專利名稱：超短基線伸縮儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種伸縮儀，尤其涉及一種超短基線伸縮儀。
技術(shù)背景伸縮儀是一種精密測(cè)量地殼巖體兩點(diǎn)間距離相對(duì)變化的儀器，在觀測(cè)地殼應(yīng) 變和固體潮及研究地震孕育過程中有重要的作用。我國應(yīng)用伸縮儀經(jīng)過幾十年的觀測(cè)，為地震預(yù)報(bào)分析積累了大量的寶貴資料和典型的震例如1992年4月22日 中緬6.2級(jí)地震，四川攀枝花臺(tái)伸縮儀在震前28天出現(xiàn)了40mm的階躍異常圖，階 躍量為3X10—s;四川姑咱臺(tái)異常形態(tài)出現(xiàn)"突跳"和"轉(zhuǎn)折"，異常時(shí)間為幾小 時(shí)到5天，最長38天。由此可見，地表潮汐水平面應(yīng)變狀態(tài)與地震存在一定關(guān)系。自1935年美國地震學(xué)家貝尼奧夫(H. Benioff)研制成第一臺(tái)有價(jià)值的石英 伸縮儀后，美、英、前蘇聯(lián)、日、比、德等國都相繼研制了高靈敏度的伸縮儀。 儀器的靈敏度一般都在10—8以上，能清晰記錄到固體潮汐。硐體應(yīng)變固體潮觀測(cè)， 大多使用石英管或碳絲為基線，長度一般在20m以上，相對(duì)觀測(cè)精度為10—9量級(jí)。我國自1966年邢臺(tái)地震以來，地震預(yù)報(bào)事業(yè)開始起步。70年代初，我國研制 成功了目視伸縮儀，作為第一代觀測(cè)儀器在幾個(gè)臺(tái)站安裝使用，為我國研究應(yīng)變 與地震關(guān)系奠定了初步了基礎(chǔ)，但其靈敏度和長期穩(wěn)定性都不太高。1983年，中 國地震局地震研究所成功研制出第二代伸縮儀一一SSY-II型水平石英伸縮儀，其 靈敏度為3xl0—9，能清晰地記錄到固體潮汐，為我國在這一領(lǐng)域進(jìn)入國際先進(jìn)行 列作出了貢獻(xiàn)。在我國"九五"期間的1998年，中國地震局地震研究所又一次成 功地推出了新型的硐體應(yīng)變觀測(cè)儀器一一SS-Y型伸縮儀。該儀器在保持高精度高 穩(wěn)定性的同時(shí)縮短了基線長度(小于10ni)，徹底解決了基線炸裂和水銀標(biāo)定脹 盒的汞泄漏問題，提高了自動(dòng)化、智能化程度，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。但現(xiàn)有伸縮儀基線還是偏長(最短約5m)，限制了其使用范圍，不能滿足較 小空間(較短硐室)和多方位(如垂直向)使用。我國在垂直分量應(yīng)變觀測(cè)和研 究開展較少， 一方面是因?yàn)轫象w存在腔體效應(yīng)，更重要原因是沒有較好觀測(cè)手段。 研制超短基線伸縮儀，有助于開展多方位應(yīng)變觀測(cè)和研究，小型化有利于地震應(yīng) 急快速布設(shè)，也可在井下巖層布設(shè)，比開鑿山硐的成本低得多，又不受地形條件 限制。目前國內(nèi)外尚無不大于l米基線伸縮儀的有關(guān)報(bào)道。要使應(yīng)變觀測(cè)分辨力優(yōu) 于1x10"g，基線選用石英(線膨脹系數(shù)1(T7 )或銦鋼(線膨脹系數(shù)2xl(T7 )，儀 器安裝的硐體溫度日變化不大于O. 03'C才能滿足要求。但傳感器采用現(xiàn)有伸縮儀 使用的電渦流位移或差動(dòng)變壓器位移傳感器，其分辨力不優(yōu)于0.001pm，當(dāng)基線 不大于l米時(shí)是不可行的，因此需研制精度更高的傳感器。電容位移傳感器有很 高精度，其分辨力可做到優(yōu)于O. OOOOlWn，能滿足儀器觀測(cè)靈敏度要求。采用電 容傳感器方案可行，但必須解決防潮的問題。上世紀(jì)八十年代比利時(shí)王國皇家天 文臺(tái)范隆貝克博士就研制了電容傳感器的伸縮儀，由于防潮問題未解決，導(dǎo)致其 失敗。