CN2418492Y - 一种短基线伸缩仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种短基线伸缩仪,涉及一种地学观测技术,尤其适用于硐体应变固体潮的观测。为了解决现有技术中存在的基线长且容易炸裂及水银胀盒的汞泄漏等问题,本实用新型选用了铟钢棒作为基线,并垂直自由悬挂,选用电涡流传感器作为传感器,标定器采用斜楔块位移传感原理构成的精密超微量位移标定平台。不仅解决了上述问题,而且灵敏度达到10^—11量级,自动化程度高,广泛应用于全国前兆数字台网的改造和建设。

Description

一种短基线伸缩仪

本实用新型涉及一种地学观测技术，尤其适用于硐体应变固体潮的观测。

硐体应变固体潮观测，目前国内外大多数使用石英管或碳丝为基线，长度一般为20米，相对观测精度为10^-9量级，主要有日本、西欧和美国。在我国安装的SSY-Ⅱ型石英伸缩仪(中国地震局地震研究所1982年的科研成果。)近三十台，其技术水平与国外相当，但自动化、智能化程度低，数据传递速度慢以及生产工艺方面有较大差距；尤其是石英管常常炸裂，胀盒标定器水银极易泄漏，造成环境污染，严重影响了仪器的正常工作。

经中国科学院武汉科技查新咨询检索中心于1999年4月7日进行国内外文献检索(编号990221)，其结论是：“本短基线伸缩仪，以含铌特种铟钢棒为基线，在基线长EW向不大于10米、NS向不大于6米的条件下，应变固体潮相对观测精度达10^-10量级，位移传感器灵敏度优于0．01微米，量程100微米，解决基线杆连接炸裂问题，并提供准确、实用和方便的全自动标定装置。检索结果显示，未见国内外有采用铟钢棒为基线的伸缩仪测量应变固体潮的文献报道，在所有检出的文献中均未提及相应的标定设备。”

本实用新型的目的就在于克服现有技术中存在的问题和不足，即在保持高精度高稳定性的同时缩短基线长度，解决基线的炸裂和水银胀盒的汞泄漏问题，提高自动化、智能化的程度。具体是：①基线长不大于10米；②相对观测精度优于10^-9；③日漂移小于1×10^-8；④位移传感器灵敏度优于0．01微米；⑤位移传感器量程为0．1毫米；⑥解决好基线杆连接问题；⑦提供准确、实用和方便的标定装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

①基线选用含铌特种铟钢材料，其膨胀系数比石英小，而且便于连接、运输，不会产生石英管的破裂现象。基线垂直自由悬挂在悬吊系统上。

②换能器由传感器及前置放大器组成，其传感器选用国产高精度电涡流传感器(TR 81)。因为该电涡流传感器的输出只与所测位移方向的位移量有关，而与另外二个方向的位移量无关。而SSY-Ⅱ型石英伸缩仪选用日本的Sony磁传感器的输出不仅与所测位移方向的位移量有关，而且与发磁体和检测线圈之间的间距有关。由此可见，电涡流传感器稳定性比磁传感器好，其灵敏度虽然较高，但不能满足较大幅度的潮汐曲线输出。为了便于调节，留有一定的余量以满足不同记录范围和记录方式以及长线输送信号的需要，配置了低漂移、高性能的前置放大器。

③标定器采用斜楔块位移传递原理构成的精密超微量位移标定平台，由单片机控制步进电机推动斜楔块来实现微位移变化。

下面结合附图和实施例进一步说明：

图1为本实用新型总体框图。

图2为标定装置结构原理示意图。

图3为弹性连轴结构图。

图4为记录和控制器原理框图。

其中：1-基线，2-悬吊系统，2·1-吊丝，2·2-托架，3-换能器，3·1-传感器，3·2-前置放大器；4-标定装置；4·1-斜锲块，4·2-滑块，4·3-步进电机，4·4-弹性连轴，4·5-测微头，4·6-弹簧，5-记录与控制器，5·1-输入级，5·2-衰减器，5·3-自动调零电路，5·4-输出级，5·5-摸拟记录器，5·6-模拟开关，5·7-A／D，5·8-单片机，5·9-键盘。5·10-显示，5·11-模拟数字打印，5·12-RS-232C，5·13-标定及零位跟踪。A-基线固定端，B-基线测量端，a-基墩，b-基墩。

(1)总体

由图1可知，本实用新型主要由基线1、悬吊系统2、换能器3、标定装置4、记录和控制器5组成。以含铌特种铟钢材料为基线1，其一端为固定端A，另一端为测量端B。基线1的A端固定在基墩a上，其在靠近B端处由吊丝2·1、托架2·2构成的悬吊系统2托起，垂直自由悬吊。在测量端B处安装有换能器3和标定装置4，标定装置4固定在基墩b上，换能器3和标定装置4均与记录和控制器5相连接。

