專利名稱：短周期反饋地震計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種地震計，具體地說，涉及一種短周期反饋地震計。短周期地震計主要用來觀測地方震、區(qū)域震、近震和遠震的縱波部分。
背景技術(shù)：
1998年以前，DS-1型與DS-2型短周期地震計是我國地震臺網(wǎng)記錄區(qū)域性地震裝備的基準儀器，也是這一時期在我國地震臺網(wǎng)使用最多最廣泛的儀器。儀器性能的可靠性、穩(wěn)定性在多年的實踐觀測中得到全國各省市地震臺網(wǎng)的肯定。
傳統(tǒng)的短周期地震儀頻帶范圍為1-20Hz左右，動態(tài)范圍在90分貝以下，主要是大信號的動態(tài)范圍較小。隨著地震儀向數(shù)字化方向發(fā)展，要求拾震器具有較大的動態(tài)范圍，更寬的通頻帶和更穩(wěn)定的工作性能。將拾震器設(shè)計成具有深度電路負反饋的有源系統(tǒng)，能較好地滿足這些要求。為此，我們研制出此種反饋式短周期地震計。
在我國通常用來監(jiān)測震中距為1000公里左右，頻帶范圍在1Hz--50Hz的地震。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種靈敏度高的短周期反饋地震計。
本實用新型所述的短周期反饋式地震計，包括三分向拾震器、線路系統(tǒng)、儀器外罩，其特征是所述線路系統(tǒng)為反饋線路系統(tǒng)，放置在三分向拾震器的上方，所述三分向拾震器分別安裝在各自的小底板上，三個小底板均勻分布固定在圓形底座上，其中安裝在小底板上的為東西分向水平拾震器，安裝在小底板上的為垂直向拾震器，安裝在小底板上的為南北向水平拾震器，兩個水平向拾震器對應(yīng)的小底板上均設(shè)有定位方向微調(diào)機構(gòu)。
所述定位方向微調(diào)機構(gòu)包括位于小底板側(cè)面的調(diào)節(jié)孔、將小底板一端與底座固定連接的固定螺釘，固定在小底板上的小軸和安裝在小軸上的調(diào)節(jié)螺釘。
所述水平向拾震器包括慣性擺和動圈換能器，所述動圈換能器包括標定磁鋼，工作磁鋼，標定線圈和工作線圈，形成獨立的工作系統(tǒng)和標定系統(tǒng)，兩者在水平方向相向放置，工作磁鋼和標定磁鋼分別位于圓柱形大導(dǎo)磁碗和小導(dǎo)磁碗的圓心位置，其上各蓋有工作極鐵、標定極鐵，工作線圈和標定線圈用螺釘固定在線圈架的左右兩側(cè)，且兩線圈水平方向圓心同軸。
所述動圈換能器包括標定磁鋼，工作磁鋼，標定線圈和工作線圈，形成獨立的工作系統(tǒng)和標定系統(tǒng)，兩者在水平方向相向放置，標定極鐵，標定線圈和工作線圈在工作磁場和標定磁場內(nèi)運動，即磁鋼和導(dǎo)磁碗之間形成的圓環(huán)空隙處，工作線圈和標定線圈用螺釘固定在線圈架的左右兩側(cè)，且兩線圈水平方向圓心同軸。
所述慣性擺包括旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)臂和重錘，所述重錘為擺錘，所述旋轉(zhuǎn)軸是由四片小簧片和兩塊固定架組合構(gòu)成，每兩片小簧片為一組，交錯且互成90°放置，小簧片兩端固定在兩塊固定架上，兩組小簧片安裝在固定架上的位置對稱，固定架固定在立柱上，固定架與擺錘固定在一起，旋轉(zhuǎn)軸上端設(shè)置有定位鎖緊裝置，兩塊固定架上端各有一個銷釘，所述旋轉(zhuǎn)臂為線圈架，由螺釘固定在擺錘上，其上安裝著工作線圈和標定線圈。
