專利名稱：一種測(cè)試水管傾斜儀傳遞函數(shù)和靈敏度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及地震觀測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種測(cè)試水管傾斜儀傳遞函數(shù)和靈敏度的裝置。
背景技術(shù)：
地傾斜觀測(cè)的目的是研究地殼形變垂直的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和固體潮汐的動(dòng)態(tài)變化，是地殼形變學(xué)科不可缺少的一個(gè)重要組成部分。傾斜儀觀測(cè)為地球固體潮汐、地殼巖石性質(zhì)及地球參數(shù)等提供科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。水管傾斜儀由第一缽體、連通管、第二缽體、浮子、傳感器和記錄器組成。其基本原理是根據(jù)連通管內(nèi)水面保持自然水平的原理。當(dāng)連通管兩端地基出現(xiàn)相對(duì)垂直位移時(shí)，兩端液面便會(huì)相對(duì)于儀器缽體發(fā)生變化，這種變化，通過浮子、位移傳感器等變成電信號(hào)輸出自動(dòng)記錄。為了增加地殼形變的信噪比，通常情況下，在臺(tái)站中安裝的水管傾斜儀都有一定的長(zhǎng)度(通常在10米以上)，這就導(dǎo)致儀器檢定難度很大。同時(shí)，水管傾斜儀是一種高分辨力高精度的觀測(cè)儀器，觀測(cè)分辨力能夠達(dá)到(10_7 10_n)量級(jí)，以往還沒有合適的檢測(cè)手段對(duì)該儀器經(jīng)行檢測(cè)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水管傾斜儀在全國臺(tái)網(wǎng)中的數(shù)量越來越多，迫切需要一種方法來檢測(cè)水管傾斜儀的各項(xiàng)重要指標(biāo)，包括:靈敏度和頻率范圍等。用于地殼形變觀測(cè)的水管傾斜儀的傳遞函數(shù)和靈敏度是傾斜儀最為重要的參數(shù)之一。為了測(cè)試這兩個(gè)參數(shù)，理論上可以使用階躍響應(yīng)法、正弦波測(cè)試法和振動(dòng)臺(tái)測(cè)試法等各種方法。但由于水管傾斜儀的儀器基線長(zhǎng)、信號(hào)頻率很低，正弦波測(cè)試法和振動(dòng)臺(tái)測(cè)試法都不適用于儀器的檢測(cè)，唯有階躍響應(yīng)法是測(cè)試水管傾斜儀傳遞函數(shù)以及靈敏度最為簡(jiǎn)便有效的方法。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種測(cè)試水管傾斜儀傳遞函數(shù)和靈敏度的裝置，從而獲取水管傾斜儀的觀測(cè)頻率范圍和格值，進(jìn)而使水管傾斜儀的觀測(cè)結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)溯源。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:用微位移裝置產(chǎn)生一個(gè)合適大小的階躍信號(hào)來模擬水管傾斜儀所觀測(cè)到的地面運(yùn)動(dòng)。由于階躍信號(hào)是一個(gè)連續(xù)頻譜的寬頻帶信號(hào)，可以激發(fā)儀器的頻率響應(yīng)。通過記錄水管傾斜儀在階躍信號(hào)作用下的響應(yīng)曲線，通過系統(tǒng)識(shí)別，可計(jì)算出儀器的傳遞函數(shù)。由于階躍信號(hào)的激勵(lì)，儀器隨之發(fā)生傾斜，水管傾斜儀輸出量隨之變化，激光干涉儀則測(cè)定儀器缽體內(nèi)水位的變化，由此可計(jì)算傾斜儀的靈敏度。一、測(cè)試水管傾斜儀傳遞函數(shù)與靈敏度的裝置(簡(jiǎn)稱裝置)本系統(tǒng)包括連通管、微位移發(fā)生裝置、激光干涉儀、干涉鏡、反射鏡、第一缽體、第二缽體、傳感器、干涉鏡支架和激光干涉儀底座；從上到下，第一缽體、微位移發(fā)生裝置和基巖左端依次連接；第二缽體設(shè)置在基巖右端上；第一缽體、連通管和第二缽體依次連接構(gòu)成水管傾斜儀；反射鏡設(shè)置在第一缽體中，傳感器設(shè)置在第二缽體中；干涉鏡支架和激光干涉儀底座分別設(shè)置在基巖上，干涉鏡設(shè)置在干涉鏡支架上，激光干涉儀設(shè)置在激光干涉儀底座上；干涉鏡與反射鏡在一條鉛垂線上，激光干涉儀的激光發(fā)射方向?qū)?zhǔn)干涉鏡。