CN2784946Y

CN2784946Y - 短周期反馈地震计

Info

Publication number: CN2784946Y
Application number: CN 200520000299
Authority: CN
Inventors: 赵子玉; 孟繁喜; 王彦敏; 李芸; 李庆云; 范淑芬; 王蕤
Original assignee: EARTHQUAKE ADMINISTRATION OF BEIJING MUNICIPALITY
Current assignee: EARTHQUAKE ADMINISTRATION OF BEIJING MUNICIPALITY
Priority date: 2005-01-10
Filing date: 2005-01-10
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2015-01-10

Abstract

本实用新型涉及短周期反馈式地震计，包括三分向拾震器、线路系统、仪器外罩，所述线路系统为反馈线路系统，放置在三分向拾震器的上方，所述三分向拾震器分别安装在各自的小底板，三个小底板均匀分布固定在圆形底座上，两个水平向拾震器对应的小底板上均设有定位方向微调机构。该地震计是三分向为一体的输出为速度型的短周期地震计，系统噪声低，灵敏度高，达到2000 V·s/m，高频部分频带范围宽(1－70Hz)；记录近震、地方震、初动清晰，高频丰富；除用于流动观测，也用于工程振动测量；结构简洁巧妙，体积小，重量轻，便于携带。

Description

短周期反馈地震计

技术领域

本实用新型涉及一种地震计，具体地说，涉及一种短周期反馈地震计。短周期地震计主要用来观测地方震、区域震、近震和远震的纵波部分。

背景技术

1998年以前，DS-1型与DS-2型短周期地震计是我国地震台网记录区域性地震装备的基准仪器，也是这一时期在我国地震台网使用最多最广泛的仪器。仪器性能的可靠性、稳定性在多年的实践观测中得到全国各省市地震台网的肯定。

传统的短周期地震仪频带范围为1-20Hz左右，动态范围在90分贝以下，主要是大信号的动态范围较小。随着地震仪向数字化方向发展，要求拾震器具有较大的动态范围，更宽的通频带和更稳定的工作性能。将拾震器设计成具有深度电路负反馈的有源系统，能较好地满足这些要求。为此，我们研制出此种反馈式短周期地震计。

在我国通常用来监测震中距为1000公里左右，频带范围在1Hz--50Hz的地震。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种灵敏度高的短周期反馈地震计。

本实用新型所述的短周期反馈式地震计，包括三分向拾震器、线路系统、仪器外罩，其特征是所述线路系统为反馈线路系统，放置在三分向拾震器的上方，所述三分向拾震器分别安装在各自的小底板上，三个小底板均匀分布固定在圆形底座上，其中安装在小底板上的为东西分向水平拾震器，安装在小底板上的为垂直向拾震器，安装在小底板上的为南北向水平拾震器，两个水平向拾震器对应的小底板上均设有定位方向微调机构。

所述定位方向微调机构包括位于小底板侧面的调节孔、将小底板一端与底座固定连接的固定螺钉，固定在小底板上的小轴和安装在小轴上的调节螺钉。

所述水平向拾震器包括惯性摆和动圈换能器，所述动圈换能器包括标定磁钢，工作磁钢，标定线圈和工作线圈，形成独立的工作系统和标定系统，两者在水平方向相向放置，工作磁钢和标定磁钢分别位于圆柱形大导磁碗和小导磁碗的圆心位置，其上各盖有工作极铁、标定极铁，工作线圈和标定线圈用螺钉固定在线圈架的左右两侧，且两线圈水平方向圆心同轴。

所述动圈换能器包括标定磁钢，工作磁钢，标定线圈和工作线圈，形成独立的工作系统和标定系统，两者在水平方向相向放置，标定极铁，标定线圈和工作线圈在工作磁场和标定磁场内运动，即磁钢和导磁碗之间形成的圆环空隙处，工作线圈和标定线圈用螺钉固定在线圈架的左右两侧，且两线圈水平方向圆心同轴。

