步的，所述传感单元为一差动电容传感器，所述差动电容传感器包括动极板和至少一对定极板，所述动极板设置在每对定极板之间且该动极板和该定极板间隔设置。

进一步的，所述动极板与所述平衡架固定连接，所述定极板与所述支撑件固定连接。

进一步的，还包括平衡组件，所述平衡组件设置于所述平衡架的一端或相对的两端。

进一步的，所述平衡组件包括线圈及围绕该线圈设置的磁体，所述磁体固定于平衡架的一端或相对的两端；所述磁体为圆环形且所述平衡组件的磁体与线圈同轴设置，所述线圈通过一横梁与一所述支撑件固定连接。

进一步的，所述传感单元上还设置有反馈电路，所述反馈电路用于将所述传感单元产生的电压信号转化成电流信号输出到线圈。

进一步的，所述旋转地震计进一步包括用于使平衡架保持水平平衡的配重块，所述配重块设置于所述平衡架上。

本发明的优点和有益效果是：

通过在第一连接器和第二连接器之间设置第一弹性件以及通过在第三连接器与第四连接器之间设置第二弹性件，且第一连接器与所述底座固定、第三连接器与所述固定件固定及第二连接器和第四连接器与所述平衡架固定，上述设置可使第二连接器及第四连接器受到的平动分量不能带动平衡架平动，进而消除平动分量对该旋转地震计测量精度的影响，进而提高本旋转地震计的测量精度。

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为本发明旋转地震计的爆炸结构示意图；

图3为本发明传感单元的立体结构示意图；

图4为本发明第一连接器的立体结构示意图；

图5为本发明第二连接器的立体结构示意图；

图6为本发明第三连接器的立体结构示意图；

图7为本发明第四连接器的立体结构示意图；

图8为本发明旋转地震计的侧视图；

图9为本发明旋转地震计的俯视图；

图10为本发明底座的立体结构示意图；

图11为本发明固定件的立体结构示意图。

图中：1、底座；2、支撑件；3、固定件；4、平衡架；5、传感单元；6、第一连接件；7、第二连接件；8、第一柔性部件；9、第三连接件；10、第四连接件；11、第二柔性部件；51、动极板；52定极板；12、连接孔；13、斜边；131、支撑片；14、平衡组件；141、线圈；142磁体；143、横梁；41、弧形面；15、配重块；101、凸形收容孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请一并参阅图1至图7，一种旋转地震计，包括底座1；至少一对支撑件2，每对支撑件2的一端固定于所述底座两侧；与所述至少一对支撑件2固定连接的固定件3，所述固定件3位于支撑件2远离所述底座1的另一端；平衡架4，设置于所述底座1与所述固定件3之间；设置于所述平衡架4上的传感单元5，所述传感单元5用于检测平衡架4的转动角度并将检测到的转动角度转化为电压信号并输出；第一连接器(图未示)，包括交叉设置于底座1和平衡架4之间的至少两个第一柔性部件8；第二连接器(图未示)，包括交叉设置于固定件3和平衡架4之间的至少两个第二柔性部件11。所述至少两个第一柔性部件8的交叉中心轴与所述至少两个第二柔性部件11的交叉中心轴重合，所述平衡架4绕一该中心轴旋转。需要说明的是，本发明所称的第一柔性部件8及第二柔性部件11，是指在旋转地震计工作状态下受到的可预见的外力(如地震的平动及转动)，导致的平衡架4与底座1和固定件3的相对运动对第一柔性部件8及第二柔性部件11施加的作用力下，第一柔性部件8及第二柔性部件11仅能产生弯曲，而不能发生拉伸或缩短的形变，或者发生细微的形变但不影响旋转地震计的测量精度，例如簧片、绵麻纤维等。可以理解，当地震时，平动分量作用于所述平衡架4上，由于受具有不可拉伸属性的第一柔性部件8及第二柔性部件11的对平动分量的限制，平动分量不能带动平衡架4平动，从而消除了平动分量且保留了转动分量，解决平动分量对该旋转地震计测量精度产生影响的问题。应该知道的是，如前所述的第一柔性部件8及第二柔性组件11的不可拉伸属性，是相对于在第一柔性部件8及第二柔性组件11在地震计工作状态下所受到的可预见的外力而言的，在该外力的作用下，第一柔性部件8及第二柔性组件11不发生形变或发生细微的形变但不影响旋转地震计的测量精度。

