CN205333870U - 具有低固有频率的稳定倒立摆都柱结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种具有低固有频率的稳定倒立摆都柱结构，由底座和竖直放置于其上的柱状体组成。柱状体底部与底座上表面之间为球面对平面或球面对球面的接触。根据本实用新型方法确定球面半径和柱状体重心高度可使其成为具有低固有频率的稳定倒立摆。本实用新型提出的具有低固有频率的稳定倒立摆地动仪都柱结构具有结构简单，对弱地震动位移感应灵敏而抗高频干扰震动能力强的优点，并在地震动位移达到设置值时会引起倒柱警示，作为地震动监测仪器的感应部件优于悬锤摆等现有结构。
Description
技术领域
本实用新型属于地震动监测技术领域，具体涉及一种用于地震仪、地动仪中感应地震动的具有低固有频率的稳定倒立摆地动仪都柱结构。
背景技术
地震仪、地动仪以弱地震动为主要的测量对象，通常采用位移测量方式以避免高频干扰震动的影响。为使其尽可能准确的对低频弱地震动作出响应，要求地震动感应部件具有尽可能低的固有频率。具有低固有频率的地震动感应部件一般都结构复杂或尺寸巨大。我国张衡于公元132年采用“都柱”结构造出的“候风地动仪”，是最早有记录的地动仪，但其结构已失传。1855年意大利科学家卢帕尔米里发明了第一台真正意义上的地震仪，这台机器使用装满水银的圆管并装有电磁装置，具有复杂的机械系统。英国地震学家米尔恩于1892年发明的悬摆地震仪是现代地震仪的典型结构，该地震仪高达6米、重25公斤，现代大部分机械式地震仪仍然按照其原理进行设计，尺寸很难得到控制。
本实用新型提出的具有低固有频率的稳定倒立摆都柱结构，是一种结构简单，以较小尺寸实现低固有频率的地震动位移感应部件，远优于悬锤摆等地震动位移感应部件的结构。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种稳定倒立摆地震动位移感应部件结构，可用于制作地震动监测仪器。
本实用新型提出的具有低固有频率的稳定倒立摆都柱结构，由底座和柱状体组成，其中：柱状体竖直放置于底座上方，柱状体底部与底座上表面的接触型式为：凸球面对平面、凸球面对凹球面或凸球面对凸球面的接触中任一种：
凸球面对平面的接触型式为：柱状体底部接触处采用凸球面，底座上表面接触处采用平面；或者：柱状体底部接触处采用平面，底座上表面接触处采用凸球面；
凸球面对凹球面的接触型式为：柱状体底部接触处采用凸球面，底座上表面接触处采用凹球面；或者：柱状体底部接触处采用凹球面，底座上表面接触处采用凸球面；
凸球面对凸球面的接触型式为：柱状体底部与底座上表面接触处均采用凸球面。
本实用新型中，当采用凸球面对平面的接触型式时，接触处凸球面半径RTQ大于柱状体的重心高度HG；
当接触型式为凸球面对凹球面时，接触处凹球面半径RAQ大于凸球面半径RTQ，且凹球面半径、凸球面半径与柱状体的重心高度HG满足；
当接触型式为凸球面对凸球面时，两凸球面半径与柱状体的重心高度HG满足。
本实用新型中，适当选择柱状体底部与底座上表面接触处的球面半径及柱状体的重心高度的数值，使柱状体的微幅摆动具有很低的固有频率。
本实用新型中，柱状体底部或底座上表面设置有限制柱状体底部与底座上表面之间有效接触区大小的结构。
本实用新型中，柱状体总高度H0大于柱状体的重心高度HG。
本实用新型中，按接触型式要求设计的都柱结构柱状体在微幅摆动时其重心会有略微提高，使其自动回复至平衡位置，从而形成稳定倒立摆结构。较小幅度的底座水平移动仅引起结构中柱状体的摆动而不会使其倾倒。适当选择柱状体底部与底座上表面接触处的球面半径及柱状体重心高度的数值，可以使柱状体的微幅摆动具有很低的固有频率。柱状体底部或底座上表面设置有限制柱状体底部与底座上表面之间有效接触区大小的结构，有效接触区的直径dJC由结构中较小的接触面决定。有效接触区直径dJC用于确定引起柱状体倾倒所需的底座水平位移值，当底座水平位移达到由dJC确定的倒柱位移值时柱状体将倾倒。因柱状体总高度H0大于重心高度HG，在底座水平位移引起柱状体摆动时，柱状体顶端相对底座的摆幅大于底座的水平位移，可实现对地震动位移的放大观测。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型结构简单，固有频率和都柱倾倒位移设定方便，且可以以较小的尺寸实现极低的固有频率，同时由于柱状体总高度大于其重心高度，在底座位移引起柱状体摆动时，柱状体顶端摆幅大于底座位移，可实现对底座位移的放大观测，优于现有悬锤摆等地震动监测仪结构。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的结构中柱状体与底座间为凸球面对平面接触型式的示意图；其中：(ａ)为柱状体凸球面底部与底座平面上表面的接触，(ｂ)为为柱状体平面底部与底座凸球面上表面的接触；
