具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺都柱結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于地震動監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種用于地震儀、地動儀中感應(yīng) 地震動的具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺地動儀都柱結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 地震儀、地動儀W弱地震動為主要的測量對象，通常采用位移測量方式W避免高 頻干擾震動的影響。為使其盡可能準確的對低頻弱地震動作出響應(yīng)，要求地震動感應(yīng)部件 具有盡可能低的固有頻率。具有低固有頻率的地震動感應(yīng)部件一般都結(jié)構(gòu)復(fù)雜或尺寸巨 大。我國張衡于公元132年采用"都柱"結(jié)構(gòu)造出的"候風(fēng)地動儀"，是最早有記錄的地動儀， 但其結(jié)構(gòu)已失傳。1855年意大利科學(xué)家盧帕爾米里發(fā)明了第一臺真正意義上的地震儀，運 臺機器使用裝滿水銀的圓管并裝有電磁裝置，具有復(fù)雜的機械系統(tǒng)。英國地震學(xué)家米爾恩 于1892年發(fā)明的懸擺地震儀是現(xiàn)代地震儀的典型結(jié)構(gòu)，該地震儀高達6米、重25公斤，現(xiàn)代 大部分機械式地震儀仍然按照其原理進行設(shè)計，尺寸很難得到控制。
[0003] 本實用新型提出的具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺都柱結(jié)構(gòu)，是一種結(jié)構(gòu)簡單，W 較小尺寸實現(xiàn)低固有頻率的地震動位移感應(yīng)部件，遠優(yōu)于懸鍵擺等地震動位移感應(yīng)部件的 結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型的目的在于提供一種穩(wěn)定倒立擺地震動位移感應(yīng)部件結(jié)構(gòu)，可用于制 作地震動監(jiān)測儀器。
[0005] 本實用新型提出的具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺都柱結(jié)構(gòu)，由底座和柱狀體組 成，其中：柱狀體豎直放置于底座上方，柱狀體底部與底座上表面的接觸型式為：凸球面對 平面、凸球面對凹球面或凸球面對凸球面的接觸中任一種：
[0006] 凸球面對平面的接觸型式為:柱狀體底部接觸處采用凸球面，底座上表面接觸處 采用平面;或者:柱狀體底部接觸處采用平面，底座上表面接觸處采用凸球面；
[0007] 凸球面對凹球面的接觸型式為:柱狀體底部接觸處采用凸球面，底座上表面接觸 處采用凹球面;或者:柱狀體底部接觸處采用凹球面，底座上表面接觸處采用凸球面；
[000引凸球面對凸球面的接觸型式為:柱狀體底部與底座上表面接觸處均采用凸球面。
[0009] 本實用新型中，當(dāng)采用凸球面對平面的接觸型式時，接觸處凸球面半徑化Q大于柱 狀體的重屯、高度化；
[0010] 當(dāng)接觸型式為凸球面對凹球面時，接觸處凹球面半徑Raq大于凸球面半徑Rtq，且凹 球面半徑、凸球面半徑與柱狀體的重屯、高度化滿足
[0011] 當(dāng)接觸型式為凸球面對凸球面時，兩凸球面半徑與柱狀體的重屯、高度化滿足
[0012] 本實用新型中，適當(dāng)選擇柱狀體底部與底座上表面接觸處的球面半徑及柱狀體的 重屯、高度的數(shù)值，使柱狀體的微幅擺動具有很低的固有頻率。
[0013] 本實用新型中，柱狀體底部或底座上表面設(shè)置有限制柱狀體底部與底座上表面之 間有效接觸區(qū)大小的結(jié)構(gòu)。
[0014] 本實用新型中，柱狀體總高度化大于柱狀體的重屯、高度化。
