倾斜悬挂地震计及其坐标变换电路、变换方法技术

本发明专利技术公开一种倾斜悬挂地震计及其坐标变换电路、变换方法，倾斜悬挂地震计的传感方向构成UVW坐标系，地震计包括沿120度均匀安装于基准底板上的三个摆体，主控芯片、角度传感器、坐标变换电路，角度传感器采集地震计的倾斜角度信号，主控芯片根据该倾斜角度信号处理得到坐标变换电路的变换系数矩阵，得到坐标变换电路的变换参数，该坐标变换电路根据该变换参数，将U、V、W三个分向的信号转换为X、Y、Z分向的信号。本发明专利技术能够根据地震计的倾斜角度，相应的调整坐标变换电路的变换参数，实现地震计的准确测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种地震计的坐标变换方法，尤其涉及一种倾斜悬挂地震计及其坐标变换电路、变换方法。
技术介绍
倾斜悬挂地震计的三个摆体安装于同一个基准面上，且沿圆周按照120度角均匀设置，即沿U、V、W分向正交摆放，三个摆体采集的地面振动信号经坐标变换电路、信号处理电路处理，可输出包括东西向、南北向、垂直向三个分向标注为X、Y、Z分向的模拟电压信号。现有的坐标变换电路，能够将放置于水平面上的地震计，其感测的相互正交的U、V、W三个分向的信号转换为X、Y、Z三个分向的信号，当地震计倾斜放置时，为保证地震计的正常工作状态需对相应分向的摆体进行调零操作，破坏了U、V、W分向的正交性，导致坐标变换电路输出的信号并不准确。
技术实现思路
鉴于上述原因，本专利技术的目的在于提供一种倾斜悬挂地震计及其坐标变换电路、变换方法，无论地震计倾斜或是水平放置，均能够实现地震计的准确测量。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种倾斜悬挂地震计，包括沿120度均匀安装于基准底板上的三个摆体，主控芯片、角度传感器、坐标变换电路，该角度传感器采集地震计的倾斜角度信号，该主控芯片根据该倾斜角度信号处理得到该坐标变换电路的变换系数矩阵，得到该坐标变换电路的变换参数，该坐标变换电路根据该变换参数，将倾斜悬挂地震计的传感方向U、V、W三个分向的信号转换为X、Y、Z分向的信号。进一步的，所述倾斜角度包括Z轴的倾斜角度、倾斜后的Z轴在XOY平面上的投影与Y轴的夹角。所述坐标变换电路包括三组共九个R-2R结构的DAC，三组DAC分别用于将U、V、W分向的信号转换为X分向的信号、Y分向的信号和Z分向的信号。所述角度传感器安装于所述基准底板上。用于将U、V、W分向的信号转换为X分向的信号、Y分向的信号和Z分向的信号的三组变换单元，该三组变换单元的变换参数根据地震计的倾斜角度而调整。所述倾斜角度包括Z轴的倾斜角度θ、倾斜后的Z轴在XOY平面上的投影与Y轴的夹角该坐标变换电路的坐标变换关系为：XYZ=T11T12T13T21T22T23T31T32T33-1UVW=T-1UVW---(1)]]>其中，其中，α为摆锤悬挂的倾角，αU、αV、αW为α角分别在U、V、W分向与水平面的夹角；βU为摆体绕Y轴的旋转角度，顺时针为正；βV为摆体绕VH轴的旋转角度，顺时针为正；βW为摆体绕WH轴的旋转角度，顺时针为正；VH轴为V分向在XOY平面上的投影，WH轴为W分向在XOY平面上的投影；所述变换单元的变换参数根据公式(2)调整。每组变换单元包括三个R-2R结构的DAC，第一组的三个DAC用于将UVW分向的差分信号转换为X分向信号，第二组的三个DAC用于将UVW分向的差分信号转换为Y分向信号，第三组的三个DAC用于将UVW分向的差分信号转换为Z分向信号。所述变换单元的传递函数是：X=RF2R(U·Du1-2N-12N-1+V·Dv1-2N-12N-1+W·Dw1-2N-12N-1)---(6)]]>Y=RF2R(U·Du2-2N-12N-1+V·Dv2-2N-12N-1+W·Dw2-2N-12N-1)---(7)]]>Z=RF2R(U·Du3-2N-12N-1+V·Dv3-2N-12N-1+W·Dw3-2N-12N-1)---(8)]]>根据该传递函数及公式(2)，确定所述变换单元的变换参数。根据一倾斜角度，调整该坐标变换电路的变换参数，该坐标变换电路根据该变换参数，将U、V、W分向的信号转换为X、Y、Z分向的信号。本专利技术的优点是：本专利技术的地震计及其坐标变换电路、变换方法，利用角度传感器测量地震计的倾斜角度，在此基础上得到坐标变换电路的变换系数矩阵，根据该变换系数矩阵调整坐标变换电路的变换参数，能够实现地震计于倾斜放置状态下，测量数据的准确性。附图说明图1是本专利技术倾斜悬挂地震计的电路结构示意图。图2A是倾斜悬挂地震计摆锤与XYZ轴的位置关系示意图。图2B是UVW分向在XOY平面上的投影示意图。图3A是摆体调零操作前的位置示意图。图3B是摆体经调零操作后的位置示意图。图4A是X、Z轴绕Y轴的旋转示意图。图4B是在图4A所示旋转后坐标系中U分向在X轴上的投影示意图。图5是地震计倾斜后的坐标系示意图。图5A、5B分别是βV、βW角在图5所示坐标系中的位置示意图。图6是本专利技术的坐标变换电路的部分结构原理示意图，示出一组三个DAC的电路结构。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术公开的倾斜悬挂地震计，包括密封壳体、壳体中的三个摆体及电路板，三个摆体沿120度均匀安装于基准底板上，三个摆体的结构相同，均为倾斜悬挂倒立摆结构的机械摆体，该基准底板上安装有角度传感器，角度传感器在安装之前必须将基准底板调整水平，同时其安装水平方位必须与X、Y方向对齐。如图1所示，电路板上设置有主控芯片、坐标变换电路、对应三个摆体的三个振荡及反馈电路等，角度传感器的信号输出端与主控芯片的数据输入端相连接，坐标变换电路与主控芯片的I/O端相连接，U、V、W三个分向的摆体分别通过相应的振荡及反馈电路与坐标变换电路相连接，U、V、W三个分向的振荡及反馈电路用于将相应分向摆体感知的地面运动转换成相应分向的模拟电压信号，U、V、W三个分向的模拟电压信号经坐标变换电路进行处理后输出X、Y、Z分向的模拟电压信号。角度传感器将感测的地震计倾斜角度信号传输给主控芯片，主控芯片根据该倾斜角度信号，计算得到坐标变换电路的变换系数矩阵，并根据该变换系数矩阵设置坐标变换电路的变换参数，坐标变换电路根据设置的变换参数，将U、V、W三个分向的模拟电压信号，转换为X、Y、Z分向的模拟电压信号。以下详细说明本专利技术的坐标变换电路、变换方法的工作原理。1)地震计水平放置状态如图2A、2B所示，设α为摆锤悬挂的倾角，即摆锤与Z轴的夹角为α，则U、V、W分向在X、Y、Z坐标系中表示为：UVW=0cosαUsinαUcosαVcos30-cosαVcos60sinαV-cosαWcos30-cosαWcos60sinαWXYZ---(1)]]>其中αU、αV、αW分本文档来自技高网...

