力平衡反馈式石英水平摆地倾斜测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种力平衡反馈式石英水平摆地倾斜测量装置，它包括底板，底板上固定有塔形石英支架。石英摆杆通过两根石英吊丝悬挂在支架上，呈近乎水平状态。摆杆一端插装有摆锤，竖直设置的摆锤两侧分别设有第一、第二平行金属板。摆锤与第一、第二平行金属板之间互相平行，三者构成差动式平板电容，其中摆锤用作动片，第一和第二平行金属板用作定片。第一、第二平行金属板与固定直流电压生成单元、正弦波波形生成单元的输出端相连，摆锤与地倾斜测量电路的输入端相连，地倾斜测量电路的输出端经由反馈单元与摆锤相连。本实用新型专利技术在地面发生微小倾斜时可实现地倾斜角的精准测量，且构建出了闭环反馈系统，解决了现有石英水平摆倾斜仪存在的问题。

Force balance feedback type quartz horizontal pendulum tilt measuring device

The utility model discloses a force balance feedback type quartz horizontal pendulum tilt measuring device, which comprises a base plate, a bracket fixed on the bottom of the quartz tower. The quartz pendulum rod is suspended on the bracket by two quartz hanging wires, and is in a nearly horizontal state. One end of the pendulum rod is provided with a pendulum hammer, and the two sides of the pendulum rod arranged vertically are respectively provided with the first and second parallel metal plates. Between the pendulum and the first and second parallel metal plates are parallel to each other, the three form a differential capacitor, which is used as a pendulum plate, the first and second parallel metal plates used as tablets. The output of the first and second parallel metal plate and the fixed DC voltage generating unit, sine wave generating unit is connected with the pendulum and the ground tilt measurement circuit is connected with the input end, output tilt measurement circuit via a feedback unit and the end of the pendulum. The utility model has the advantages of small tilt on the ground can be realized when the tilt angle measurement precision, and to build a closed-loop feedback system, to solve the existing problems of quartz horizontal pendulum tiltmeter.

【技术实现步骤摘要】
力平衡反馈式石英水平摆地倾斜测量装置
本技术涉及一种基于差动式电容微位移检测和静电力反馈技术实现的石英水平摆地倾斜测量仪器，属于地倾斜测量领域。
技术介绍
