本实用新型涉及地震监测领域，尤其涉及基于地震监测的垂直应变量观测装置。
背景技术：
目前我国的应变仪器主要有洞体应变测量地壳岩体两点间水平距离的相对变化、体积式钻孔应变仪测量地层内部应力-应变状态变化、分量应变地层内部水平应力应变。这些仪器均没有垂直量观测。我国自20世纪80年代研究过一段时间垂直应变仪后，近20多年来垂直应变领域一直无人涉及。垂直应变仪可取得垂直向的地壳应变观测资料，将应变固体潮从平面应变观测提升到三维空间应变观测，从而将某一点的平面应变张量矩阵扩展到三维空间应变张量矩阵。垂直应变量的获取将为地震预报研究和地球动力学研究提供基础分析资料。
我国于1986年开始垂直应变观测并在江苏和湖北的两个台站安装了中比合作研制的ORBES-84型石英伸缩仪，到上世纪90年代ORBES-84型垂直伸缩仪未见有后续的研究和报告。
ORBES-84型石英伸缩仪总长约3—4m，仪器顶部用超铟钢管埋设在洞穴顶部的0.4～0.8m深的预埋孔内，采用环氧树脂与机械铆合相结合的方法，把超铟钢管牢固埋设在埋孔内，做为仪器的固定端。仪器固定端与石英管基线采用尼龙和金属圈套拉接，保证各石英管端面紧紧相连，并垂直与地面。垂直伸缩仪的仪器主体由基线、磁位移传感器系统、电容换能器系统、标定系统和仪器底座等部分组成。
从ORBES-84型垂直伸缩仪研制和初步试验结果可以分析得出，该仪器工作不稳定有以下几个原因：1、该垂直应变固定端和测量端分别安装在洞穴的顶部和底部，洞体空腔效应对这种安装方式的垂直应变测量的影响较大；2、山洞顶部固定端的耦合方式为环氧树脂和机械铆钉，温度对不同膨胀系数的多种材质耦合稳定性影响较大；3、固定端与石英基线使用尼龙和金属套圈拉接，这种方式虽然短时间内端面连接紧密，但是随着时间的推移由于重力、温度等效应会影响两种材质的连接紧密性；4、80年代末的传感器水平比较落后，传感器性能较差，工作不稳定。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本实用新型提供一种基于地震监测的垂直应变量观测装置，装置的底部通过膨胀水泥进行固定，减小温度对不同膨系数的耦合稳定性的影响，通过装置取得垂直向的地壳应变观测资料，将应变固体潮从平面应变观测提升到三维空间应变观测，从而将某一点的平面应变张量矩阵扩展到三维空间应变张量矩阵。垂直应变量的获取将为地震预报研究和地球动力学研究提供基础分析资料。
为了解决上述问题，本实用新型提供一种基于地震监测的垂直应变量观测装置，包括基线、微位移换能器、调零器、底座和数据采集器；
所述基线垂直于地面，且深入观测孔内部设置，所述装置通过不锈钢埋设管埋设在观测孔底部，通过膨胀水泥将所述不锈钢埋设管与所述观测孔的孔壁耦合固定；
所述底座与地面平行设置在所述装置上，所述基线顶部与所述底座连接，所述底座设置在观测孔上部的平面上，所述底座上设置调零器，所述微位移换能器设置在所述调零器上，所述微位移换能器与所述数据采集器连接。
本实用新型提供一种基于地震监测的垂直应变量观测装置，其技术方案为：包括基线、微位移换能器、调零器、底座和数据采集器；所述基线垂直于地面，且深入观测孔内部设置，所述装置通过不锈钢埋设管埋设在观测孔底部，通过膨胀水泥将所述不锈钢埋设管与所述观测孔的孔壁耦合固定；所述底座与地面平行设置在所述装置上，所述基线顶部与所述底座连接，所述底座设置在观测孔上部的平面上，所述底座上设置调零器，所述微位移换能器设置在所述调零器上，所述微位移换能器与所述数据采集器连接。
本实用新型提供一种基于地震监测的垂直应变量观测装置，装置的底部通过膨胀水泥进行固定，减小温度对不同膨系数的耦合稳定性的影响，通过装置取得垂直向的地壳应变观测资料，将应变固体潮从平面应变观测提升到三维空间应变观测，从而将某一点的平面应变张量矩阵扩展到三维空间应变张量矩阵。垂直应变量的获取将为地震预报研究和地球动力学研究提供基础分析资料。
进一步地，所述基线顶部通过固定传感器铁芯伸入所述底座，与所述底座固定连接，且所述基线顶部与所述微位移换能器同心设置。
进一步地，所述基线为碳纤维管。
进一步地，所述基线与所述观测孔的孔壁之间设置有设定距离。
进一步地，所述微位移换能器为差动变压器位移传感器。
进一步地，所述底座为可上下调节的底座。
进一步地，所述底座包括至少一个调平底脚，所述至少一个调平底脚设置在所述底座的底部。
进一步地，所述数据采集器包括交直流电源接口和换能器接口，所述微位移换能器通过所述换能器接口与所述数据采集器连接。
