倾斜仪现场标定的微倾斜产生装置

摘要

本发明公开了一种倾斜仪现场标定的微倾斜产生装置，涉及一种地学仪器标定技术。本装置由基座、支撑螺杆、垫块、直流电机、主动齿轮、从动齿轮、压电陶瓷、传感单元和触片组成；本方法包括①第一次粗调；②第二次粗调；③使用压电陶瓷70进行精调；④再用精密位移测量仪测量倾斜仪的微位移；⑤用这微位移计算出倾斜仪的角变化量，再将此角变化量比上倾斜仪本身输出电压的变化就能得到格值。本发明体积较小，便于携带；操作方便；节省时间；标定兼容。适用于标定倾斜仪。

说明书

技术领域

本发明涉及一种地学仪器标定装置，尤其涉及了一种倾斜仪现场标定的微倾斜产生装置。

背景技术

倾斜仪是用于地倾斜观测的仪器，适用于观测固体潮及其慢地震。

十七世纪末，在牛顿发现万有引力定律并用于解释潮汐现象的同时，人们就想象到太阳和月亮的引潮力将会引起铅垂线方向发生变化。当时有许多人试着测量太阳和月亮的引潮力对自由悬挂的铅垂摆的平衡位置的变化，并做了大量试验，由于测量灵敏度不够，均未成功。直到十九世纪德国人Hengler发明了水平摆，用机械方法将位移量放大了很多倍之后，才测到了倾斜固体潮，水平摆倾斜仪由于灵敏度高，一直使用至今。

随着电子技术和传感技术的飞速发展，位移测量的精度大大提高，故可采用垂直摆倾斜仪来进行高精度的倾斜测量，且由于位移测量的精度足够高，可将摆长大大缩短，从而减小仪器的尺寸和加工难度。

VP型甚宽频带倾斜仪用于测量地球内部运动引起的地面的倾斜变化，是进行地震前兆观测的重要手段之一。由于测量灵敏度高达千分之一角秒，故可测量太阳和月亮的位置变化引起的铅垂线方向的变化，用于测量倾斜固体潮。由于VP型宽频带垂直摆倾斜仪有较低的噪声和较宽的频带，故可观测缓慢地震和长周期地震。

倾斜仪的出厂标定技术已经非常成熟。现有的倾斜仪在出厂时均用出厂标定装置进行标定。但出厂标定需要工具过多，其中包括一个作为测量平台的大金属板，又大又重，移动极其不便；又过程繁琐，每测量一个仪器就需要将其搬上测量平台，每搬动一次都需要锁摆，测量时又需松摆，测完之后要将其搬下再换其他仪器；而且消耗时间过多，仪器每次松摆之后都需要一定时间使摆稳定，造成了出厂标定技术的以下局限之处：

1、所有倾斜仪必须送进特定的山洞标定，无法在以后长期放置山洞中的倾

斜仪进行标定。

2、倾斜仪只能在出厂时标定一次，即使以后因时间及环境影响导致仪器参数及灵敏度的改变也没法再次标定。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种结构更为简单、操作更为简便的倾斜仪现场标定的微倾斜产生装置，能使倾斜仪底盘精确地产生150毫角秒的倾斜变化，倾斜变化量精度及稳定性需小于0.001角秒。