DZB型超微量標(biāo)定系統(tǒng)，已在SS-Y伸縮儀中使用，但其帶負(fù)能力較差，難 以對(duì)儀器進(jìn)行總體標(biāo)定(僅傳感器標(biāo)定)、也只能做大量程標(biāo)定(約固體潮汐的 1000倍)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，它屬于機(jī)械傳動(dòng)式標(biāo)定器，自身體積較大， 存在磨擦、磨損、銹蝕等原因易造成機(jī)械故障，常需進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。因此有 必要研制一種無機(jī)械傳動(dòng)、小量程(潮汐范圍)、整體(包括基線)的標(biāo)定器。 壓電陶瓷構(gòu)成精密可控致動(dòng)器，是近幾年發(fā)展起來一項(xiàng)新技術(shù)，它具有位移分 辨力高、線性度好、體積小、重量輕、無電磁和油污染、無噪聲、不發(fā)熱、易 控制和免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為較理想的精密電驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器。最近日本科學(xué)家 開發(fā)一種基于新原理的壓電材料，使其電致伸縮效應(yīng)提高40倍，與超磁致伸縮 材料相當(dāng)，該材料應(yīng)用使微位移致動(dòng)器性能有了重大提高。將壓電材料設(shè)計(jì)在 伸縮儀的固定端，可實(shí)現(xiàn)儀器的整體、精密和自動(dòng)標(biāo)定。如圖l,現(xiàn)有伸縮儀包括本體(100)、測(cè)量和控制系統(tǒng)(200)，還包括外圍 環(huán)境基巖(300)三大部分；本體(100)包括位移傳感器(IIO)、調(diào)零裝置(120)、基線桿(130)、由吊 絲(141)和托架(142)組成的懸吊系統(tǒng)(140)、標(biāo)定器(150)和固定端(160);
基巖(300)包括第l基巖(310)和第2基巖(320)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點(diǎn)和不足,提供一種超短基 線伸縮儀，即要利用新技術(shù)、新材料，提供一種基線短(不大于100cm )、分辨 力高(優(yōu)于Ixl0-1Q)、無機(jī)械傳動(dòng)、可靠標(biāo)定的超短基線伸縮儀；可以垂直安裝， 這將有利于開拓伸縮儀應(yīng)用范圍，有助于開展多方位應(yīng)變觀測(cè)和研究；體積小可 以便攜，適應(yīng)地震前兆的流動(dòng)和應(yīng)急監(jiān)測(cè)；并有可能推廣到長基線和其它形變儀 中使用，以提高觀測(cè)精度。本發(fā)明的重點(diǎn)和難點(diǎn)是要研制出一種全密封結(jié)構(gòu)的電容傳感器及相應(yīng)測(cè)量 系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的(1) 提供基本條件① 由于基線超短，現(xiàn)有的電渦流位移和差動(dòng)變壓器位移傳感器不能使用，需 提供精度更高的傳感器。當(dāng)基線小于100cm,儀器要達(dá)到分辨力優(yōu)于1X1(T1Q， 其位移傳感器分辨力必須優(yōu)于0. OOOl陶才能滿足儀器觀測(cè)靈敏度要求。本發(fā)明 采用電容傳感器，設(shè)計(jì)分辨力優(yōu)于O.OOOlWn，高出要求，確保了方案可行?？?結(jié)比利時(shí)王國皇家天文臺(tái)范隆貝克博士研制電容傳感器的伸縮儀失敗教訓(xùn)，解決 好防潮這一關(guān)鍵問題，設(shè)計(jì)出阻力小、全封閉結(jié)構(gòu)的差動(dòng)電容傳感器。② 提供高穩(wěn)定信號(hào)源以及相關(guān)的低噪聲、高精度鎖相放大器，提高儀器的觀 測(cè)精度及其格值穩(wěn)定度。③ 提供穩(wěn)定性好、精密的電容傳感器定位調(diào)節(jié)裝置及儀器機(jī)械結(jié)構(gòu)。④ 基線選用低膨脹系數(shù)的材料，如銦鋼、石英等。⑤ 提供電致伸縮材料(壓電陶瓷)構(gòu)成精密可控致動(dòng)器，探索儀器的整體， 實(shí)現(xiàn)無機(jī)械傳動(dòng)、可靠、精密和自動(dòng)標(biāo)定。⑥ 研制全數(shù)字化自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制調(diào)零、標(biāo)定及數(shù)據(jù)記錄和處理系統(tǒng)。(2) 擬解決的關(guān)鍵問題 ①儀器小型化后靈敏度和穩(wěn)定性問題當(dāng)儀器小型化，會(huì)帶來一系列問題，如應(yīng)變傳遞量減小，對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求
