CN115164840B - 一种一体式垌室地倾斜观测仪器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种一体式垌室地倾斜观测仪器，包括摆体和前置电器盒。所述摆体用于感知两分向地面倾斜量，由对称结构的摆系、五极板两分向电容位移传感器、调零机构、电控锁摆机构、仪器底板及摆体外壳构成。所述前置电器盒用于产生供给所述五极板两分向电容位移传感器的激励信号，并放大、解调出两路与地面倾斜呈线性关系的模拟电压输出信号，以及用于对所述摆体内的调零机构和锁摆电机进行本地和远程操控。所述摆系包括摆筒、悬挂簧片、摆杆和摆锤，所述摆筒为对称结构的构成摆系的支撑件，所述悬挂簧片为正交两自由度簧片组，所述簧片组的一端与所述摆筒相连，所述簧片组的另一端与所述摆杆相连，所述摆杆与所述摆锤互相连接。

Description

一种一体式垌室地倾斜观测仪器

技术领域

本发明涉及地震前兆地形变监测或水库大坝形变监测技术领域，尤其涉及一种一体式垌室地倾斜观测仪器。

背景技术

在地震监测预报活动中，地倾斜前兆观测是重要的手段之一。目前用于地倾斜观测的仪器结构如图3-4所示，包括南北向摆体31和东西向摆体32，各摆体分别包括：外壳体33、摆架34、扁丝35、摆锤36、电容位移传感器动极板37、定极板38、信号引线39、线路板40和调零机构41。在使用中发现存在以下缺点：1.东西、南北两分量采用各自独立的摆体，占地面积大。2.摆体的调零机构41暴露在外壳体33外，在山洞潮湿的环境下容易发生故障。3.与摆锤36相连的电容位移传感器动极板37上设有一根信号引线39，通过该信号引线39与线路板40连接，而该引线39附加的弹性力矩对仪器的稳定性不利。4.开锁摆操作需要在垌室现场打开摆体壳手动进行，有的甚至没有锁摆机构，只能在现场组装摆体，致使观测仪器安装架设工作繁杂，一般都需要厂家技术人员操作，给仪器使用者带来极大不便。因此急需一种一体式、小型化、使用方便、故障率低的垌室地倾斜观测仪器。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的缺陷，提出了一种一体式垌室地倾斜观测仪器。

本发明的一种一体式垌室地倾斜观测仪器，包括摆体和前置电器盒，所述摆体用于感知两分向地面倾斜量，由对称结构的摆系、五极板两分向电容位移传感器、调零机构、电控锁摆机构、仪器底板及摆体外壳构成，

所述前置电器盒用于产生供给所述五极板两分向电容位移传感器的激励信号，并放大、解调出两路与地面倾斜呈线性关系的模拟电压输出信号，以及用于对所述摆体内的调零机构和锁摆电机进行本地和远程操控，

其中，所述摆系包括摆筒、悬挂簧片、摆杆和摆锤，所述摆筒构成为对称结构的摆系的支撑件，所述悬挂簧片为正交两自由度簧片组，所述簧片组的一端与所述摆筒相连，所述簧片组的另一端与所述摆杆相连，所述摆杆与所述摆锤互相连接。

优选地，所述摆杆和所述摆锤为一体成型的无磁性金属件。

优选地，所述五极板两分向电容位移传感器用于感知所述摆锤相对于所述仪器底板两正交方向上的位移，包括：固定于所述摆筒内的4块定极板、兼做动极板的所述摆锤、兼做信号引线的所述摆杆和所述悬挂簧片。

优选地，所述调零机构包括调零底板、精密螺旋副及调零电机组件，所述调零底板为呈直角三角形的金属板，其两锐角端各设有一套精密螺旋副支撑于所述仪器底板上，通过所述调零电机组件调整所述调零底板的水平，所述摆筒固定在所述调零底板上。

