專利名稱：多個(gè)換能器的數(shù)字式地震儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于地震測量儀器領(lǐng)域，特別涉及到采用多個(gè)數(shù)字式換能器地
震儀。
背景技術(shù)：
地震的災(zāi)害給人類生命財(cái)產(chǎn)帶來大面積毀滅性打擊，因而地震信息的預(yù)測、 報(bào)及防范，對國計(jì)民生尤為重要，天然的地震按其震中遠(yuǎn)近、震幅大小可以劃分 為不同的等級， 一般的地震儀，是用于觀測地震的最普通的儀器，對于微弱的小 震，如震級為1級，強(qiáng)烈的地震，如接近9級，就要借助專門的儀器，要求地震 儀所測的動(dòng)態(tài)范圍盡可能大，大到最好能覆蓋十個(gè)數(shù)量級。頻響特性要寬，寬到 從數(shù)十赫茲到數(shù)百秒的范圍。為了滿足這些要求，目前國內(nèi)外的地震儀器都是分
成幾個(gè)段，用不同特性的儀器對不同類型的地震進(jìn)行觀測，主要有以下四種1.
短周期地震儀，主要用于觀測地震波頻率高于1赫茲的本地震和近震;2.中周期地 震儀，用于觀測遠(yuǎn)震，即中長周期的地震波;3.超長周期地震儀，用于觀測周期 更長的地震波，主要用于研究地殼運(yùn)動(dòng)，4.強(qiáng)震儀，用于觀測本地的強(qiáng)烈地震， 一般用來觀測地動(dòng)加速度，對建筑物受震影響進(jìn)行分析，從而改善建筑結(jié)構(gòu)。以 上所述四種地震儀都是自成一套系統(tǒng)，包括拾震，換能，信號放大及模/數(shù)(A/D) 轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)的傳輸記錄及數(shù)據(jù)處理，已有地震儀從結(jié)構(gòu)而言，至今仍然采用著一 個(gè)慣性體質(zhì)量塊帶有動(dòng)圈式換能器或電容式換能器，質(zhì)量塊通過彈簧或簧片與固 定基體相連形成一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)外界有振動(dòng)時(shí)，這個(gè)稱為"擺"的振動(dòng)系統(tǒng)就 會處于強(qiáng)迫振動(dòng)的狀態(tài)，當(dāng)外界振動(dòng)的頻率越低于擺的固有頻率時(shí)，擺對外界振 動(dòng)位移的反應(yīng)越小，因而對地震儀器而言，如何提高其靈敏度就是至關(guān)重要的問 題，實(shí)質(zhì)上是歸結(jié)到提高儀器換能器的靈敏度，本實(shí)用新型就是延續(xù)這個(gè)問題而 開展的研究項(xiàng)目。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問題是針對已有的地震儀，拾震部分延用原有振 動(dòng)體系結(jié)構(gòu)，但其換能器的靈敏度不能滿足某些地震測量的要求，為了克服這一 弊端就要重新考慮設(shè)計(jì)高靈敏度換能器結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的目的，在于提供一種 多個(gè)數(shù)字式換能器地震儀，它擴(kuò)大了地震儀的檢測范圍并提高了地震儀的靈敏 度，尤其對于超長周期地震波而言，這種提高尤為重要。
