高精度宽频带重力仪制造技术

本发明专利技术公开了一种高精度宽频带重力仪，涉及地震前兆预警和固体潮观测技术。本重力仪是：从下到上，底盘单元和恒温单元连接，在恒温单元内设置有支撑单元，在支撑单元上分别设置有电容式位移传感器、弹性单元、调摆单元和锁摆单元；调摆单元和锁摆单元分别与弹性单元连接；弹性单元和电容式位移传感器连接；所述的电容式位移传感器是测量弹性单元中的动片位置的上下变化；所述的弹性单元是一种精密的弹簧；所述的恒温单元是一个高精度的控温装置。本发明专利技术的恒温精度为0.0001℃；电容传感器有足够高的精度，测量精度为0.1纳米；采用合理的热结构，密封良好，因此受温度和气压的影响较小，即使在不控温的观测室内工作时，也能得到较好的观测结果。

High precision broadband gravimeter

The invention discloses a high-precision wide-band gravimeter, which relates to earthquake precursor early warning and solid tide observation technology. The gravimeter is: from bottom to top, the chassis unit is connected with the constant temperature unit, and the constant temperature unit is provided with a support unit, and the support unit is respectively provided with a capacitive displacement sensor, an elastic unit, a swing adjusting unit and a swing locking unit; the swing adjusting unit and the swing locking unit are respectively connected with the elastic unit; the elastic unit and the capacitive displacement sensor are connected; the capacitive displacement transmission The sensor measures the up and down changes of the moving plate position in the elastic unit, the elastic unit is a precision spring, and the constant temperature unit is a high-precision temperature control device. The constant temperature accuracy of the invention is 0.0001 \u2103; the capacitance sensor has enough high accuracy, and the measurement accuracy is 0.1nm; the reasonable thermal structure is adopted, and the sealing is good, so the influence of temperature and air pressure is small, and even when the temperature is not controlled in the observation room, the better observation results can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
高精度宽频带重力仪
本专利技术涉及地震前兆预警和固体潮观测技术，尤其涉及一种高精度宽频带重力仪。
技术介绍