二、測(cè)試水管傾斜儀傳遞函數(shù)和靈敏度的方法本方法包括下列步驟:①水管傾斜儀實(shí)時(shí)采集地傾斜數(shù)據(jù)，激光干涉儀實(shí)時(shí)采集水管傾斜儀一端浮子的垂直向相對(duì)位移；②通過微位移發(fā)生裝置產(chǎn)生脈沖信號(hào)；③水管傾斜儀響應(yīng)步驟②中的脈沖信號(hào)，產(chǎn)生傾斜量；④水管傾斜儀一端的傳感器響應(yīng)到步驟③中傾斜量，水管傾斜儀輸出傾斜過程；⑤激光干涉儀響應(yīng)到傾斜量后，輸出水管傾斜儀另一端浮子的垂直向相對(duì)位移；⑥讀取水管傾斜儀記錄的傾斜過程數(shù)據(jù)，依據(jù)最小二乘法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，得出水管傾斜儀的傳遞函數(shù)；⑦讀取激光干涉儀和水管傾斜儀的數(shù)據(jù)，計(jì)算得出水管傾斜儀的靈敏度。本實(shí)用新型具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果:①用激光干涉儀進(jìn)行測(cè)試，精度高，可與國家標(biāo)準(zhǔn)傳遞；②用階躍響應(yīng)法測(cè)試傳遞函數(shù)，操作方便，測(cè)試效率高；③適用于連通管式傾斜儀。

圖1是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:O—基巖；I一連通管；2—微位移發(fā)生裝置；3—激光干涉儀；4一干涉鏡；5—反射鏡；6—第一缽體；7—第二缽體；8—傳感器；9一干涉鏡支架；10—激光干涉儀底座。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明:一、裝置[0042]1、總體如圖1，本裝置包括連通管1、微位移發(fā)生裝置2、激光干涉儀3、干涉鏡4、反射鏡
5、第一缽體6、第二缽體7、傳感器8、干涉鏡支架9和激光干涉儀底座10 ；從上到下，第一缽體6、微位移發(fā)生裝置2和基巖0左端依次連接；第二缽體7設(shè)置在基巖0右端上；第一缽體6、連通管I和第二缽體7依次連接構(gòu)成水管傾斜儀；反射鏡5設(shè)置在第一缽體6中，傳感器8設(shè)置在第二缽體7中；干涉鏡支架9和激光干涉儀底座10分別設(shè)置在基巖0上，干涉鏡4設(shè)置在干涉鏡支架9上，激光干涉儀3設(shè)置在激光干涉儀底座10上；干涉鏡4與反射鏡5在一條鉛垂線上，激光干涉儀3的激光發(fā)射方向?qū)?zhǔn)干涉鏡4。2、功能部件I)連通管I連通管I是一種玻璃管，連接第一缽體6和第二缽體7，使液體能夠自由流動(dòng)。2)微位移發(fā)生裝置2微位移發(fā)生裝置2是一種通用的可提供微米級(jí)位移量的裝置。3)激光干涉儀3激光干涉儀3是一種通用的測(cè)試裝置。通過激光在反射鏡5和干涉鏡4之間的傳遞,并將發(fā)射光與反射光同時(shí)送入激光干涉儀3形成干涉條紋，以此來測(cè)量反射鏡5與干涉鏡4之間的距離。4)干涉鏡4干涉鏡4是一種具有分光和反射光線功能的光學(xué)部件。5)反射鏡5反射鏡5是一種具有反射光線功能的光學(xué)部件。6)第一缽體 6第一缽體6是一種儲(chǔ)水容器，并通過傳感器檢測(cè)水面高度的變化。7)第二缽體 I第二缽體7是一種儲(chǔ)水容器，并通過傳感器檢測(cè)水面高度的變化。8)傳感器8傳感器8是一種電渦流傳感器，檢測(cè)水管傾斜儀水位的變化量。9)干涉鏡支架9干涉鏡支架9是一種支架，支撐干涉鏡4。10)激光干涉儀底座10激光干涉儀底座10是一種底座，支撐激光干涉儀3。3、工作原理將水管傾斜儀的兩端第一缽體6和第二缽體7分別安裝在微位移發(fā)生裝置2和基巖0上，調(diào)整儀器水平。將反射鏡5放置在第一缽體6的浮子內(nèi)部，鏡面朝上。在浮子上方通過支架9設(shè)置干涉鏡4。調(diào)整干涉鏡支架9和激光干涉儀底座10的高度使激光干涉儀3和干涉鏡4處于同一水平面，調(diào)整干涉鏡4的位置使激光干涉儀3發(fā)射的激光通過干涉鏡4后折射到反射鏡5，激光經(jīng)反射鏡5反射后進(jìn)入干涉鏡4，然后激光經(jīng)干涉鏡4反射到激光干涉儀3，在激光干涉儀3內(nèi)形成干涉條紋。