具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺都柱結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于地震動監(jiān)測技術領域，具體設及一種用于地震儀、地動儀中感應地震 動的具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺地動儀都柱結構。
【背景技術】
[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，要求地震動感應部件 具有盡可能低的固有頻率。具有低固有頻率的地震動感應部件一般都結構復雜或尺寸巨 大。我國張衡于公元132年采用"都柱"結構造出的"候風地動儀"，是最早有記錄的地動儀， 但其結構已失傳。1855年意大利科學家盧帕爾米里發(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，具有復雜的機械系統。英國地震學家米爾恩 于1892年發(fā)明的懸擺地震儀是現代地震儀的典型結構，該地震儀高達6米、重25公斤，現代 大部分機械式地震儀仍然按照其原理進行設計，尺寸很難得到控制。
[0003] 本發(fā)明提出的具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺都柱結構，是一種結構簡單，W較小 尺寸實現低固有頻率的地震動位移感應部件，遠優(yōu)于懸鍵擺等地震動位移感應部件的結 構。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種穩(wěn)定倒立擺地震動位移感應部件結構，可用于制作地 震動監(jiān)測儀器。
[000引本發(fā)明提出的具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺都柱結構，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： 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。
[0006] 本發(fā)明中，當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； 當接觸型式為凸球面對凹球面時，接觸處凹球面半徑Raq大于凸球面半徑化Q，且凹球面 半徑、凸球面半徑與柱狀體的重屯、高度化滿足
當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Hg滿足
〇
[0007] 本發(fā)明中，適當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、 高度的數值，使柱狀體的微幅擺動具有很低的固有頻率。
[0008] 本發(fā)明中，柱狀體底部或底座上表面設置有限制柱狀體底部與底座上表面之間有 效接觸區(qū)大小的結構。
[0009] 本發(fā)明中，柱狀體總高度化大于柱狀體的重屯、高度化。
[0010] 本發(fā)明中，按接觸型式要求設計的都柱結構柱狀體在微幅擺動時其重屯、會有略微 提高，使其自動回復至平衡位置，從而形成穩(wěn)定倒立擺結構。較小幅度的底座水平移動僅引 起結構中柱狀體的擺動而不會使其傾倒。適當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)大小的結構，有效接 觸區(qū)的直徑djc由結構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，當底座水平位移達到由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，可實現對地震動位移的放大觀測。
[0011] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明結構簡單，固有頻率和都柱傾倒位移設定方便，且 可較小的尺寸實現極低的固有頻率，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，可實現對底座位移的放大觀測，優(yōu) 于現有懸鍵擺等地震動監(jiān)測儀結構。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的結構示意圖； 圖2是本發(fā)明的結構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)為柱狀體平面底部與底座凸球面上表 面的接觸； 圖3是本發(fā)明的結構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； 圖4是本發(fā)明的結構中柱狀體與底座間為凸球面與凸球面接觸型式示意圖； 圖5是本發(fā)明的結構中設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) 為由柱狀體底部結構設置的有效接觸區(qū)，（b)為由底座上表面結構設置的有效接觸區(qū)； 圖6是本發(fā)明實施例1的結構圖示； 圖中標號：1-底座，2-都柱下端，3-重屯、調節(jié)塊，4-都柱上端，5-柱狀體。
【具體實施方式】
[0013] 下面通過實施例結合附圖進一步說明本發(fā)明。
[0014] 實施例1:圖1所示的是本發(fā)明的一種【具體實施方式】。本發(fā)明提供的具有低固有頻 率的穩(wěn)定倒立擺地動儀都柱結構，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構型式可為上述型式的任意一種，而其結構參數按前述要求設計， 則該結構即成為穩(wěn)定的倒立擺結構。適當選擇結構參數，可使結構具有很低的固有頻率。在 柱狀體底部或底座上表面設置限制柱狀體底部與底座上表面之間有效接觸區(qū)大小的結構， 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。該結構可用于作為地震儀、地動儀的地震動感應部件 如圖6所示，底座1放置于水平面內，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、調節(jié)塊3。都 柱下端2底部為凸球面，放置在底座凹球面內。該設備的各參數按前述要求設計，在地面發(fā) 生水平震動時將引起都柱擺動。在都柱結構形狀及參數存在制造誤差時，可用試驗的方法， 通過對重屯、調節(jié)塊3位置的改變調整系統固有頻率至很低。調節(jié)塊3的設置有效降低了對接 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。當地震強度達到設備設定的監(jiān)測級別，即地面震幅大于設備 設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 /J、- 〇
[0015] W上的描述和附圖表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。可W理解，在不背離由所附權利 要求所定義的本發(fā)明的原理的精神和范圍的條件下，各種增加、變形和替換都應被包含在 本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺都柱結構，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. 根據權利要求1所述的具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺都柱結構，其特征在于： 當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Hc滿足3. 根據權利要求2所述的具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺都柱結構，其特征在于適當選 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心高度的數值，使柱狀體的微 幅擺動具有很低的固有頻率。4. 根據權利要求2所述的具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺都柱結構，其特征在于柱狀體 底部或底座上表面設置有限制柱狀體底部與底座上表面之間有效接觸區(qū)大小的結構。5. 根據權利要求1所述的具有低固有頻率的倒立擺地動儀都柱結構，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】本發(fā)明涉及一種用于地震儀、地動儀中感應地震動位移的具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺都柱結構，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。根據本發(fā)明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。本發(fā)明提出的具有低固有頻率的穩(wěn)定倒立擺地動儀都柱結構具有結構簡單，對弱地震動位移感應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置值時會引起倒柱警示，作為地震動監(jiān)測儀器的感應部件優(yōu)于懸錘擺等現有結構。
【IPC分類】G01V1/00
【公開號】CN105487108
【申請?zhí)枴緾N201610004569
【發(fā)明人】劉釗, 陳茂林, 朱玉田
【申請人】同濟大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2016年1月7日