專利名稱：傾斜儀現場標定的微傾斜產生裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種地學儀器標定裝置，尤其涉及了一種傾斜儀現場標定的微傾斜產
生裝置。
背景技術：
傾斜儀是用于地傾斜觀測的儀器，適用于觀測固體潮及其慢地震。十七世紀末，在牛頓發現萬有引力定律并用于解釋潮汐現象的同時，人們就想象到太陽和月亮的引潮力將會引起鉛垂線方向發生變化。當時有許多人試著測量太陽和月亮的引潮力對自由懸掛的鉛垂擺的平衡位置的變化，并做了大量試驗，由于測量靈敏度不夠，均未成功。直到十九世紀德國人Hengler發明了水平擺，用機械方法將位移量放大了很多倍之后，才測到了傾斜固體潮，水平擺傾斜儀由于靈敏度高，一直使用至今。隨著電子技術和傳感技術的飛速發展，位移測量的精度大大提高，故可采用垂直擺傾斜儀來進行高精度的傾斜測量，且由于位移測量的精度足夠高，可將擺長大大縮短，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量地球內部運動引起的地面的傾斜變化，是進行地震前兆觀測的重要手段之一。由于測量靈敏度高達千分之一角秒，故可測量太陽和月亮的位置變化引起的鉛垂線方向的變化，用于測量傾斜固體潮。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，故可觀測緩慢地震和長周期地震。傾斜儀的出廠標定技術已經非常成熟。現有的傾斜儀在出廠時均用出廠標定裝置進行標定。但出廠標定需要工具過多，其中包括一個作為測量平臺的大金屬板，又大又重，移動極其不便；又過程繁瑣，每測量一個儀器就需要將其搬上測量平臺，每搬動一次都需要鎖擺，測量時又需松擺，測完之后要將其搬下再換其他儀器；而且消耗時間過多，儀器每次松擺之后都需要一定時間使擺穩定，造成了出廠標定技術的以下局限之處:
1、所有傾斜儀必須送進特定的山洞標定，無法在以后長期放置山洞中的傾 斜儀進行標定。2、傾斜儀只能在出廠時標定一次，即使以后因時間及環境影響導致儀器參數及靈敏度的改變也沒法再次標定。
發明內容
本發明的目的就在于克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種結構更為簡單、操作更為簡便的傾斜儀現場標定的微傾斜產生裝置，能使傾斜儀底盤精確地產生150毫角秒的傾斜變化，傾斜變化量精度及穩定性需小于0.001角秒。本發明的目的是這樣實現的:
本裝置由基座、支撐螺桿、墊塊、直流電機、主動齒輪、從動齒輪、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的螺孔置于對應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；
直流電機通過固定片設置于基座上，直流電機的轉軸和主動齒輪的中心軸連接，主動齒輪和從動齒輪嚙合，實現直流電機控制從動齒輪的轉動；
陶瓷支撐座的外螺紋和基座中心孔的內螺紋嚙合，壓電陶瓷、陶瓷支撐座和從動齒輪的中心軸依次連接，控制壓電陶瓷上下移動；
在壓電陶瓷的周邊設置有陶瓷限制片，避免壓電陶瓷晃動；
在壓電陶瓷的頂端設置有傳感頂帽，在頂帽旁邊設置有傳感焊片，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。本發明具有下列優點和積極效果:
1、體積較小，便于攜帶，可以攜帶到任何山洞去現場標定儀器；
2、操作方便，不需要頻繁搬動傾斜儀，因此也不需要松、鎖擺；
3、節省時間，既省下了搬動儀器的時間，也省下了等待垂直擺穩定的時間；
4、標定兼容，因出廠標定同樣 使用壓電陶瓷，因此現場標定與出廠標定系 統的兼容性較好。適用于標定傾斜儀。
圖1是本裝置的結構示意圖。圖2是傳感單元的結構示意圖。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；
50一主動齒輪；
60一從動齒輪；
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，8R1—第I電阻，8R2—第2電阻，
