專利名稱：傾斜儀現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定的微傾斜產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地學(xué)儀器標(biāo)定裝置，尤其涉及了一種傾斜儀現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定的微傾斜產(chǎn)
生裝置。
背景技術(shù)：
傾斜儀是用于地傾斜觀測(cè)的儀器，適用于觀測(cè)固體潮及其慢地震。十七世紀(jì)末，在牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律并用于解釋潮汐現(xiàn)象的同時(shí)，人們就想象到太陽和月亮的引潮力將會(huì)引起鉛垂線方向發(fā)生變化。當(dāng)時(shí)有許多人試著測(cè)量太陽和月亮的引潮力對(duì)自由懸掛的鉛垂擺的平衡位置的變化，并做了大量試驗(yàn)，由于測(cè)量靈敏度不夠，均未成功。直到十九世紀(jì)德國(guó)人Hengler發(fā)明了水平擺，用機(jī)械方法將位移量放大了很多倍之后，才測(cè)到了傾斜固體潮，水平擺傾斜儀由于靈敏度高，一直使用至今。隨著電子技術(shù)和傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，位移測(cè)量的精度大大提高，故可采用垂直擺傾斜儀來進(jìn)行高精度的傾斜測(cè)量，且由于位移測(cè)量的精度足夠高，可將擺長(zhǎng)大大縮短，從而減小儀器的尺寸和加工難度。VP型甚寬頻帶傾斜儀用于測(cè)量地球內(nèi)部運(yùn)動(dòng)引起的地面的傾斜變化，是進(jìn)行地震前兆觀測(cè)的重要手段之一。由于測(cè)量靈敏度高達(dá)千分之一角秒，故可測(cè)量太陽和月亮的位置變化引起的鉛垂線方向的變化，用于測(cè)量?jī)A斜固體潮。由于VP型寬頻帶垂直擺傾斜儀有較低的噪聲和較寬的頻帶，故可觀測(cè)緩慢地震和長(zhǎng)周期地震。傾斜儀的出廠標(biāo)定技術(shù)已經(jīng)非常成熟?，F(xiàn)有的傾斜儀在出廠時(shí)均用出廠標(biāo)定裝置進(jìn)行標(biāo)定。但出廠標(biāo)定需要工具過多，其中包括一個(gè)作為測(cè)量平臺(tái)的大金屬板，又大又重，移動(dòng)極其不便；又過程繁瑣，每測(cè)量一個(gè)儀器就需要將其搬上測(cè)量平臺(tái)，每搬動(dòng)一次都需要鎖擺，測(cè)量時(shí)又需松擺，測(cè)完之后要將其搬下再換其他儀器；而且消耗時(shí)間過多，儀器每次松擺之后都需要一定時(shí)間使擺穩(wěn)定，造成了出廠標(biāo)定技術(shù)的以下局限之處:
1、所有傾斜儀必須送進(jìn)特定的山洞標(biāo)定，無法在以后長(zhǎng)期放置山洞中的傾 斜儀進(jìn)行標(biāo)定。2、傾斜儀只能在出廠時(shí)標(biāo)定一次，即使以后因時(shí)間及環(huán)境影響導(dǎo)致儀器參數(shù)及靈敏度的改變也沒法再次標(biāo)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、操作更為簡(jiǎn)便的傾斜儀現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定的微傾斜產(chǎn)生裝置，能使傾斜儀底盤精確地產(chǎn)生150毫角秒的傾斜變化，傾斜變化量精度及穩(wěn)定性需小于0.001角秒。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本裝置由基座、支撐螺桿、墊塊、直流電機(jī)、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、壓電陶瓷、傳感單元和觸片組成；