更高等。機(jī)械放大倍數(shù)減小，如何用電子放大的方法來提高儀器的靈敏度，這也 是當(dāng)今精密測(cè)量發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。靈敏度提高了穩(wěn)定問題又突顯出來，大致可以 從材料、結(jié)構(gòu)、安裝來保證機(jī)械位移傳遞穩(wěn)定性，采用相關(guān)接收技術(shù)設(shè)計(jì)測(cè)量電 路和老化工藝處理元器件等來提高電子系統(tǒng)穩(wěn)定性。② 如何解決好防潮和抗干擾的問題高精度電容傳感器可提高儀器靈敏度。若電容傳感器處于開放空氣中，當(dāng)濕 度發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電容的介質(zhì)改變使傳感器不能正常工作。另外開放電容傳 感器極易受到外界的電磁波的干擾，輕則影響儀器的測(cè)量精度，重則使儀器無法 正常工作，因此需設(shè)計(jì)金屬電容傳感器全密封結(jié)構(gòu)，使其既能防潮又能抗干擾。 傳感器增加密封結(jié)構(gòu)后，會(huì)產(chǎn)生阻力。但由于應(yīng)變量傳遞是剛性慢變化量，在設(shè) 計(jì)傳感器時(shí)考慮了波紋密封結(jié)構(gòu)減小阻力產(chǎn)生，其影響可以忽略。③ 解決標(biāo)定器偶合和提高標(biāo)定重復(fù)精度問題要實(shí)現(xiàn)整體標(biāo)定就需將標(biāo)定器安裝在固定端與基線桿連接，連接好壞不僅影 響標(biāo)定精度，還會(huì)影響儀器穩(wěn)定性。采用套管剛性連接解決。標(biāo)定重復(fù)精度問題， 可選擇性能良好壓電陶瓷材料，設(shè)計(jì)精密穩(wěn)定控制電源加以解決。具體地說，本發(fā)明是對(duì)現(xiàn)有伸縮儀的改進(jìn)省去了其懸吊系統(tǒng)；其固定端 (160)為雙固定端；位移傳感器(110)為一種全密封結(jié)構(gòu)的差動(dòng)式電容傳感器 (111)。如圖2，本發(fā)明包括本體(100)、測(cè)量和控制系統(tǒng)(200)，還包括外圍環(huán)境基巖(300)三大部分；本體(100)包括位移傳感器(110)，調(diào)零裝置(120)，基線桿(130)，標(biāo)定 器(150)，固定端(160);測(cè)量和控制系統(tǒng)(200)包括電容位移測(cè)量系統(tǒng)(210)和數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng) (220);基巖(300)包括第l基巖(310)和第2基巖(320);其位置和連接關(guān)系是基線桿(130)的一端連接位移傳感器(110)，位移傳感器(110)再通過調(diào)零 裝置(120)和第l基巖(310)連接；基線桿(130)的另一端連接標(biāo)定器(150) 后再通過固定端(160)和第2基巖(320)連接；
位移傳感器(110)和標(biāo)定器(150)分別與測(cè)量與控制系統(tǒng)(200)連接；所述的固定端(160)為雙固定端；所述的位移傳感器(110)為一種全密封結(jié)構(gòu)的差動(dòng)式電容傳感器(211); 所述的測(cè)量與控制系統(tǒng)(200)是一種對(duì)位移傳感器(110)和標(biāo)定器(150) 進(jìn)行測(cè)量與控制的系統(tǒng)。其工作原理是當(dāng)太陽和月亮與地球的位置發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起地殼應(yīng)力固體潮變化，這是 一種有規(guī)律的變化。