本發(fā)明涉及一種用于檢測旋轉(zhuǎn)地震動的地震儀。

背景技術(shù)：

目前，地震測量是一項關(guān)系到人民財產(chǎn)安全，國家穩(wěn)定發(fā)展的前沿測量領(lǐng)域。地震測量技術(shù)，自張衡發(fā)明地動儀以來已有千年歷史，地震測量手段越來越豐富，地震理論模型越來越完整?，F(xiàn)代地震測量學(xué)認(rèn)為，地震所引起的地球介質(zhì)運動不再是人們常見的平面活動，而是一種復(fù)雜的多維運動，該運動不僅包括三個獨立的平動分量，而且還包括三個獨立的旋轉(zhuǎn)分量。以往的文獻(xiàn)一直致力于如何記錄分析水平方向的位移，隨著近幾十年大小地震頻發(fā)，地震數(shù)據(jù)越來越豐富，其中屢屢表現(xiàn)出多起具有扭轉(zhuǎn)特征結(jié)構(gòu)破壞的例子，因此地震波中的旋轉(zhuǎn)分量逐漸引起工程領(lǐng)域內(nèi)的重視。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決以上技術(shù)上的不足，本發(fā)明提供了一種檢測準(zhǔn)確，抗干擾能力強的用于檢測旋轉(zhuǎn)地震動的地震儀。

本發(fā)明是通過以下措施實現(xiàn)的：

本發(fā)明的一種用于檢測旋轉(zhuǎn)地震動的地震儀，包括圓柱形且封閉的

殼體，所述殼體內(nèi)壁中部設(shè)置有圓環(huán)形的支撐環(huán)，所述支撐環(huán)內(nèi)中心豎直設(shè)置有圓柱形的擺體，所述擺體頂部中心與殼體頂部中心之間以及擺體底部中心與殼體底部中心之間均通過牽拉繩相連接，擺體側(cè)壁與支撐環(huán)之間均勻連接有彈簧絲，殼體內(nèi)上部設(shè)置有橫臂，所述橫臂末端連接有環(huán)形座，所述環(huán)形座底部與擺體頂部之間連接有兩個長方形的彈性立片，兩個彈性立片上均貼有應(yīng)變片，并且兩個彈性立片所在的平面互相垂直，擺體頂部中心與殼體頂部中心之間的牽拉繩穿過環(huán)形座的中心，所述應(yīng)變片連接有蓄電池和控制器。

上述殼體頂部設(shè)置有電器倉，所述蓄電池、控制器設(shè)置在電器倉中心，所述控制器連接有無線通訊單元，所述無線通訊單元連接有天線，所述天線設(shè)置在電器倉頂部中心。

上述擺體的中部與支撐環(huán)的高度相同，支撐環(huán)均勻設(shè)置有三個固定點，每個固定點與擺體側(cè)壁之間連接有兩個彈簧絲，兩個彈簧絲上下對稱，并且一個彈簧絲斜向上延伸，另一個斜向下延伸。

本發(fā)明的有益效果是：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，設(shè)計合理，能夠較為準(zhǔn)確地檢測出旋轉(zhuǎn)地震動，大大簡化了現(xiàn)在的檢測工作，操作簡便，提高了檢測效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明部分剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1殼體，2擺體，3牽拉繩，4彈簧絲，5支撐環(huán)，6應(yīng)變片，7彈性立片，8環(huán)形座，9橫臂，10蓄電池，11控制器，12電器倉，13天線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述：

如圖1、2所示，本發(fā)明的一種用于檢測旋轉(zhuǎn)地震動的地震儀，包括圓柱形且封閉的殼體1，殼體1內(nèi)壁中部設(shè)置有圓環(huán)形的支撐環(huán)5，支撐環(huán)5內(nèi)中心豎直設(shè)置有圓柱形的擺體2，擺體2頂部中心與殼體1頂部中心之間以及擺體2底部中心與殼體1底部中心之間均通過牽拉繩3相連接，擺體2側(cè)壁與支撐環(huán)5之間均勻連接有彈簧絲4，殼體1內(nèi)上部設(shè)置有橫臂9，橫臂9末端連接有環(huán)形座8，環(huán)形座8底部與擺體2頂部之間連接有兩個長方形的彈性立片7，兩個彈性立片7上均貼有應(yīng)變片6，并且兩個彈性立片7所在的平面互相垂直，擺體2頂部中心與殼體1頂部中心之間的牽拉繩3穿過環(huán)形座8的中心，應(yīng)變片6連接有蓄電池10和控制器11。