所述垂直向拾震器包括慣性擺及動圈換能器，其動圈換能器與水平拾震器的動圈換能器組成形式相同，但工作磁鋼和標定磁鋼在垂直方向相向而置，兩磁場相斥，工作線圈和標定線圈分別用螺釘固定在線圈架一端的上下兩面，且兩線圈垂直方向圓心同軸；所述慣性擺包括旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)臂、重錘、彈性懸臂，所述旋轉(zhuǎn)臂是線圈架。
所述垂直向拾震器的旋轉(zhuǎn)軸及其定位鎖緊裝置和水平向拾震器旋轉(zhuǎn)軸及定位鎖緊裝置是相同的，旋轉(zhuǎn)軸同樣是由兩塊固定架和四片小簧片相互連接組合構(gòu)成的，位于旋轉(zhuǎn)軸上的固定架固定在支架上，固定架與線圈架由柱頭螺釘固定連接。所述重錘為擺錘，該擺錘由螺釘固定在線圈架上。
所述彈性懸臂由大片簧構(gòu)成，該片簧的一端用螺釘固定，夾在固定軸和壓板之間，另一端由螺釘固定，夾在固定架和壓板之間。
本實用新型還包括三個儀器外鎖解擺錘機構(gòu)，每個機構(gòu)包括分別固定在小底板上的小支架、與小支架螺紋連接的柱頭螺釘，該柱頭螺釘?shù)牧硪欢诉B接有上頂塊，所述外罩上具有三個與柱頭螺釘相對應(yīng)的螺孔。
所述電子反饋電路系統(tǒng)，包括差分放大器、低通濾波器及輸出電路，所述差分放大器、低通濾波器及輸出電路分別采用雙邊電路，所述線圈的兩端分別接至所述對稱差分放大器的兩個“+”輸入端，所述對稱差分放大器其中一個輸出端經(jīng)電阻和電容負反饋到所述線圈的一端，所述對稱差分放大器另一個輸出端與所述線圈的另一端相連，所述對稱差分放大器的每組輸出端、輸入端之間分別接有所述一階低通濾波器，所述對稱差分放大器的兩個輸出端的信號分別經(jīng)對稱的低通濾波器和對稱的輸出電路輸出。
本實用新型所述的短周期反饋地震計是一種三分向為一體的輸出為速度型的短周期地震計，是采用原始自振頻率為3Hz的拾震器經(jīng)過電子反饋，成為等效周期為1秒的地震計。從而整個系統(tǒng)噪聲低，靈敏度高，可達到2000V·s/m，且高頻部分頻帶范圍更寬(170Hz)。記錄近震、地方震、初動清晰，高頻豐富。除用于流動觀測，儀器也可以用于工程振動測量。結(jié)構(gòu)簡潔巧妙，體積小，重量輕，便于攜帶。
它還具有以下優(yōu)點a.幅頻特性寬而平坦，帶寬1-70Hz；b.靈敏度高，為1000V·s/m或2000V·s/mc.寄生共振頻率高于160Hz；d.橫向振動比遠小于1％；e.運用電子反饋技術(shù)使儀器的動態(tài)范圍大于138dB；f.儀器結(jié)構(gòu)及零部件設(shè)計合理巧妙，工藝性能好，整機組裝方便，便于維護。
g.儀器溫度穩(wěn)定性好，可在-15℃-+50℃范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。
h.體積小，重量輕、防潮性能好。
i.在流動觀測使用時不需打開儀器外罩來鎖解擺錘。


圖1是本實用新型所述的短周期反饋地震計的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型所述的短周期反饋地震計內(nèi)部結(jié)構(gòu)的俯視圖，即圖1中去掉了外罩的俯視圖；圖3是短周期反饋地震計的水平拾震器的主視圖；圖4是圖3的俯視圖；圖5是短周期反饋地震計的垂直拾震器的主視圖；圖6是圖5的俯視圖；圖7是短周期反饋地震計的電子反饋線路圖；圖8是反饋線路系統(tǒng)線路圖。
具體實施方式
參見圖1和圖2，本實用新型所述的短周期反饋式地震計，包括三分向拾震器2、線路系統(tǒng)1、儀器外罩6。所述線路系統(tǒng)1為反饋線路系統(tǒng)，放置在三分向拾震器2的上方。所述三分向拾震器2分別安裝在各自的小底板8、13、15上，三個小底板均勻分布固定在圓形底座4上，其中安裝在小底板8上的為東西分向水平拾震器，安裝在小底板13上的為垂直向拾震器，安裝在小底板15上的為南北向水平拾震器。為了便于調(diào)節(jié)和滿足安裝角度的要求，兩個水平向拾震器對應(yīng)的小底板8，15上均設(shè)有定位方向微調(diào)機構(gòu)。
