專利名稱：一種地震轉(zhuǎn)動加速度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加速度計，特別是涉及一種用于強(qiáng)地震觀測的基于輪輻式質(zhì)量彈簧裝置的雙差容式地震轉(zhuǎn)動加速度計。
背景技術(shù)：
目前，公知的強(qiáng)震觀測使用的是三分向加速度計，獲得的加速度往往被認(rèn)為是東西、南北和鉛垂向三個平動的振動，實際上地震時剛體在一點的完整運動特性還包括轉(zhuǎn)動，需要測量6個自由度震動，即三個平動和三個轉(zhuǎn)動，尤其是近場地震動，轉(zhuǎn)動分量更加明顯。目前在多次大地震中均發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動破壞的現(xiàn)象，例如在細(xì)長高聳的建筑(如煙筒、方尖碑、雕像等)中出現(xiàn)了較多轉(zhuǎn)動破壞。大量研究也發(fā)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)中，轉(zhuǎn)動分量在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中可以產(chǎn)生很大的剪力和彎矩，扭轉(zhuǎn)分量和搖擺分量對結(jié)構(gòu)反應(yīng)的貢獻(xiàn)非常大，然而由于缺乏轉(zhuǎn)動分量記錄等原因，許多國家在結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中都未考慮轉(zhuǎn)動作用。目前國內(nèi)外尚無地震轉(zhuǎn)動加速度計的產(chǎn)品，而用于航天的慣導(dǎo)六自由度測量系統(tǒng)，測得的轉(zhuǎn)動量為角速度，直接用于地震轉(zhuǎn)動加速度測量還存在很多技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)中存在的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計合理，可靠性高，監(jiān)測精度好的可測量地震轉(zhuǎn)動加速度的地震轉(zhuǎn)動加速度計。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:包括外殼、底板，所述的外殼內(nèi)部設(shè)有輪輻式質(zhì)量彈簧裝置、兩組對稱反向安裝的擺式差動電容換能器、兩組動圈式阻尼器、電路板，所述的輪輻式質(zhì)量彈簧裝置包括中軸、質(zhì)量分布均勻的質(zhì)量環(huán)、內(nèi)環(huán)，位于兩組擺式差動電容換能器中間，通過中軸下端與底板相連，通過質(zhì)量環(huán)與兩個擺座連接，所述的質(zhì)量環(huán)與內(nèi)環(huán)通過2-8個參數(shù)相同、對稱安裝的彈簧片連接，內(nèi)環(huán)固定安裝在中軸上端，所述的兩組擺式差動電容換能器分別包括外動極板、內(nèi)動極板和固定極板，外動極板、內(nèi)動極板與擺架一端連接，擺架的另一端與擺座相連，所述的兩組動圈式阻尼器分別包括動圈、軛鐵、極靴、磁鋼、定位套和磁路后蓋，通過軛鐵下端按對稱反向安裝在磁路座上，磁路座固定在底板上，軛鐵的前端通過套管與擺式差動電容換能器的固定極板相連，所述的動圈上端分別與外動極板、內(nèi)動極板、擺架相連，下部伸入到由圓柱形極靴的外側(cè)和軛鐵上部內(nèi)側(cè)形成的磁縫隙中，所述的電路板包括兩個電容電壓變換電路、兩個調(diào)理電路、合成電路、兩個阻尼調(diào)節(jié)電路，每組擺式差動電容換能器的外動極板、內(nèi)動極板和固定極板分別與一個電容電壓變換電路輸入端連接，電容電壓變換電路的輸出端接調(diào)理電路的輸入端，兩個調(diào)理電路的輸出端連接合成電路，合成電路用于把平動分量消除，把轉(zhuǎn)動分量合成后輸出與地震轉(zhuǎn)動加速度成正比的電壓信號，每組動圈式阻尼器中的動圈對應(yīng)一個阻尼調(diào)節(jié)電路，并相互連接，提供加速度計所需要的阻尼比。