需要说明的是，在上述实施方式中，所述底座1、支撑件2以及所述固定件3可以是分开的结构也可以为一体成型的结构。

在本实施方式中，所述平衡架4的中部具有一横向空腔(图未士)，所述传感单元5设置于所述空腔内。

在本实施方式中，所述传感单元5为一差动电容传感器，所述差动电容传感器包括动极板51和至少一对定极板52，其中，所述定极板52优选为两对。所述动极板51和所述定极板52上都镀有金属层，所述动极板51设置在至少一对定极板52之间且该动极板51和该定极板52间隔设置。可以理解，所述差动电容压力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，当地震时，传感单元5的动极板21就会随平衡架10一起转动，并将转动角度转化为电压信号。在其他实施方式中，所述传感单元5还可为电阻式角度传感器、霍尔角度传感器等。

在本实施方式中，所述动极板51固定于所述平衡架4上，所述定极板52通过所述支撑件2固定在所述空腔的中部。在其他实施方式中，所述定极板52还可固定于所述固定件3上。

可以理解，由于所述传感单元5设置在所述空腔的中部，就能使动极板51随平衡架4转动时与平衡架4的转动中心重合，这样在相同的转角度下动极板51的转动位移小，动极板51和定极板52就不易接触短路，就可以缩短动极板51和定极板52的间距，而有利于提高传感单元5对位移或角度的测量精度。

在上述实施方式中，地面转动时，所述平衡架4相对于地面的转动角度满足下式：

式中，

φ(t)——转动部分相对于地的旋转角度

θ(t)——地相对于惯性系的旋转角度

D——阻尼系数

M——转动质量

r——转动质量与转动轴距离

K——簧片刚度系数

F——电磁反馈力。F＝BLmI，B为磁感应强度，Lm为线圈长度，I为加到线圈的电流。

在上述实施方式中，所述传感单元5上还设置有反馈电路(图未示)，所述反馈电路能把电压信号传递到外部设备而利于对地震转动分量的分析。根据不同的反馈电路设计，可使所述传感单元5输出的电压信号输出与地面转动速度或加速度成正比，成为旋转速度计或旋转加速度计。

综上，所述旋转地震计可消除平动分量对地震测量精度的影响，能极大地提高测量精度，且其结构简单稳定。然而，当旋转地震计在测量过程中，若不能实现良好的平衡性，同样会造成测量精度不高的问题。

请一并参阅图2、图4、图5、图6及图7，在一种优选的实施方式中，所述第一连接器还包括第一连接件6及第二连接件7，所述至少两个第一柔性部件8上下交叉设置于所述第一连接件6与所述第二连接件6之间；所述第一连接件6固定于所述底座1上，所述第二连接件固定于所述平衡架4上。所述第二连接器还包括第三连接件9及第四连接件10，所述至少两个第二柔性部件11上下交叉设置于所述第三连接件9与所述第四连接件10之间；所述第三连接件9固定于所述固定件3上，所述第四连接件10固定于所述平衡架4上。

在上述实施方式中，所述第一连接件6、第二连接件7、第三连接件9及第四连接件10的两侧均设有斜边13，所述斜边13便于第一柔性部件8或第二柔性部件11的安装，加强了该旋转地震计结构的稳定性。为了使第一弹性件8或第二弹性件11更加稳固，还可在斜边13上设置支撑片131。

可以理解，通过所述第一连接件6、第二连接件7、第三连接件9及第四连接件10的设置，加强了该旋转地震计结构的稳定性，进一步保证了该旋转地震计的测量精度。

请一并参阅图1、图2、图8及图9，在一种优选的实施方式中，所述旋转地震计进一步包括平衡组件14，所述平衡组件14的数量为一个或两个，所述平衡组件14设置于所述平衡架4一侧或相对的两侧，所述平衡组件14能使平衡架4在转动时两端保持平衡，不会出现转动误差。

在本实施方式中，所述平衡组件14包括线圈141及围绕所述线圈141设置的磁体142，所述磁体142为圆环形且所述平衡组件14的磁体142与线圈141同轴设置，所述磁体142通过所述线圈141的励磁而可动。该线圈141设置在该磁体142的侧边，与磁体142之间有空隙，所述线圈141通过一横梁143与一所述支撑件2固定连接，所述磁体142固定于所述平衡架4的一端或相对两端。更具体的，所述平衡架4的一侧或两侧分别设有一弧形面41，每个所述磁体142固定于一圆弧面41上。其中，所述弧形面41便于圆环形磁体142的安装。优选的，所述横梁143设置为T形。

在本实施方式中，所述反馈电路还能将所述传感单元5产生的电压信号转化成电流信号输出到线圈141，使线圈141带电。可以理解，当磁体31转动时就能切割磁感线从而产生反向作用力，能使平衡架4在转动时两端保持平衡，从而使本旋转地震计的旋转中心不发生偏移而保持平衡。可以理解，通过在所述平衡架4两端分别设置平衡组件14，该平衡组件14能使平衡架4在转动时两端保持平衡，避免产生转动误差，进一步减弱平动地震动的影响，使本旋转地震计的测量精度提高。