所述定位方向微調(diào)機構(gòu)包括位于小底板8、15側(cè)面的調(diào)節(jié)孔、將小底板一端與底座4固定連接的固定螺釘7，固定在小底板上的小軸10和安裝在小軸10上的調(diào)節(jié)螺釘11。通過調(diào)節(jié)可保證放置時兩個水平拾震器的對稱軸線互成90°，從而使地震計的橫向振動比減小到小于1％。調(diào)節(jié)時，用改錐伸入小底板側(cè)面的調(diào)節(jié)孔中轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺釘11，調(diào)節(jié)螺釘11在小軸10上的伸縮變化帶動小底板8這端移動，實現(xiàn)安裝角度調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)完畢后小軸10上的六角螺母9將調(diào)節(jié)位置固定住。固定螺釘7將小底板8固定在底座4上。
兩個水平向拾震器在結(jié)構(gòu)設(shè)計上是相同的，而垂直向拾震器與水平向拾震器結(jié)構(gòu)有所不同。
所述水平向拾震器的結(jié)構(gòu)見圖3，圖4。水平向拾震器包括慣性擺和動圈換能器。所述動圈換能器包括標定磁鋼27，工作磁鋼19，標定線圈29和工作線圈22，形成獨立的工作系統(tǒng)和標定系統(tǒng)，兩者在水平方向相向放置，兩磁場相斥。工作磁鋼19和標定磁鋼27分別位于圓柱形大導(dǎo)磁碗21和小導(dǎo)磁碗28的圓心位置，其上各蓋有工作極鐵20、標定極鐵26。標定線圈29和工作線圈22在工作磁場和標定磁場內(nèi)運動，即磁鋼和導(dǎo)磁碗之間形成的圓環(huán)空隙處。工作線圈22和標定線圈29用螺釘24、25固定在線圈架23的左右兩側(cè)，且兩線圈水平方向圓心同軸。
所述慣性擺包括旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)臂和重錘。所述重錘為擺錘30。所述旋轉(zhuǎn)軸是由四片小簧片35和兩塊固定架32、34組合構(gòu)成的。此種形式的旋轉(zhuǎn)軸，便于儀器組裝及野外維護。每兩片小簧片為一組，交錯且互成90°放置，小簧片兩端固定在兩塊固定架32、34上，兩組小簧片安裝在固定架32、34上的位置對稱。此旋轉(zhuǎn)軸組裝時，四片小簧片35位置放好后由四塊壓板31、33、38、39分別壓住小簧片兩端，然后由8個柱頭螺釘40將壓板31、33、38、39和小簧片固定在固定架32、34上。兩塊固定架32、34便通過小簧片35組合在一起。固定架34固定在立柱37上，固定架32與擺錘30固定在一起。旋轉(zhuǎn)軸上端有定位鎖緊裝置，限制搬運時旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，有效避免運輸時對旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生沖擊造成損壞。兩塊固定架32、34上端各有一個銷釘36，運輸前，固定板41扣在固定架32、34上端面，銷釘36穿過固定板41上的限位孔，兩個手柄42(即自制螺釘)將固定板41固定在左右放置的兩塊固定架32、34上端面，固定板41便起到限制旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動的作用。