所述惯性摆包括旋转轴、旋转臂和重锤，所述重锤为摆锤，所述旋转轴是由四片小簧片和两块固定架组合构成，每两片小簧片为一组，交错且互成90°放置，小簧片两端固定在两块固定架上，两组小簧片安装在固定架上的位置对称，固定架固定在立柱上，固定架与摆锤固定在一起，旋转轴上端设置有定位锁紧装置，两块固定架上端各有一个销钉，所述旋转臂为线圈架，由螺钉固定在摆锤上，其上安装着工作线圈和标定线圈。

所述垂直向拾震器包括惯性摆及动圈换能器，其动圈换能器与水平拾震器的动圈换能器组成形式相同，但工作磁钢和标定磁钢在垂直方向相向而置，两磁场相斥，工作线圈和标定线圈分别用螺钉固定在线圈架一端的上下两面，且两线圈垂直方向圆心同轴；所述惯性摆包括旋转轴、旋转臂、重锤、弹性悬臂，所述旋转臂是线圈架。

所述垂直向拾震器的旋转轴及其定位锁紧装置和水平向拾震器旋转轴及定位锁紧装置是相同的，旋转轴同样是由两块固定架和四片小簧片相互连接组合构成的，位于旋转轴上的固定架固定在支架上，固定架与线圈架由柱头螺钉固定连接。所述重锤为摆锤，该摆锤由螺钉固定在线圈架上。

所述弹性悬臂由大片簧构成，该片簧的一端用螺钉固定，夹在固定轴和压板之间，另一端由螺钉固定，夹在固定架和压板之间。

本实用新型还包括三个仪器外锁解摆锤机构，每个机构包括分别固定在小底板上的小支架、与小支架螺纹连接的柱头螺钉，该柱头螺钉的另一端连接有上顶块，所述外罩上具有三个与柱头螺钉相对应的螺孔。

所述电子反馈电路系统，包括差分放大器、低通滤波器及输出电路，所述差分放大器、低通滤波器及输出电路分别采用双边电路，所述线圈的两端分别接至所述对称差分放大器的两个“+”输入端，所述对称差分放大器其中一个输出端经电阻和电容负反馈到所述线圈的一端，所述对称差分放大器另一个输出端与所述线圈的另一端相连，所述对称差分放大器的每组输出端、输入端之间分别接有所述一阶低通滤波器，所述对称差分放大器的两个输出端的信号分别经对称的低通滤波器和对称的输出电路输出。

本实用新型所述的短周期反馈地震计是一种三分向为一体的输出为速度型的短周期地震计，是采用原始自振频率为3Hz的拾震器经过电子反馈，成为等效周期为1秒的地震计。从而整个系统噪声低，灵敏度高，可达到2000V·s/m，且高频部分频带范围更宽(170Hz)。记录近震、地方震、初动清晰，高频丰富。除用于流动观测，仪器也可以用于工程振动测量。结构简洁巧妙，体积小，重量轻，便于携带。

它还具有以下优点：

a.幅频特性宽而平坦，带宽1-70Hz；

b.灵敏度高，为1000V·s/m或2000V·s/m

c.寄生共振频率高于160Hz；

d.横向振动比远小于1％；

e.运用电子反馈技术使仪器的动态范围大于138dB；

f.仪器结构及零部件设计合理巧妙，工艺性能好，整机组装方便，便于维护。

g.仪器温度稳定性好，可在-15℃-+50℃范围内稳定工作。

h.体积小，重量轻、防潮性能好。

i.在流动观测使用时不需打开仪器外罩来锁解摆锤。

附图说明

图1是本实用新型所述的短周期反馈地震计的结构示意图；

图2是本实用新型所述的短周期反馈地震计内部结构的俯视图，即图1中去掉了外罩的俯视图；

图3是短周期反馈地震计的水平拾震器的主视图；

图4是图3的俯视图；

图5是短周期反馈地震计的垂直拾震器的主视图；

图6是图5的俯视图；

图7是短周期反馈地震计的电子反馈线路图；

图8是反馈线路系统线路图。

具体实施方式

参见图1和图2，本实用新型所述的短周期反馈式地震计，包括三分向拾震器2、线路系统1、仪器外罩6。所述线路系统1为反馈线路系统，放置在三分向拾震器2的上方。所述三分向拾震器2分别安装在各自的小底板8、13、15上，三个小底板均匀分布固定在圆形底座4上，其中安装在小底板8上的为东西分向水平拾震器，安装在小底板13上的为垂直向拾震器，安装在小底板15上的为南北向水平拾震器。为了便于调节和满足安装角度的要求，两个水平向拾震器对应的小底板8，15上均设有定位方向微调机构。