[0015] 本實用新型中，按接觸型式要求設(shè)計的都柱結(jié)構(gòu)柱狀體在微幅擺動時其重屯、會有 略微提高，使其自動回復(fù)至平衡位置，從而形成穩(wěn)定倒立擺結(jié)構(gòu)。較小幅度的底座水平移動 僅引起結(jié)構(gòu)中柱狀體的擺動而不會使其傾倒。適當(dāng)選擇柱狀體底部與底座上表面接觸處的 球面半徑及柱狀體重屯、高度的數(shù)值，可W使柱狀體的微幅擺動具有很低的固有頻率。柱狀 體底部或底座上表面設(shè)置有限制柱狀體底部與底座上表面之間有效接觸區(qū)大小的結(jié)構(gòu)，有 效接觸區(qū)的直徑djc由結(jié)構(gòu)中較小的接觸面決定。有效接觸區(qū)直徑djc用于確定引起柱狀體 傾倒所需的底座水平位移值，當(dāng)?shù)鬃轿灰七_到由djc確定的倒柱位移值時柱狀體將傾 倒。因柱狀體總高度化大于重屯、高度化，在底座水平位移引起柱狀體擺動時，柱狀體頂端相 對底座的擺幅大于底座的水平位移，可實現(xiàn)對地震動位移的放大觀測。
[0016] 本實用新型的有益效果在于:本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，固有頻率和都柱傾倒位移設(shè) 定方便，且可較小的尺寸實現(xiàn)極低的固有頻率，同時由于柱狀體總高度大于其重屯、高 度，在底座位移引起柱狀體擺動時，柱狀體頂端擺幅大于底座位移，可實現(xiàn)對底座位移的放 大觀測，優(yōu)于現(xiàn)有懸鍵擺等地震動監(jiān)測儀結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)中柱狀體與底座間為凸球面對平面接觸型式的示意圖； 其中：（a)為柱狀體凸球面底部與底座平面上表面的接觸，（b)為為柱狀體平面底部與底座 凸球面上表面的接觸；
[0019] 圖3是本實用新型的結(jié)構(gòu)中柱狀體與底座間為凸球面與凹球面接觸型式示意圖； 其中：（a)為柱狀體凸球面底部與底座凹球面上表面的接觸，（b)為柱狀體凹球面底部與底 座凸球面上表面的接觸；
[0020] 圖4是本實用新型的結(jié)構(gòu)中柱狀體與底座間為凸球面與凸球面接觸型式示意圖；
[0021] 圖5是本實用新型的結(jié)構(gòu)中設(shè)定倒柱地震動位移值的有效接觸區(qū)直徑djc示意圖； 其中：（a)為由柱狀體底部結(jié)構(gòu)設(shè)置的有效接觸區(qū)，（b)為由底座上表面結(jié)構(gòu)設(shè)置的有效接 觸區(qū)；
[0022] 圖6是本實用新型實施例1的結(jié)構(gòu)圖示；
[0023] 圖中標(biāo)號：1-底座，2-都柱下端，3-重屯、調(diào)節(jié)塊，4-都柱上端，5-柱狀體。
【具體實施方式】
[0024] 下面通過實施例結(jié)合附圖進一步說明本實用新型。
[0025] 實施例1:圖1所示的是本實用新型的一種【具體實施方式】。本實用新型提供的具有 低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺地動儀都柱結(jié)構(gòu)，由底座和豎直放置于底座上方的柱狀體組成。 柱狀體底部與底座上表面的接觸型式可為凸球面對平面、凸球面對凹球面或凸球面對凸球 面的接觸，分別如圖2-4所示。其中，凸球面對平面的接觸型式又可分為:柱狀體底部接觸處 采用凸球面，底座上表面接觸處采用平面;或者柱狀體底部接觸處采用平面，底座上表面接 觸處采用凸球面。凸球面對凹球面的接觸型式可分為:柱狀體底部接觸處采用凸球面，底座 上表面接觸處采用凹球面;或者柱狀體底部接觸處采用凹球面，底座上表面接觸處采用凸 球面。柱狀體與底座接觸處的結(jié)構(gòu)型式可為上述型式的任意一種，而其結(jié)構(gòu)參數(shù)按前述要 求設(shè)計，則該結(jié)構(gòu)即成為穩(wěn)定的倒立擺結(jié)構(gòu)。適當(dāng)選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)，可使結(jié)構(gòu)具有很低的固有 頻率。在柱狀體底部或底座上表面設(shè)置限制柱狀體底部與底座上表面之間有效接觸區(qū)大小 的結(jié)構(gòu)，如圖5所示，有效接觸區(qū)的直徑djc決定了引起柱狀體傾倒所需的底座水平位移值。 柱狀體總高度大于其重屯、高度，在底座水平位移引起柱狀體擺動時，柱狀體頂端相對底座 的擺幅大于底座的水平位移。該結(jié)構(gòu)可用于作為地震儀、地動儀的地震動感應(yīng)部件
