專利名稱：一種短基線伸縮儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地學(xué)觀測技術(shù)，尤其適用于硐體應(yīng)變固體潮的觀測。
硐體應(yīng)變固體潮觀測，目前國內(nèi)外大多數(shù)使用石英管或碳絲為基線，長度一般為20米，相對觀測精度為10-9量級，主要有日本、西歐和美國。在我國安裝的SSY－Ⅱ型石英伸縮儀(中國地震局地震研究所1982年的科研成果。)近三十臺，其技術(shù)水平與國外相當(dāng)，但自動(dòng)化、智能化程度低，數(shù)據(jù)傳遞速度慢以及生產(chǎn)工藝方面有較大差距；尤其是石英管常常炸裂，脹盒標(biāo)定器水銀極易泄漏，造成環(huán)境污染，嚴(yán)重影響了儀器的正常工作。
經(jīng)中國科學(xué)院武漢科技查新咨詢檢索中心于1999年4月7日進(jìn)行國內(nèi)外文獻(xiàn)檢索(編號990221)，其結(jié)論是“本短基線伸縮儀，以含鈮特種銦鋼棒為基線，在基線長EW向不大于10米、NS向不大于6米的條件下，應(yīng)變固體潮相對觀測精度達(dá)10-10量級，位移傳感器靈敏度優(yōu)于0．01微米，量程100微米，解決基線桿連接炸裂問題，并提供準(zhǔn)確、實(shí)用和方便的全自動(dòng)標(biāo)定裝置。檢索結(jié)果顯示，未見國內(nèi)外有采用銦鋼棒為基線的伸縮儀測量應(yīng)變固體潮的文獻(xiàn)報(bào)道，在所有檢出的文獻(xiàn)中均未提及相應(yīng)的標(biāo)定設(shè)備?！北景l(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和不足，即在保持高精度高穩(wěn)定性的同時(shí)縮短基線長度，解決基線的炸裂和水銀脹盒的汞泄漏問題，提高自動(dòng)化、智能化的程度。具體是①基線長不大于10米；②相對觀測精度優(yōu)于10-9；③日漂移小于1×10-8；④位移傳感器靈敏度優(yōu)于0．01微米；⑤位移傳感器量程為0．1毫米；⑥解決好基線桿連接問題；⑦提供準(zhǔn)確、實(shí)用和方便的標(biāo)定裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的①基線選用含鈮特種銦鋼材料，其膨脹系數(shù)比石英小，而且便于連接、運(yùn)輸，不會產(chǎn)生石英管的破裂現(xiàn)象?；€垂直自由懸掛在懸吊系統(tǒng)上。
②換能器由傳感器及前置放大器組成，其傳感器選用國產(chǎn)高精度電渦流傳感器(TR 81)。因?yàn)樵撾姕u流傳感器的輸出只與所測位移方向的位移量有關(guān)，而與另外二個(gè)方向的位移量無關(guān)。而SSY－Ⅱ型石英伸縮儀選用日本的Sony磁傳感器的輸出不僅與所測位移方向的位移量有關(guān)，而且與發(fā)磁體和檢測線圈之間的間距有關(guān)。由此可見，電渦流傳感器穩(wěn)定性比磁傳感器好，其靈敏度雖然較高，但不能滿足較大幅度的潮汐曲線輸出。為了便于調(diào)節(jié)，留有一定的余量以滿足不同記錄范圍和記錄方式以及長線輸送信號的需要，配置了低漂移、高性能的前置放大器。
③標(biāo)定器采用斜楔塊位移傳遞原理構(gòu)成的精密超微量位移標(biāo)定平臺，由單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)推動(dòng)斜楔塊來實(shí)現(xiàn)微位移變化。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明

圖1為本發(fā)明總體框圖。
圖2為標(biāo)定裝置結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖3為彈性連軸結(jié)構(gòu)圖。
圖4為記錄和控制器原理框圖。