所述旋轉(zhuǎn)臂為線圈架23，由螺釘固定在擺錘30上。其上安裝著工作線圈22和標定線圈29。當有震動時，擺架23帶動擺錘30和線圈22、29在水平方向左右擺動，線圈便在磁場中運動。
所述垂直向拾震器的結(jié)構(gòu)見圖5、圖6。垂直拾震器包括慣性擺及動圈換能器。其動圈換能器與水平拾震器的動圈換能器組成形式相同，但工作磁鋼51和標定磁鋼45在垂直方向相向而置，兩磁場相斥。工作線圈50和標定線圈47分別用螺釘48、46固定在線圈架49一端的上下兩面，且兩線圈垂直方向圓心同軸。
所述慣性擺包括旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)臂、重錘、彈性懸臂。所述旋轉(zhuǎn)臂是線圈架49。
所述垂直向拾震器的旋轉(zhuǎn)軸及其定位鎖緊裝置和水平向拾震器旋轉(zhuǎn)軸及定位鎖緊裝置是相同的。旋轉(zhuǎn)軸同樣是由兩塊固定架59，60和四片小簧片58相互連接組合構(gòu)成的。位于旋轉(zhuǎn)軸上的固定架59固定在支架56上，固定架60與線圈架49由柱頭螺釘57固定連接。所述重錘為擺錘42。該擺錘42由螺釘44固定在線圈架49上。
所述彈性懸臂由大片簧61構(gòu)成，產(chǎn)生彈性恢復(fù)力矩，其一端用螺釘52固定，夾在固定軸54和壓板53之間，另一端由螺釘63固定，夾在固定架60和壓板62之間。調(diào)節(jié)大片簧弧度使其懸掛起帶有擺錘和線圈的線圈架49。調(diào)節(jié)時，用改錐轉(zhuǎn)動固定軸54，改變大片簧61的孤度，從而改變旋轉(zhuǎn)臂的傾斜角度，改變了機械零點和擺動周期。這種大片簧懸掛形式可提高此分向拾震器的寄生共振頻率。
所述儀器外鎖解擺錘機構(gòu)見圖1、圖2。圖2中小底板8、13、15上均裝有一個鎖擺機構(gòu)。以小底板15上的水平向外鎖緊擺錘機構(gòu)為例，它包括固定在小底板15上的小支架17，與小支架17螺紋連接的柱頭螺釘18，該柱頭螺釘18的另一端連接有上頂塊16，所述外罩6上具有三個與柱頭螺釘18相對應(yīng)的螺孔。圖1中圓柱形儀器外罩6上有三個螺釘，即垂直分向封孔螺釘5和兩個水平分向封孔螺釘3，它們的位置與三個外鎖解擺錘機構(gòu)的一字柱頭螺釘18所在位置分別對應(yīng)。取下儀器外罩6上這三個配有密封圈的螺釘后，改錐從儀器外罩上的三個孔往里伸能夠接觸到一字柱頭螺釘18，轉(zhuǎn)動一字柱頭螺釘18，它帶著頂塊16向靠近擺錘方向移動，直到頂住擺錘，使擺錘固定不動實現(xiàn)鎖緊擺錘位置；或是帶著頂塊16遠離擺錘方向移動，實現(xiàn)擺錘解鎖。罩外擺錘鎖解裝置方便了儀器在流動觀測時的使用。流動觀測短距離搬運時，通過這個裝置，無須打開外罩，簡單的操作就可完成擺錘的鎖解，既避免了野外環(huán)境對儀器內(nèi)部的污染又有效地防止了搬運對儀器彈性元件的損壞。
參見圖7和圖8，所述電子反饋電路系統(tǒng)，包括差分放大器66、低通濾波器67及輸出電路68，所述差分放大器66、低通濾波器67及輸出電路68分別采用雙邊電路，所述線圈L1的兩端分別接至所述對稱差分放大器66的兩個“+”輸入端，所述對稱差分放大器66其中一個輸出端經(jīng)電阻R1和電容C1負反饋到所述線圈L2的一端，所述對稱差分放大器66另一個輸出端與所述線圈L2的另一端相連，所述對稱差分放大器66的每組輸出端、輸入端之間分別接有所述一階低通濾波器，所述對稱差分放大器66的兩個輸出端的信號分別經(jīng)對稱的低通濾波器67和對稱的輸出電路68輸出。
