专利名称：宽频带反馈式地震计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种地震观测仪，具体地说，涉及一种用来观测较强较远的地震，即记录地震波频带范围在20Hz-20秒，震中距为1000公里以上的远震的宽频带反馈式地震计。
背景技术：
在1973年以前，我国地震台网装备的宽频带地震仪基本上是前苏联研制的基式光记录仪器，带宽由0.1秒——12.5秒，通常记录位移量的放大倍率为1500倍左右。1973年以后，我国地震台网陆续装备了由581厂研制生产的DK-1型宽频带地震仪，墨水笔绘五通道记录，具有三分向千倍级记录和两道水平向百倍级记录，带宽在0.05秒-15秒，仪器除可以函盖基式频带，又可取代513型中强震仪。
大约从20世纪70年代开始，人们逐渐将电子反馈技术和数字化技术引入地震记录，从而拓宽地震记录的频带宽度(即同时可以记录到频率很低和频率很高的地面运动)，扩大地震记录的动态范围(即同时可以记录到很微弱和很强烈的地面运动)。宽频带地震观测的实现使地震学家可以在一个比较宽的频带范围内研究地震；大动态的地震观测的实现使地震学家有可能在距离地震很近的地方对地震进行直接的近距离观测。
90年代中国地震局地球物理所承担火山区地震流动观测台网建设，在原BDK-1型宽频带地震计的基础上进行改进提高，并定型为BDK-2型便携式宽频带地震计。随后，港震公司在同基础上试制并生产出FBS-3宽频带地震计，以上两种仪器都是将原始自振周期2秒的摆经电子反馈扩展到20秒，其频带为20Hz到20秒。摆的结构悬挂方式基本相同。
以上两种已知的宽频带地震计采用的摆悬挂方式和结构设计，使得地震计的工作性能不稳定。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种频带范围宽、灵敏度高的宽频带反馈式地震计。
本实用新型所述的宽频带反馈式地震计，包括三分向拾震器、仪器外壳、外接电缆线。所述仪器外壳包括底座)、外罩和手柄，所述外罩罩住三分向拾震器落在底座上，三个分向拾震器的输出输入导线通过安装在底座中心的大立柱上的插件与大立柱顶端的输入输出信号插座连接，输入输出信号插座位于外罩外面，所述三分向拾震器包括东西向水平拾震器、南北向水平拾震器和垂直向拾震器，两个水平拾震器放置时，在水平面上中心轴线成90°，三者固定在底座上，所述线路板安装在空心立柱上，位于三分向拾震器的上方，反馈线路通过镀金的针状插头座和柔软导线与拾震器线圈及立柱顶部的输出输入信号插座相连。
所述底座侧面留有一个方向定位孔，并装有水平泡，其下表面上均匀分部地安装有三个调水平的底脚螺钉，在外罩的压环上安装有把手。
所述南北向水平拾震器和东西向水平拾震器分别包括摆部分和动圈换能器，所述动圈换能器包括工作磁钢，标定磁钢，工作线圈和标定线圈，形成独立的工作系统和标定系统，两者在水平方向相向放置，工作磁钢和标定磁钢分别位于圆柱形大导磁碗和小导磁碗的圆心位置，其上各盖有大极铁、小极铁，工作线圈和标定线圈用螺钉固定在立柱上，工作线圈和标定线圈位于工作磁场和标定磁场内；所述摆部分包括摆锤和安装摆锤的旋转臂、支架和旋转轴。
所述旋转臂由两块摆侧板构成，两个摆支架从上下两端夹住摆锤，用螺钉固定，摆锤的水平位置接近于摆支架中间，摆支架的一端有一根立柱横在中间，立柱两端由螺钉和两片摆支架固定在一起，工作线圈和标定线圈都固定在立柱的中间位置，两个线圈同轴，摆侧板的另一端通过旋转轴和支架连接。
所述旋转轴是由两个十字簧构成，十字簧连接摆侧板和支架。