本发明的目的是这样实现的：

本装置由基座、支撑螺杆、垫块、直流电机、主动齿轮、从动齿轮、压电陶瓷、传感单元和触片组成；

所述的支撑螺杆包括第1螺杆、第2螺杆和第3螺杆；       

所述的垫块包括第1垫块、第2垫块和第3垫块；

呈三角形排列的第1螺杆、第2螺杆和第3螺杆分别穿过基座10的螺孔置于对应的呈三角形排列的第1垫块、第2垫块和第3垫块上，组成一工作平台；

直流电机通过固定片设置于基座上，直流电机的转轴和主动齿轮的中心轴连接，主动齿轮和从动齿轮啮合，实现直流电机控制从动齿轮的转动；

陶瓷支撑座的外螺纹和基座中心孔的内螺纹啮合，压电陶瓷、陶瓷支撑座和从动齿轮的中心轴依次连接，控制压电陶瓷上下移动；

在压电陶瓷的周边设置有陶瓷限制片，避免压电陶瓷晃动；

    在压电陶瓷的顶端设置有传感顶帽，在顶帽旁边设置有传感焊片，传感焊片和传感单元连接；

触片贴在倾斜仪底盘下方，并与±5V电源的正极相连。

本发明具有下列优点和积极效果：

1、体积较小，便于携带，可以携带到任何山洞去现场标定仪器；

2、操作方便，不需要频繁搬动倾斜仪，因此也不需要松、锁摆；

3、节省时间，既省下了搬动仪器的时间，也省下了等待垂直摆稳定的时间；

4、标定兼容，因出厂标定同样使用压电陶瓷，因此现场标定与出厂标定系

统的兼容性较好。

适用于标定倾斜仪。

附图说明    

    图1是本装置的结构示意图。

图2是传感单元的结构示意图。

图中：

00—倾斜仪底盘；

10—基座；

20—支撑螺杆，21—第1螺杆，22—第2螺杆，23—第3螺杆；

30—垫块，    31—第1垫块，32—第2垫块，33—第3垫块；

40—直流电机；

50—主动齿轮；

60—从动齿轮；

70—压电陶瓷，71—陶瓷支撑座，  72—陶瓷限制片，

73—陶瓷电源；

80—传感单元，81—传感顶帽，     82—传感焊片， 8E—±5V电源，

8K—单刀双掷开关， 8R1—第1电阻，8R2—第2电阻，

8G1—红色发光二极管，8G2—绿色发光二极管；

90—触片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、本装置的结构

1、总体

如图1，本装置由基座10、支撑螺杆20、垫块30、直流电机40、主动齿轮50、从动齿轮60、压电陶瓷70、传感单元80和触片90组成；

所述的支撑螺杆20包括第1螺杆21、第2螺杆22和第3螺杆23；       

所述的垫块30包括第1垫块31、第2垫块32和第3垫块33；

呈三角形排列的第1螺杆21、第2螺杆22和第3螺杆23分别穿过基座10的螺孔置于对应的呈三角形排列的第1垫块31、第2垫块32和第3垫块33上，组成一工作平台；

直流电机40通过固定片41设置于基座10上，直流电机40的转轴42和主动齿轮50的中心轴连接，主动齿轮50和从动齿轮60啮合，实现直流电机40控制从动齿轮60的转动；

陶瓷支撑座71的外螺纹和基座10中心孔的内螺纹啮合，压电陶瓷70、陶瓷支撑座71和从动齿轮60的中心轴依次连接，控制压电陶瓷70上下移动；

在压电陶瓷70的周边设置有陶瓷限制片72，避免压电陶瓷70晃动；

    在压电陶瓷70的顶端设置有传感顶帽81，在顶帽81旁边设置有传感焊片82，传感焊片82和传感单元80连接；

触片90贴在倾斜仪底盘00下方，并与±5V电源8E 的正极相连。

2、功能部件

1）基座10

如图1，基座10是一种圆形金属块，其中心设置有螺纹孔，其外围设置有呈三角排列的三个和支撑螺杆20适配的螺纹孔，还设置有扇形缺口。

2）支撑螺杆20

如图1，支撑螺杆20包括第1螺杆21、第2螺杆22和第3螺杆23，其外螺纹和基座10的螺纹孔适配。 

3）垫块30

如图1，垫块30包括第1垫块31、第2垫块32和第3垫块33，均为一种中间有凹槽的圆柱形金属块，供支撑螺杆20放置。

4）直流电机40

如图1，直流电机40为直流永磁伺服电机。

5）主动齿轮50

如图1，主动齿轮50直径为17mm。

6）从动齿轮60

如图1，从动齿轮60直径为44mm。

7）压电陶瓷70

如图1，压电陶瓷70的长×宽×高=10 mm×10 mm×20mm，静电容量为7.2μF，其控制电压范围为0～150V。

8）传感单元80

如图1、2，传感单元80包括±5V电源8E、单刀双掷开关8K、第1电阻8R1、第2电阻8R2、红色发光二极管8G1和绿色发光二极管8G2；

单刀双掷开关8K分别与±5V电源8E和直流电机40的一端连接，实现直流电机40正转、反转和停转（+5V，正转；-5V，反转；断开，停转）；

红色发光二极管8G1与绿色发光二极管8G2首尾相接并联后与第1电阻8R1串联，形成混联电路；混联电路和直流电机40并联，直流电机40正转、反转和停转时，分别显示绿灯亮、红灯亮、都不亮三种状态；