所述定位方向微调机构包括位于小底板8、15侧面的调节孔、将小底板一端与底座4固定连接的固定螺钉7，固定在小底板上的小轴10和安装在小轴10上的调节螺钉11。通过调节可保证放置时两个水平拾震器的对称轴线互成90°，从而使地震计的横向振动比减小到小于1％。调节时，用改锥伸入小底板侧面的调节孔中转动调节螺钉11，调节螺钉11在小轴10上的伸缩变化带动小底板8这端移动，实现安装角度调节，调节完毕后小轴10上的六角螺母9将调节位置固定住。固定螺钉7将小底板8固定在底座4上。

两个水平向拾震器在结构设计上是相同的，而垂直向拾震器与水平向拾震器结构有所不同。

所述水平向拾震器的结构见图3，图4。水平向拾震器包括惯性摆和动圈换能器。所述动圈换能器包括标定磁钢27，工作磁钢19，标定线圈29和工作线圈22，形成独立的工作系统和标定系统，两者在水平方向相向放置，两磁场相斥。工作磁钢19和标定磁钢27分别位于圆柱形大导磁碗21和小导磁碗28的圆心位置，其上各盖有工作极铁20、标定极铁26。标定线圈29和工作线圈22在工作磁场和标定磁场内运动，即磁钢和导磁碗之间形成的圆环空隙处。工作线圈22和标定线圈29用螺钉24、25固定在线圈架23的左右两侧，且两线圈水平方向圆心同轴。

所述惯性摆包括旋转轴、旋转臂和重锤。所述重锤为摆锤30。所述旋转轴是由四片小簧片35和两块固定架32、34组合构成的。此种形式的旋转轴，便于仪器组装及野外维护。每两片小簧片为一组，交错且互成90°放置，小簧片两端固定在两块固定架32、34上，两组小簧片安装在固定架32、34上的位置对称。此旋转轴组装时，四片小簧片35位置放好后由四块压板31、33、38、39分别压住小簧片两端，然后由8个柱头螺钉40将压板31、33、38、39和小簧片固定在固定架32、34上。两块固定架32、34便通过小簧片35组合在一起。固定架34固定在立柱37上，固定架32与摆锤30固定在一起。旋转轴上端有定位锁紧装置，限制搬运时旋转轴的转动，有效避免运输时对旋转轴产生冲击造成损坏。两块固定架32、34上端各有一个销钉36，运输前，固定板41扣在固定架32、34上端面，销钉36穿过固定板41上的限位孔，两个手柄42(即自制螺钉)将固定板41固定在左右放置的两块固定架32、34上端面，固定板41便起到限制旋转轴的转动的作用。

所述旋转臂为线圈架23，由螺钉固定在摆锤30上。其上安装着工作线圈22和标定线圈29。当有震动时，摆架23带动摆锤30和线圈22、29在水平方向左右摆动，线圈便在磁场中运动。

所述垂直向拾震器的结构见图5、图6。垂直拾震器包括惯性摆及动圈换能器。其动圈换能器与水平拾震器的动圈换能器组成形式相同，但工作磁钢51和标定磁钢45在垂直方向相向而置，两磁场相斥。工作线圈50和标定线圈47分别用螺钉48、46固定在线圈架49一端的上下两面，且两线圈垂直方向圆心同轴。

所述惯性摆包括旋转轴、旋转臂、重锤、弹性悬臂。所述旋转臂是线圈架49。

所述垂直向拾震器的旋转轴及其定位锁紧装置和水平向拾震器旋转轴及定位锁紧装置是相同的。旋转轴同样是由两块固定架59，60和四片小簧片58相互连接组合构成的。位于旋转轴上的固定架59固定在支架56上，固定架60与线圈架49由柱头螺钉57固定连接。所述重锤为摆锤42。该摆锤42由螺钉44固定在线圈架49上。

