基于斜对称轴结构的差容式力平衡地震计的研制

来源 :中国地震局地球物理研究所 | 被引量 : 6次 | 上传用户:meilin116
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地震学的发展首先表现为观测技术的发展,而地震计的发展是观测技术发展的最基本环节。与传统的动圈式速度型换能器相比,电容式位移型换能器能拾取极低频率的地震信号,使地震计获得良好的低频响应;同时,随着微机电技术的不断发展,高灵敏度宽频带的微机电加速度计的问世使体积小、功耗低、重量轻、可靠性高的微机电地震计的实现成为可能。鉴于此,本文开展基于差容式力平衡加速度计的地震计技术研究,并为微机电地震传感器的实现探索技术可行性。 本文首先从摆式加速度计的数学模型入手,得到以加速度作为输入变量,敏感质量相对壳体摆角作为输出变量的传递函数;在此基础上,对差容式力平衡加速度计的工作原理进行了理论分析,给出差容式力平衡地震计的实现方法。 基于理论分析,对地震计进行机械设计和电路设计。单个拾震器采用倾斜轴结构,重锤的运动方向被限制在与地水平面成54.7°倾角方向。三个性能一致的斜倾角拾震器按照120°角度间隔均匀固定在圆形底座上,构成三分量地震计。电子电路由三部分组成,一是由是由振荡电路、调制电路、信号检测电路、锁相放大电路,反馈电路、滤波电路组成的力平衡式加速度计电路;二是积分电路;三是坐标轴变换计算电路。 通过电动式标定和振动台标定对地震计的灵敏度、频率响应特性、线性度、横向效应、噪声特性和动态范围进行了测试。根据地震计的基本参数进行了传递函数分析。 实验结果表明,地震计具有以下特性:(1)在100s—25Hz的频带范围内频率特性曲线平坦;(2)高灵敏度:约2300伏/米/秒;(3)线性:1%左右;(4)横向效应小于1%;(5)输出噪声小于10-5V;(6)动态范围大于120dB。 本文给出了如下地震计实用化技术思路:(1)提高机械构件的共振频率,拓展地震计高频端。(2)采取密封、恒温及磁屏蔽技术措施,使地震计具有更好的低频特性。(3)设计地震计自动调零装置。
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