專利名稱：一種水管傾斜儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種地學觀測技術，尤其適用于地殼傾斜變化的測量。
水管傾斜儀是根據連通管內水面保持自然水平的原理研制而成。當連通管兩端地基出現相對垂直位移時，兩端液面便會相對于儀器缽體發生變化，這種變化，通過浮子、位移傳感器等變成電信號輸出。
其中，浮子的導向裝置是儀器最為關鍵性的部件，它直接影響儀器的靈敏度、精度和穩定性。日本同類儀器采用單簧片懸臂導向和磁性導向，實踐證明，上述兩種導向結構給觀測結果帶來不可忽視的正切誤差和吸力誤差。
另外，標定方法及其裝置也是該儀器的核心部分。標定是為了確定觀測系統的輸出量和待測量之間的相應關系的一種操作過程。因為對儀器格值及時和精確的標定，是使固體潮等觀測資料保持長期穩定和精確可靠最重要的措施。日本同類儀器是采用在缽體中“滴水”或“插棒”的方法進行標定，后又改進為在儀器基線中間引流上下“舉杯”的方法進行標定。實踐證明“滴水”法誤差大，且不能返向。直接在缽體中“插棒”，一是引起主體不穩定，傳感器輸出很難讀數；二是棒上沾有水，使標定不準確。采用“舉杯”法，由于引流連接管上、下移動，給標定帶來20％以上的誤差，而標定允許的誤差應小于1％。到目前為止尚未見到國內外有較好的標定方法及其裝置的報導。由此可見，標定方法及其裝置已成為提高該類儀器發展水平的瓶口。
本發明的目的就在于克服現有技術中存在的問題和不足，而提出一種中心簧片導向裝置和密封式體積標定裝置。
本發明的目的是這樣實現的①導向裝置為中心簧片導向裝置，由三條圓弧形狀的平薄簧片、簧片夾頭和簧片固定塊組成。三條簧片的相互夾角均成120°，其平面端集向中心。
②標定裝置是一種密封式體積標定裝置，主要由充滿水的標定筒和置于標定筒內的、通過螺旋機構可以上下運動的標定棒組成。
下面結合附圖和實施例詳細說明，
圖1為本發明整機組成框圖。
圖2為主體和導向裝置結構示意圖。
圖3為標定裝置結構示意圖。
其中A－主機部分，B－記錄部分，1－主體，1·1－上蓋板，1·2－支柱，1·3－底座，1·4－缽體，1·5－浮子，1·6－連桿，2－水管，3－標定裝置，3·1－標定筒，3·2－標定棒，3·3－步進電機，3·4－傳動齒輪，4－導向裝置，4·1－簧片，4·2－簧片夾頭，4·3－簧片固定塊，5－傳感器，6－微調裝置，7－自動擴展測微器，8－數采記錄，8·1－全自動標定數采儀，8·2－數字顯示，8·3－通訊接口，8·4－打印，9－模擬記錄，10－水。a－基墩，b－基墩，L－儀器兩端點長度，△H－儀器兩端點高差變化量，△ha、hb－兩缽體液面變化量，Aa、Ab－兩缽體橫截面積，Da、Db－兩缽體內徑，d－標定棒直徑，△h－標定棒移動量。
(1)整機本發明一般由正EW向、正NS向兩個分量正交組成，也可采用三邊布設觀測法安放。本發明由主機部分A和記錄部分B兩大部分組成。主機部分A包括主體1、水管2、標定裝置3、導向裝置4、傳感器5、微調裝置6。記錄部分B包括數采記錄8和模擬記錄9，數采記錄8包括自動標定數采儀8·1、數字顯示8·2、通訊接口8·3、打印8·4。
儀器工作原理是連通管內水面始終保持自然水平的特性。當連通管兩端地基相對垂直位移時，兩端液面便會相對于儀器的缽體1·4發生變化，這種變化通過浮子1·5、位移傳感器5等變成電信號輸出自動記錄。當兩端發生相對高差變化時，設高差變化量為△H，則兩缽體1．4a和1．4b內液面也相應發生變化，設變化量分別為△ha和△hb。根據液體的不可壓縮性得Δha=AbAa+AbΔH]]>Δhb=AaAa+AbΔH]]>△ha、△hb借助于浮子1·5位移通過與其連動的位移傳感器5，轉換成電信號，再經記錄部分B將東、南、西、北四端的液面變化和“東－西”、“北－南”兩方向的高差變化經模擬和數采記錄下來。再換算成相應的地傾斜角△α″。Δα′′=ΔHLρ′′]]>(2)主體及導向裝置主體1由下列部件組成用三根均勻分布在圓周上的不銹鋼支柱1·2將上蓋板1·1和底座1·3穩固地連成一體，中間放置內壁經磨砂拋光過的玻璃缽體1·4，浮子1·5懸浮在缽體1·4的水10中。在上蓋板1·1上裝設有調整、固定傳感器5的線圈件的垂直向微調裝置6，還裝有浮子1·5的導向裝置4。
