地震断层带岩石的断层面形貌测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种地震断层带岩石的断层面形貌测量系统，包括：运动扫描单元与控制单元相耦接，用于接收所述控制单元的信号，并将运动过程的坐标信息通过所述运动单元传递给数据采集单元；控制单元与运动扫描单元和数据采集单元相耦接，用于发送控制信号给所述运动扫描单元和数据采集单元，并接收所述运动扫描单元发送的所述坐标信息传递给数据采集单元；数据采集单元与控制单元相耦接，用于接收发送来的所述坐标信息并结合发送来的控制信号进行采集和存储。本实用新型专利技术解决了实验室物理模拟实验中无法对实验样品断层面形貌进行精细化、定量化描述等问题，并且能够保证数据的高分辨率和准确性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及断层面形貌测量领域，尤其是一种对野外以及实验室物理模拟的地震断层带岩石的三维断层面形貌扫描系统。
技术介绍
地震时大部分断层位移发生在断层带内的主滑动面上，断层表面形貌是断层活动的产物并随断层活动而演化。准确描述天然断层面形貌对断层破裂性质和断层力学研究具有重要意义。断层表面形貌影响着断层滑动机制，在控制断层滑动方式方面扮演着重要角色，这对于实验室内的物理模拟过程同样重要。在粘滑理论的研究中，也注意到断层面粗糙度及断层形貌特征的影响，这有助于 加深对摩擦面应力分布非均匀性的理解。然而，在以往的物理模拟实验中，很少有人对实验样品表面粗糙度进行定量化的系统研究。缺乏高精度的粗糙度或者表面起伏量测量设备，没有适当的断层表面形貌表达指标参考。容易想到，在这种断层面形貌定量化研究中，需要有高精度的形貌测量设备进行测量，且该形貌设备有三个关键问题需要解决首先，要确定样品扫描区域，并能准确定位扫描区域，实验样品及野外手表本尺寸范围 100_X 500_。其次，要在选定的扫描区域内对断层面形貌的精确描述，并要确定扫描间隔以及实现扫描过程的时变控制；再次，保证扫描分辨率达到微米量级，以保证断层形貌变化的精度。而现有野外研究中常采用3D激光扫描仪对野外断层进行扫描，扫描范围大，但最好的扫描仪的分辨率为2_，能把握全局的基本形态，不足以进行细节研究。对于实验室研究则常用电子探针(扫描范围仅几毫米)或者高精度激光测距仪也仅能在小测量范围内测量精度20微米量级上扫描。现有的野外激光扫描仪的测量方式在准确性、稳定性方面不满足科学研究的精确性、复杂性等要求。现有成熟的电子探针技术，虽可满足精确性要求，但其结构和工作方式不适于长期运行及基于实验样品尺寸的整体扫描，且需要复杂的样品加工工艺，大大增加了实验资金需求和耗能成本。所以如何解决上述三点关键问题并实现相应的效果，便成为关键内容。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种地震断层带岩石的断层面形貌测量系统，以解决实验室物理模拟实验中无法对实验样品断层面形貌进行精细化、定量化描述等问题。为了解决上述问题，本技术提供了一种地震断层带岩石的断层面形貌测量系统，包括运动扫描单元、控制单元和数据采集单元；其中，所述运动扫描单元，与所述控制单元相耦接，用于接收所述控制单元的信号，并将运动过程的坐标信息通过所述运动单元传递给所述数据采集单元；所述控制单元，与所述运动扫描单元和数据采集单元相耦接，用于发送控制信号给所述运动扫描单元和数据采集单元，并接收所述运动扫描单元发送的所述坐标信息传递给所述数据采集单元；所述数据采集单元，与所述控制单元相耦接，用于接收该控制单元发送来的所述坐标信息，并结合发送来的控制信号进行采集和存储。进一步地，其中，所述运动扫描单元包括二维平移台、激光位移传感器、隔振光学平台和可调节支架台；其中，所述二维平移台，与所述激光位移传感器、隔振光学平台和可调节支架台相连接，该二维平移台包括两个方向垂直且基本结构一致的滑轨、显示前位移坐标的两个光栅尺以及为所述滑轨提供动力的两个伺服电动机组合而成；所述激光位移传感器，设置在所述二维平移台下方，其用于测量被测样品的表面起伏及粗糙度变化；所述隔振光学平台，设置在所述二维平移台的正下方，为采用四柱支撑的平台；所述可调节支架台，与所述二维平移台和隔振光学平台相连接。进一步地，其中，所述激光位移传感器包括激光探头和控制器；所述激光探头为位移分辨率O. 5微米、量程10mm、采样频率4KHz的激光探头。进一步地，其中，所述控制单元，进一步用于接收所述运动扫描单元发送的坐标信息以及与该坐标相对应的激光位移传感器的测距数据进行结合产生三维坐标信息，将该三维坐标信息发送给所述数据采集单元。进一步地，所述可调节支架台，包括两部分，其中，第一部分包括固定所述二维平移台的竖直框架和连接该二维平移台的转接板组合而成；第二部分包括可调节高度及倾斜度的水平实验台、四个支撑该水平实验台的带螺纹支柱、四组固定该水平实验台与带螺纹支柱的调节螺母、为该水平实验台提供中间承托柱、以及水平及倾斜测量仪组合而成。