所述支架通过两个调零点螺钉和固定在调周期及零点板上，调周期及零点板通过两个调周期钉和和底座由连接。
所述垂直向拾震器包括摆部分和动圈换能器，所述动圈换能器，所述动圈换能器包括大磁钢，下磁钢，工作线圈和标定线圈，形成独立的工作系统和标定系统，两者在垂直方向上相向放置，工作磁场在下面，标定磁场在工作磁场正上方，大导磁碗固定在大磁碗座上，大磁碗座由螺钉固定在底座上，磁钢架一端套在大磁碗上，另一端上放置有小导磁碗、小磁钢和小极铁，形成标定磁场，工作线圈和标定线圈固定安装的左右水平方向放置的两侧板之间的横梁上，位于两磁场之间；所述摆部分包括摆锤、安装摆锤的旋转臂、旋转轴、弹性悬臂和微调机构。
所述旋转臂包括两块侧板，两侧板的一端通过旋转轴和大支架连接，能围绕旋转轴做上下摆动，其另一端由横梁连接两块侧板，所述动圈换能器的工作线圈和标定线圈就固定在两块侧板之间的横梁上，所述旋转轴是由四片小簧片和两块小簧片固定架组成，每两片小簧片为一组且互成90°放置，两组小簧片先固定安装在两块小簧片固定架的两端，使两块小簧片固定架相连，小簧片固定架中的一块与两个侧板连接，另一块与大支架连接。
所述摆锤部分由四个重锤组成，四个重锤中，第一、二重锤为两个为圆柱形重锤，分别固定在两块侧板的外侧；第三重锤为大长方体形，它位于两块侧板之间，两个螺钉将第一、二重锤和第三重锤与两块侧板相连固定在一起，且这三个重锤的中心线在一条直线上；第四重锤为小长方体形，由一个螺钉固定在大长方体重锤上面；所述旋转轴是由四片小簧片组成，每两片小簧片为一组互成90°放置，两组小簧片将两个侧板分别与大支架连接；所述弹性悬臂由大片簧构成，其一端固定在固定轴上，另一端固定在侧板间的横梁上，悬挂起带有摆锤和线圈的侧板；所述微调机构主要指齿轮箱和与其连接的固定轴。
所述反馈电子线路系统包括三个电子反馈电路，每个电子反馈电路分别与一个拾震器的线圈连接，每一个电子反馈电路包括分别采用双边电路的差分放大器、低通滤波器及输出电路，所述工作线圈的两端分别接至对称差分放大器的两个“+”输入端，所述对称差分放大器其中一个输出端经相互并联的电阻和电容负反馈到所述标定线圈的一端，所述对称差分放大器另一个输出端与所述标定线圈的另一端相连，所述对称差分放大器的每组输出端、输入端之间分别接有一阶低通滤波器，所述对称差分放大器的两个输出端的信号分别经对称的低通滤波器和对称的输出电路输出。
本实用新型所述的宽频带反馈地震计，采用了巧妙的结构设计与合理的电子线路相结合的设计方案。水平向拾震器的惯性摆使用十字簧作为旋转轴。十字簧是一种具有较大转角而无机械摩擦的挠性轴承，它能承受较大的拉力，剪切力和一定的压力，并具有较高的疲劳强度，回零特性好，它是拾震器惯性体悬挂联结的可靠选择。垂直分向拾震器使用片簧悬挂方式，更增加了摆工作的稳定性，同时也提高了此分向的寄生共振频率。因此该地震计具有如下优点和效果a.采用电子反馈技术，仪器动态范围可达120dB。
b.仪器温度稳定性好，在-10～+50℃范围保证稳定工作。
c.仪器零点稳定。零点稳定性是宽频带地震计一个重要的技术指标，它需要经过长时间实践工作来验证。实践证明，DS-3KA型地震计零点调整一次可持续稳定工作一年以上，便于台站维护。这也是国内同类产品所不具备的特点。
d.横向振动小于1％。
e.寄生共振＞90Hz。
f.抗冲击载荷能力强，重量轻，防潮性能好。
g.全套仪器结构设计简洁、紧凑，工艺性能合理，便于加工组装及批量生产，野外架设维护方便。
图1是本实用新型所述的宽频带反馈式地震计的结构示意图；图2是图1的俯视图；图3是宽频带反馈地震计的水平拾震器的主视图；图4是图3的俯视图；图5是宽频带反馈地震计的垂直拾震器的主视图；图6是图5的俯视图；图7是电子反馈线路系统的方框图；图8是电子反馈线路系统的电路图。