本發(fā)明的優(yōu)點是:1、結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計合理，在一個殼體內(nèi)實現(xiàn)了基于輪輻式質(zhì)量彈簧式雙擺電容換能的功能；2、利用電容電壓變換電路、調(diào)理電路、合成電路消除了地震平動加速度，實現(xiàn)了地震轉(zhuǎn)動加速度的測量，監(jiān)測精度高，可靠性好；3、適用范圍廣，可廣泛用于地震轉(zhuǎn)動加速度的觀測和土木工程結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動測量。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是本發(fā)明的主視圖；圖3是本發(fā)明的俯視圖；圖4是本發(fā)明的電器原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。由圖1-圖4可知，本發(fā)明包括外殼21、底板16，所述的外殼21內(nèi)部設(shè)有輪輻式質(zhì)量彈簧裝置31、兩組對稱反向安裝的擺式差動電容換能器30、兩組動圈式阻尼器32、電路板23，所述的輪輻式質(zhì)量彈簧裝置31包括中軸1、質(zhì)量分布均勻的質(zhì)量環(huán)2、內(nèi)環(huán)3，位于兩組擺式差動電容換能器30中間，通過中軸I下端與底板16相連，通過質(zhì)量環(huán)2與兩個擺座6連接，所述的質(zhì)量環(huán)2與內(nèi)環(huán)3通過2-8個參數(shù)相同、對稱安裝的彈簧片4連接，內(nèi)環(huán)3固定安裝在中軸I上端，所述的兩組擺式差動電容換能器30分別包括外動極板12、內(nèi)動極板13和固定極板11，外動極板12、內(nèi)動極板13與擺架7 —端連接，擺架7的另一端與擺座6相連，所述的兩組動圈式阻尼器32分別包括動圈17、軛鐵10、極靴18、磁鋼19、定位套20和磁路后蓋9，通過軛鐵10下端按對稱反向安裝在磁路座8上，磁路座8固定在底板16上，軛鐵10的前端通過套管14與擺式差動電容換能器30的固定極板11相連，所述的動圈17上端分別與外動極板12、內(nèi)動極板13、擺架7相連，下部伸入到由圓柱形極靴18的外側(cè)和軛鐵10上部內(nèi)側(cè)形成的磁縫隙中，所述的電路板23包括兩個電容電壓變換電路25、兩個調(diào)理電路26、合成電路27、兩個阻尼調(diào)節(jié)電路28，每組擺式差動電容換能器30的外動極板12、內(nèi)動極板13和固定極板11分別與一個電容電壓變換電路25輸入端連接，電容電壓變換電路25的輸出端接調(diào)理電路26的輸入端，兩個調(diào)理電路26的輸出端連接合成電路27，合成電路27用于把平動分量消除，把轉(zhuǎn)動分量合成后輸出與地震轉(zhuǎn)動加速度成正比的電壓信號，每組動圈式阻尼器32中的動圈17對應(yīng)一個阻尼調(diào)節(jié)電路28，并相互連接，提供加速度計所需要的阻尼比。所述的彈簧片4的個數(shù)為4個。所述的內(nèi)環(huán)3通過固定螺絲5與中軸I的上端固定連接。所述的固定極板11位于外動極板12和內(nèi)動極板13之間。所述的外殼21上方設(shè)有把手22，側(cè)面設(shè)有輸出插座24，輸出插座24與電路板23的合成電路27、兩個阻尼調(diào)節(jié)電路28連接。所述的定位套20套接在軛鐵10內(nèi)部，軛鐵10后端設(shè)有磁路后蓋9，定位套20內(nèi)部、極靴18后端套接有磁鋼19。所述的底板16上還通過支撐套管29安裝有支腳15。
本發(fā)明輪輻式質(zhì)量彈簧裝置31可以主要由質(zhì)量分布均勻的質(zhì)量環(huán)2、4個參數(shù)相同對稱安裝的彈簧片4、內(nèi)環(huán)3組成，4個彈簧片的每一端與質(zhì)量環(huán)2相連，另一端與內(nèi)環(huán)3相連，內(nèi)環(huán)3通過固定螺絲5與中軸I的上端相連，中軸I的下端與底板16相連。輪福式質(zhì)量彈簧裝置31懸掛于外殼21內(nèi)。在質(zhì)量環(huán)2的兩側(cè)對稱反向安裝了參數(shù)相同的兩個擺式差動電容換能器30，擺式差動電容換能器30由外動極板12、內(nèi)動極板13和固定極板11組成，每個擺架7的一端分別通過擺座6與質(zhì)量環(huán)2相連，每個擺架7另一端分別與兩組反向安裝的差動電容的外動極板12、內(nèi)動極板13和動圈17相連，每個差動電容的固定極板11分別通過套管14與兩個對稱反向安裝的軛鐵10相連，兩個軛鐵10分別與反向安裝的磁路座8相連，磁路座8固定在底板上16。