在本实施方式中，所述磁体142的重量远大于所述线圈141的重量。可以理解，所述平衡架4与所述磁体142作为转动部分，将所述磁体142的重量设置为远大于所述线圈141的重量，通过此结构可以增加转动惯量，降低自振频率和布朗噪声，有利于拓宽低频频带和降低噪声。

请一并参阅图1、图2、图10及图11，在一种优选的实施方式中，所述底座1为一框体，该框体中间设置有凸形收容孔101，所述第一连接件6固定于所述框体的内侧壁上，所述收容孔101用于收容所述第一连接件6及第二连接件7，需要说明的是，所述第二连接件7与底座1内侧壁不产生接触。所述固定件3为一U形框体，所述第三连接件9固定连接于所述U形框体的内侧壁上。

在本实施方式中，所述第一连接件6、第二连接件7、第三连接件9及第四连接件10均设置有多个连接孔12，所述第一连接件6通过所述连接孔12与所述底座1的内侧壁固定连接，所述第三连接件9通过所述连接孔12与所述所述U形框体的内侧壁固定连接，所述第二连接件7及第四连接件10分别通过所述连接孔12与所述平衡架4固定连接。

请一并参阅图8及图9，为了进一步的加强旋转地震计的平衡性，在一种优选的实施实施方式中，所述平衡架4或所述磁体31上可设置用于使平衡架4保持水平平衡的有配重块15，所述配重块15的质量和具体位置可根据平衡要求进行设计，使所述平衡架4或所述平衡组件14的平衡效果更好，优选的，所述配重块15可设置于所述平衡架4的一端。可以理解，通过在所述平衡架4或所述磁体31上设置有配重块15，进一步保证了旋转地震计的平衡性，使本旋转地震计的测量精度进一步提高。

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 (10)

1.一种旋转地震计，其特征在于，包括：

底座；

至少一对支撑件，每对支撑件的一端固定于所述底座两侧；

与所述至少一对支撑件固定连接的固定件，所述固定件位于支撑件远离所述底座的另一端；

平衡架，设置于所述底座与所述固定件之间；

设置于所述平衡架上的传感单元，所述传感单元用于检测平衡架的转动角度；

第一连接器，包括交叉设置于底座和平衡架之间的至少两个第一柔性部件；

第二连接器，包括交叉设置于固定件和平衡架之间的至少两个第二柔性部件。

所述至少两个第一柔性部件的交叉中心轴与所述至少两个第二柔性部件的交叉中心轴重合，所述平衡架绕一该中心轴旋转。

2.根据权利要求1所述的旋转地震计，其特征在于：所述第一连接器还包括第一连接件及第二连接件，所述至少两个第一柔性部件上下交叉设置于所述第一连接件与所述第二连接件之间；所述第一连接件固定于所述底座上，所述第二连接件固定于所述平衡架上。

3.根据权利要求1所述的旋转地震计，其特征在于：所述第二连接器还包括第三连接件及第四连接件，所述至少两个第二柔性部件上下交叉设置于所述第三连接件与所述第四连接件之间；所述第三连接件固定于所述固定件上，所述第四连接件固定于所述平衡架上。

4.根据权利要求1所述的旋转地震计，其特征在于：所述平衡架的中部具有一空腔，所述传感单元设置于所述空腔。

5.根据权利要求1或4所述的旋转地震计，其特征在于：所述传感单元为一差动电容传感器，所述差动电容传感器包括动极板和至少一对定极板，所述动极板设置在每对定极板之间且该动极板和该定极板间隔设置。

6.根据权利要求5所述的旋转地震计，其特征在于：所述动极板与所述平衡架固定连接，所述定极板与所述支撑件固定连接。

7.根据权利要求1或2或3或4或6所述的旋转地震计，其特征在于：还包括平衡组件，所述平衡组件设置于所述平衡架的一端或相对的两端。

8.根据权利要求7所述的旋转地震计，其特征在于：所述平衡组件包括线圈及围绕该线圈设置的磁体，所述磁体固定于平衡架的一端或相对的两端；所述磁体为圆环形且所述平衡组件的磁体与线圈同轴设置，所述线圈通过一横梁与一所述支撑件固定连接。

9.根据权利要求5所述的旋转地震计，其特征在于：所述传感单元上还设置有反馈电路，所述反馈电路用于将所述传感单元产生的电压信号转化成电流信号输出到线圈。

10.根据权利要求1所述的旋转地震计，其特征在于：所述旋转地震计进一步包括用于使平衡架保持水平平衡的配重块，所述配重块设置于所述平衡架上。