而地震發(fā)生前常引起地殼應(yīng)力的變化，俗稱非潮汐變化。伸 縮儀就是測(cè)量地殼巖體兩點(diǎn)間距離(應(yīng)力)相對(duì)變化的儀器，為研究地震孕育過 程的應(yīng)力變化規(guī)律提供數(shù)據(jù)。基巖(300)兩點(diǎn)間產(chǎn)生微位移，經(jīng)基線桿(130)傳遞至位移傳感器(110), 將位移變化轉(zhuǎn)換為電容量的差動(dòng)變化，傳感器組成的交流電橋?qū)⑷萘孔兓優(yōu)榱?交流電壓信號(hào)輸出，該信號(hào)經(jīng)鎖相放大變?yōu)榱四M信號(hào)，在經(jīng)低通濾波器， 一路 可以直接模擬記錄器進(jìn)行記錄；另一路送入模數(shù)轉(zhuǎn)換變數(shù)字信號(hào)，由單片計(jì)算機(jī) 進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸。丄其中Z為基線長；AI為基線變化量；S為應(yīng)變量，即單位長度的相對(duì)變化量。 根據(jù)規(guī)定壓縮為正、伸張為負(fù)。 本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果① 首創(chuàng)不大于1米超短基線新型伸縮儀，降低安裝環(huán)境限制和成本，拓寬應(yīng) 用范圍；② 可垂直安裝為多方位應(yīng)變觀測(cè)和研究創(chuàng)造條件；③ 創(chuàng)新一體化結(jié)構(gòu)便于地震流動(dòng)和應(yīng)急監(jiān)測(cè)；④ 密封結(jié)構(gòu)的高精度電容傳感器(精度高于現(xiàn)使用伸縮儀傳感器兩個(gè)數(shù)量級(jí) 以上，也可在其它微位移測(cè)量中應(yīng)用)；⑤ 一體化無機(jī)械傳動(dòng)、可靠的整體標(biāo)定器，能提供納米級(jí)的分辨力步距的標(biāo) 準(zhǔn)位移量，較現(xiàn)有的機(jī)械傳遞的標(biāo)定器在控制精度上有質(zhì)的飛躍。


圖1是現(xiàn)有伸縮儀結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是電容傳感器結(jié)構(gòu)示意圖(剖面)； 圖4是電容位移測(cè)量系統(tǒng)原理方框圖； 圖5是數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)原理方框圖。 其中110—位移傳感器；lll一金屬外圓桶；114一前定極板； 117—后密封膜；120—調(diào)零裝置。 130—基線桿。140—懸吊系統(tǒng)；150—標(biāo)定器。 160—固定端。200—測(cè)量與控制系統(tǒng)；210—電容位移測(cè)量系統(tǒng)；211—全密封結(jié)構(gòu)的差動(dòng)式電容傳感器，簡稱電容傳感器;112—前密封膜； U5—?jiǎng)訕O板；118—絕緣固定端子(113—測(cè)量桿； 116—后定極板；141 —吊絲；142—托架。212—放大器； 213-215—震蕩器； 216-218—模數(shù)轉(zhuǎn)換器；220—數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)；221—模數(shù)轉(zhuǎn)換器； 222-223—標(biāo)定驅(qū)動(dòng)控制器；224-226—顯示器； 227--同步檢波器； -移相器；214—低通濾波器; 217—模擬記錄器;300_基巖；310—第1基巖；-電機(jī)驅(qū)動(dòng)放大器； -單片計(jì)算機(jī)； 225—鍵盤；-接口電路。320—第2基巖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明一、 總體結(jié)構(gòu)按圖2安裝。本發(fā)明除了保留現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，省去了懸吊系統(tǒng)(140)， 一體化易于安裝，也可垂直安裝。其中的固定端(160)為雙固定端，有利 于增加基線桿(130)水平支撐力(垂直安裝不需)。