最早能记录到固体潮的高精度宽频带重力仪是由西德的格拉夫(Graf)专利技术的GS型重力仪，曾在欧美和中国大量推广使用，后由于阿斯卡尼亚(Askania)倒闭，该仪器没有再生产；此后美国的Lacoste设计了LacosteET型重力仪，专门用于记录固体潮；80年代，我国自行研制了固体潮重力仪，在国内生产推广。这三种重力仪原理各不相同，差异甚大，各有其特点和优点。但在精度上差异不大。由于固体潮的精度要到1微伽(μgal约10-9g)，故能研制和生产该仪器的厂商在国内外只有三家。地震前兆预测是地震研究工作重大课题之一。成功预测地震发生的时间、地点、震级大小也是世界性的难题，很大程度上不能获得全面的、足够精度和数量的与地震前兆相联系的信息。目前国内外尚无一种高精度宽频带重力仪。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种高精度宽频带重力仪，既可以提高高精度宽频带重力仪的测量精度和长期稳定性，又拓宽了测量频带，可以记录更多的地震信息。本专利技术的目的是这样实现的：a)采用有效的技术措施，提高高精度宽频带重力仪的输出电压的精度和长期稳定性，从而可以检测是地球潮汐因子的长期变化，潮汐因子的变化可以用于地震预报；b)由于噪声和频带是成比例的，本专利技术用窄带滤波和放大，来提高高精度宽频带重力仪的输出电压的信噪比，可用更高的灵敏度来检测地球内部的微小震动信息。c)本专利技术除了固体潮通道观测记录外，还增加了三个通道：高频通道(适合于记录近震)；低频通道(适合于记录远震)；地球自由振荡通道。(以往的重力仪仅有记录固体潮通道，而无这3个记录地震的通道。)具体地说，高精度宽频带重力仪包括电容式位移传感器、弹性单元、恒温单元、调摆单元、锁摆单元、支撑单元和底盘单元；其位置和连接关系是：从下到上，底盘单元和恒温单元连接，在恒温单元内设置有支撑单元，在支撑单元上分别设置有电容式位移传感器、弹性单元、调摆单元和锁摆单元；调摆单元和锁摆单元分别与弹性单元连接；弹性单元和电容式位移传感器连接；所述的电容式位移传感器是测量弹性单元中的动片位置的上下变化；所述的弹性单元是一种精密的弹簧；所述的恒温单元是一个高精度的控温装置。本专利技术具有下列优点和积极效果：a)采用高精度控温系统，国际同类仪器如美国的拉科斯特和德国的GS型重力仪的恒温精度均为0.01℃，由于国外重力仪控温精度不够，均用温度补偿的方法来弥补控温精度的不足；而本专利技术的恒温精度为0.0001℃，因此毋需进行温度补偿，有温度补偿的重力仪只有在最佳温度点上才能补偿的较好，而本专利技术高精度宽频带重力仪工作温度的选择较为自由，只要工作温度高于最高的环境温度就可以；b)由于噪声和频带是成比例的，本专利技术用窄带滤波和放大，来提高高精度宽频带重力仪的输出电压的信噪比，可用更高的灵敏度来检测地球内部的微小震动信息。c)采用合理的热结构，密封良好，因此受温度和气压的影响较小，即使在不控温的观测室内工作时，也能得到较好的观测结果。附图说明图1是高精度宽频带重力仪的结构方框图；图2是高精度宽频带重力仪的结构示意图；图3是电容式位移传感器方框图；图4是弹簧单元的结构示意图；图5是弹簧单元的结构方框图；图6是恒温单元电路的结构方框图；图7是调摆单元的结构方框图；图8是锁摆单元的结构方框图；图9是振荡器的电路原理图；图10是固体潮曲线图(2019-06-19)；图11是固体潮曲线图(2019-06-18)；图12是高频通道的地震记录图(2019-06-18日至2019-06-26)；图13是低频通道的地震记录图(2019-06-18日至2019-06-26)。图中：1—电容式位移传感器，111—动片，112—上定片，112—下定片，121—振荡器，122—反相器，123—三级放大器，124—锁相放大器，125—固体潮通道，126—地球自由振荡通道，127—高频通道，128—低频通道；2—弹性单元，21—弹簧，22—连接件，23—柔丝上，24—弹簧上端固定件，25—弹簧下端固定件，26—柔丝下，27—摆(动片111)，28—调平板；3—恒温单元，311—内恒温热敏电阻桥路，312—内恒温高增益放大器，313—内恒温功率放大器，314—内恒温加热丝，321—底座恒温热敏电阻桥路，322—底座恒温高增益放大器，323—底座恒温功率放大器，324—底座恒温加热丝，331—外恒温热敏电阻桥路，332—外恒温高增益放大器333—外恒温功率放大器，334—外恒温加热丝；4—调摆单元41—调摆支架，42—调摆马达支架，43—调摆马达，44—调摆马达齿轮，45—一级齿轮，46—二级齿轮，47—三级齿轮，48—四级齿轮，49—输出齿轮，410—调摆电路；5—锁摆单元51—锁摆马达，52—锁摆马达支架，53—锁摆弹簧，54—锁摆弹簧支架，55—锁摆上限位，56—锁摆下限位，57—锁摆电路；6—支撑单元，61—支撑柱，62—支撑盘，63—支撑座，64—支撑热架构，65—支撑筒；7—底盘单元，71—底盘，72—调平丝杆螺母，73—地脚垫块，74—底盘电路盒，75—调平水泡。具体实施方式如下结合附图和实施例详细说明。一、高精度宽频带重力仪的结构一)总体如图1、2，高精度宽频带重力仪包括电容式位移传感器1、弹性单元2、恒温单元3、调摆单元4、锁摆单元5、支撑单元6和底盘单元7；其位置和连接关系是：从下到上，底盘单元7和恒温单元3连接，在恒温单元3内设置有支撑单元6，在支撑单元6上分别设置有电容式位移传感器1、弹性单元2、调摆单元4和锁摆单元5；调摆单元4和锁摆单元5分别与弹性单元2连接；弹性单元2和电容式位移传感器1连接。