当硐体发生固体潮应变时，则基线1的被测端B相对基墩b发生位移，通过换能器3检测后再经过记录和控制器5而显示出来。

(2)换能器3

换能器3由传感器3·1及前置放大器3·2组成，并相互连接。其传感器3·1选用电涡流传感器(国产TR81系列)。

(3)标定装置4

如图3所示，标定装置4由斜楔块4·1、滑块4·2、步进电机4·3、弹性连轴4·4、测微头4·5组成。步进电机4·3通过弹性连轴4·4与测微头4·5连接，测微头4·5与斜楔块4·1的高端连接，斜楔块4·1的低端与弹簧4·6连接。滑块4·2与斜楔块4·1的斜面接触。如图3所示，弹性连轴4·4为磷铜片圆圈，左右均有一孔，分别与步进电机4·3和测微头4·5相连接。磷铜片通过选择适当宽度和厚度，保证其转动时良好的钢性，和伸缩时良好的弹性。本标定装置4实施例选取步进电机4·3的步距为6°，则一周将产生60步，测微头4．5推进0．5毫米，那么，每步推进8．33微米。斜面楔块斜面比选取为1∶50时，则滑块4．2的分辨率就高于0．2微米。

(4)记录与控制器

如图4所示，记录与控制器5由下列部件组成，连接关系是：①换能器3→输入级5·1→衰减器5·2→自动调零电路5·3→输出级5·4→模拟记录器5·5；②换能器3→模拟开关5·6→A／D 5·7→单片机5·8→键盘5·9、显示5·10、模拟数字打印5·11、RS-232C5·12③单片机5·8→标定及零位跟踪5·13→步进电机4·3→标定装置4→换能器。

由以上说明可知，和现有技术相比，本实用新型由于在主要关键部件上作了重大改进，有如下优点和积极效果：

①由于正确地选用了含铌特种铟钢棒为基线1，不仅比石英伸缩仪稳定速度快，而且其膨胀系统比石英小一半，性能更稳定。在运输、安装连接与使用过程中彻底避免了石英管基线的炸裂现象，提高了观测资料可靠性。由于采取垂直自由悬挂，使基线不受其它外界力影响，而SSY-Ⅱ石英伸缩仪，为了保证基线始终与胀盒接触，基线采取倾斜悬挂。

②由于合理选择了电涡流传感器3·1，与原磁传感器相比，其灵敏度(格值)不再受现场安装定位的影响，提高了仪器灵敏度与格值的长期稳定性；而且由于配置了低噪声、高性能前置放大器3·2，提高了换能器3的灵敏度，基线1在NS向不大于6米，EW向不大于10米的长度时，能记录到清晰的应变固体潮汐，其灵敏度已达到10^-11量级。在缩短基线的条件下，仍能保持高精度与高稳定性。是目前国内外硐体应变固体潮汐观测中在同一观测精度下，其基线1是最短的。

③标定装置4采用精密超微量位移标定平台，巧妙地设计了弹性连轴4·4，采用大步距单向测量法，有效地克服了机械空程误差，与目前国内使用的水银胀盒标定器相比，避免了水银胀盒的汞泄漏污染，保证了观测人员的身体健康；同时，由单片机控制步机电机4·3推动斜楔块4·1来实现微位移变化，自动遥控标定，消除了人为影响，提高了标定精度。

④智能化记录与控制器5，具有自动测量、自动量程扩展、自动标定多功能，提高了自动化程度。本仪器采用了模拟及数字两种输出方式，并有专用输出口供前兆综合数采仪数据采集传输，为建立全国前兆数字网提供了基础。

总之本实用新型通过一年多的运行试验证明运转良好，性能稳定。它的研制成功将有利于扩大地震观测网，增设三边测量，对应变场主应力矢量的分析与地震预报研究有着重要意义。全自动化智能记录加速了数据资料的传递，为地震短、临预报提供了保障。研究成果可直接应用于全国前兆数字网的改造与建设。

Claims (3)

1、一种短基线伸缩仪，由基线(1)、悬吊系统(2)、换能器(3)、标定装置(4)、记录与控制器(5)组成，其特征是：

①以含铌特种铟钢材料为基线(1)，垂直自由悬挂在悬吊系统(2)上；

②换能器(3)由传感器(3·1)及其前置放大器(3·2)组成，并相互连接，其传感器(3·1)选用电涡流传感器；

③标定装置(4)是一采用斜锲块位移传递原理构成的精密超微量位移标定平台。

2、按权利要求1所述的一种短基线伸缩仪，其特征是标定装置(4)由斜楔块(4·1)、滑块(4·2)、步进电机(4·3)、弹性连轴(4·4)、测微头(4·5)组成，其连接关系是：步进电机(4·3)通过弹性连轴(4·4)与测微头(4·5)连接，测微头(4·5)与斜锲块(4·1)的高端连接，斜锲块(4·1)的低端与弹簧(4·6)连接。

3、按权利要求1、2所述的一种短基线伸缩仪，其特征是弹性连轴4·4为磷铜片圆圈，左右均有一孔，分别与步进电机(4·3)和测微头(4·5)相连接。

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