電容傳感器(211)的密封與現(xiàn) 有結(jié)構(gòu)不同(當(dāng)使用現(xiàn)有有懸吊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)密封可采用橡膠等柔性材料)，采用了 恒彈性材料(波紋膜片或波紋管等)的雙面對(duì)稱差壓結(jié)構(gòu)，不僅消除了氣壓的變 化影響，其軸向力的傳遞為柔性，減小應(yīng)力傳遞阻力，徑向?yàn)閯傂?，可?duì)基線桿 (130)起著支撐作用，取代了懸吊系統(tǒng)(140)。二、 有關(guān)部件1、 基線桿(130)基線桿(130)選用低膨脹系數(shù)的材料(如銦鋼、石英等)，不大于100cm。2、 電容傳感器(211)如圖3，電容傳感器(211)包括金屬外圓桶(111)、前密封膜(112)、測(cè) 量桿(113)、前定極板(114)、動(dòng)極板(115)、后定極板(116)、后密封膜 (117)、絕緣固定端子(118); 其位置和連接關(guān)系是前密封膜(112)、金屬外圓桶(111)和后密封膜(117)依次連接構(gòu)成密 閉的容器；在金屬外圓桶(111)的中心軸線上設(shè)置有測(cè)量桿(113)，測(cè)量桿(113) 依次連接前密封膜(112)、動(dòng)極板(115)、后密封膜(117)，再與基線桿(130) 連接起位移的傳遞作用；在動(dòng)極板(115)前后設(shè)置有前定極板(114)和后定極板(116)，共同構(gòu) 成差動(dòng)電容，與外部電路構(gòu)成交流電橋，由振蕩器提供穩(wěn)幅基準(zhǔn)交流信號(hào)到兩定 極板上，當(dāng)有位移變化時(shí)就輸出電壓信號(hào)；前定極板(114)和后定極板(116) 通過6個(gè)對(duì)稱的絕緣固定端子(118)與金屬外圓桶(111)固定。前密封膜(112)和后密封膜(117)，其材料或?yàn)榻饘俨y膜片(圓形)， 或?yàn)榻饘俨y管，可起防潮密封作用，保證電容傳感器(211)內(nèi)部介質(zhì)穩(wěn)定；
同時(shí),前密封膜(112)、金屬外圓桶(111)和后密封膜(117)依次連接構(gòu)成密 閉的容器還能起到靜電屏蔽作用；又由于應(yīng)變傳遞為剛性，因此不會(huì)對(duì)應(yīng)變傳遞 產(chǎn)生阻力。3、 電容位移測(cè)量系統(tǒng)(210)如圖4，電容位移測(cè)量系統(tǒng)(210)包括電容傳感器(211)、放大器(212)、 同步檢波器(213)、低通濾波器(214)、震蕩器(21)、移相器(216)、模擬記 錄器(217)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(218);其連接關(guān)系是震蕩器(21)和電容傳感器(211)連接； 震蕩器(21)、移相器(216)、同步檢波器(213)依次連接； 電容傳感器(211)、放大器(212)、同步檢波器(213)、低通濾波器(214) 依次連接；低通濾波器(214)分別與模擬記錄器(217)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(218)連接。 其工作原理是將電容傳感器(211)測(cè)到的微小信號(hào)進(jìn)行放大、模擬記錄 和模數(shù)轉(zhuǎn)換。這里采用了鎖相放大器，它是慮除噪聲提高信噪比最有效方法之放大器(212)，包括前置放大器和選頻放大器，只容許測(cè)量頻率信號(hào)通過； 同步檢波器(213)將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)；低通濾波器(214)由兩級(jí)二階有源濾波器組成，把高頻成分信號(hào)濾掉； 震蕩器(21)為數(shù)字震蕩器，由時(shí)鐘、計(jì)數(shù)器、EPROM、 DAC和濾波器所組 成，產(chǎn)生穩(wěn)頻穩(wěn)幅正弦波信號(hào)；模擬記錄器(217)用于記錄儀器的實(shí)時(shí)變化曲線。 上述各部件均為常用元器件，有上市產(chǎn)品。