优选地，所述电控锁摆机构包括：设置于所述摆筒内部的锁摆夹持组件；设置于所述摆筒外侧的锁摆电机；以及连接所述锁摆夹持组件和所述锁摆电机的传动曲轴。

优选地，所述传动曲轴安装有凸轮，所述摆筒外侧安装有行程开关，使得所述曲轴能在0°到180°之间转动，当所述曲轴在0°位置时，所述锁摆夹持组件牢固地夹持住所述摆杆呈锁摆状态，当所述曲轴在180°位置时所述锁摆夹持组件松开所述摆杆呈开摆状态。

优选地，所述仪器底板用于安装所述调零底板、所述摆体外壳以及引线插座。

优选地，所述摆体外壳为呈直角三角形的柱体罐，密封压接于所述仪器底板，用于密封所述摆系、所述调零机构以及所述电控锁摆机构。

优选地，在所述调零底板上正对所述摆锤下方位置设置有强磁磁铁，所述强磁磁铁用于对所述摆锤产生电涡流阻尼作用。

优选地，所述摆体外壳内设有软气囊，所述软气囊通过阻尼微孔通至壳外与大气相通，使得摆体内外气压平衡。

本发明具有如下有益效果：

本发明的一体式垌室地倾斜观测仪器，通过所述五极板两分向电容位移传感器实现了一体式两分向地倾斜观测。同时，去除了现有技术中传感器动极板的信号引线，有利于提高仪器的观测精度。此外，本发明中调零底板的设置不仅实现了电控调零功能，而且将调零机构密封于仪器壳体之内，避免了因环境潮湿引发故障。所述电控锁摆机构实现了不用打开摆体外壳的情况下电控开锁摆操作，极大地简化了仪器安装架设程序，为用户自行架设创造了条件。所述的电涡流阻尼机构和气压平衡装置无疑对提高仪器性能有益。

附图说明

图1是本发明一个实施例的一体式垌室地倾斜观测仪器的俯视图。

图2是本发明一个实施例的一体式垌室地倾斜观测仪器的侧视图。

图3是现有的地倾斜观测仪的内部结构俯视示意图。

图4是现有的地倾斜观测仪的内部结构侧视示意图。

图中：

1——调零底板 2——仪器底板

3——精密螺旋副及调零电机组件 4——摆筒

5——正交五极板电容位移传感器定极板 6——摆锤、兼做电容位移传感器动极板

7——正交两自由度悬挂簧片 8——锁摆夹持组件

9——锁摆电机 10——摆杆

11——传动曲轴 12——摆体外壳

13——引线插座 14——壳体法兰

15——阻尼磁铁 16——密封圈

17——软气囊 20——摆体

具体实施方式

以下将结合说明书附图对本发明的实施方式予以说明。需要说明的是，本说明书中所涉及的实施方式不是穷尽的，不代表本发明的唯一实施方式。以下相应的实施例只是为了清楚的说明本发明专利的发明内容，并非对对其实施方式的限定。对于该领域的普通技术人员来说，在该等实施例说明的基础上还可以做出不同形式的变化和改动，凡是属于本发明的技术构思和发明内容并且显而易见的变化或变动也在本发明的保护范围之内。

本发明的一种一体式垌室地倾斜观测仪器，是依据铅锤线原理，利用五极板电容位移传感器同时检测摆锤在两个相互正交方向上相对于底座的位移变化，进而转化成两个分量的地倾斜量。以及，调零机构和锁摆机构都封闭在摆体外壳内，并能电控操作。在地形变监测技术领域中，三极板电容位移传感器是常规的一维传感器，而本专利独创地将两组三极板电容位移传感器组合成一个五极板二维电容位移传感器，这种组合不是简单的机械拼装，而是将两个动极板合并成一个，其上承载着采用不同方法调制的两路各自独立的信号，也就是说一根信号线上传输着两种信号。下面结合附图对本发明的结构进行详细说明。

如图1、2所示，本发明的一种一体式垌室地倾斜观测仪器包括摆体20和前置电器盒(未图示)。所述摆体20用于感知两分向地面倾斜量，具体地，由对称结构的摆系、五极板两分向电容位移传感器、调零机构、电控锁摆机构、仪器底板2及摆体外壳12构成。