[0026] 如圖6所示，底座1放置于水平面內(nèi)，其上表面中屯、部分為凹球面。為便于加工，柱 狀體由都柱下端2和都柱上端4組合而成，其都柱上端4部分套有可上下移動的重屯、調(diào)節(jié)塊 3。都柱下端2底部為凸球面，放置在底座凹球面內(nèi)。該設(shè)備的各參數(shù)按前述要求設(shè)計，在地 面發(fā)生水平震動時將引起都柱擺動。在都柱結(jié)構(gòu)形狀及參數(shù)存在制造誤差時，可用試驗的 方法，通過對重屯、調(diào)節(jié)塊3位置的改變調(diào)整系統(tǒng)固有頻率至很低。調(diào)節(jié)塊3的設(shè)置有效降低 了對接觸處球面半徑加工精度的要求。因都柱桿長大于重屯、高度，都柱上端頂部相對于地 面的擺幅較地面震幅大而易于觀測。當(dāng)?shù)卣饛姸冗_到設(shè)備設(shè)定的監(jiān)測級別，即地面震幅大 于設(shè)備設(shè)定的傾倒位移值時會引起都柱傾倒作為指示，而對于高頻低幅震動則不會引起倒 柱警不。
[0027] W上的描述和附圖表示了本實用新型的優(yōu)選實施例?？蒞理解，在不背離由所附 權(quán)利要求所定義的本實用新型的原理的精神和范圍的條件下，各種增加、變形和替換都應(yīng) 被包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺都柱結(jié)構(gòu)，由底座和柱狀體組成，其特征在于柱 狀體豎直放置于底座上方，柱狀體底部與底座上表面的接觸型式為：凸球面對平面、凸球面 對凹球面或凸球面對凸球面的接觸中任一種： 凸球面對平面的接觸型式為:柱狀體底部接觸處采用凸球面，底座上表面接觸處采用 平面;或者:柱狀體底部接觸處采用平面，底座上表面接觸處采用凸球面； 凸球面對凹球面的接觸型式為:柱狀體底部接觸處采用凸球面，底座上表面接觸處采 用凹球面;或者:柱狀體底部接觸處采用凹球面，底座上表面接觸處采用凸球面； 凸球面對凸球面的接觸型式為:柱狀體底部與底座上表面接觸處均采用凸球面。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺都柱結(jié)構(gòu)，其特征在于： 當(dāng)采用凸球面對平面的接觸型式時，接觸處凸球面半徑Rtq大于柱狀體的重心高度Hg; 當(dāng)接觸型式為凸球面對凹球面時，接觸處凹球面半徑Raq大于凸球面半徑Rtq，且凹球面 半徑、凸球面半徑與柱狀體的重心高度出滿足； 當(dāng)接觸型式為凸球面對凸球面時，兩凸球面半徑與柱狀體的重心高度出滿足。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺都柱結(jié)構(gòu)，其特征在于柱狀體 底部或底座上表面設(shè)置有限制柱狀體底部與底座上表面之間有效接觸區(qū)大小的結(jié)構(gòu)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺都柱結(jié)構(gòu)，其特征在于柱狀體 總高度Ho大于柱狀體的重心高度Hg。
【專利摘要】本實用新型涉及一種具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺都柱結(jié)構(gòu)，由底座和豎直放置于其上的柱狀體組成。柱狀體底部與底座上表面之間為球面對平面或球面對球面的接觸。根據(jù)本實用新型方法確定球面半徑和柱狀體重心高度可使其成為具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺。本實用新型提出的具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺地動儀都柱結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，對弱地震動位移感應(yīng)靈敏而抗高頻干擾震動能力強的優(yōu)點，并在地震動位移達到設(shè)置值時會引起倒柱警示，作為地震動監(jiān)測儀器的感應(yīng)部件優(yōu)于懸錘擺等現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】G01V1/00
【公開號】CN205333870
【申請?zhí)枴緾N201620007368
【發(fā)明人】劉釗, 陳茂林, 朱玉田
【申請人】同濟大學(xué)
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2016年1月7日