8G1—紅色發光二極管，8G2—綠色發光二極管；
90一觸片。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例詳細說明:
一、本裝置的結構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40、主動齒輪50、從動齒輪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的螺孔置于對應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；
直流電機40通過固定片41設置于基座10上，直流電機40的轉軸42和主動齒輪50的中心軸連接，主動齒輪50和從動齒輪60嚙合，實現直流電機40控制從動齒輪60的轉動；陶瓷支撐座71的外螺紋和基座10中心孔的內螺紋嚙合，壓電陶瓷70、陶瓷支撐座71和從動齒輪60的中心軸依次連接，控制壓電陶瓷70上下移動；
在壓電陶瓷70的周邊設置有陶瓷限制片72，避免壓電陶瓷70晃動；
在壓電陶瓷70的頂端設置有傳感頂帽81，在頂帽81旁邊設置有傳感焊片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，其中心設置有螺紋孔，其外圍設置有呈三角排列的三個和支撐螺桿20適配的螺紋孔，還設置有扇`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40
如圖1，直流電機40為直流永磁伺服電機。5)主動齒輪50
如圖1，主動齒輪50直徑為17mm。6)從動齒輪60
如圖1，從動齒輪60直徑為44mm。7)壓電陶瓷70
如圖1，壓電陶瓷70的長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8K、第I電阻8R1、第2電阻8R2、紅色發光二極管8G1和綠色發光二極管8G2 ；
單刀雙擲開關8K分別與±5V電源8E和直流電機40的一端連接，實現直流電機40正轉、反轉和停轉(+5V，正轉；_5V，反轉；斷開，停轉)； 紅色發光二極管8G1與綠色發光二極管8G2首尾相接并聯后與第I電阻8R1串聯，形成混聯電路；混聯電路和直流電機40并聯，直流電機40正轉、反轉和停轉時，分別顯示綠燈亮、紅燈亮、都不亮三種狀態；
直流電機40的另一端連接第2電阻8R2后接地，形成回路；
直流電機40的另一端同時連接傳感焊片82，當傳感頂帽81上升接觸到觸片90時(觸片90與±5V電源8E的正極相連接)，直流電機40的兩端為等電勢，無電流通過，則停轉。9)觸片 90 為一種金屬導電片。二、標定方法
本裝置是一種傾斜儀現場標定的微傾斜產生裝置，是為標定傾斜儀時產生一個微傾斜量。所述的標定是為了得到傾斜儀的格值而作的試驗。
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 ；
標定步驟如下:
①第一次粗調
轉動支撐螺桿20，提高整個基座10的高度，使傳感頂帽81靠近觸片90，此粗調可調范圍很大，但精度很低，達0.1mm級；
②第二次粗調
將單刀雙擲開關8K撥向±5V電源8E的正極，使直流電機40正轉，與其相連的主動齒輪50帶動從動齒輪60轉動，使帶有螺紋的陶瓷支撐座71因轉動而向上移動，同時綠燈亮。當傳感頂帽81與觸片90相碰時，直流電機40兩端為等勢點，沒有電流通過，直流電機40停轉，同時綠燈滅；這時傳感頂帽81與觸片90只是相碰而沒有施加力，再將單刀三擲開關8K撥向關，此次粗調完成；
此粗調的可調范圍取決于主動齒輪50與從動齒輪60 ;為了能使主動齒輪50與從動齒輪60互相能吃上力而不脫開，設置可調范圍為兩種齒輪厚度和的2/3，也就是40mm，精度能到微米級；
③使用壓電陶瓷70進行精調
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，產生一個微形變，于是傳感頂帽81將傾斜儀底盤00微微頂起；
精調的可調范圍及精度都是取決于壓電陶瓷的特性；
④再用精密位移測量儀(如激光干涉儀)測量傾斜儀底盤00因傳感頂帽81施力后而產生的微位移；