導向裝置4是由三條具有圓弧的平薄簧片4·1、簧片夾頭4·2、簧片固定塊4·3組成，其作用是使浮子1·5固定在中心漂浮。三條簧片4·1的相互夾角均成120°，其平面端集向中心，用簧片夾頭4·2夾緊，固定在浮子1·5的連桿1·6上，其近似圓弧處一端用簧片固定塊4·3固定在上蓋板1·1上。浮子1·5頂端固定著豎直裝上的傳感器5的鐵蕊棒，也通過簧片夾頭4·2與其連接夾緊。浮子1·5的垂直位移全靠這導向裝置4精確而無摩擦地導向。
(3)標定裝置標定裝置3主要由內部充滿水10的標定筒3·1和通過螺旋機構可以上下運動的標定棒3·2組成。為進行自動標定，還裝有一對傳動齒輪3·4和步進電機3·3，步進電機3·3由電纜線連接到全自動標定數采儀8·1上實現自動標定。采用標定棒3·2增減液體體積，即人為改變液面變化來進行靜態標定是該儀器的標定方法，通過標定是為了求得液面改變單位高度時，電信號的變化量△U在數量上是多少。根據水的不可壓縮特性，對一個分量的兩個缽體內液面高度的變化△ha(=△hb)可由如下計算公式確定Δha=Δhb=Δh·d2Da2+Db2]]>△h是預先給出，如20mm、10mm等，d、Da、Db在儀器出廠時給出實測值。
標定裝置還有一個作用是，是根據需要調節、改變缽體1·4中液面(水位)的高低，調整儀器的工作基點。
本發明主要技術指標如下①靈敏度0．001角秒②系統穩定性日漂浮移量小于0．005角秒③基線長度10米以內(＞5米)，按需要大于10米更好④標定精度優于1％⑤標定、調零全自動化⑥記錄方式數據采集、打印和模擬可見記錄并存。
與現有技術相比，本發明具有以下優點①中心簧片導向裝置靈敏度高，導向精度高，測量范圍大，結構簡單，易于加工和裝調。通過計算其總剛度C=8．7×10-6克／1μ，它與浮子1·5位移1μ所受的浮力變化△F=0．0133克／1μ之比為C／△F=6．5×10-4，可見導向簧片4·1對浮子1·5的位移阻力極小，幾乎沒有消耗浮子1·5位移時所受的浮力變化，這說明液面變化與浮子位移是以非常接近于1∶1的直線關系反應出來。由于中心簧片導向裝置4具有很高的安全系數，且簧片4·1又通過定形特殊處理，故可以不考慮其彈性滯后、彈性后效及疲勞現象所帶來的誤差，這說明此種導向不僅安全，而且由導向因素引起的儀器誤差可忽略不計。
②利用本標定裝置3進行格值標定，使缽體內液面高度變化的準確度可達0．01μ，這是其他方法無法達到的標定精度。其次是標定棒3·2移動不牽動主機的任何部位，這對儀器的長期穩定性很有好處，還有標定筒內3·1充滿了水，使標定棒3·2上下運動不沾水，故提高了標定精度，采用微電子技術，很容易實現全自動化標定。
總之，由于本發明性能價格比高，基線可短，可廣泛應用于地震監測和大壩監測。
權利要求
1.一種水管傾斜儀，由主機部分(A)和記錄部分(B)組成；主機部分包括主體(1)、水管(2)、標定裝置(3)、導向裝置(4)、傳感器(5)、微調裝置(6)；記錄部分(B)包括自動擴展測微器(7)、數采記錄(8)和模擬記錄(9)；其特征是①導向裝置(4)由三條具有圓弧的平薄簧片(4·1)、簧片夾頭(4·2)、簧片固定塊(4·3)組成；三條簧片(4·1)相互夾角均成120°，其平面端集向中心，用簧片夾頭(4·2)夾緊，固定在浮子(1·5)的連桿(1·6)上，其近似圓弧處一端用簧片固定塊(4·3)固定在上蓋板(1·1)上；②標定裝置(3)由充滿水(10)的標定筒(3·1)和置于標定筒(3·1)內的、通過螺旋機構可以上下運動的標定棒(3·2)組成，標定筒(3·1)置于水管(2)中間。
2.按權利要求1所述的一種水管傾斜儀，其特征是欲實現自動標定的標定裝置(3)其標定棒(3·2)與傳動機構(3·4)相連接，傳動機構(3·4)與步進電機(3·3)相連接。
全文摘要
本發明公開了一種水管傾斜儀,涉及一種地學觀測技術,尤其適用于地殼傾斜變化的測量。為了解決浮子的導向及儀器格值標定的問題,本發明的導向裝置是一種中心簧片導向裝置,是由三條圓弧形狀的平薄簧片、簧片夾頭、簧片固定塊組成,靈敏度高。標定裝置是一種密封式體積標定裝置,主要由充滿水的標定筒和置于標定筒內的標定棒組成,使液面變化準確度達0.01μ,有利于整機的穩定。本發明由于性能價格比高,廣泛應用于地震監測和大壩監測。
文檔編號G01V1/16GK1278595SQ9911663
公開日2001年1月3日 申請日期1999年9月6日 優先權日1999年9月6日
發明者聶磊 申請人:中國地震局地震研究所