專利名稱：三分向力平衡短周期地震計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的三分向力平衡短周期地震計應用于地震觀測、工程選址、水壩、橋梁、結構、環(huán)境工程監(jiān)測等微振動測量。
現(xiàn)有的短周期地震計都是電磁換能開環(huán)式的地震計，它的工作原理是靠擺偏離中心的位置大小來檢測地震信號，地震計的擺只能作微小的位移這一原則，才符合擺的運動微分方程關于微幅振動的假定和彈性元件的非線性性質，因而其線性范圍較小，精度低、體積龐大而笨重，零位和剛度受溫度變化影響大、動態(tài)范圍低，地震計的技術參數(shù)由機械部分參數(shù)決定，一致性不好的缺點，難以滿足現(xiàn)代高精度測量的技術要求。另外已知的短周期地震計因為體積龐大所以都是單分向的，不是三軸向的，這樣給測點測試帶來不便及很大的誤差。
按照達朗貝爾定理，列出開環(huán)短周期地震計在外部加速度d2Xdt2]]>作用下其擺體質量塊的運動方程式。d2Xcdt2+2ϵ1dXcdt+n12Xc=-d2Xdt2------(1)]]>式中，Xc為擺振動中心的位移，ε1為擺的阻尼系數(shù)，n1為擺的角頻率。
本發(fā)明的目的是提高地震計的線性范圍、精度、動態(tài)范圍、擴大工作頻帶、減小體積和重量，提高穩(wěn)定性和可靠性。具有速度平坦型頻率特性響應，真實反應地面三軸向運動的高性能便攜式短周期地震計。
本發(fā)明是采取如下措施完成的，采用機電一體化的設計方案，是一種以差動電容作為換能的閉環(huán)反饋力平衡式三軸向短周期地震計。由于采用了閉環(huán)反饋力平衡的工作原理設計，具有上述的特點。
以下將結合附
圖1對發(fā)明作進一步的詳細描述。圖1是本發(fā)明的構造原理框圖，它主要結構由三部分組成，即①彈簧R和儀器框架F相連的，與帶有差容式位移檢測器C的擺體質量塊M；②一組放大器，即與差容式位移檢測器C相連的伺服放大器S和產生反饋驅動電流I的比列反饋放大器N、微分放大器D和積分放大器H；③永久磁鋼和放在該磁場中擺體質量M固定連接的驅動線圈L。當?shù)卣鹩嬍艿降卣鹱饔脮r，擺體質量M便偏離原來的平衡位置產生微小的相對位移，此位移便由靈敏度很高的差容位移檢測器C檢出，輸出與相對位移成正比的電壓變化經伺服放大器S放大后，經由比列反饋放大器N，微分放大器D和積分放大器H三通道，以驅動電流I直接輸入與擺體相連的驅動線圈中產生強大電磁反饋回零力矩，使地動時擺總是保持在中心零位，用保持中心零位所需的反饋電流的大小來檢測地震。
一般的開環(huán)地震計由于受到機械系統(tǒng)原理的限制，測量時難以滿足高精度、大動態(tài)范圍的要求，我們通過電子閉環(huán)反饋來改變開環(huán)地震的技術參數(shù)，使其參數(shù)由機械系統(tǒng)轉換為閉環(huán)反饋的電參數(shù)來決定，這不僅使短周期地震計的體積大大的縮小了，重量輕了，而且提高了地震計的動態(tài)范圍、精度、線性和長期穩(wěn)定性。
由于在地震計中我們施加了電子閉環(huán)反饋，方程①式改寫成d2Xcdt2+2ϵ1dXcdt+n12Xc+GI=-d2Xdt2------(2)]]>式中，I為電子閉環(huán)反饋電路輸入驅動線圈的反饋電流，G為電動常數(shù)，代表當單位電流輸入驅線圈時，使擺體繞軸O的電磁力矩，量綱為(牛頓·米/安)。
附圖2為三分向力平衡短周期地震計整機結構圖，它由(1)外罩；(2)差容式位移檢測器；(3)伺服放大器和反饋放大器部分；(4)力矩線圈；(5)垂直分向地震計；(6)南北分向地震計；(7)東西分向地震計。
權利要求一種三分向力平衡短周期地震計，其特征是差容式位移檢測器的擺體質量塊，經彈簧與儀器框架相連，經伺服放大器與比例反饋放大器、微分放大器、積分放大器三通道，再與差容式位移檢測器擺體質量塊相連的驅動線圈連接。
專利摘要本實用新型公開了三分向力平衡短周期地震計,應用于地震觀測、工程選址、水壩、橋梁、結構、環(huán)境工程監(jiān)測等微振動測量。本發(fā)明是采用機電一體化的設計方案,采用差容換能、增加了系統(tǒng)電子閉環(huán)反饋產生的電磁力矩來改變開環(huán)短周期地震計的性能。其技術參數(shù)由機械系統(tǒng)轉換為閉環(huán)反饋系統(tǒng)的電參數(shù)來決定,這樣不僅使地震計減小體積和重量,擴寬了頻帶,而且提高動態(tài)范圍、精度、線性和穩(wěn)定性。具有速度平坦型頻率特性響應,真實反映地面三軸向運動的高性能便攜式短周期地震計。
文檔編號G01P1/00GK2419599SQ9821679
公開日2001年2月14日 申請日期1998年7月31日 優(yōu)先權日1998年7月31日
發(fā)明者王家行, 胡振榮 申請人:中國地震局工程力學研究所