电容式位移传感器1、弹性单元2、调摆单元4和锁摆单元5其机械部分在恒温单元3内，其电子部分在恒温单元3外；电容式位移传感器1：测量弹性单元2中的动片111(摆)位置的上下变化，其测量精度优于0.1纳米(nm)；弹性单元2：是一种精密的弹簧21，由恒弹性合金制成并经过真空热处理的高稳定性的弹簧，其弹性温度系数为10-5，其日漂移要求小于5微伽(μgal)，是高精度宽频带重力仪核心部件——传感器，即将重力加速度变化转换成弹簧长度的变化；恒温单元3：为了保证弹性单元2的稳定性，必须使弹性单元2置于一个高精度的温度环境中；调摆单元4：将电容式位移传感器1的动片111(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度宽频带重力仪，其特征在于：/n包括电容式位移传感器（1）、弹性单元（2）、恒温单元（3）、调摆单元（4）、锁摆单元（5）、支撑单元（6）和底盘单元（7）；/n其位置和连接关系是：/n从下到上，底盘单元（7）和恒温单元（3）连接，在恒温单元（3）内设置有支撑单元（6），在支撑单元（6）上分别设置有电容式位移传感器（1）、弹性单元（2）、调摆单元（4）和锁摆单元（5）；/n调摆单元（4）和锁摆单元（5）分别与弹性单元（2）连接；弹性单元（2）和电容式位移传感器（1）连接；/n所述的电容式位移传感器（1）是测量弹性单元（2）中的动片（111）位置的上下变化；/n所述的弹性单元（2）是一种精密的弹簧（21）；/n所述的恒温单元（3）是一个高精度的控温装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种高精度宽频带重力仪，其特征在于：
包括电容式位移传感器（1）、弹性单元（2）、恒温单元（3）、调摆单元（4）、锁摆单元（5）、支撑单元（6）和底盘单元（7）；
其位置和连接关系是：
从下到上，底盘单元（7）和恒温单元（3）连接，在恒温单元（3）内设置有支撑单元（6），在支撑单元（6）上分别设置有电容式位移传感器（1）、弹性单元（2）、调摆单元（4）和锁摆单元（5）；
调摆单元（4）和锁摆单元（5）分别与弹性单元（2）连接；弹性单元（2）和电容式位移传感器（1）连接；
所述的电容式位移传感器（1）是测量弹性单元（2）中的动片（111）位置的上下变化；
所述的弹性单元（2）是一种精密的弹簧（21）；
所述的恒温单元（3）是一个高精度的控温装置。


2.按权利要求1说说的一种高精度宽频带重力仪，其特征在于：
所述的电容式位移传感器（1）包括动片（111）、上定片（112）、下定片（113）、振荡器（121）、反相器（122）、三级放大器（123）、锁相放大器（124）、固体潮测量通道（125）、地球自由振荡通道（126）、高频地震通道（127）和低频地震通道（128）：
其连接关系是：
上定片（112）和下定片（113）设置在支撑单元（6）上，在上定片（112）和下定片（113）之间设置有动片（111）；
振荡器（121）分别与上定片（112）、反相器（122）和锁相放大器（124）连接，反相器（122）和下定片（113）连接，动片（111）、三级放大器（123）和锁相放大器（124）依次连接，锁相放大器（124）的输出端连接4个通道：固体潮通道（125）、地球自由振荡通道（126）、高频通道（127）和低频通道（128）；
所述的振荡器（121）包括依次连接的振荡电路（121A）、分频电路（121B）和整形电路（121C）；
振荡电路（121A）由第1电阻（R1）、第1电容（C1）和第1数字芯片（G1）组成；
第1电阻（R1）和第1电容（C1）的一端连接于第1数字芯片（G1）的输入端，第1电阻（R1）和第1电容（C1）的另一端分别与第1数字芯片（G1）两个输出端连接；第1数字芯片G1是四路真补反向缓冲器4041；
所述的分频电路（121B）由第2、3、4、5电阻（R2、R3、R4、R5），第2、3、4电容（C2、C3、C4），第1、2、3二极管（D1、D2、D3）和第2、3数字芯片（G2、G2）组成；
第2电阻R2和第3电容（C3）连接，第2电阻（R2）和第3电阻（R3）连接；
第3电阻（R3）的一端与第2数字芯片（G2）的输出端2相连，另一端与第3数字芯片（G3）的输入端6相连；
第4电阻（R4）的一端与第2数字...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡国庆，余斌彬，谭叶春，
申请(专利权)人：武汉光演科学仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42