其中1－基線，2－懸吊系統(tǒng)，2·1－吊絲，2·2－托架，3－換能器，3·1－傳感器，3·2－前置放大器；4－標(biāo)定裝置，4·1－斜鍥塊，4·2－滑塊，4·3－步進(jìn)電機(jī)，4·4－彈性連軸，4·5－測微頭，4·6－彈簧，5－記錄與控制器，5·1－輸入級，5·2－衰減器，5·3－自動(dòng)調(diào)零電路，5·4－輸出級，5·5－摸擬記錄器，5·6－模擬開關(guān)，5·7－A／D，5·8－單片機(jī)，5·9－鍵盤。5·10－顯示，5·11－模擬數(shù)字打印，5·12－RS－232C，5·13－標(biāo)定及零位跟蹤。A－基線固定端，B－基線測量端，a－基墩，b－基墩。
(1)總體由圖1可知，本發(fā)明主要由基線1、懸吊系統(tǒng)2、換能器3、標(biāo)定裝置4、記錄與控制器5組成。以含鈮特種銦鋼材料為基線1，其一端為固定端A，另一端為測量端B。基線1的A端固定在基墩a上，其在靠近B端處由吊絲2·1、托架2·2構(gòu)成的懸吊系統(tǒng)2托起，垂直自由懸吊。在測量端B處安裝有換能器3和標(biāo)定裝置4，標(biāo)定裝置4固定在基墩b上，換能器3和標(biāo)定裝置4均與記錄與控制器5相連接。
當(dāng)硐體發(fā)生固體潮應(yīng)變時(shí)，則基線1的被測端B相對基墩b發(fā)生位移，通過換能器3檢測后再經(jīng)過記錄與控制器5而顯示出來。
(2)換能器3換能器3由傳感器3·1及前置放大器3·2組成，并相互連接。其傳感器3·1選用電渦流傳感器(國產(chǎn)TR81系列)。
(3)標(biāo)定裝置4如圖3所示，標(biāo)定裝置4由斜楔塊4·1、滑塊4·2、步進(jìn)電機(jī)4·3、彈性連軸4·4、測微頭4·5組成。步進(jìn)電機(jī)4·3通過彈性連軸4·4與測微頭4·5連接，測微頭4·5與斜楔塊4·1的高端連接，斜楔塊4·1的低端與彈簧4·6連接?；瑝K4·2與斜楔塊4·1的斜面接觸。如圖3所示，彈性連軸4·4為磷銅片圓圈，左右均有一孔，分別與步進(jìn)電機(jī)4·3和測微頭4·5相連接。磷銅片通過選擇適當(dāng)寬度和厚度，保證其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)良好的鋼性，和伸縮時(shí)良好的彈性。本標(biāo)定裝置4實(shí)施例選取步進(jìn)電機(jī)4·3的步距為6°，則一周將產(chǎn)生60步，測微頭4·5推進(jìn)0．5毫米，那么，每步推進(jìn)8．33微米。斜面楔塊斜面比選取為1∶50時(shí)，則滑塊4·2的分辨率就高于0．2微米。
(4)記錄與控制器如圖4所示，記錄與控制器5由下列部件組成，連接關(guān)系是①換能器3→輸入級5·1→衰減器5·2→自動(dòng)調(diào)零電路5·3→輸出級5·4→模擬記錄器5·5；②換能器3→模擬開關(guān)5·6→A／D 5·7→單片機(jī)5·8→鍵盤5·9、顯示5·10、模擬數(shù)字打印5·11、RS→232C5·12③單片機(jī)5·8→標(biāo)定及零位跟蹤5·13→步進(jìn)電機(jī)4·3→標(biāo)定裝置4→換能器。
由以上說明可知，和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明由于在主要關(guān)鍵部件上作了重大改進(jìn)，有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果①由于正確地選用了含鈮特種銦鋼棒為基線1，不僅比石英伸縮儀穩(wěn)定速度快，而且其膨脹系統(tǒng)比石英小一半，性能更穩(wěn)定。在運(yùn)輸、安裝連接與使用過程中徹底避免了石英管基線的炸裂現(xiàn)象，提高了觀測資料可靠性。由于采取垂直自由懸掛，使基線不受其它外界力影響，而SSY—Ⅱ石英伸縮儀，為了保證基線始終與脹盒接觸，基線采取傾斜懸掛。