本實(shí)用新型的目的是依靠以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的， 一種多個(gè)換能器的數(shù)字式 地震儀，包括三維空間的三個(gè)分量振動(dòng)單元及每個(gè)振動(dòng)單元所含有的換能器，該 換能器的數(shù)量最多可同時(shí)含有三種，它們是兩個(gè)動(dòng)圈換能器、 一個(gè)電容換能器、 一個(gè)光電換能器，其特征在于，所述兩個(gè)動(dòng)圏換能器與電容換能器裝置在同一個(gè) 軸芯線上，與軸芯線平行的位置方向處，裝有一個(gè)光杠桿放大的光電換能器，各 換能器連接到A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，各個(gè)分量的各個(gè)換能器分別以數(shù)字振動(dòng)信號輸 出。所述兩個(gè)動(dòng)圈換能器分置于兩個(gè)同軸芯線的獨(dú)立磁回路中，每一個(gè)動(dòng)圈換能 器包含一組以上換能線圈。所述的光杠桿放大的光電換能器，它的組成結(jié)構(gòu)是，
由一個(gè)可左右擅動(dòng)的"n"形簧彈性結(jié)構(gòu)片，在"n"形簧的下端部兩點(diǎn)分別固 定在所述振動(dòng)單元基座上及質(zhì)量塊上，"n"形簧頂部固定貼有一個(gè)平面鏡片， 鏡片平面法線兩測距鏡片10-15公分距離處，分別裝有一個(gè)點(diǎn)光源及一個(gè)光電 池或一個(gè)光點(diǎn)位移敏感器件。
當(dāng)所述振動(dòng)單元振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)"n"形簧左右擅動(dòng)，從而使鏡片反射光線 在不同角度間來回扇形掃動(dòng)，反射光斑照在接收點(diǎn)處的光電池上，擺處于平衡位 置時(shí)光斑將在中間，其光電流輸出基本為o，當(dāng)光斑左右擺動(dòng)時(shí)在其表面產(chǎn)生出
不同的光電流，通過A/D轉(zhuǎn)換電路就可以得到數(shù)字振動(dòng)信號。
本實(shí)用新型的有益效果是，這種多個(gè)換能器的數(shù)字式地震儀能測出微弱的 遠(yuǎn)震，使儀器靈敏度明顯提高，實(shí)現(xiàn)了一套儀器可最多綜合三套儀器的功能，為 地震監(jiān)測及預(yù)報(bào)研究起到了有效的作用。
圖1為裝配在該地震儀中的一個(gè)分量振動(dòng)單元的組成結(jié)構(gòu)圖； 圖2為所述地震儀組成的方框示意圖； 圖3為一個(gè)分量振動(dòng)單元的連接示意圖；圖4為光杠桿放大的光電換能器； 圖5為光電池的檢測電路圖。
具體實(shí)施方式
參照圖1，表示裝配在該地震儀中的一個(gè)分量振動(dòng)單元的組成結(jié)構(gòu)圖，圖 中1表示一個(gè)彈簧性連接片，它將該分量振動(dòng)單元中的質(zhì)量塊2彈性地連接到固 定在基座上的立柱體，質(zhì)量塊2為馬碲形，其馬蹄形內(nèi)部設(shè)有差動(dòng)電容換能器3， 連接于該差動(dòng)電容換能器設(shè)有兩個(gè)動(dòng)圈換能器，它們分別是一側(cè)的大直徑的動(dòng)圈 換能器8、 9，其中8與9分別代表兩組線圈，即測量短周期振動(dòng)的線圈8及大 反饋線圈9，另一側(cè)的小直徑的動(dòng)圈換能器IO、 11，其中10與11分別代表另兩 組線圈，即標(biāo)定線圈IO及小反饋線圈11，在質(zhì)量塊下部一角處，沿與軸芯線平 行的位置方向裝有一個(gè)光杠桿放大的光電換能器，它包含一個(gè)"n"形簧彈性片 4及貼在彈性片頂部的一個(gè)平面鏡片5，鏡片平面法線兩側(cè)距離鏡片10-15公分 處分別裝有一個(gè)點(diǎn)光源6及一個(gè)光電池7，光電池處也可以用一個(gè)光點(diǎn)位移敏感 器件來代之。
參照圖2為所述地震儀組成部件的方框示意圖，表示出在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)裝有 三個(gè)方向即X向、Y向、Z向的分量振動(dòng)單元，多個(gè)換能器分別從三維方向采集 及轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，均以三個(gè)方向輸出數(shù)字信號。