【技术保护点】
倾斜悬挂地震计，包括沿120度均匀安装于基准底板上的三个摆体，其特征在于，还包括，主控芯片、角度传感器、坐标变换电路，该角度传感器采集地震计的倾斜角度信号，该主控芯片根据该倾斜角度信号处理得到该坐标变换电路的变换系数矩阵，得到该坐标变换电路的变换参数，该坐标变换电路根据该变换参数，将倾斜悬挂地震计的传感方向U、V、W三个分向的信号转换为X、Y、Z分向的信号。

【技术特征摘要】
1.倾斜悬挂地震计，包括沿120度均匀安装于基准底板上的三个摆体，
其特征在于，还包括，主控芯片、角度传感器、坐标变换电路，
该角度传感器采集地震计的倾斜角度信号，该主控芯片根据该倾斜角度信
号处理得到该坐标变换电路的变换系数矩阵，得到该坐标变换电路的变换参
数，该坐标变换电路根据该变换参数，将倾斜悬挂地震计的传感方向U、V、
W三个分向的信号转换为X、Y、Z分向的信号。
2.根据权利要求1所述的倾斜悬挂地震计，其特征在于，所述倾斜角度
包括Z轴的倾斜角度、倾斜后的Z轴在XOY平面上的投影与Y轴的夹角。
3.根据权利要求1所述的倾斜悬挂地震计，其特征在于，所述坐标变换
电路包括三组共九个R-2R结构的DAC，三组DAC分别用于将U、V、W分
向的信号转换为X分向的信号、Y分向的信号和Z分向的信号。
4.根据权利要求1所述的倾斜悬挂地震计，其特征在于，所述角度传感
器安装于所述基准底板上。
5.倾斜悬挂地震计的坐标变换电路，其特征在于，用于将U、V、W分
向的信号转换为X分向的信号、Y分向的信号和Z分向的信号的三组变换单元，
该三组变换单元的变换参数根据地震计的倾斜角度而调整。
6.根据权利要求5所述的倾斜悬挂地震计，其特征在于，所述倾斜角度
包括Z轴的倾斜角度θ、倾斜后的Z轴在XOY平面上的投影与Y轴的夹角7.根据权利要求6所述的倾斜悬挂地震计的坐标变换电路，其特征在于，
该坐标变换电路的坐标变换关系为：
XYZ=T11T12T13T21T22T23T31T32T33-1UVW=T-1UVW---(1)]]>其中，其中，α为摆锤悬挂的倾角，αU、αV、αW为α角分别在U、V、W分向
与...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛兵，朱小毅，林湛，李江，高尚华，陈阳，周银兴，王洪体，崔仁胜，刘明辉，
申请(专利权)人：中国地震局地震预测研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11