本發(fā)明屬于一種機(jī)械力學(xué)結(jié)構(gòu)、電子測(cè)量系統(tǒng)，尤其涉及一種發(fā)條式彈簧相對(duì)重力儀。

背景技術(shù)：

在地球物理及大地測(cè)量中，經(jīng)常需要對(duì)重力加速度的相對(duì)變化進(jìn)行測(cè)量，這一類儀器稱為相對(duì)重力儀。高精度的相對(duì)重力儀一般使用零長(zhǎng)彈簧或豎直彈簧。無(wú)論是零長(zhǎng)彈簧還是豎直彈簧重力儀，其基本原理都是彈簧在重錘作用下彈性變形，通過(guò)彈簧的彈性變形測(cè)量重力加速度的變化。為了適應(yīng)高精度測(cè)量的需要(高精度相對(duì)重力儀的測(cè)量靈敏度可達(dá)0.002mgal甚至更高)，彈簧的靈敏度極高，可感受極微小的重力加速度變化。這樣高靈敏度的彈簧，在一個(gè)重力加速度環(huán)境下(正常使用的基礎(chǔ)重力環(huán)境)，其拉伸長(zhǎng)度可達(dá)15～20cm，彈簧就是在伸長(zhǎng)15～20cm的條件下感知重力加速度的微小變化，加之設(shè)備測(cè)量電路、機(jī)械調(diào)整、彈簧保護(hù)裝置，高精度的相對(duì)重力儀體積一般都比較大。

因此，需要一種結(jié)構(gòu)緊湊、體積小的相對(duì)重力儀。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種發(fā)條彈簧式相對(duì)重力儀，其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，解決了一般的高精度相對(duì)重力儀體積較大的問(wèn)題。

本發(fā)明的一種發(fā)條式彈簧高精度相對(duì)重力儀，用于測(cè)量相對(duì)重力，包括：發(fā)條式彈簧(1)、彈簧支架(10)、彈簧調(diào)節(jié)旋鈕(4)、重錘(2)、上下極板(3)、極板調(diào)節(jié)旋鈕(5)、上下極板支架(7)、上下極板支架底座(8)、上下極板支架調(diào)節(jié)旋鈕(6)和重力儀底座(9)，其中，所述發(fā)條式彈簧(1)通過(guò)所述彈簧調(diào)節(jié)旋鈕(4)固定在所述彈簧支架(10)上，通過(guò)彈簧調(diào)節(jié)旋鈕(4)可順逆時(shí)針使發(fā)條彈簧(1)的一端圍繞發(fā)條中心旋轉(zhuǎn)，所述發(fā)條式彈簧(1)的另一端固定連接于所述重錘(2)；

所述上下極板(3)間距固定，通過(guò)所述極板調(diào)節(jié)旋鈕(5)固定在上下極板支架(7)，并且所述上所述極板調(diào)節(jié)旋鈕(5)可沿上下極板支架上下調(diào)節(jié)上下極板(3)；所述上下極板支架(7)通過(guò)所述上下極板支架旋鈕(6)固定在所述上下極板支架底座(8)上，并且上下極板支架旋鈕(6)可沿上下極板支架底座(8)左右調(diào)節(jié)上下極板支架(7)。

優(yōu)選地，所述發(fā)條式彈簧(1)為剛性片狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述彈簧調(diào)節(jié)旋鈕(4)，可調(diào)節(jié)彈簧以旋鈕為中心旋轉(zhuǎn)，使重錘(2)與上下極板(3)保持平行；彈簧調(diào)節(jié)旋鈕(4)具有鎖死機(jī)構(gòu)，彈簧調(diào)節(jié)旋鈕(4)鎖死后可保持發(fā)條式彈簧(1)穩(wěn)定。

優(yōu)選地，所述極板調(diào)節(jié)旋鈕(5)，可對(duì)上下極板(3)沿上下極板支架(7)上下移動(dòng)調(diào)節(jié)，使重錘(2)位于上下極板之間的中心位置；極板調(diào)節(jié)旋鈕(5)具有鎖死機(jī)構(gòu)，極板調(diào)節(jié)旋鈕(5)鎖死后可保持上下極板(3)穩(wěn)定。

優(yōu)選地，所述上下極板支架調(diào)節(jié)旋鈕(6)，可對(duì)上下極板(3)沿上下極板支架底座(8)左右移動(dòng)調(diào)節(jié)，使重錘(2)位于上下極板之間的中心位置；上下極板支架調(diào)節(jié)旋鈕(6)具有鎖死機(jī)構(gòu)，上下極板支架調(diào)節(jié)旋鈕(6)鎖死后可保持上下極板支架(7)穩(wěn)定。