本實用新型所述的地震計的拾震器將慣性擺與動圈換能器的線圈剛性的聯(lián)接起來，當?shù)卣饎訒r，慣性擺帶動換能線圈在磁場中運動，產(chǎn)生感應(yīng)電壓，經(jīng)電子放大后傳人記錄系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.短周期反饋式地震計，包括三分向拾震器(2)、線路系統(tǒng)(1)、儀器外罩(6)，其特征是所述線路系統(tǒng)(1)為反饋線路系統(tǒng)，放置在三分向拾震器(2)的上方，所述三分向拾震器(2)分別安裝在各自的小底板(8、13、15)上，三個小底板均勻分布固定在圓形底座(4)上，其中安裝在小底板(8)上的為東西分向水平拾震器，安裝在小底板(13)上的為垂直向拾震器，安裝在小底板(15)上的為南北向水平拾震器，兩個水平向拾震器對應(yīng)的小底板(8，15)上均設(shè)有定位方向微調(diào)機構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震計，其特征是所述定位方向微調(diào)機構(gòu)包括位于小底板(8、15)側(cè)面的調(diào)節(jié)孔、將小底板一端與底座(4)固定連接的固定螺釘(7)，固定在小底板上的小軸(10)和安裝在小軸(10)上的調(diào)節(jié)螺釘(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地震計，其特征是所述水平向拾震器包括慣性擺和動圈換能器，所述動圈換能器包括標定磁鋼(27)，工作磁鋼(19)，標定線圈(29)和工作線圈(22)，形成獨立的工作系統(tǒng)和標定系統(tǒng)，兩者在水平方向相向放置，工作磁鋼(19)和標定磁鋼(27)分別位于圓柱形大導(dǎo)磁碗(21)和小導(dǎo)磁碗(28)的圓心位置，其上各蓋有工作極鐵(20)、標定極鐵(26)，工作線圈(22)和標定線圈(29)用螺釘(24、25)固定在線圈架(23)的左右兩側(cè)，且兩線圈水平方向圓心同軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地震計，其特征是所述動圈換能器包括標定磁鋼(27)，工作磁鋼(19)，標定線圈(29)和工作線圈(22)，形成獨立的工作系統(tǒng)和標定系統(tǒng)，兩者在水平方向相向放置，標定極鐵(26)，標定線圈(29)和工作線圈(22)在工作磁場和標定磁場內(nèi)運動，即磁鋼和導(dǎo)磁碗之間形成的圓環(huán)空隙處，工作線圈(22)和標定線圈(29)用螺釘(24、25)固定在線圈架(23)的左右兩側(cè)，且兩線圈水平方向圓心同軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的地震計，其特征是所述慣性擺包括旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)臂和重錘(30)，所述重錘為擺錘，所述旋轉(zhuǎn)軸是由四片小簧片(35)和兩塊固定架(32、34)組合構(gòu)成，每兩片小簧片為一組，交錯且互成90°放置，小簧片兩端固定在兩塊固定架(32、34)上，兩組小簧片安裝在固定架(32、34)上的位置對稱，固定架(34)固定在立柱(37)上，固定架(32)與擺錘(30)固定在一起，旋轉(zhuǎn)軸上端設(shè)置有定位鎖緊裝置，兩塊固定架(32、34)上端各有一個銷釘(36)，所述旋轉(zhuǎn)臂(23)為線圈架，由螺釘固定在擺錘(30)上，其上安裝著工作線圈(22)和標定線圈(29)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的地震計，其特征是所述垂直向拾震器包括慣性擺及動圈換能器，其動圈換能器與水平拾震器的動圈換能器組成形式相同，但工作磁鋼(51)和標定磁鋼(45)在垂直方向相向而置，兩磁場