图3是本实用新型的结构中柱状体与底座间为凸球面与凹球面接触型式示意图；其中：(ａ)为柱状体凸球面底部与底座凹球面上表面的接触，(ｂ)为柱状体凹球面底部与底座凸球面上表面的接触；
图4是本实用新型的结构中柱状体与底座间为凸球面与凸球面接触型式示意图；
图5是本实用新型的结构中设定倒柱地震动位移值的有效接触区直径dJC示意图；其中：(ａ)为由柱状体底部结构设置的有效接触区，(b)为由底座上表面结构设置的有效接触区；
图6是本实用新型实施例１的结构图示；
图中标号：1-底座，2-都柱下端，3-重心调节块，4-都柱上端，５-柱状体。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图进一步说明本实用新型。
实施例１：图1所示的是本实用新型的一种具体实施方式。本实用新型提供的具有低固有频率的稳定倒立摆地动仪都柱结构，由底座和竖直放置于底座上方的柱状体组成。柱状体底部与底座上表面的接触型式可为凸球面对平面、凸球面对凹球面或凸球面对凸球面的接触，分别如图2-4所示。其中，凸球面对平面的接触型式又可分为：柱状体底部接触处采用凸球面，底座上表面接触处采用平面；或者柱状体底部接触处采用平面，底座上表面接触处采用凸球面。凸球面对凹球面的接触型式可分为：柱状体底部接触处采用凸球面，底座上表面接触处采用凹球面；或者柱状体底部接触处采用凹球面，底座上表面接触处采用凸球面。柱状体与底座接触处的结构型式可为上述型式的任意一种，而其结构参数按前述要求设计，则该结构即成为稳定的倒立摆结构。适当选择结构参数，可使结构具有很低的固有频率。在柱状体底部或底座上表面设置限制柱状体底部与底座上表面之间有效接触区大小的结构，如图5所示，有效接触区的直径dJC决定了引起柱状体倾倒所需的底座水平位移值。柱状体总高度大于其重心高度，在底座水平位移引起柱状体摆动时，柱状体顶端相对底座的摆幅大于底座的水平位移。该结构可用于作为地震仪、地动仪的地震动感应部件
如图6所示，底座1放置于水平面内，其上表面中心部分为凹球面。为便于加工，柱状体由都柱下端2和都柱上端4组合而成，其都柱上端４部分套有可上下移动的重心调节块3。都柱下端２底部为凸球面，放置在底座凹球面内。该设备的各参数按前述要求设计，在地面发生水平震动时将引起都柱摆动。在都柱结构形状及参数存在制造误差时，可用试验的方法，通过对重心调节块3位置的改变调整系统固有频率至很低。调节块3的设置有效降低了对接触处球面半径加工精度的要求。因都柱杆长大于重心高度，都柱上端顶部相对于地面的摆幅较地面震幅大而易于观测。当地震强度达到设备设定的监测级别，即地面震幅大于设备设定的倾倒位移值时会引起都柱倾倒作为指示，而对于高频低幅震动则不会引起倒柱警示。
以上的描述和附图表示了本实用新型的优选实施例。可以理解，在不背离由所附权利要求所定义的本实用新型的原理的精神和范围的条件下，各种增加、变形和替换都应被包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种具有低固有频率的稳定倒立摆都柱结构，由底座和柱状体组成，其特征在于柱状体竖直放置于底座上方，柱状体底部与底座上表面的接触型式为：凸球面对平面、凸球面对凹球面或凸球面对凸球面的接触中任一种：
凸球面对平面的接触型式为：柱状体底部接触处采用凸球面，底座上表面接触处采用平面；或者：柱状体底部接触处采用平面，底座上表面接触处采用凸球面；
凸球面对凹球面的接触型式为：柱状体底部接触处采用凸球面，底座上表面接触处采用凹球面；或者：柱状体底部接触处采用凹球面，底座上表面接触处采用凸球面；
凸球面对凸球面的接触型式为：柱状体底部与底座上表面接触处均采用凸球面。
2.根据权利要求１所述的具有低固有频率的稳定倒立摆都柱结构，其特征在于：
当采用凸球面对平面的接触型式时，接触处凸球面半径RTQ大于柱状体的重心高度HG；
当接触型式为凸球面对凹球面时，接触处凹球面半径RAQ大于凸球面半径RTQ，且凹球面半径、凸球面半径与柱状体的重心高度HG满足；
当接触型式为凸球面对凸球面时，两凸球面半径与柱状体的重心高度HG满足。
3.根据权利要求２所述的具有低固有频率的稳定倒立摆都柱结构，其特征在于柱状体底部或底座上表面设置有限制柱状体底部与底座上表面之间有效接触区大小的结构。
4.根据权利要求1所述的具有低固有频率的稳定倒立摆都柱结构，其特征在于柱状体总高度H0大于柱状体的重心高度HG。
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| CN111538074A (zh) * | 2018-10-23 | 2020-08-14 | 刘世刚 | 一种地动仪装置 |
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