所述弹性悬臂由大片簧61构成，产生弹性恢复力矩，其一端用螺钉52固定，夹在固定轴54和压板53之间，另一端由螺钉63固定，夹在固定架60和压板62之间。调节大片簧弧度使其悬挂起带有摆锤和线圈的线圈架49。调节时，用改锥转动固定轴54，改变大片簧61的孤度，从而改变旋转臂的倾斜角度，改变了机械零点和摆动周期。这种大片簧悬挂形式可提高此分向拾震器的寄生共振频率。

所述仪器外锁解摆锤机构见图1、图2。图2中小底板8、13、15上均装有一个锁摆机构。以小底板15上的水平向外锁紧摆锤机构为例，它包括固定在小底板15上的小支架17，与小支架17螺纹连接的柱头螺钉18，该柱头螺钉18的另一端连接有上顶块16，所述外罩6上具有三个与柱头螺钉18相对应的螺孔。图1中圆柱形仪器外罩6上有三个螺钉，即垂直分向封孔螺钉5和两个水平分向封孔螺钉3，它们的位置与三个外锁解摆锤机构的一字柱头螺钉18所在位置分别对应。取下仪器外罩6上这三个配有密封圈的螺钉后，改锥从仪器外罩上的三个孔往里伸能够接触到一字柱头螺钉18，转动一字柱头螺钉18，它带着顶块16向靠近摆锤方向移动，直到顶住摆锤，使摆锤固定不动实现锁紧摆锤位置；或是带着顶块16远离摆锤方向移动，实现摆锤解锁。罩外摆锤锁解装置方便了仪器在流动观测时的使用。流动观测短距离搬运时，通过这个装置，无须打开外罩，简单的操作就可完成摆锤的锁解，既避免了野外环境对仪器内部的污染又有效地防止了搬运对仪器弹性元件的损坏。

参见图7和图8，所述电子反馈电路系统，包括差分放大器66、低通滤波器67及输出电路68，所述差分放大器66、低通滤波器67及输出电路68分别采用双边电路，所述线圈L1的两端分别接至所述对称差分放大器66的两个“+”输入端，所述对称差分放大器66其中一个输出端经电阻R1和电容C1负反馈到所述线圈L2的一端，所述对称差分放大器66另一个输出端与所述线圈L2的另一端相连，所述对称差分放大器66的每组输出端、输入端之间分别接有所述一阶低通滤波器，所述对称差分放大器66的两个输出端的信号分别经对称的低通滤波器67和对称的输出电路68输出。

本实用新型所述的地震计的拾震器将惯性摆与动圈换能器的线圈刚性的联接起来，当地震动时，惯性摆带动换能线圈在磁场中运动，产生感应电压，经电子放大后传人记录系统。

Claims

1、短周期反馈式地震计，包括三分向拾震器(2)、线路系统(1)、仪器外罩(6)，其特征是所述线路系统(1)为反馈线路系统，放置在三分向拾震器(2)的上方，所述三分向拾震器(2)分别安装在各自的小底板(8、13、15)上，三个小底板均匀分布固定在圆形底座(4)上，其中安装在小底板(8)上的为东西分向水平拾震器，安装在小底板(13)上的为垂直向拾震器，安装在小底板(15)上的为南北向水平拾震器，两个水平向拾震器对应的小底板(8，15)上均设有定位方向微调机构。

2、根据权利要求1所述的地震计，其特征是所述定位方向微调机构包括位于小底板(8、15)侧面的调节孔、将小底板一端与底座(4)固定连接的固定螺钉(7)，固定在小底板上的小轴(10)和安装在小轴(10)上的调节螺钉(11)。

3、根据权利要求2所述的地震计，其特征是所述水平向拾震器包括惯性摆和动圈换能器，所述动圈换能器包括标定磁钢(27)，工作磁钢(19)，标定线圈(29)和工作线圈(22)，形成独立的工作系统和标定系统，两者在水平方向相向放置，工作磁钢(19)和标定磁钢(27)分别位于圆柱形大导磁碗(21)和小导磁碗(28)的圆心位置，其上各盖有工作极铁(20)、标定极铁(26)，工作线圈(22)和标定线圈(29)用螺钉(24、25)固定在线圈架(23)的左右两侧，且两线圈水平方向圆心同轴。