具体实施方式
参见图1和图2，本实用新型所述的宽频带反馈式地震计，包括三分向拾震器、电子反馈线路系统、仪器外壳、外接电缆线。所述仪器外壳包括底座3、外罩1和手柄4。外罩1罩住三分向拾震器落在底座3上，三个分向拾震器的输出输入导线通过安装在底座中心的大立柱6上的插件与大立柱顶端的输入输出信号插座65连接。输入输出信号插座65在外罩1外面。所述三分向拾震器包括东西向水平拾震器9、南北向水平拾震器8和垂直向拾震器7，两个水平拾震器9、8放置时，在水平面上中心轴线成90°，三者固定在底座3上。所述线路板5安装在空心立柱6上，位于三分向拾震器的上方，反馈线路通过镀金的针状插头座和柔软导线与拾震器线圈及立柱顶部的输出输入信号插座65相连。
底座3侧面留有一个方向定位孔，并装有水平泡10，其下表面上均匀分部地安装有三个调水平的底脚螺钉。底脚螺钉是由底脚螺栓75和焊接在其上的转盘74，及锁紧螺母11组成的。仪器放置时，三个底脚螺栓的尖端落在垫脚中心圆孔中，垫脚放在垫脚套76上面。所述外罩1罩住三个拾震器落在底座3上，大螺母64与立柱6的螺纹连接，压住固定在外罩1的压环69，使外罩1固定在大底座上。把手4安装在外罩1的压环69上。
宽频带地震计安装时，将定向杆2插入方向定位孔内，定向杆指示并确定出正方向，如正西向，从而确定出两个水平向拾震器摆锤的摆动方向分别为东西方向、南北方向，即捡拾东西方向和南北方向的地震波。该杆在仪器安装时插上，用以确定拾震器的摆动方向，之后便取下。接着根据水平泡指示，调节转动三个底脚螺栓75上转盘74，当水平泡10中的气泡位于中心位置时表明底座已呈水平，由锁紧螺母11锁紧固定三个底脚螺栓的位置。然后分别释放三个分向拾震器的摆锤，使摆锤可以自由摆动。再通过分别调节三个拾震器的调零螺钉使摆锤均处于零点位置。然后盖上外罩1即可接通外部带电缆插头，打开电源后仪器开始工作。
参见图3和图4，南北向水平拾震器8和东西向水平拾震器9的结构相同，只是两者摆放位置不同，即两者的水平方向中心线相互成90°。两者分别包括摆锤部分和动圈换能器。所述动圈换能器包括工作磁钢32，标定磁钢23，工作线圈31和标定线圈25，形成独立的工作系统和标定系统，两者在水平方向相向放置(两磁场相斥)。工作磁钢32和标定磁钢23分别位于圆柱形大导磁碗33和小导磁碗24的圆心位置，其上各盖有大极铁34、小极铁36。工作线圈31和标定线圈25用螺钉固定在立柱35上。工作线圈31和标定线圈25位于工作磁场和标定磁场内，即磁钢和导磁碗之间形成的圆环空隙处。
所述摆部分包括摆锤14和安装摆锤的旋转臂、支架17和旋转轴。
所述旋转臂由两块摆侧板12构成。两个摆支架从上下两端夹住摆锤14，用螺钉固定。摆锤的水平位置接近于摆支架中间。摆支架的一端有一根立柱35横在中间，立柱两端由螺钉和两片摆支架固定在一起。工作线圈31和标定线圈25都固定在立柱35的中间位置，也是两个摆支架的中心线上，并保证两个线圈同轴。摆侧板12的另一端通过两个十字簧29和支架17连接。
所述旋转轴是由两个十字簧29构成。十字簧29将摆侧板12和支架17连接。连接方式如下以上面一片摆侧板12为例，上面一片摆支架和第二压块16一起，用螺钉固定夹紧十字簧的下半部分；十字簧29的上半部分由第一压块15和支架17夹住，由螺钉固定夹紧。
所述支架17通过两个调零点螺钉26和28固定在调周期及零点板18上，两个调周期钉27和30把这块调周期及零点板18和底座3连接。