動圈式阻尼器32是由兩個參數(shù)相同對稱反向安裝的磁路系統(tǒng)、動圈17和阻尼調(diào)節(jié)電路28組成，每個磁路系統(tǒng)是由軛鐵10、極靴18、磁鋼19、定位套20和磁路后蓋9組成，并按正反向安置在磁路座8上。兩個圓柱形極靴18的外側(cè)和軛鐵10上部內(nèi)側(cè)之間分別形成一磁縫隙，兩個對稱反向安裝的動圈17上端分別與外動極板12、內(nèi)動極板13、擺架7相連，動圈的下部置于兩個對稱反向安裝的磁路系統(tǒng)的磁縫隙中。動圈17的輸出和阻尼調(diào)節(jié)電路28相連，提供滿足地震轉(zhuǎn)動加速度計所需要的阻尼比。電路板23是由兩個參數(shù)相同的電容電壓變換電路25、兩個參數(shù)相同的調(diào)理電路26、一個合成電路27、兩個參數(shù)相同的阻尼調(diào)節(jié)電路28組成。由兩組外動極板12、內(nèi)動極板13和固定極板11組成的兩個差動電容器分別依次與兩個參數(shù)相同的電容電壓變換電路25、調(diào)理電路26相連，組成對稱、參數(shù)相同反向安裝的兩個擺式電容換能加速度計。兩個參數(shù)相同對稱反向安裝的動圈17的輸出分別與兩個阻尼調(diào)節(jié)電路28相連，提供兩個擺式電容換能加速度計所需要的阻尼比。兩個擺式電容換能加速度計的輸出通過兩個調(diào)理電路26同時輸入給合成電路27，合成電路27把平動分量消除，把轉(zhuǎn)動分量合成后輸出與地震轉(zhuǎn)動加速度成正比的電壓信號％。形成地震轉(zhuǎn)動加速度計。地震轉(zhuǎn)動加速度計通過輸出插座24可與任何記錄器(或數(shù)據(jù)采集器)連接，獲得地震轉(zhuǎn)動加速度時程曲線。底板16是一長條形鋁板，底板上安裝3個支腳15、輸出插座24，底板中部安裝中軸1、兩個對稱反向的磁路座安裝在底板16的兩端，密封外殼21安裝在底板16上。下面詳述其工作原理和過程:地震轉(zhuǎn)動加速度計基本原理可用圖1、圖2和圖4來描述。在進(jìn)行地震觀測時，地震轉(zhuǎn)動加速度計底板16固定在觀測點上，當(dāng)?shù)卣鹫饎訒r，地震平動加速度X和轉(zhuǎn)動加速度穸同時作用在底板上，與底板16相連的磁路系統(tǒng)、中軸、外殼同時跟隨底板同步震動，由質(zhì)量環(huán)2、擺架7、外動極板12、內(nèi)動極板13和動圈17組成的運動部分相對于中軸I產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)角，安裝在兩個擺架7上的兩個動圈17相對于兩個磁路的磁縫隙都產(chǎn)生相同的相對運動，兩個動圈17都在各自的磁縫隙中切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，各自產(chǎn)生的電動勢分別輸入給各自的阻尼調(diào)節(jié)電路28得到轉(zhuǎn)動加速度計所需阻尼；安裝在兩個擺架上的外動極板12、內(nèi)動極板13相對于固定極板11都產(chǎn)生相同的相對位移，即是兩組差動電容極板之間的間隙變化。極板間隙的變化導(dǎo)致差動電容器的電容變化。差動電容器電容的變化依次經(jīng)過電容電壓變換電路25和調(diào)理電路26后，得到與地面運動(平動和轉(zhuǎn)動)加速度成正比的輸出電壓，構(gòu)成一電容換能(平動和轉(zhuǎn)動)加速度計。每個電容換能加速度計的運動微分方程為:
權(quán)利要求
1.一種地震轉(zhuǎn)動加速度計，包括外殼(21)、底板(16)，其特征在于:所述的外殼(21)內(nèi)部設(shè)有輪輻式質(zhì)量彈簧裝置(31)、兩組對稱反向安裝的擺式差動電容換能器(30)、兩組動圈式阻尼器(32)、電路板(23)，所述的輪輻式質(zhì)量彈簧裝置(31)包括中軸(I)、質(zhì)量分布均勻的質(zhì)量環(huán)(2)、內(nèi)環(huán)(3)，位于兩組擺式差動電容換能器(30)中間，通過中軸(I)下端與底板(16)相連，通過質(zhì)量環(huán)(2)與兩個擺座(6)連接，所述的質(zhì)量環(huán)(2)與內(nèi)環(huán)(3)通過2-8個參數(shù)相同、對稱安裝的彈簧片(4)連接，內(nèi)環(huán)(3)固定安裝在中軸(I)上端，