利用微位移發(fā)生裝置2給第一缽體6施加一個(gè)合適大小的階躍信號(hào)，這個(gè)階躍信號(hào)使得第一缽體6發(fā)生垂直向的位移改變，這個(gè)改變使儀器產(chǎn)生階躍式傾斜變化，保持這個(gè)狀態(tài)5 8分鐘，用高速數(shù)據(jù)采集器記錄水管傾斜儀傳感器端相應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)階躍響應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)識(shí)別，計(jì)算出儀器的傳遞函數(shù)。靈敏度測(cè)試同傳遞函數(shù)的過程類似，利用激光干涉儀3可檢測(cè)第一缽體6內(nèi)水位的階躍變化量，除以連通管長(zhǎng)度，可得水管傾斜儀的傾斜角度。靈敏度為測(cè)量?jī)x器響應(yīng)的變化除以對(duì)應(yīng)的激勵(lì)變化。因此，將水管傾斜儀的輸出量除以傾斜角度，即可得到靈敏度的一次測(cè)量結(jié)果。由儀器輸出電壓變化量除以傾斜輸出變化量求得，即得到水管傾斜儀靈敏度的一次測(cè)試結(jié)果。多次測(cè)試求平均值得到水管傾斜儀的靈敏度。二、方法1、步驟⑥:測(cè)試傳遞函數(shù)給微位移發(fā)生裝置7加入大小合適的階躍脈沖，并保持這個(gè)狀態(tài)58分鐘；階躍脈沖的大小應(yīng)在儀器響應(yīng)范圍內(nèi)盡可能地大；這個(gè)脈沖會(huì)使微位移發(fā)生裝置7的高度發(fā)生快速改變,這個(gè)改變使缽體6產(chǎn)生一個(gè)階躍式傾斜變化，根據(jù)階躍響應(yīng)的數(shù)據(jù)，即可計(jì)算出儀器的傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)計(jì)算根據(jù)擺式傾斜儀I的結(jié)構(gòu)原理，其傳遞函數(shù)可以用二階傳遞函數(shù)來近似描述。其數(shù)學(xué)模型可用式(I)來表示
權(quán)利要求1.一種測(cè)試水管傾斜儀傳遞函數(shù)和靈敏度的裝置，其特征在于: 本系統(tǒng)包括連通管(I)、微位移發(fā)生裝置(2)、激光干涉儀(3)、干涉鏡(4)、反射鏡(5)、第一缽體(6 )、第二缽體(7 )、傳感器(8 )、干涉鏡支架(9 )和激光干涉儀底座(10 ); 從上到下，第一缽體(6)、微位移發(fā)生裝置(2)和基巖(0)左端依次連接；第二缽體(7)設(shè)置在基巖(0)右端上；第一缽體(6)、連通管(I)和第二缽體(7)依次連接構(gòu)成水管傾斜儀； 反射鏡(5)設(shè)置在第一缽體(6)中，傳感器(8)設(shè)置在第二缽體(7)中； 干涉鏡支架(9 )和激光干涉儀底座(10 )分別設(shè)置在基巖(0 )上，干涉鏡(4 )設(shè)置在干涉鏡支架(9 )上，激光干涉儀(3 )設(shè)置在激光干涉儀底座(10 )上； 干涉鏡(4)與反射鏡(5)在一條鉛垂線上，激光干涉儀(3)的激光發(fā)射方向?qū)?zhǔn)干涉鏡(4)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種測(cè)試水管傾斜儀傳遞函數(shù)和靈敏度的裝置，涉及地震觀測(cè)技術(shù)。本裝置的結(jié)構(gòu)是從上到下，第一缽體、微位移發(fā)生裝置和基巖左端依次連接；第二缽體設(shè)置在基巖右端上；第一缽體、連通管和第二缽體依次連接構(gòu)成水管傾斜儀；反射鏡設(shè)置在第一缽體中，傳感器設(shè)置在第二缽體中；干涉鏡支架和激光干涉儀底座分別設(shè)置在基巖上，干涉鏡設(shè)置在干涉鏡支架上，激光干涉儀設(shè)置在激光干涉儀底座上；干涉鏡與反射鏡在一條鉛垂線上，激光干涉儀的激光發(fā)射方向?qū)?zhǔn)干涉鏡。本實(shí)用新型用激光干涉儀進(jìn)行測(cè)試，精度高，可與國家標(biāo)準(zhǔn)傳遞；用階躍響應(yīng)法測(cè)試傳遞函數(shù)，操作方便，測(cè)試效率高；適用于連通管式傾斜儀。
文檔編號(hào)G01C25/00GK203011391SQ201220729220
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者陳志遙, 周云耀, 李正媛, 溫興衛(wèi), 呂永清, 吳濤 申請(qǐng)人:中國地震局地震研究所