水平摆倾斜仪是最早用于地倾斜测量的短基线倾斜仪，它采用上下两根吊丝悬挂一根水平摆摆杆，使其处于近乎水平状态，在摆杆的一端安装有一个摆锤。当地面发生垂直于摆平面的微小倾斜时，摆锤会带动摆杆发生较大角度的偏转，该偏转角度可以通过光杠杆等传感器检测。利用性能优良的熔凝石英及其抽成的细丝，中国地震局地球物理研究所朱虎等前辈于1969年研发了采用照相记录的SQ-70型石英水平摆倾斜仪，后来又在90年代进行数字化改造，研制了SSQ-1型数字磁带记录水平摆式倾斜仪。Salen和Blum也于1990年研制了一种石英水平摆倾斜仪，该仪器的优点是灵敏度很高，稳定性也好，但自90年代研发以来的二十多年时间里，没有人对其进行过更新或者改进，整个系统至今还处于开环的状态。而系统处于开环状态会带来以下不足：1)无法给出明确的传递函数，因为阻尼不知道，写不出来；2)频率特性不理想，阻尼比较小，有谐振峰；3)线性度及动态范围等指标不高；4)灵敏度未知，若依靠现场使用水银胀盒标定，则因水银是有毒的，发生泄漏的话会对身体健康造成危害。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种力平衡反馈式石英水平摆地倾斜测量装置，以解决现有石英水平摆倾斜仪所存在的诸如开环、频率特性不理想、线性度和动态范围指标不高等问题，可全面提升仪器性能。为了实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：一种力平衡反馈式石英水平摆地倾斜测量装置，其特征在于：它包括一底板，底板上固定有塔形石英支架；石英摆杆通过两根石英吊丝悬挂在支架上，呈近乎水平状态；摆杆的一端插装有金属材质的摆锤，竖直设置的摆锤两侧分别设有第一、第二平行金属板，摆锤与第一、第二平行金属板之间互相平行，三者构成差动式平板电容，其中摆锤用作动片，第一和第二平行金属板用作定片；第一、第二平行金属板均与固定直流电压生成单元、正弦波波形生成单元的输出端相连，摆锤与地倾斜测量电路的输入端相连，地倾斜测量电路的输出端经由反馈单元与摆锤相连。所述地倾斜测量电路包括前置放大滤波单元，前置放大滤波单元的输入端与所述摆锤连接；前置放大滤波单元、方波波形生成单元的输出端均与相敏检波单元的输入端连接，相敏检波单元的输出端与放大输出单元的输入端连接，放大输出单元的输出端经由所述反馈单元与所述摆锤连接。所述第一、第二平行金属板均包括相分离、上下设置的上、下金属板；所述摆锤为上下两边薄、中间厚的矩形结构，所述摆杆的端部插设于所述摆锤中间部分的孔中。所述摆锤的上部分与所述第一平行金属板的所述上金属板、所述第二平行金属板的所述上金属板相平行，构成一差动式平板电容；所述摆锤的下部分与所述第一平行金属板的所述下金属板、所述第二平行金属板的所述下金属板相平行，构成一差动式平板电容；两个差动式平板电容并联。所述第一平行金属板的所述上金属板、所述下金属板分别通过石英垫片固装在凸型支架上，所述第二平行金属板的所述上金属板、所述下金属板分别通过石英垫片固装在凸型支架上；凸型支架固定在所述底板上。本技术的优点是：本技术基于差动式电容微位移检测和静电力反馈技术，不仅在地面发生垂直于摆平面的微小倾斜时可实现地倾斜角的精准测量，测量误差小，稳定性好，灵敏度高，而且还构建出了闭环反馈系统，从而带来了如下优点：①形成了负反馈系统，该系统能给出准确地表征输入-输出关系的传递函数，便于研究人员对观测数据进行分析；②扩大了仪器的动态范围(≥120dB)，扩展了仪器的工作频带，提高了仪器的工作稳定性和线性度；③可保持灵敏度不变，灵敏度只与施加在第一、第二平行金属板上的直流电压的电压幅值、第一与第二平行金属板之间间距有关，而第一与第二平行金属板之间间距和直流电压的电压幅值都可设计为固定值；④可通过在反馈电路中叠加一激励信号等方法来进行标定，以避免发生使用水银胀盒标定法所带来的人身安全问题。附图说明图1是本技术地倾斜测量装置的结构示意图。图2是本技术地倾斜测量装置的另一示意图。图3是本技术地倾斜测量装置的局部结构放大示意图。图4是本技术地倾斜测量装置的地倾斜测量电路的组成示意图。具体实施方式如图1至图4所示，本技术力平衡反馈式石英水平摆地倾斜测量装置包括一底板14，底板14由支脚18支撑，底板14上安装有用来调节仪器灵敏度的调平螺钉16和用来调整摆锤15位置的调平螺钉17。底板14上固定有塔形石英支架11，石英摆杆12通过两根石英吊丝13悬挂在支架11上，呈近乎水平状态。如图，一根吊丝13的一端固定于支架11底部而另一端固定于摆杆12的一端，另一根吊丝13的一端固定于支架11顶部而另一端固定于摆杆12的中间部位。