摆锤14在运输过程中是用锁锤支架21上的锁锤螺母13定位固定的，工作时再打开。
参见图5和图6，所述垂直向拾震器包括摆部分和动圈换能器。所述动圈换能器与水平拾震器的动圈换能器组成相同。只是工作磁场和标定磁场的放置方式在水平向拾震器中是水平方向相向放置(两磁场相斥)，而在垂直向拾震器中它们在垂直方向上相向放置，工作磁场在下面，标定磁场在工作磁场正上方。大导磁碗54固定在大磁碗座56上，大磁碗座56由螺钉固定在底座3(见图1)上。磁钢架55一端套在大磁碗54上，其另一端上放置有小导磁碗41、小磁钢42和小极铁37，形成标定磁场。磁钢架55即是放置标定磁场的支架，又保证了两磁场之间的间距。工作线圈52和标定线圈43固定安装的左右水平方向放置的两侧板58之间的横梁57上，同时也处于两磁场之间。
所述摆部分包括摆锤部分、安装摆锤的旋转臂、旋转轴、弹性悬臂和微调机构。
所述旋转臂包括两块侧板58，两侧板的一端通过旋转轴和大支架50连接，能围绕旋转轴做上下摆动，其另一端由横梁57连接两块侧板，所述动圈换能器的工作线圈52和标定线圈43就固定在两块侧板58之间的横梁57上。
所述摆锤部分由四个重锤组成。四个重锤中，第一、二重锤44为两个为圆柱形重锤，分别固定在两块侧板58的外侧；第三重锤45为大长方体形，它位于两块侧板之间，两个螺钉60将第一、二重锤44和第三重锤45与两块侧板58相连固定在一起，且这三个重锤的中心线在一条直线上；第四重锤39为小长方体形，由一个螺钉61固定在大长方体重锤45上面。为了调节摆周期，在第一、二重锤44上都留有罗纹通孔。
所述旋转轴是由四片小簧片48和两块小簧片固定架47组成。每两片小簧片为一组且互成90°放置，两组小簧片先固定安装在两块小簧片固定架47的两端，使两块小簧片固定架47相连。小簧片固定架47中的一块与两个侧板58连接，另一块与大支架50连接。
所述弹性悬臂由大片簧46构成，产生弹性恢复力矩，其一端固定在固定轴51上，另一端固定在侧板58间的横梁62上，悬挂起带有摆锤和线圈的侧板58。
所述微调机构主要指齿轮箱63和与其连接的固定轴51。调节齿轮箱上的调周期和零点螺钉38，齿轮箱63中的蜗轮蜗杆带动固定轴51转动，改变大片簧46的弧度，以改变旋转臂倾斜角度，从而改变垂直向拾震器的指示零点(即在仪器工作前，使零点指针49指在零点标尺40中心位置)和摆动周期。这种形式能提高仪器寄生共振频率。
当地面有震动时，侧板、摆锤和线圈在垂直方向上下摆动，线圈便在磁场中运动。
仪器搬运时，有两块固定板59扣在旋转轴两端外侧，对两组小簧片起到限位固定的作用，且两端固定板59上各有两个小手柄70将固定板59固定在小簧片固定架47上，两块侧板位置也同时被固定，旋转臂不再发生运动，从而避免运输过程中簧片被损坏。
参见图7和图8，在此线路图中，将水平向拾震器的工作线圈31和垂直向拾震器的工作线圈52统标为L1，水平向拾震器的标定线圈35和垂直向拾震器的标定线圈43统标为L2。所述三分向地震计每个拾震器上均有一个相同的电子反馈线路系统。每个电子反馈电路分别与一个拾震器1的线圈连接，包括分别采用双边电路的差分放大器66、低通滤波器69及输出电路68，所述工作线圈L1的两端分别接至对称差分放大器66的两个“+”输入端，所述对称差分放大器66其中一个输出端经相互并联的电阻R1和电容C1负反馈到所述标定线圈L2的一端，所述对称差分放大器66另一个输出端与所述标定线圈L2的另一端相连，所述对称差分放大器66的每组输出端、输入端之间分别接有一阶低通滤波器，所述对称差分放大器66的两个输出端的信号分别经对称的低通滤波器69和对称的输出电路68输出。