殼體1頂部設(shè)置有電器倉12，蓄電池10、控制器11設(shè)置在電器倉12中心，控制器11連接有無線通訊單元，無線通訊單元連接有天線13，天線13設(shè)置在電器倉12頂部中心。擺體2的中部與支撐環(huán)5的高度相同，支撐環(huán)5均勻設(shè)置有三個固定點，每個固定點與擺體2側(cè)壁之間連接有兩個彈簧絲4，兩個彈簧絲4上下對稱，并且一個彈簧絲4斜向上延伸，另一個斜向下延伸。

其工作原理為：旋轉(zhuǎn)地震動是在無限的介質(zhì)中發(fā)生的由于介質(zhì)變形而傳播的波動。由于地震到來時，地面運動包含平動和轉(zhuǎn)動，為了避免平動的干擾，由于彈簧絲4的均勻拉力地面平動不會引起擺體2旋轉(zhuǎn)，但地面的轉(zhuǎn)動會使擺體2的旋轉(zhuǎn)，擺體2在發(fā)生旋轉(zhuǎn)位移的時候會將彈性立片7發(fā)生扭曲，從而使貼在彈性立片7上的應(yīng)變片6發(fā)生電阻等的變化，并將信號傳送給控制器11，控制器11根據(jù)電阻等變化推算出扭矩的大小，推導(dǎo)出擺體2的轉(zhuǎn)角，從而進(jìn)一步推導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)地震動的大小。采用兩個所在平面垂直的彈性片可以同時檢測到兩個維度上的扭力，檢測更加全面，而且取兩者的平均值，使檢測結(jié)果更加準(zhǔn)確。計算出的結(jié)果通過無線通訊單元和天線發(fā)送給后臺，進(jìn)行實時檢測。

由于擺體2上下用牽拉繩3拉住，所以擺體2的運動方程由擺體2的轉(zhuǎn)動慣量和彈簧絲4的恢復(fù)力矩以及阻尼力矩決定。所以擺體2的運動方程為：；式中，θ為擺體2相對于殼體1的轉(zhuǎn)角，j為擺體2的轉(zhuǎn)動慣量，b為阻尼系數(shù)，c為恢復(fù)力矩系數(shù)，它形式上與位移水平擺的運動方程是一樣的，只是少了重力恢復(fù)力矩這一項，它不像水平擺既可以記錄水平位移，又可以記錄繞垂直軸的旋轉(zhuǎn)，而是只記錄旋轉(zhuǎn)部分。

以上所述僅是本專利的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本專利技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本專利的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明的一種用于檢測旋轉(zhuǎn)地震動的地震儀，包括圓柱形殼體，殼體內(nèi)壁中部設(shè)置有支撐環(huán)，支撐環(huán)內(nèi)中心豎直設(shè)置有圓柱形的擺體，擺體側(cè)壁與支撐環(huán)之間均勻連接有彈簧絲，殼體內(nèi)上部設(shè)置有橫臂，橫臂末端連接有環(huán)形座，環(huán)形座底部與擺體頂部之間連接有兩個長方形的彈性立片，兩個彈性立片上均貼有應(yīng)變片。本發(fā)明的有益效果是：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，設(shè)計合理，能夠較為準(zhǔn)確地檢測出旋轉(zhuǎn)地震動，大大簡化了現(xiàn)在的觀測工作，操作簡便，提高了觀測效率。

技術(shù)研發(fā)人員：周寶峰;謝禮立;溫瑞智;馬新生
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國地震局工程力學(xué)研究所
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.09
技術(shù)公布日：2017.07.07