相斥，工作線圈(50)和標定線圈(47)分別用螺釘(48、46)固定在線圈架(49)一端的上下兩面，且兩線圈垂直方向圓心同軸；所述慣性擺包括旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)臂、重錘、彈性懸臂，所述旋轉(zhuǎn)臂是線圈架(49)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的地震計，其特征是所述垂直向拾震器的旋轉(zhuǎn)軸及其定位鎖緊裝置和水平向拾震器旋轉(zhuǎn)軸及定位鎖緊裝置是相同的，旋轉(zhuǎn)軸同樣是由兩塊固定架(59，60)和四片小簧片(58)相互連接組合構(gòu)成的，位于旋轉(zhuǎn)軸上的固定架(59)固定在支架(56)上，固定架(60)與線圈架(49)由柱頭螺釘(57)固定連接。所述重錘為擺錘(42)，該擺錘(42)由螺釘(44)固定在線圈架(49)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的地震計，其特征是所述彈性懸臂由大片簧(61)構(gòu)成，該片簧的一端用螺釘(52)固定，夾在固定軸(54)和壓板(53)之間，另一端由螺釘(63)固定，夾在固定架(60)和壓板(62)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的地震計，其特征是還包括三個儀器外鎖解擺錘機構(gòu)，每個機構(gòu)包括分別固定在小底板(8、13、15)上的小支架(17)、與小支架(17)螺紋連接的柱頭螺釘(18)，該柱頭螺釘(18)的另一端連接有上頂塊(16)，所述外罩(6)上具有三個與柱頭螺釘(18)相對應(yīng)的螺孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的地震計，其特征是所述電子反饋電路系統(tǒng)，包括差分放大器(66)、低通濾波器(67)及輸出電路(68)，所述差分放大器(66)、低通濾波器(67)及輸出電路(68)分別采用雙邊電路，所述線圈(L1)的兩端分別接至所述對稱差分放大器(66)的兩個“+”輸入端，所述對稱差分放大器(66)其中一個輸出端經(jīng)電阻(R1)和電容(C1)負反饋到所述線圈(L2)的一端，所述對稱差分放大器(66)另一個輸出端與所述線圈(L2)的另一端相連，所述對稱差分放大器(66)的每組輸出端、輸入端之間分別接有所述一階低通濾波器，所述對稱差分放大器(66)的兩個輸出端的信號分別經(jīng)對稱的低通濾波器(67)和對稱的輸出電路(68)輸出。
專利摘要本實用新型涉及短周期反饋式地震計，包括三分向拾震器、線路系統(tǒng)、儀器外罩，所述線路系統(tǒng)為反饋線路系統(tǒng)，放置在三分向拾震器的上方，所述三分向拾震器分別安裝在各自的小底板，三個小底板均勻分布固定在圓形底座上，兩個水平向拾震器對應(yīng)的小底板上均設(shè)有定位方向微調(diào)機構(gòu)。該地震計是三分向為一體的輸出為速度型的短周期地震計，系統(tǒng)噪聲低，靈敏度高，達到2000 V·s/m，高頻部分頻帶范圍寬(1－70Hz)；記錄近震、地方震、初動清晰，高頻豐富；除用于流動觀測，也用于工程振動測量；結(jié)構(gòu)簡潔巧妙，體積小，重量輕，便于攜帶。
文檔編號G01V1/18GK2784946SQ200520000299
公開日2006年5月31日 申請日期2005年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月10日
發(fā)明者趙子玉, 孟繁喜, 王彥敏, 李蕓, 李慶云, 范淑芬, 王蕤 申請人:北京市地震局