所述的支撐螺桿包括第I螺桿、第2螺桿和第3螺桿；所述的墊塊包括第I墊塊、第2墊塊和第3墊塊；
呈三角形排列的第I螺桿、第2螺桿和第3螺桿分別穿過基座10的螺孔置于對(duì)應(yīng)的呈三角形排列的第I墊塊、第2墊塊和第3墊塊上,組成一工作平臺(tái)；
直流電機(jī)通過固定片設(shè)置于基座上，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸和主動(dòng)齒輪的中心軸連接，主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)控制從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)；
陶瓷支撐座的外螺紋和基座中心孔的內(nèi)螺紋嚙合，壓電陶瓷、陶瓷支撐座和從動(dòng)齒輪的中心軸依次連接，控制壓電陶瓷上下移動(dòng)；
在壓電陶瓷的周邊設(shè)置有陶瓷限制片，避免壓電陶瓷晃動(dòng)；
在壓電陶瓷的頂端設(shè)置有傳感頂帽，在頂帽旁邊設(shè)置有傳感焊片，傳感焊片和傳感單元連接；
觸片貼在傾斜儀底盤下方，并與±5V電源的正極相連。本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
1、體積較小，便于攜帶，可以攜帶到任何山洞去現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定儀器；
2、操作方便，不需要頻繁搬動(dòng)傾斜儀，因此也不需要松、鎖擺；
3、節(jié)省時(shí)間，既省下了搬動(dòng)儀器的時(shí)間，也省下了等待垂直擺穩(wěn)定的時(shí)間；
4、標(biāo)定兼容，因出廠標(biāo)定同樣 使用壓電陶瓷，因此現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定與出廠標(biāo)定系 統(tǒng)的兼容性較好。適用于標(biāo)定傾斜儀。


圖1是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是傳感單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:
00—傾斜儀底盤；
IO—基座；
20一支撐螺桿，21一第I螺桿,22一第2螺桿,23一第3螺桿；
30一塾塊， 31—第I塾塊，32一第2塾塊，33一第3塾塊；
40—直流電機(jī)；
50一主動(dòng)齒輪；
60一從動(dòng)齒輪；
70一壓電陶瓷,71—陶瓷支撐座，72—陶瓷限制片，
73—陶瓷電源；
80—傳感單元，81—傳感頂帽， 82—傳感焊片，8E — ±5V電源，
8K—單刀雙擲開關(guān)，8R1—第I電阻，8R2—第2電阻，
8G1—紅色發(fā)光二極管，8G2—綠色發(fā)光二極管；
90一觸片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明:
一、本裝置的結(jié)構(gòu)1、總體
如圖1，本裝置由基座10、支撐螺桿20、墊塊30、直流電機(jī)40、主動(dòng)齒輪50、從動(dòng)齒輪60、壓電陶瓷70、傳感單元80和觸片90組成；
所述的支撐螺桿20包括第I螺桿21、第2螺桿22和第3螺桿23 ；
所述的墊塊30包括第I墊塊31、第2墊塊32和第3墊塊33 ；
呈三角形排列的第I螺桿21、第2螺桿22和第3螺桿23分別穿過基座10的螺孔置于對(duì)應(yīng)的呈三角形排列的第I墊塊31、第2墊塊32和第3墊塊33上，組成一工作平臺(tái)；
直流電機(jī)40通過固定片41設(shè)置于基座10上，直流電機(jī)40的轉(zhuǎn)軸42和主動(dòng)齒輪50的中心軸連接，主動(dòng)齒輪50和從動(dòng)齒輪60嚙合，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)40控制從動(dòng)齒輪60的轉(zhuǎn)動(dòng)；陶瓷支撐座71的外螺紋和基座10中心孔的內(nèi)螺紋嚙合，壓電陶瓷70、陶瓷支撐座71和從動(dòng)齒輪60的中心軸依次連接，控制壓電陶瓷70上下移動(dòng)；