優(yōu)選地，所述上下極板支架(7)上具有第一導(dǎo)槽，所述極板調(diào)節(jié)旋鈕(5)具有第一移動(dòng)構(gòu)件，通過(guò)調(diào)節(jié)所述極板調(diào)節(jié)旋鈕(5)的旋鈕部，所述第一移動(dòng)構(gòu)件可在所述第一導(dǎo)槽內(nèi)上下移動(dòng)。

優(yōu)選地，所述上下極板支架底座(8)上具有第二導(dǎo)槽，所述上下極板支架調(diào)節(jié)旋鈕(6)具有第二移動(dòng)構(gòu)件，通過(guò)調(diào)節(jié)所述上下極板支架調(diào)節(jié)旋鈕(6)的旋鈕部，所述第二移動(dòng)構(gòu)件可在所述第二導(dǎo)槽內(nèi)左右移動(dòng)。

優(yōu)選地，本發(fā)明的相對(duì)重力儀還包括檢測(cè)電路，所述檢測(cè)電路與所述上下極板(3)通過(guò)屏蔽電纜連接，用于檢測(cè)所述重錘(2)與所述上下極板(3)之間的間距變化。

優(yōu)選地，所述檢測(cè)電路為比率電橋差動(dòng)電容檢測(cè)電路。

本發(fā)明的發(fā)條彈簧式相對(duì)重力儀，其發(fā)條彈簧結(jié)構(gòu)使得彈簧的變形圍繞發(fā)條中心旋轉(zhuǎn)，大大減小了彈簧變形的空間尺度，可在很小的空間內(nèi)達(dá)到拉伸20cm甚至更長(zhǎng)的效果；此外，由于發(fā)條彈簧的剛性片狀結(jié)構(gòu)，使其在其他方向剛度較高，有利于彈簧的嵌位和保護(hù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的發(fā)條式彈簧相對(duì)重力儀的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為比率電橋差動(dòng)電容檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)示意圖。

符號(hào)說(shuō)明：

1發(fā)條式彈簧；2重錘；3上下極板；4彈簧調(diào)節(jié)旋鈕；5極板調(diào)節(jié)旋鈕；

6上下極板支架調(diào)節(jié)旋鈕；7上下極板支架；8上下極板支架底座；

9重力儀底座；10彈簧支架

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，其目的僅在于更好地理解本發(fā)明的研究?jī)?nèi)容而非限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明的發(fā)條式彈簧相對(duì)重力儀，用于相對(duì)重力測(cè)量。該裝置包括：發(fā)條式彈簧1、彈簧支架10、彈簧調(diào)節(jié)旋鈕4、重錘2、上下極板3、極板調(diào)節(jié)旋鈕5、上下極板支架7、上下極板支架底座8、上下極板支架調(diào)節(jié)旋鈕6和重力儀底座9。下面詳細(xì)說(shuō)明個(gè)各組成部件之間的連接關(guān)系。

發(fā)條式彈簧1通過(guò)彈簧調(diào)節(jié)旋鈕4固定在彈簧支架10上，通過(guò)彈簧調(diào)節(jié)旋鈕4，可順逆時(shí)針使發(fā)條彈簧1的一端圍繞發(fā)條中心旋轉(zhuǎn)，所述發(fā)條式彈簧1的另一端固定連接于所述重錘2。上述發(fā)條式彈簧1，其變形圍繞發(fā)條中心旋轉(zhuǎn)，大大減小了彈簧變形的空間尺度，可在很小的空間內(nèi)達(dá)到拉伸20cm甚至更長(zhǎng)的效果。此外，上述發(fā)條式彈簧1為剛性片狀結(jié)構(gòu)，使其在其他方向剛度較高，有利于彈簧的嵌位和保護(hù)。由于發(fā)條式彈簧1的剛性片狀結(jié)構(gòu)，使得與重錘2連接的外端(自由端)相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁，可以支持重錘2。通過(guò)彈簧調(diào)節(jié)旋鈕4，可調(diào)節(jié)彈簧以旋鈕為中心旋轉(zhuǎn)，使重錘2與上下極板3保持平行。彈簧調(diào)節(jié)旋鈕4還具有鎖死機(jī)構(gòu)，彈簧調(diào)節(jié)旋鈕4鎖死后可保證發(fā)條式彈簧1穩(wěn)定。

所述上下極板3間距固定，通過(guò)極板調(diào)節(jié)旋鈕5固定在上下極板支架上7；上下極板支架7通過(guò)上下極板支架調(diào)節(jié)旋鈕6固定在上下極板支架底座8上。極板調(diào)節(jié)旋鈕5可沿上下極板支架7上下調(diào)節(jié)上下極板3，使重錘2位于上下極板之間的中心位置。極板調(diào)節(jié)旋鈕5鎖死后可保證上下極板3穩(wěn)定。上下極板支架調(diào)節(jié)旋鈕6可沿上下極板支架底座8左右調(diào)節(jié)上下極板支架7，使重錘2位于上下極板之間的中心位置；上下極板支架調(diào)節(jié)旋鈕6還具有鎖死機(jī)構(gòu)，上下極板支架調(diào)節(jié)旋鈕6鎖死后可上下極板支架7穩(wěn)定。