參照圖3表示每一個(gè)分量振動(dòng)單元的各部件連接示意圖。 參照圖4表示光杠桿放大的光電換能器光路示意圖，圖中OA為振動(dòng)軸， 作為擺的旋轉(zhuǎn)軸，B為"n"形簧片4上的一個(gè)連接點(diǎn)，5為貼在"n"形簧彈 性片上的平面鏡，D為"n"形簧在原位時(shí)鏡面法線方向，E為簧片振動(dòng)偏轉(zhuǎn)后 的法線方向，F(xiàn)為點(diǎn)光源所在處，G為"n"形簧在原位時(shí)反射光點(diǎn)的位置，H
為"n"形簧偏轉(zhuǎn)后反射光點(diǎn)位置。
參照圖5，為光電池的檢測電路圖，圖中7表示光電池，接受鏡片反射光 后在光電池產(chǎn)生電流，經(jīng)檢測及A/D轉(zhuǎn)換后以數(shù)字振動(dòng)信號輸出。
權(quán)利要求1.一種多個(gè)換能器的數(shù)字式地震儀，包括三維空間的三個(gè)分量振動(dòng)單元及每個(gè)振動(dòng)單元所含有的換能器，該換能器的數(shù)量最多可同時(shí)含有三種，它們是兩個(gè)動(dòng)圈換能器、一個(gè)電容換能器、一個(gè)光電換能器，其特征在于，所述兩個(gè)動(dòng)圈換能器與電容換能器裝置在同一個(gè)軸芯線上，與軸芯線平行的位置方向處，裝有一個(gè)光杠桿放大的光電換能器，各換能器連接到A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，各個(gè)分量的各個(gè)換能器分別以數(shù)字振動(dòng)信號輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多個(gè)換能器的數(shù)字式地震儀，其特征在于所述兩個(gè)動(dòng)圈換能器分置于兩個(gè)同軸芯線的獨(dú)立磁回路中，每一個(gè)動(dòng)圈換能器包含一組 以上換能線圈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多個(gè)換能器的數(shù)字式地震儀，其特征在于所述的光杠桿放大的光電換能器，有一個(gè)可左右擅動(dòng)的"n"形簧彈性結(jié)構(gòu)片，在"n" 形簧的下端部兩點(diǎn)分別固定在所述振動(dòng)單元基座上及質(zhì)量塊上，"n"形簧彈性片頂部固定貼有一個(gè)平面鏡片，鏡片平面法線兩側(cè)距鏡片10-15公分距離處，分別裝有一個(gè)點(diǎn)光源及一個(gè)光電池或一個(gè)光點(diǎn)位移敏感器件。
專利摘要一種多個(gè)換能器的數(shù)字式地震儀，屬于地震測量儀器領(lǐng)域，包括三維空間的三個(gè)分量振動(dòng)單元及每個(gè)振動(dòng)單元所含有的換能器，該換能器的數(shù)量最多可同時(shí)含有三種，它們是兩個(gè)動(dòng)圈換能器、一個(gè)電容換能器、一個(gè)光電換能器，其特征在于，所述兩個(gè)動(dòng)圈換能器與電容換能器裝置在同一個(gè)軸芯線上，與軸芯線平行的位置方向處，裝有一個(gè)光杠桿放大的光電換能器，各換能器連接到A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，各個(gè)分量的各個(gè)換能器分別以數(shù)字振動(dòng)信號輸出。這種多個(gè)換能器的數(shù)字式地震儀能測出微弱的遠(yuǎn)震，使儀器靈敏度明顯提高，實(shí)現(xiàn)了一套儀器可最多綜合三套儀器的功能，為地震監(jiān)測及預(yù)報(bào)研究起到了有效的作用。
文檔編號G01V1/16GK201063062SQ200720170118
公開日2008年5月21日 申請日期2007年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月9日
發(fā)明者萬季梅, 陸其鵠, 陸建松 申請人:萬季梅