所述一阶低通滤波器分别由第一电容器C2和第二电容器C3构成，其电容数值均在0.05μf——0.33μf之间。
所述地震计频带高频端频响为50Hz以上，且带内不均匀度小于1dB。
拾震器原始自振周期为1秒，经电子反馈扩展为20秒，带宽为30Hz到20秒。
此宽频带反馈地震计的结构与国内现有的同类产品完全不同，独有的结构设计使得此地震计的工作稳定性、记录频带范围、零点的稳定性等方面大大优于其它已知产品。
仪器工作前需要打开外罩，手动调节各分向拾震器的零点和周期，自动化程度仍不够高。
权利要求1.宽频带反馈式地震计，包括三分向拾震器、仪器外壳、外接电缆线，其特征是所述仪器外壳包括底座(3)、外罩(1)和手柄(4)，所述外罩(1)罩住三分向拾震器落在底座(3)上，三个分向拾震器的输出输入导线通过安装在底座中心的大立柱(6)上的插件与大立柱顶端的输入输出信号插座(65)连接，输入输出信号插座(65)位于外罩(1)外面，所述三分向拾震器包括东西向水平拾震器(9)、南北向水平拾震器(8)和垂直向拾震器(7)，两个水平拾震器(9、8)放置时，在水平面上中心轴线成90°，三者固定在底座(3)上，所述线路板(5)安装在空心立柱(6)上，位于三分向拾震器的上方，反馈线路通过镀金的针状插头座和柔软导线与拾震器线圈及立柱顶部的输出输入信号插座(65)相连。
2.根据权利要求1所述的地震计，其特征是所述底座(3)侧面留有一个方向定位孔，并装有水平泡(10)，其下表面上均匀分部地安装有三个调水平的底脚螺钉，在外罩(1)的压环(67)上安装有把手(4)。
3.根据权利要求1或2所述的地震计，其特征是所述南北向水平拾震器(8)和东西向水平拾震器(9)分别包括摆部分和动圈换能器，所述动圈换能器包括工作磁钢(32)，标定磁钢(23)，工作线圈(31)和标定线圈(25)，形成独立的工作系统和标定系统，两者在水平方向相向放置，工作磁钢(32)和标定磁钢(23)分别位于圆柱形大导磁碗(33)和小导磁碗(24)的圆心位置，其上各盖有大极铁(34)、小极铁(36)，工作线圈(31)和标定线圈(25)用螺钉固定在立柱(35)上，工作线圈(31)和标定线圈(25)位于工作磁场和标定磁场内；所述摆部分包括摆锤(14)和安装摆锤的旋转臂、支架(17)和旋转轴。
4.根据权利要求3所述的地震计，其特征是所述旋转臂由两块摆侧板(12)构成，两个摆支架从上下两端夹住摆锤(14)，用螺钉固定，摆锤的水平位置接近于摆支架中间，摆支架的一端有一根立柱(35)横在中间，立柱两端由螺钉和两片摆支架固定在一起，工作线圈(31)和标定线圈(25)都固定在立柱(35)的中间位置，两个线圈同轴，摆侧板(12)的另一端通过旋转轴和支架(17)连接。
5.根据权利要求4所述的地震计，其特征是所述旋转轴是由两个十字簧(29)构成，十字簧(29)连接摆侧板(12)和支架(17)。
6.根据权利要求5所述的地震计，其特征是所述支架(17)通过两个调零点螺钉(26)和(28)固定在调周期及零点板(18)上，调周期及零点板(18)通过两个调周期钉(27)和(29)和底座(3)由连接。
7.根据权利要求6所述的地震计，其特征是所述垂直向拾震器包括摆部分和动圈换能器，所述动圈换能器包括大磁钢(53)，下磁钢(42)，工作线圈(52)和标定线圈(43)，形成独立的工作系统和标定系统，两者在垂直方向上相向放置，工作磁场在下面，标定磁场在工作磁场正上方，大导磁碗(54)固定在大磁碗座(56)上，大磁碗座(56)由螺钉固定在底座(3)上，磁钢架(55)一端套在大磁碗(54)上，另一端上放置有小导磁碗(41)、小磁钢(42)和小极铁(37)，形成标定磁场，工作线圈(52)和标定线圈(43)固定安装的左右水平方向放置的两侧板(58)之间的横梁(57)上，位于两磁场之间；所述摆部分包括摆锤、安装摆锤的旋转臂、旋转轴、弹性悬臂和微调机构。