4、 數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)(220)如圖5，數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)(220)包括單片計(jì)算機(jī)(224)及分別與單片計(jì) 算機(jī)(224)連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(221)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)放大器(222)、標(biāo)定驅(qū)動(dòng)控制器 (223)、鍵盤(225)、顯示器(226)和接口電路(227)。 其工作原理是模數(shù)轉(zhuǎn)換器(221)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)；
電機(jī)驅(qū)動(dòng)放大器(222)控制電機(jī)帶動(dòng)調(diào)零裝置(120)對(duì)電容傳感器(211) 進(jìn)行調(diào)零；標(biāo)定驅(qū)動(dòng)控制器(223)驅(qū)動(dòng)壓電致動(dòng)器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)位移量對(duì)儀器進(jìn)行整體標(biāo)定；單片計(jì)算機(jī)(224)由CPU 、 R0M、防掉電RAM、 Watching dog看門狗電路、 日歷時(shí)鐘等組成；接口電路(227)有RS-232C串行接口和RJ45網(wǎng)絡(luò)接口 ，可進(jìn)行有線或無線 數(shù)字通信。系統(tǒng)在時(shí)鐘控制下定時(shí)對(duì)儀器的輸出進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣和存儲(chǔ)，自動(dòng)識(shí)別 和調(diào)整零位；定期對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定；具有遠(yuǎn)程復(fù)位和重新啟動(dòng)，遠(yuǎn)程通信和控制 功能。上述各部件均為常用元器件，有上巿產(chǎn)品。5、 調(diào)零裝置(120)調(diào)零裝置(120)是一種通用的調(diào)零裝置，由電機(jī)、變速器、百分規(guī)、滑塊 等組成，帶動(dòng)電容傳感器(211)。在儀器位移量將超出量程范圍時(shí)，對(duì)其進(jìn)行精 密的零位調(diào)整。6、 標(biāo)定器(150)標(biāo)定器(150)是一種通用的標(biāo)定器。要實(shí)現(xiàn)整體標(biāo)定就需將標(biāo)定器(150)安裝在固定端(160)與基線桿(130) 連接，連接好壞不僅影響標(biāo)定精度，還會(huì)影響儀器穩(wěn)定性。采用套管剛性連接解 決。選擇性能良好的壓電陶瓷材料，設(shè)計(jì)精密穩(wěn)定控制電源標(biāo)定，提高重復(fù)精度。三、經(jīng)測(cè)試，本發(fā)明達(dá)到下列指標(biāo)*基線長度不大于1 m*儀器分辯力優(yōu)于1X10—10*位移傳感器分辯力優(yōu)于0. OOOlMm (0. lnm)*短期穩(wěn)定性1X10—7天*長期穩(wěn)定性1X1(TV年*環(huán)境溫度變化< rc/年*數(shù)據(jù)存儲(chǔ)大于30天(分鐘值) *標(biāo)定重復(fù)性優(yōu)于5%。
權(quán)利要求
1、一種超短基線伸縮儀，其特征在于基線桿(130)的一端連接位移傳感器(110)，位移傳感器(110)再通過調(diào)零裝置(120)和第1基巖(310)連接；基線桿(130)的另一端連接標(biāo)定器(150)后再通過固定端(160)和第2基巖(320)連接；位移傳感器(110)和標(biāo)定器(150)分別與測(cè)量與控制系統(tǒng)(200)連接；所述的固定端(160)為雙固定端；所述的位移傳感器(110)為一種全密封結(jié)構(gòu)的差動(dòng)式電容傳感器(211)；所述的測(cè)量與控制系統(tǒng)(200)是一種對(duì)位移傳感器(110)和標(biāo)定器(150)進(jìn)行測(cè)量與控制的系統(tǒng)。