直流电机40的另一端连接第2电阻8R2后接地，形成回路；

直流电机40的另一端同时连接传感焊片82，当传感顶帽81上升接触到触片90时（触片90与±5V电源8E的正极相连接），直流电机40的两端为等电势，无电流通过，则停转。

9）触片90

为一种金属导电片。 

二、标定方法

本装置是一种倾斜仪现场标定的微倾斜产生装置，是为标定倾斜仪时产生一个微倾斜量。

所述的标定是为了得到倾斜仪的格值而作的试验。  

所述的格值是倾斜角度变化量与输出电压变化量的比值，用倾斜仪输出电压表的变化量乘以这个格值就可以得到倾斜角度的变化量。

将本装置置于倾斜仪底盘00下面的螺杆处，本装置底座10上的扇形缺口正好与倾斜仪螺杆下垫的垫块相契合；在传感顶帽81正上方的倾斜仪底盘00下面粘贴有触片90；

标定步骤如下：

①第一次粗调

转动支撑螺杆20，提高整个基座10的高度，使传感顶帽81靠近触片90，此粗调可调范围很大，但精度很低，达0.1mm级；

②第二次粗调

将单刀双掷开关8K拨向±5V电源8E的正极，使直流电机40正转，与其相连的主动齿轮50带动从动齿轮60转动，使带有螺纹的陶瓷支撑座71因转动而向上移动，同时绿灯亮。

当传感顶帽81与触片90相碰时，直流电机40两端为等势点，没有电流通过，直流电机40停转，同时绿灯灭；这时传感顶帽81与触片90只是相碰而没有施加力，再将单刀三掷开关8K拨向关，此次粗调完成；

此粗调的可调范围取决于主动齿轮50与从动齿轮60；为了能使主动齿轮50与从动齿轮60互相能吃上力而不脱开，设置可调范围为两种齿轮厚度和的2/3，也就是40mm，精度能到微米级；

③使用压电陶瓷70进行精调

利用压电陶瓷70的特性，通过压电陶瓷电源73向压电陶瓷70通电，产生一个微形变，于是传感顶帽81将倾斜仪底盘00微微顶起；

精调的可调范围及精度都是取决于压电陶瓷的特性；

④再用精密位移测量仪（如激光干涉仪）测量倾斜仪底盘00因传感顶帽81施力后而产生的微位移；

⑤用这微位移计算出倾斜仪的角变化量，再将此角变化量比上倾斜仪本身输出电压的变化就能得到格值。

标定完成后，将单刀双掷开关8K拨向拨到±5V电源8E的-5V处，使直流电机40反转，通过主动齿轮50带动从动齿轮60使传感单元顶帽81下降，同时红灯亮；只要3～4s就可以断开开关，取走装置。

三、使用说明

将触片90粘在倾斜仪底盘00下面时一定要平，否则压电陶瓷70产生形变时可能会卸力，导致测量结果不准。

将本装置于倾斜仪底盘00下面的时候要注意传感单元的顶帽81一定不要高出触片90下端，否则装置将会放不进去。若传感单元的顶帽81位置过高，则将电源开关8K拨向±5V电源8E的-5V处，使传感单元的顶帽81向下移动至合适的高度。

在除标定时的整个过程中，尽量不要碰到倾斜仪。因为如果倾斜仪受力，则摆会受到影响。稳定摆又要花上不少时间。如果倾斜仪受的力过大而移动的话，甚至连接摆的钨丝可能会断。因此在标定时传感单元的顶帽81可以对倾斜仪施加一个小的力，除此之外就不要对倾斜仪产生别的力了。

在标定过程中，人要离开仪器在远处进行遥控。因为人在仪器旁会使地面产生20～30ms（毫角秒）的倾斜。这会对标定结果产生影响。