所述的兩組擺式差動電容換能器(30)分別包括外動極板(12)、內(nèi)動極板(13)和固定極板(11)，外動極板(12)、內(nèi)動極板(13)與擺架(7) —端連接，擺架(7)的另一端與擺座(6)相連，所述的兩組動圈式阻尼器(32)分別包括動圈(17)、軛鐵(10)、極靴(18)、磁鋼(19)、定位套(20)和磁路后蓋(9)，通過軛鐵(10)下端按對稱反向安裝在磁路座⑶上，磁路座⑶固定在底板(16)上，軛鐵(10)的前端通過套管(14)與擺式差動電容換能器(30)的固定極板(11)相連，所述的動圈(17)上端分別與外動極板(12)、內(nèi)動極板(13)、擺架(7)相連，下部伸入到由圓柱形極靴(18)的外側(cè)和軛鐵(10)上部內(nèi)側(cè)形成的磁縫隙中，所述的電路板(23)包括兩個電容電壓變換電路(25)、兩個調(diào)理電路(26)、合成電路(27)、兩個阻尼調(diào)節(jié)電路(28)，每組擺式差動電容換能器(30)的外動極板(12)、內(nèi)動極板(13)和固定極板(11)分別與一個電容電壓變換電路(25)輸入端連接，電容電壓變換電路(25)的輸出端接調(diào)理電路(26)的輸入端，兩個調(diào)理電路(26)的輸出端連接合成電路(27)，合成電路(27)用于把平動分量消除，把轉(zhuǎn)動分量合成后輸出與地震轉(zhuǎn)動加速度成正比的電壓信號，每組動圈式阻尼器(32)中的動圈(17)對應(yīng)一個阻尼調(diào)節(jié)電路(28)，并相互連接，提供加速度計所需要的阻尼比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地震轉(zhuǎn)動加速度計，其特征在于:所述的彈簧片(4)的個數(shù)為4個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地震轉(zhuǎn)動加速度計，其特征在于:所述的內(nèi)環(huán)(3)通過固定螺絲(5)與中軸(I)的上端固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地震轉(zhuǎn)動加速度計，其特征在于:所述的固定極板(11)位于外動極板(12)和內(nèi)動極板(13)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地震轉(zhuǎn)動加速度計，其特征在于:所述的外殼(21)上方設(shè)有把手(22)，側(cè)面設(shè)有輸出插座(24)，輸出插座(24)與電路板(23)的合成電路(27)、兩個阻尼調(diào)節(jié)電路(28)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地震轉(zhuǎn)動加速度計，其特征在于:所述的定位套(20)套接在軛鐵(10)內(nèi)部，軛鐵(10)后端設(shè)有磁路后蓋(9)，定位套(20)內(nèi)部、極靴(18)后端套接有磁鋼(19)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地震轉(zhuǎn)動加速度計，其特征在于:所述的底板(16)上還通過支撐套管(29)安裝有支腳(15)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種地震轉(zhuǎn)動加速度計，包括外殼、底板，外殼內(nèi)部設(shè)有輪輻式質(zhì)量彈簧裝置、兩組對稱反向安裝的擺式差動電容換能器、兩組動圈式阻尼器、電路板，輪輻式質(zhì)量彈簧裝置位于兩組擺式差動電容換能器中間，兩組擺式差動電容換能器分別包括外動極板、內(nèi)動極板和固定極板，電路板包括兩個電容電壓變換電路、兩個調(diào)理電路、合成電路、兩個阻尼調(diào)節(jié)電路。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計合理，監(jiān)測精度高，可靠性好，適用范圍廣。
文檔編號G01V1/18GK103149583SQ20131004581
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者楊學(xué)山, 高峰, 劉華泰, 楊巧玉, 楊立志, 王南, 董玲, 匙慶磊 申請人:中國地震局工程力學(xué)研究所, 楊學(xué)山, 高峰