②由于合理選擇了電渦流傳感器3·1，與原磁傳感器相比，其靈敏度(格值)不再受現(xiàn)場安裝定位的影響，提高了儀器靈敏度與格值的長期穩(wěn)定性；而且由于配置了低噪聲、高性能前置放大器3·2，提高了換能器3的靈敏度，基線1在NS向不大于6米，EW向不大于10米的長度時(shí)，能記錄到清晰的應(yīng)變固體潮汐，其靈敏度已達(dá)到10-11量級。在縮短基線的條件下，仍能保持高精度與高穩(wěn)定性。是目前國內(nèi)外硐體應(yīng)變固體潮汐觀測中在同一觀測精度下，其基線1是最短的。
③標(biāo)定裝置4采用精密超微量位移標(biāo)定平臺，巧妙地設(shè)計(jì)了彈性連軸4·4，采用大步距單向測量法，有效地克服了機(jī)械空程誤差，與目前國內(nèi)使用的水銀脹盒標(biāo)定器相比，避免了水銀脹盒的汞泄漏污染，保證了觀測人員的身體健康；同時(shí)，由單片機(jī)控制步機(jī)電機(jī)4·3推動(dòng)斜楔塊4·1來實(shí)現(xiàn)微位移變化，自動(dòng)遙控標(biāo)定，消除了人為影響，提高了標(biāo)定精度。
④智能化記錄與控制器5，具有自動(dòng)測量、自動(dòng)量程擴(kuò)展、自動(dòng)標(biāo)定多功能，提高了自動(dòng)化程度。本儀器采用了模擬及數(shù)字兩種輸出方式，并有專用輸出口供前兆綜合數(shù)采儀數(shù)據(jù)采集傳輸，為建立全國前兆數(shù)字網(wǎng)提供了基礎(chǔ)。
總之本發(fā)明通過一年多的運(yùn)行試驗(yàn)證明運(yùn)轉(zhuǎn)良好，性能穩(wěn)定。它的研制成功將有利于擴(kuò)大地震觀測網(wǎng)，增設(shè)三邊測量，對應(yīng)變場主應(yīng)力矢量的分析與地震預(yù)報(bào)研究有著重要意義。全自動(dòng)化智能記錄加速了數(shù)據(jù)資料的傳遞，為地震短、臨預(yù)報(bào)提供了保障。研究成果可直接應(yīng)用于全國前兆數(shù)字網(wǎng)的改造與建設(shè)。
權(quán)利要求
1.一種短基線伸縮儀，由基線(1)、懸吊系統(tǒng)(2)、換能器(3)、標(biāo)定裝置(4)、記錄與控制器(5)組成，其特征是①以含鈮特種銦鋼材料為基線(1)，垂直自由懸掛在懸吊系統(tǒng)(2)上；②換能器(3)由傳感器(3·1)及其前置放大器(3·2)組成，并相互連接，其傳感器(3·1)選用電渦流傳感器；③標(biāo)定裝置(4)是一采用斜鍥塊位移傳遞原理構(gòu)成的精密超微量位移標(biāo)定平臺。
2.按權(quán)利要求1所述的一種短基線伸縮儀，其特征是標(biāo)定裝置(4)由斜楔塊(4·1)、滑塊(4·2)、步進(jìn)電機(jī)(4·3)、彈性連軸(4·4)、測微頭(4·5)組成，其連接關(guān)系是步進(jìn)電機(jī)(4·3)通過彈性連軸(4·4)與測微頭(4·5)連接，測微頭(4·5)與斜鍥塊(4·1)的高端連接，斜鍥塊(4·1)的低端與彈簧(4·6)連接。
3.按權(quán)利要求1、2所述的一種短基線伸縮儀，其特征是彈性連軸4·4為磷銅片圓圈，左右均有一孔，分別與步進(jìn)電機(jī)(4·3)和測微頭(4·5)相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種短基線伸縮儀,涉及一種地學(xué)觀測技術(shù),尤其適用于硐體應(yīng)變固體潮的觀測。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的基線長且容易炸裂及水銀脹盒的汞泄漏等問題,本發(fā)明選用了銦鋼棒作為基線,并垂直自由懸掛,選用電渦流傳感器作為傳感器,標(biāo)定器采用斜楔塊位移傳感原理構(gòu)成的精密超微量位移標(biāo)定平臺。不僅解決了上述問題,而且靈敏度達(dá)到10
文檔編號G01V1/16GK1278603SQ99116620
公開日2001年1月3日 申請日期1999年8月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月31日
發(fā)明者呂寵吾, 杜為民, 李家明, 詹碧燕, 高平 申請人:中國地震局地震研究所