摆杆12的另一端插装有金属材质的摆锤15。竖直设置的摆锤15两侧分别设有第一、第二平行金属板22、25。摆锤15与第一、第二平行金属板22、25之间互相平行，三者构成差动式平板电容，其中，摆锤15用作动片，第一、第二平行金属板22、25用作定片。第一、第二平行金属板22、25均与用以形成静电反馈力的固定直流电压生成单元37、用以检测摆锤15微位移的正弦波波形生成单元31的输出端相连，摆锤15与分析摆锤15偏离平衡位置的偏离方向和大小的地倾斜测量电路的输入端相连，地倾斜测量电路的输出端经由反馈单元36与摆锤15相连。在实际设计中，如图1和图2，本技术地倾斜测量装置还包括在运输途中用来锁定摆锤15，使摆锤15不发生移动的锁摆装置24。如图4，在实际设计中，地倾斜测量电路包括前置放大滤波单元32，前置放大滤波单元32的输入端与摆锤15连接，前置放大滤波单元32、方波波形生成单元33的输出端均与相敏检波单元34的输入端连接，相敏检波单元34的输出端与放大输出单元35的输入端连接，放大输出单元35的输出端一方面向外输出最终测量分析得到的电压信号，另一方面经由反馈单元36与摆锤15连接。在实际设计中，第一、第二平行金属板22、25的材质与摆锤15的材质不同。例如，第一、第二平行金属板22、25由铜材质制成，摆锤15由铝材质制成。在实际设计中，第一平行金属板22包括相分离、上下设置的上、下金属板221、222，第二平行金属板25包括相分离、上下设置的上、下金属板251、252。较佳地，摆锤15为上下两边薄、中间厚的矩形结构，也就是说，摆锤15的上部分151、下部分152薄，呈片状，中间部分153厚，摆锤15的上部分151与下部分152相同，摆杆12的端部插设于摆锤15中间部分153的孔中。摆锤15这样设计的目的在于，一是为了在能够保证摆锤15上部分151、下部分152处于同一平面且重量一定(石英吊丝13仅能承受10克左右的质量)的情况下，尽可能增大摆锤15的面积，二是为了能在摆锤15上留下足够尺寸的孔来将摆锤15安装在石英摆杆12上。进一步地，如图3，摆锤15的上部分151与第一平行金属板22的上金属板221、第二平行金属板25的上金属板251相平行，构成一差动式平板电容。同理，摆锤15的下部分152与第一平行金属板22的下金属板222、第二平行金属板25的下金属板252相平行，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种力平衡反馈式石英水平摆地倾斜测量装置，其特征在于：它包括一底板，底板上固定有塔形石英支架；石英摆杆通过两根石英吊丝悬挂在支架上，呈近乎水平状态；摆杆的一端插装有金属材质的摆锤，竖直设置的摆锤两侧分别设有第一、第二平行金属板，摆锤与第一、第二平行金属板之间互相平行，三者构成差动式平板电容，其中摆锤用作动片，第一和第二平行金属板用作定片；第一、第二平行金属板均与固定直流电压生成单元、正弦波波形生成单元的输出端相连，摆锤与地倾斜测量电路的输入端相连，地倾斜测量电路的输出端经由反馈单元与摆锤相连。

【技术特征摘要】
1.一种力平衡反馈式石英水平摆地倾斜测量装置，其特征在于：它包括一底板，底板上固定有塔形石英支架；石英摆杆通过两根石英吊丝悬挂在支架上，呈近乎水平状态；摆杆的一端插装有金属材质的摆锤，竖直设置的摆锤两侧分别设有第一、第二平行金属板，摆锤与第一、第二平行金属板之间互相平行，三者构成差动式平板电容，其中摆锤用作动片，第一和第二平行金属板用作定片；第一、第二平行金属板均与固定直流电压生成单元、正弦波波形生成单元的输出端相连，摆锤与地倾斜测量电路的输入端相连，地倾斜测量电路的输出端经由反馈单元与摆锤相连。2.如权利要求1所述的力平衡反馈式石英水平摆地倾斜测量装置，其特征在于：所述地倾斜测量电路包括前置放大滤波单元，前置放大滤波单元的输入端与所述摆锤连接；前置放大滤波单元、方波波形生成单元的输出端均与相敏检波单元的输入端连接，相敏检波单元的输出端与放大输出单元的输入端连接，放大输出单元的输出端经由所述反馈单元与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：高尚华，薛兵，李际弘，冯海英，朱小毅，王洪体，林湛，崔仁胜，
申请(专利权)人：中国地震局地震预测研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11