在优选的实施例中，所述前置电器盒用于产生供给所述五极板两分向电容位移传感器的激励信号，并对电容位移传感器输出的信号放大、解调出两路与地面倾斜呈线性关系的模拟电压输出信号，以及用于对所述摆体20内的所述调零机构和所述电控锁摆机构进行本地和远程操控。所述前置电器盒一般为一个盒体，盒体上设有数字屏和按钮，通过电缆与摆体20相连。本地操控是在前置电器盒上键控，远程操控是通过前置电器盒上的485接口由上位机操控。

在优选的实施例中，所述摆系包括摆筒4、悬挂簧片7、摆杆10和摆锤6。所述摆筒4构成摆系的支撑件，其内悬挂一个由摆杆10与摆锤6构成的摆。所述悬挂簧片7为正交两自由度簧片组。所述簧片组的一端与所述摆筒4内部顶端相连，所述簧片组的另一端与所述摆杆10相连，所述摆杆10与所述摆锤6互相连接。优选地，摆杆10呈圆柱状，摆锤6呈立方体的形状。优选地，所述摆杆10和所述摆锤6为一体成型的无磁性金属件。

在优选的实施例中，所述五极板两分向电容位移传感器用于感知所述摆锤相对于所述仪器底板两正交方向上的位移，包括：固定于所述摆筒内的正交分布的四块定极板5、兼做动极板的所述摆锤6、兼做信号引线的所述摆杆10和所述悬挂簧片7。所述五极板两分向电容位移传感器输出的复合信号经前置电器盒解调出两路模拟电压信号。应注意的是，所述复合信号，是由于利用一个摆(由摆杆10与摆锤6构成的摆)感知两个方向的倾斜变化，又从一根信号线(即兼做信号引线的所述摆杆10和所述悬挂簧片7构成的这跟信号线)上输出这两种信号，因此称为复合信号。

在优选的实施例中，所述调零机构包括调零底板1、精密螺旋副及调零电机组件3，所述调零底板1为呈直角三角形的金属板，其两锐角端各设有一套精密螺旋副3支撑于所述仪器底板2上，并通过所述精密螺旋副及调零电机组件3调整所述调零底板的水平。所述摆筒4固定在所述调零底板1上。可以本地和远程操控所述调零机构来进行电控调零。具体地，可以通过操控前置电器盒上的按键来控制调零电机运转进而带动精密螺旋副实现对述调零底板水平的调整，也可以通过前置电器盒上的485接口由上位机远程实现这一操控。

下面对于本发明地倾斜观测仪器的电控锁摆机构进行说明。所述电控锁摆机构包括：设置于所述摆筒4内部的锁摆夹持组件8；设置于所述摆筒4外侧的锁摆电机9；以及连接所述锁摆夹持组件8和所述锁摆电机9的传动曲轴11。

优选地，所述传动曲轴11安装有凸轮，所述摆筒4外侧安装有行程开关(未图示)，通过操作行程开关使得所述曲轴11能在0°到180°之间转动。当所述曲轴在0°位置时，所述锁摆夹持组件8牢固地夹持住所述摆杆10呈锁摆状态，当所述曲轴11在180°位置时所述锁摆夹持组件8松开所述摆杆10呈开摆状态。可以通过操控前置电器盒上的按键操控电控锁摆机构。

在优选的实施例中，所述仪器底板2用于安装所述调零底板1、所述摆体外壳12以及引线插座13。

优选地，所述摆体外壳12为呈直角三角形的柱体罐，密封压接于所述仪器底板2，用于密封所述摆系、所述五极板两分向电容位移传感器、所述调零机构以及所述电控锁摆机构。优选地，摆体外壳12与壳体法兰14焊接，用螺丝压接于装有密封圈16的仪器底板2上，从而将摆系、调零机构及电控锁摆机构密封。引线插座13用于与前置电器盒的电气连接。

优选地，在所述调零底板1上正对所述摆锤6下方位置设置有强磁磁铁15，所述强磁磁铁15用于对所述摆锤6产生电涡流阻尼作用。该电涡流阻尼机构有利于提高仪器性能。

优选地，所述摆体外壳12内还设有软气囊17，所述软气囊17通过阻尼微孔通至摆体外壳12的壳外与大气相通。该软气囊17可以起到平衡摆体内外气压的作用，从而减少大气压变化对摆体产生的影响，有利于提高仪器性能。