具體地，所述上下極板支架7上具有第一導(dǎo)槽，所述極板調(diào)節(jié)旋鈕5具有第一移動(dòng)構(gòu)件，通過(guò)調(diào)節(jié)所述極板調(diào)節(jié)旋鈕5的旋鈕部，所述第一移動(dòng)構(gòu)件可在所述第一導(dǎo)槽內(nèi)上下移動(dòng)。所述上下極板支架底座8上具有第二導(dǎo)槽，所述上下極板支架調(diào)節(jié)旋鈕6具有第二移動(dòng)構(gòu)件，通過(guò)調(diào)節(jié)所述上下極板支架調(diào)節(jié)旋鈕6的旋鈕部，所述第二移動(dòng)構(gòu)件可在所述第二導(dǎo)槽內(nèi)左右移動(dòng)。這里的移動(dòng)構(gòu)件可以是移動(dòng)輪，通過(guò)旋鈕可使得移動(dòng)輪在導(dǎo)槽內(nèi)移動(dòng)。較佳地，導(dǎo)槽與移動(dòng)輪可以設(shè)計(jì)為分別具有互相匹配的齒狀結(jié)構(gòu)。

下面詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的發(fā)條彈簧式相對(duì)重力儀的工作過(guò)程。重錘2固定在發(fā)條彈簧1外端，在重力作用下重錘2下垂，使發(fā)條彈簧1圍繞中心旋轉(zhuǎn)變形；調(diào)節(jié)彈簧調(diào)節(jié)旋鈕4，順逆時(shí)針使發(fā)條彈簧1圍繞發(fā)條中心旋轉(zhuǎn)，使重錘處于2水平橫向姿態(tài)；調(diào)節(jié)極板調(diào)節(jié)旋鈕5和上下極板支架旋鈕6，上下左右移動(dòng)上下極板3從而使重錘2位于上下極板3之間的中心位置。這樣，上下極板3和重錘2就形成了一個(gè)差動(dòng)電容，重錘2隨重力變化上下移動(dòng)，即重錘2與上下極板的間距隨重力變化，利用電容差動(dòng)測(cè)量原理就可精確測(cè)量重力的變化，即實(shí)現(xiàn)相對(duì)重力測(cè)量。重錘2與上下極板的間距變化的數(shù)據(jù)可以通過(guò)常規(guī)的測(cè)量手段或方式獲得，例如電容量檢測(cè)ad芯片，固定電感電橋差動(dòng)電容檢測(cè)等，比率電橋差動(dòng)電容檢測(cè)電路等。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是通過(guò)比率電橋差動(dòng)電容檢測(cè)電路來(lái)檢測(cè)重錘與上下極板之間的間距變化。

圖2為比率電橋差動(dòng)電容檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)示意圖。檢測(cè)電路通過(guò)屏蔽電纜與重力儀極板連接。右側(cè)虛線框中示出重力儀重錘和上下極板，重錘位于上下極板中間，并在重力變化作用下，上下移動(dòng)。由重力儀結(jié)構(gòu)可知，上下極板間距固定，即d1+d2＝常數(shù)。這樣，重錘與上下極板就構(gòu)成了差動(dòng)電容，即c1/c2＝d1/d2。

左測(cè)虛線框?yàn)闄z測(cè)電路的結(jié)構(gòu)，該檢測(cè)電路由交流激勵(lì)、比率變壓器和信號(hào)解調(diào)放大、相敏檢波、低通濾波電路構(gòu)成。交流激勵(lì)、比率變壓器和差動(dòng)電容，即構(gòu)成重力儀的檢測(cè)電路的比率交流電橋。比率變壓器等效為10萬(wàn)匝的電感線圈，圖中箭頭表示線圈中心抽頭，n1和n2表示抽頭兩邊的線圈匝數(shù)，線圈總匝數(shù)固定，n1+n2＝常數(shù)。在檢測(cè)電路中比率臂中心抽頭接地，因此橋路另一端，重錘對(duì)地的電壓即為橋路不平衡電壓，經(jīng)過(guò)前置放大、解調(diào)放大、相敏檢波、低通濾波等信號(hào)調(diào)制解調(diào)最終輸出直流模擬電壓，從而實(shí)現(xiàn)相對(duì)重力測(cè)量。

顯然，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)。