在壓電陶瓷70的周邊設(shè)置有陶瓷限制片72，避免壓電陶瓷70晃動(dòng)；
在壓電陶瓷70的頂端設(shè)置有傳感頂帽81，在頂帽81旁邊設(shè)置有傳感焊片82，傳感焊片82和傳感單元80連接；
觸片90貼在傾斜儀底盤00下方，并與±5V電源8E的正極相連。2、功能部件 I)基座10
如圖1，基座10是一種圓形金屬塊，其中心設(shè)置有螺紋孔，其外圍設(shè)置有呈三角排列的三個(gè)和支撐螺桿20適配的螺紋孔，還設(shè)置有扇`形缺口。2)支撐螺桿20
如圖1，支撐螺桿20包括第I螺桿21、第2螺桿22和第3螺桿23，其外螺紋和基座10的螺紋孔適配。3)墊塊 30
如圖1，墊塊30包括第I墊塊31、第2墊塊32和第3墊塊33，均為一種中間有凹槽的圓柱形金屬塊，供支撐螺桿20放置。4)直流電機(jī)40
如圖1，直流電機(jī)40為直流永磁伺服電機(jī)。5)主動(dòng)齒輪50
如圖1，主動(dòng)齒輪50直徑為17mm。6)從動(dòng)齒輪60
如圖1，從動(dòng)齒輪60直徑為44mm。7)壓電陶瓷70
如圖1，壓電陶瓷70的長(zhǎng)X寬X高=10 mmXIO mmX 20mm，靜電容量為7.2 μ F，其控制電壓范圍為O 150V。8)傳感單元80
如圖1、2，傳感單元80包括±5V電源8E、單刀雙擲開關(guān)8K、第I電阻8R1、第2電阻8R2、紅色發(fā)光二極管8G1和綠色發(fā)光二極管8G2 ；
單刀雙擲開關(guān)8K分別與±5V電源8E和直流電機(jī)40的一端連接，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)40正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)(+5V，正轉(zhuǎn)；_5V，反轉(zhuǎn)；斷開，停轉(zhuǎn))； 紅色發(fā)光二極管8G1與綠色發(fā)光二極管8G2首尾相接并聯(lián)后與第I電阻8R1串聯(lián)，形成混聯(lián)電路；混聯(lián)電路和直流電機(jī)40并聯(lián)，直流電機(jī)40正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)時(shí)，分別顯示綠燈亮、紅燈亮、都不亮三種狀態(tài)；
直流電機(jī)40的另一端連接第2電阻8R2后接地，形成回路；
直流電機(jī)40的另一端同時(shí)連接傳感焊片82，當(dāng)傳感頂帽81上升接觸到觸片90時(shí)(觸片90與±5V電源8E的正極相連接)，直流電機(jī)40的兩端為等電勢(shì)，無電流通過，則停轉(zhuǎn)。9)觸片 90 為一種金屬導(dǎo)電片。二、標(biāo)定方法
本裝置是一種傾斜儀現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定的微傾斜產(chǎn)生裝置，是為標(biāo)定傾斜儀時(shí)產(chǎn)生一個(gè)微傾斜量。所述的標(biāo)定是為了得到傾斜儀的格值而作的試驗(yàn)。
所述的格值是傾斜角度變化量與輸出電壓變化量的比值，用傾斜儀輸出電壓表的變化量乘以這個(gè)格值就可以得到傾斜角度的變化量。將本裝置置于傾斜儀底盤00下面的螺桿處，本裝置底座10上的扇形缺口正好與傾斜儀螺桿下墊的墊塊相契合；在傳感頂帽81正上方的傾斜儀底盤00下面粘貼有觸片90 ；
標(biāo)定步驟如下:
①第一次粗調(diào)
轉(zhuǎn)動(dòng)支撐螺桿20，提高整個(gè)基座10的高度，使傳感頂帽81靠近觸片90，此粗調(diào)可調(diào)范圍很大，但精度很低，達(dá)0.1mm級(jí)；