如上所述，本发明通过所述五极板两分向电容位移传感器实现了一体式两分向地倾斜观测。同时，本发明去除了现有技术中传感器动极板的信号引线，有利于提高仪器的观测精度。本发明采用调零底板的设置，不仅实现了电控调零功能，并且将调零机构密封于仪器壳体之内，避免了因环境潮湿引发故障。此外，所述电控锁摆机构实现了不用打开摆体外壳的情况下电控开锁摆操作，极大地简化了仪器安装架设程序，为用户自行架设创造了条件。以及，所述的电涡流阻尼机构和气压平衡装置有利于提高仪器性能。

显然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围。

Claims (8)

1.一种一体式垌室地倾斜观测仪器，其特征在于，包括摆体和前置电器盒，

所述摆体用于感知两分向地面倾斜量，由对称结构的摆系、五极板两分向电容位移传感器、调零机构、电控锁摆机构、仪器底板及摆体外壳构成，

所述前置电器盒用于产生供给所述五极板两分向电容位移传感器的激励信号，并放大、解调出两路与地面倾斜呈线性关系的模拟电压输出信号，以及用于对所述摆体内的调零机构和锁摆电机进行本地和远程操控，

其中，所述摆系包括摆筒、悬挂簧片、摆杆和摆锤，所述摆筒构成为对称结构的摆系的支撑件，所述悬挂簧片为正交两自由度簧片组，所述簧片组的一端与所述摆筒相连，所述簧片组的另一端与所述摆杆相连，所述摆杆与所述摆锤互相连接，

所述五极板两分向电容位移传感器用于感知所述摆锤相对于所述仪器底板两正交方向上的位移，包括：固定于所述摆筒内的4块定极板、兼做动极板的所述摆锤、兼做信号引线的所述摆杆和所述悬挂簧片，

在所述调零机构的调零底板上正对所述摆锤下方位置设置有强磁磁铁，所述强磁磁铁用于对所述摆锤产生电涡流阻尼作用。

2.根据权利要求1所述的一体式垌室地倾斜观测仪器，其特征在于，所述摆杆和所述摆锤为一体成型的无磁性金属件。

3.根据权利要求1所述的一体式垌室地倾斜观测仪器，其特征在于，所述调零机构包括所述调零底板、精密螺旋副及调零电机组件，所述调零底板为呈直角三角形的金属板，其两锐角端各设有一套精密螺旋副支撑于所述仪器底板上，通过所述调零电机组件调整所述调零底板的水平，所述摆筒固定在所述调零底板上。

4.根据权利要求1所述的一体式垌室地倾斜观测仪器，其特征在于，所述电控锁摆机构包括：设置于所述摆筒内部的锁摆夹持组件；设置于所述摆筒外侧的锁摆电机；以及连接所述锁摆夹持组件和所述锁摆电机的传动曲轴。

5.根据权利要求4所述的一体式垌室地倾斜观测仪器，其特征在于，所述传动曲轴安装有凸轮，所述摆筒外侧安装有行程开关，使得所述曲轴能在0º到180º之间转动，当所述曲轴在0º位置时，所述锁摆夹持组件牢固地夹持住所述摆杆呈锁摆状态，当所述曲轴在180º位置时所述锁摆夹持组件松开所述摆杆呈开摆状态。

6.根据权利要求1所述的一体式垌室地倾斜观测仪器，其特征在于，所述仪器底板用于安装所述调零底板、所述摆体外壳以及引线插座。

7.根据权利要求1所述的一体式垌室地倾斜观测仪器，其特征在于，所述摆体外壳为呈直角三角形的柱体罐，密封压接于所述仪器底板，用于密封所述摆系、所述调零机构以及所述电控锁摆机构。

8.根据权利要求1所述的一体式垌室地倾斜观测仪器，其特征在于，所述摆体外壳内设有软气囊，所述软气囊通过阻尼微孔通至壳外与大气相通，使得摆体内外气压平衡。