⑤用這微位移計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。標定完成后，將單刀雙擲開關8K撥向撥到±5V電源8E的-5V處，使直流電機40反轉，通過主動齒輪50帶動從動齒輪60使傳感單元頂帽81下降，同時紅燈亮；只要3 4s就可以斷開開關，取走裝置。三、使用說明
將觸片90粘在傾斜儀底盤00下面時一定要平，否則壓電陶瓷70產生形變時可能會卸力，導致測量結果不準。將本裝置于傾斜儀底盤00下面的時候要注意傳感單元的頂帽81 —定不要高出觸片90下端，否則裝置將會放不進去。若傳感單元的頂帽81位置過高，則將電源開關8K撥向±5V電源8E的-5V處，使傳感單元的頂帽81向下移動至合適的高度。在除標定時的整個過程中，盡量不要碰到傾斜儀。因為如果傾斜儀受力，則擺會受到影響。穩定擺又要花上不少時間。如果傾斜儀受的力過大而移動的話，甚至連接擺的鎢絲可能會斷。因此在標定時傳感單元的頂帽81可以對傾斜儀施加一個小的力，除此之外就不要對傾斜儀產生別的力了。在標定過程中，人要離開儀器在遠處進行遙控。因為人在儀器旁會使地面產生20 30ms (毫角秒)的傾斜。這會對標定結果產生影響。
權利要求
1.一種傾斜儀現場標定的微傾斜產生裝置，其特征在于: 本裝置由基座(10 )、支撐螺桿(20 )、墊塊(30 )、直流電機(40 )、主動齒輪(50 )、從動齒輪(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)的螺孔置于對應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； 直流電機(40)通過固定片(41)設置于基座(10)上，直流電機(40)的轉軸(42)和主動齒輪(50)的中心軸連接，主動齒輪(50)和從動齒輪(60)嚙合，實現直流電機(40)控制從動齒輪(60)的轉動； 陶瓷支撐座(71)的外螺紋和基座(10)中心孔的內螺紋嚙合，壓電陶瓷(70)、陶瓷支撐座(71)和從動齒輪(60)的中心軸依次連接，控制壓電陶瓷(70)上下移動； 在壓電陶瓷(70)的周邊設置有陶瓷限制片(72)，避免壓電陶瓷(70)晃動； 在壓電陶瓷(70 )的頂端設置有傳感頂帽(81)，在頂帽(81)旁邊設置有傳感焊片(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(8K)、第I電阻(8R1)、第2電阻(8R2 )、紅色發光二極管(8G1)和綠色發光二極管(8G2 ); 單刀雙擲開關(8K)分別與±5V電源(8E)和直流電機(40)的一端連接，實現直流電機40正轉、反轉和停轉； 紅色發光二極管(8G1)與綠色發光二極管(8G2)首尾相接并聯后與第I電阻(8R1)串聯，形成混聯電路；混聯電路和直流電機(40)并聯，直流電機(40)正轉、反轉和停轉時，分別顯不綠燈売、紅燈売、都不売二種狀態； 直流電機(40)的另一端連接第2電阻(8R2)后接地，形成回路； 直流電機(40 )的另一端同時連接傳感焊片(82 )，當傳感頂帽(81)上升接觸到觸片(90時)，直流電機(40)的兩端為等電勢，無電流通過，則停轉。
全文摘要
本發明公開了一種傾斜儀現場標定的微傾斜產生裝置，涉及一種地學儀器標定技術。本裝置由基座、支撐螺桿、墊塊、直流電機、主動齒輪、從動齒輪、壓電陶瓷、傳感單元和觸片組成；本方法包括①第一次粗調；②第二次粗調；③使用壓電陶瓷70進行精調；④再用精密位移測量儀測量傾斜儀的微位移；⑤用這微位移計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。本發明體積較小，便于攜帶；操作方便；節省時間；標定兼容。適用于標定傾斜儀。
文檔編號G01C25/00GK103148871SQ201310101528
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月27日 優先權日2013年3月27日
發明者胡國慶, 馬武剛, 吳艷霞, 鄒舟, 譚業春, 吳濤 申請人:中國地震局地震研究所