8.根据权利要求7所述的地震计，其特征是所述旋转臂包括两块侧板(58)，两侧板的一端通过旋转轴和大支架(50)连接，能围绕旋转轴做上下摆动，其另一端由横梁(57)连接两块侧板，所述动圈换能器的工作线圈(52)和标定线圈(43)就固定在两块侧板(58)之间的横梁(57)上，所述旋转轴是由四片小簧片(48)和两块小簧片固定架(47)组成，每两片小簧片为一组且互成90°放置，两组小簧片先固定安装在两块小簧片固定架(47)的两端，使两块小簧片固定架(47)相连，小簧片固定架(47)中的一块与两个侧板(58)连接，另一块与大支架(50)连接。
9.根据权利要求8所述的地震计，其特征是所述摆锤部分由四个重锤组成，四个重锤中，第一、二重锤(44)为两个为圆柱形重锤，分别固定在两块侧板(58)的外侧；第三重锤(45)为大长方体形，它位于两块侧板之间，两个螺钉(60)将第一、二重锤(44)和第三重锤(45)与两块侧板(58)相连固定在一起，且这三个重锤的中心线在一条直线上；第四重锤(39)为小长方体形，由一个螺钉固定在大长方体重锤(45)上面；所述旋转轴是由四片小簧片(48)组成，每两片小簧片为一组互成90°放置，两组小簧片将两个侧板(58)分别与大支架(50)连接；所述弹性悬臂由大片簧(46)构成，其一端固定在固定轴(51)上，另一端固定在侧板(58)间的横梁(62)上，悬挂起带有摆锤和线圈的侧板(58)；所述微调机构主要指齿轮箱(63)和与其连接的固定轴(51)。
10.根据权利要求9所述的地震计，其特征是所述反馈电子线路系统包括三个电子反馈电路，每个电子反馈电路分别与一个拾震器(1)的线圈连接，每一个电子反馈电路包括分别采用双边电路的差分放大器(66)、低通滤波器(69)及输出电路(68)，所述工作线圈(L1)的两端分别接至对称差分放大器(66)的两个“+”输入端，所述对称差分放大器(66)其中一个输出端经相互并联的电阻(R1)和电容(C1)负反馈到所述标定线圈(L2)的一端，所述对称差分放大器(66)另一个输出端与所述标定线圈(L2)的另一端相连，所述对称差分放大器(66)的每组输出端、输入端之间分别接有一阶低通滤波器，所述对称差分放大器(66)的两个输出端的信号分别经对称的低通滤波器(69)和对称的输出电路(68)输出。
专利摘要本实用新型涉及宽频带反馈式地震计，包括三分向拾震器、仪器外壳、外接电缆线。三个分向拾震器的输出输入导线通过安装在底座中心的大立柱上的插件与大立柱顶端的输入输出信号插座连接，三分向拾震器包括东西向水平拾震器、南北向水平拾震器和垂直向拾震器，三者固定在底座上，两个水平拾震器在水平面上中心轴线成90°放置，线路板安装在空心立柱上，位于三分向拾震器的上方，反馈线路通过镀金的针状插头座和柔软导线与拾震器线圈及立柱顶部的输出输入信号插座相连。水平向拾震器的惯性摆能承受较大的拉力，剪切力和一定的压力及较高的疲劳强度，回零特性好，垂直分向拾震器使用片簧悬挂方式，更增加了摆工作的稳定性和提高了此分向的寄生共振频率。
文档编号G01V1/16GK2733380SQ200420009230
公开日2005年10月12日 申请日期2004年8月6日 优先权日2004年8月6日
发明者赵子玉, 孟繁喜, 王彦敏, 李芸, 李庆云, 范淑芬, 王蕤 申请人:北京市地震局