4、根据权利要求3所述的地震计，其特征是所述动圈换能器包括标定磁钢(27)，工作磁钢(19)，标定线圈(29)和工作线圈(22)，形成独立的工作系统和标定系统，两者在水平方向相向放置，标定极铁(26)，标定线圈(29)和工作线圈(22)在工作磁场和标定磁场内运动，即磁钢和导磁碗之间形成的圆环空隙处，工作线圈(22)和标定线圈(29)用螺钉(24、25)固定在线圈架(23)的左右两侧，且两线圈水平方向圆心同轴。

5、根据权利要求4所述的地震计，其特征是所述惯性摆包括旋转轴、旋转臂和重锤(30)，所述重锤为摆锤，所述旋转轴是由四片小簧片(35)和两块固定架(32、34)组合构成，每两片小簧片为一组，交错且互成90°放置，小簧片两端固定在两块固定架(32、34)上，两组小簧片安装在固定架(32、34)上的位置对称，固定架(34)固定在立柱(37)上，固定架(32)与摆锤(30)固定在一起，旋转轴上端设置有定位锁紧装置，两块固定架(32、34)上端各有一个销钉(36)，所述旋转臂(23)为线圈架，由螺钉固定在摆锤(30)上，其上安装着工作线圈(22)和标定线圈(29)。

6、根据权利要求5所述的地震计，其特征是所述垂直向拾震器包括惯性摆及动圈换能器，其动圈换能器与水平拾震器的动圈换能器组成形式相同，但工作磁钢(51)和标定磁钢(45)在垂直方向相向而置，两磁场相斥，工作线圈(50)和标定线圈(47)分别用螺钉(48、46)固定在线圈架(49)一端的上下两面，且两线圈垂直方向圆心同轴；所述惯性摆包括旋转轴、旋转臂、重锤、弹性悬臂，所述旋转臂是线圈架(49)。

7、根据权利要求6所述的地震计，其特征是所述垂直向拾震器的旋转轴及其定位锁紧装置和水平向拾震器旋转轴及定位锁紧装置是相同的，旋转轴同样是由两块固定架(59，60)和四片小簧片(58)相互连接组合构成的，位于旋转轴上的固定架(59)固定在支架(56)上，固定架(60)与线圈架(49)由柱头螺钉(57)固定连接。所述重锤为摆锤(42)，该摆锤(42)由螺钉(44)固定在线圈架(49)上。

8、根据权利要求7所述的地震计，其特征是所述弹性悬臂由大片簧(61)构成，该片簧的一端用螺钉(52)固定，夹在固定轴(54)和压板(53)之间，另一端由螺钉(63)固定，夹在固定架(60)和压板(62)之间。

9、根据权利要求8所述的地震计，其特征是还包括三个仪器外锁解摆锤机构，每个机构包括分别固定在小底板(8、13、15)上的小支架(17)、与小支架(17)螺纹连接的柱头螺钉(18)，该柱头螺钉(18)的另一端连接有上顶块(16)，所述外罩(6)上具有三个与柱头螺钉(18)相对应的螺孔。

10、根据权利要求9所述的地震计，其特征是所述电子反馈电路系统，包括差分放大器(66)、低通滤波器(67)及输出电路(68)，所述差分放大器(66)、低通滤波器(67)及输出电路(68)分别采用双边电路，所述线圈(L1)的两端分别接至所述对称差分放大器(66)的两个“+”输入端，所述对称差分放大器(66)其中一个输出端经电阻(R1)和电容(C1)负反馈到所述线圈(L2)的一端，所述对称差分放大器(66)另一个输出端与所述线圈(L2)的另一端相连，所述对称差分放大器(66)的每组输出端、输入端之间分别接有所述一阶低通滤波器，所述对称差分放大器(66)的两个输出端的信号分别经对称的低通滤波器(67)和对称的输出电路(68)输出。