②第二次粗調(diào)
將單刀雙擲開關(guān)8K撥向±5V電源8E的正極，使直流電機(jī)40正轉(zhuǎn)，與其相連的主動(dòng)齒輪50帶動(dòng)從動(dòng)齒輪60轉(zhuǎn)動(dòng)，使帶有螺紋的陶瓷支撐座71因轉(zhuǎn)動(dòng)而向上移動(dòng)，同時(shí)綠燈亮。當(dāng)傳感頂帽81與觸片90相碰時(shí)，直流電機(jī)40兩端為等勢(shì)點(diǎn)，沒有電流通過，直流電機(jī)40停轉(zhuǎn)，同時(shí)綠燈滅；這時(shí)傳感頂帽81與觸片90只是相碰而沒有施加力，再將單刀三擲開關(guān)8K撥向關(guān)，此次粗調(diào)完成；
此粗調(diào)的可調(diào)范圍取決于主動(dòng)齒輪50與從動(dòng)齒輪60 ;為了能使主動(dòng)齒輪50與從動(dòng)齒輪60互相能吃上力而不脫開，設(shè)置可調(diào)范圍為兩種齒輪厚度和的2/3，也就是40mm，精度能到微米級(jí)；
③使用壓電陶瓷70進(jìn)行精調(diào)
利用壓電陶瓷70的特性，通過壓電陶瓷電源73向壓電陶瓷70通電，產(chǎn)生一個(gè)微形變，于是傳感頂帽81將傾斜儀底盤00微微頂起；
精調(diào)的可調(diào)范圍及精度都是取決于壓電陶瓷的特性；
④再用精密位移測(cè)量?jī)x(如激光干涉儀)測(cè)量?jī)A斜儀底盤00因傳感頂帽81施力后而產(chǎn)生的微位移；
⑤用這微位移計(jì)算出傾斜儀的角變化量，再將此角變化量比上傾斜儀本身輸出電壓的變化就能得到格值。標(biāo)定完成后，將單刀雙擲開關(guān)8K撥向撥到±5V電源8E的-5V處，使直流電機(jī)40反轉(zhuǎn)，通過主動(dòng)齒輪50帶動(dòng)從動(dòng)齒輪60使傳感單元頂帽81下降，同時(shí)紅燈亮；只要3 4s就可以斷開開關(guān)，取走裝置。三、使用說明
將觸片90粘在傾斜儀底盤00下面時(shí)一定要平，否則壓電陶瓷70產(chǎn)生形變時(shí)可能會(huì)卸力，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)。將本裝置于傾斜儀底盤00下面的時(shí)候要注意傳感單元的頂帽81 —定不要高出觸片90下端，否則裝置將會(huì)放不進(jìn)去。若傳感單元的頂帽81位置過高，則將電源開關(guān)8K撥向±5V電源8E的-5V處，使傳感單元的頂帽81向下移動(dòng)至合適的高度。在除標(biāo)定時(shí)的整個(gè)過程中，盡量不要碰到傾斜儀。因?yàn)槿绻麅A斜儀受力，則擺會(huì)受到影響。穩(wěn)定擺又要花上不少時(shí)間。如果傾斜儀受的力過大而移動(dòng)的話，甚至連接擺的鎢絲可能會(huì)斷。因此在標(biāo)定時(shí)傳感單元的頂帽81可以對(duì)傾斜儀施加一個(gè)小的力，除此之外就不要對(duì)傾斜儀產(chǎn)生別的力了。在標(biāo)定過程中，人要離開儀器在遠(yuǎn)處進(jìn)行遙控。因?yàn)槿嗽趦x器旁會(huì)使地面產(chǎn)生20 30ms (毫角秒)的傾斜。這會(huì)對(duì)標(biāo)定結(jié)果產(chǎn)生影響。
權(quán)利要求
1.一種傾斜儀現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定的微傾斜產(chǎn)生裝置，其特征在于: 本裝置由基座(10 )、支撐螺桿(20 )、墊塊(30 )、直流電機(jī)(40 )、主動(dòng)齒輪(50 )、從動(dòng)齒輪(60)、壓電陶瓷(70)、傳感單元(80)和觸片(90)組成； 所述的支撐螺桿(20)包括第I螺桿(21)、第2螺桿(22)和第3螺桿(23)； 所述的墊塊(30)包括第I墊塊(31)、第2墊塊(32)和第3墊塊(33)； 