2、 按權(quán)利要求l所述的超短基線伸縮儀，其特征在于 基線桿(130)選用低膨脹系數(shù)的材料，長度不大于100cm。
3、 按權(quán)利要求l所述的超短基線伸縮儀，其特征在于電容傳感器(211)的 結(jié)構(gòu)是前密封膜(112)、金屬外圓桶(111)和后密封膜(117)依次連接構(gòu)成密 閉的容器；在金屬外圓桶(111)的中心軸線上設(shè)置有測(cè)量桿(113)，測(cè)量桿(113) 依次連接前密封膜(112)、動(dòng)極板(115)、后密封膜(117)，再與基線桿(130) 連接起位移的傳遞作用；在動(dòng)極板(115)前后設(shè)置有前定極板(114)和后定極板(116)，共同構(gòu) 成差動(dòng)電容，與外部電路構(gòu)成交流電橋，由振蕩器提供穩(wěn)幅基準(zhǔn)交流信號(hào)到兩定 極板上，當(dāng)有位移變化時(shí)就輸出電壓信號(hào)；前定極板(114)和后定極板(116) 通過對(duì)稱的絕緣固定端子(118)與金屬外圓桶(111)固定。
4、 按權(quán)利要求1所述的超短基線伸縮儀，其特征在于電容位移測(cè)量系統(tǒng) (210)的結(jié)構(gòu)是包括電容傳感器(211)、放大器(212)、同步檢波器(213)、低通濾波器(214)、 震蕩器(21)、移相器(216)、模擬記錄器(217)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(218); 震蕩器(21)和電容傳感器(211)連接；震蕩器(21)、移相器(216)、同步檢波器(213)依次連接； 電容傳感器(211)、放大器(212)、同步檢波器(213)、低通濾波器(214) 依次連接；低通濾波器(214)分別與模擬記錄器(217)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(218)連接。 5、按權(quán)利要求1所述的超短基線伸縮儀，其特征在于數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng) (220)的結(jié)構(gòu)是包括單片計(jì)算機(jī)(224)及分別與單片計(jì)算機(jī)(224)連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(221)、 電機(jī)驅(qū)動(dòng)放大器(222)、標(biāo)定驅(qū)動(dòng)控制器(223)、鍵盤(225)、顯示器(226) 和接口電路(227)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超短基線伸縮儀，涉及一種伸縮儀。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是基線桿(130)的一端連接位移傳感器(110)，位移傳感器(110)再通過調(diào)零裝置(120)和第1基巖(310)連接；基線桿(130)的另一端連接標(biāo)定器(150)后再通過固定端(160)和第2基巖(320)連接；位移傳感器(110)和標(biāo)定器(150)分別與測(cè)量與控制系統(tǒng)(200)連接；所述的位移傳感器(110)為一種全密封結(jié)構(gòu)的差動(dòng)電容傳感器(211)。本發(fā)明基線不大于100cm，分辨力優(yōu)于1×10^-10，無機(jī)械傳動(dòng)，標(biāo)定可靠；可以垂直安裝；體積小可以便攜，適應(yīng)地震前兆的流動(dòng)和應(yīng)急監(jiān)測(cè)；并可推廣到長基線伸縮儀和其它微位移測(cè)量儀中使用。
文檔編號(hào)G01D5/12GK101118150SQ200710053069
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月30日
發(fā)明者姚植桂, 張衛(wèi)華, 李家明, 梅建昌 申請(qǐng)人:中國地震局地震研究所