进一步地，所述控制单元，进一步包括二维平移台控制器、激光探头控制器和计算机模块；其中，所述二维平移台控制器，与所述计算机模块相连接，用于接收所述计算机模块的指示信息，根据该指示信息控制所述运动扫描单元进行单方向或双向同时运动，同时获取所述运动扫描单元发送的坐标信息，记录并发送该坐标信息给所述计算机模块；所述激光探头控制器，与所述计算机模块相连接，用于接收所述运动扫描单元发送的位移信息，并传输给所述计算机模块；所述计算机模块，与所述二维位移平台控制器和激光探头控制器相连接，用于发送指示控制信息给所述二维位移平台控制器和激光探头控制器，对被测试件进行扫描，并接收、存储所述二维位移平台控制器反馈的所述坐标信息以及所述激光探头控制器反馈的所述位移信息，然后结合形成运动点的三维坐标信息发送给所述数据采集单元。进一步地，所述坐标信息为双向的光栅尺的位移表征运动点的X、Y坐标信息。进一步地，所述激光探头控制器，进一步用于接收所述运动扫描单元发送的位移信息,并通过R232 口传输到所述计算机模块。进一步地，所述数据采集单元，进一步包括采集板、数据传输口和数据记录模块；其中，所述采集板及数据传输口与所述计算机模块相连接，并通过数据记录模块将采集的数据进行存储。进一步地，所述数据传输口为R232型数据传输口。与现有技术相比，本技术所述地震断层带岩石的断层面形貌测量系统具有如下特点I、本技术可方便实验室样品尺度岩石表面形貌定量化测量，且实现野外断层面岩石标本的微观细化，其结果与野外大范围低精度形貌特征相对比，为断层面形貌分析 提供更详尽的资料。为研究断层面形貌演化变形过程提供了一种方便而功能强大的观测系统。2、本技术采用了三维坐标格式记录实验数据，将两个不同系统坐标(二维平移台的运动坐标与激光探头的位移坐标)进行统一采集记录，实现了坐标的准确化、简易化和同步化。3、本技术将单点测量的激光位移传感器发展为一种对某个面上多点的形貌扫描系统，基于激光传感器的采集速度，配合可变速的二维平移台，可实现对野外小标本及实验室内物理模拟的断层形貌进行精细化定量化描述。4、本技术的扫描间隔可随主观需要进行改变，且二维平移台的双向均可通过改变运动速度来改变扫描间隔，即对于IOOmmXlOOmm的样品，还可以根据需要来确定扫描间隔，若粗略扫描，可设定间隔为O. 1mm，若需要详尽的形貌数据，则可设定扫描间隔为O.001mm。5、本技术运动扫描单元与控制单元的有机结合，按运动过程记录Z方向(如图2所示)的激光位移数据并动态记录数据的方式，提供了更方便的数据存储格式，为形貌定量化描述大大提高了分析计算的效率。6、本技术能够为野外大范围断层面形貌进行描述，通过采集特征进行细化分析，以便建立大范围、多尺度的野外断层面形貌特征图。附图说明图I为本技术实施例所述地震断层带岩石的断层面形貌测量系统的结构框图；图2为本技术实施例所述的系统中的运动扫描单元具体结构图；图3为本技术实施例中所述运动扫描单元中二维平移台的具体结构图；图4为本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地震断层带岩石的断层面形貌测量系统，其特征在于，包括运动扫描单元、控制单元和数据采集单元；其中， 所述运动扫描单元，与所述控制单元相耦接，用于接收所述控制单元的信号，并将运动过程的坐标信息通过所述运动单元传递给所述数据采集单元； 所述控制单元，与所述运动扫描单元和数据采集单元相耦接，用于发送控制信号给所述运动扫描单元和数据采集单元，并接收所述运动扫描单元发送的所述坐标信息传递给所述数据采集单元； 所述数据采集单元，与所述控制单元相耦接，用于接收该控制单元发送来的所述坐标信息，并结合发送来的控制信号进行采集和存储。2.如权利要求I所述的地震断层带岩石的断层面形貌测量系统，其特征在于，所述运动扫描单元包括二维平移台、激光位移传感器、隔振光学平台和可调节支架台；其中，· 所述二维平移台，与所述激光位移传感器、隔振光学平台和可调节支架台相连接，该二维平移台包括两个方向垂直且基本结构一致的滑轨、显示前位移坐标的两个光栅尺以及为所述滑轨提供动力的两个伺服电动机组合而成； 所述激光位移传感器，设置在所述二维平移台下方，其用于测量被测样品的表面起伏及粗糙度变化； 所述隔振光学平台，设置在所述二维平移台的正下方，为采用四柱支撑的平台； 所述可调节支架台，与所述二维平移台和隔振光学平台相连接。3.如权利要求2所述的地震断层带岩石的断层面形貌测量系统，其特征在于，所述激光位移传感器包括激光探头和控制器；所述激光探头为位移分辨率O. 5微米、量程10_、采样频率4KHz的激光探头。4.如权利要求I所述的地震断层带岩石的断层面形貌测量系统，其特征在于，所述控制单元，进一步用于接收所述运动扫描单元发送的坐标信息以及与该坐标相对应的激光位移传感器的测距数据进行结合产生三维坐标信息，将该三维坐标信息发送给所述数据采集单元。5.如权利要求2所述的地震断层带岩石的断层面形貌测量系统，其特征在于，所述可调节支架台，包括两部分，其中， 第一部分包括固...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭玲莉，刘力强，魏占玉，何宏林，
申请(专利权)人：中国地震局地质研究所，
类型：实用新型
国别省市：