呈三角形排列的第I螺桿(21)、第2螺桿(22)和第3螺桿(23)分別穿過基座(10)的螺孔置于對(duì)應(yīng)的呈三角形排列的第I墊塊(31)、第2墊塊(32)和第3墊塊(33)上，組成一工作平臺(tái)； 直流電機(jī)(40)通過固定片(41)設(shè)置于基座(10)上，直流電機(jī)(40)的轉(zhuǎn)軸(42)和主動(dòng)齒輪(50)的中心軸連接，主動(dòng)齒輪(50)和從動(dòng)齒輪(60)嚙合，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)(40)控制從動(dòng)齒輪(60)的轉(zhuǎn)動(dòng)； 陶瓷支撐座(71)的外螺紋和基座(10)中心孔的內(nèi)螺紋嚙合，壓電陶瓷(70)、陶瓷支撐座(71)和從動(dòng)齒輪(60)的中心軸依次連接，控制壓電陶瓷(70)上下移動(dòng)； 在壓電陶瓷(70)的周邊設(shè)置有陶瓷限制片(72)，避免壓電陶瓷(70)晃動(dòng)； 在壓電陶瓷(70 )的頂端設(shè)置有傳感頂帽(81)，在頂帽(81)旁邊設(shè)置有傳感焊片(82)，傳感焊片(82)和傳感單元(80)連接； 觸片(90)貼在傾斜儀底盤(00)下方，并與±5V電源(8E )的正極相連； 所述的傳感單元(80)包括±5V電源(8E)、單刀雙擲開關(guān)(8K)、第I電阻(8R1)、第2電阻(8R2 )、紅色發(fā)光二極管(8G1)和綠色發(fā)光二極管(8G2 ); 單刀雙擲開關(guān)(8K)分別與±5V電源(8E)和直流電機(jī)(40)的一端連接，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)40正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)； 紅色發(fā)光二極管(8G1)與綠色發(fā)光二極管(8G2)首尾相接并聯(lián)后與第I電阻(8R1)串聯(lián)，形成混聯(lián)電路；混聯(lián)電路和直流電機(jī)(40)并聯(lián)，直流電機(jī)(40)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)時(shí)，分別顯不綠燈売、紅燈売、都不売二種狀態(tài)； 直流電機(jī)(40)的另一端連接第2電阻(8R2)后接地，形成回路； 直流電機(jī)(40 )的另一端同時(shí)連接傳感焊片(82 )，當(dāng)傳感頂帽(81)上升接觸到觸片(90時(shí))，直流電機(jī)(40)的兩端為等電勢(shì)，無電流通過，則停轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傾斜儀現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定的微傾斜產(chǎn)生裝置，涉及一種地學(xué)儀器標(biāo)定技術(shù)。本裝置由基座、支撐螺桿、墊塊、直流電機(jī)、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、壓電陶瓷、傳感單元和觸片組成；本方法包括①第一次粗調(diào)；②第二次粗調(diào)；③使用壓電陶瓷70進(jìn)行精調(diào)；④再用精密位移測(cè)量?jī)x測(cè)量?jī)A斜儀的微位移；⑤用這微位移計(jì)算出傾斜儀的角變化量，再將此角變化量比上傾斜儀本身輸出電壓的變化就能得到格值。本發(fā)明體積較小，便于攜帶；操作方便；節(jié)省時(shí)間；標(biāo)定兼容。適用于標(biāo)定傾斜儀。
文檔編號(hào)G01C25/00GK103148871SQ201310101528
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者胡國(guó)慶, 馬武剛, 吳艷霞, 鄒舟, 譚業(yè)春, 吳濤 申請(qǐng)人:中國(guó)地震局地震研究所