进一步地，所述数据采集器还包括网络接口，所述数据采集器通过所述网络接口与外部终端连接。
进一步地，所述底座的材质为不锈钢。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
本实用新型提供一种基于地震监测的垂直应变量观测装置，装置的底部通过膨胀水泥进行固定，减小温度对不同膨系数的耦合稳定性的影响，通过装置取得垂直向的地壳应变观测资料，将应变固体潮从平面应变观测提升到三维空间应变观测，从而将某一点的平面应变张量矩阵扩展到三维空间应变张量矩阵。垂直应变量的获取将为地震预报研究和地球动力学研究提供基础分析资料。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1示出了本实用新型实施例所提供的一种基于地震监测的垂直应变量观测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
实施例一
参见图1，本实用新型提供一种基于地震监测的垂直应变量观测装置，包括基线1、微位移换能器2、调零器3、底座4和数据采集器5；
基线1垂直于地面，且深入观测孔6内部设置，装置通过不锈钢埋设管埋设在观测孔6底部，通过膨胀水泥8将不锈钢埋设管与观测孔6的孔壁耦合固定；
底座4与地面平行设置在装置上，基线1顶部与底座4连接，底座4设置在观测孔6上部的平面上，底座4上设置调零器3，微位移换能器2设置在调零器3上，微位移换能器2与数据采集器5连接。
本实用新型提供一种基于地震监测的垂直应变量观测装置，其技术方案为：包括基线1、微位移换能器2、调零器3、底座4和数据采集器5；基线1垂直于地面，且深入观测孔6内部设置，装置通过不锈钢埋设管埋设在观测孔6底部，通过膨胀水泥8将不锈钢埋设管与观测孔6的孔壁耦合固定；底座4与地面平行设置在装置上，基线1顶部与底座4连接，底座4设置在观测孔6上部的平面上，底座4上设置调零器3，微位移换能器2设置在调零器3上，微位移换能器2与数据采集器5连接。
本实用新型提供一种基于地震监测的垂直应变量观测装置，装置的底部通过膨胀水泥8进行固定，减小温度对不同膨系数的耦合稳定性的影响，通过装置取得垂直向的地壳应变观测资料，将应变固体潮从平面应变观测提升到三维空间应变观测，从而将某一点的平面应变张量矩阵扩展到三维空间应变张量矩阵。垂直应变量的获取将为地震预报研究和地球动力学研究提供基础分析资料。
其中，观测孔6深5～10m。不锈钢埋设管的长为0.5～0.8m。
其中，微位移换能器2设置在垂线的正上方，垂直与地面，参见图1。
作为本实用新型的优选实施例，基线1顶部通过固定传感器铁芯伸入底座4，与底座4固定连接，且基线1顶部与微位移换能器2同心设置。将基线1顶部与微位移换能器2同心设置，使基线1顶部与观测孔6内壁不产生摩擦。
作为本实用新型的优选实施例，基线1为碳纤维管。
由于垂直应变仪一定程度上设定基线1长度不变，就要求基线1有很小的线膨胀系数；基线1重心太高，不能选择密度较大的材质，受外力容易发生震荡；钻孔比较潮湿，渗出的水有一定的腐蚀性，为了长期观测，基线1应具有耐腐蚀性；钻孔位置一般位于山洞内，山洞高度有限需要基线1可以进行良好的拼接；且如果保证垂线不与孔壁产生接触摩擦，要求垂线有很高的刚性，能够支撑10m以上的高度保持竖直；基于上述理由，要选择合适材质的基线1，经比较，本实施例中选用碳纤维管作为基线1。如下表中的参数所示：
通过上表中对各种材质的管进行比较可以得知，本实施例中选取了密度小、膨胀系数小、刚性强，又耐腐蚀的碳纤维管作为基线1材料。
作为本实用新型的优选实施例，基线1与观测孔6的孔壁之间设置有设定距离。
基线1利用自身的刚性自然竖直，不与孔壁发生接触，保持充分的自由度，使测量结果不受孔壁影响，更准确。
作为本实用新型的优选实施例，微位移换能器2为差动变压器位移传感器。
由于位移量非常微小、观测环境比较潮湿，本实施例中选取了高精度的差动变压器位移传感器。此传感器有无摩擦量、无限机械寿命、无限分辨率、零位可重复性、径向不明感、输入输出隔离等优点。
其中，微位移换能器2的各项参数为：分辨力：优于1×10-9；漂移：小于10-6/年；灵敏度：优于0.01微米；量程：大于100微米；非线性度：≤1％。
其中，数据采集器5的各项参数设置为：交流供电：220V±10％；直流供电：12V±10％；AD分辨率：优于四位半；量程：不小于±2V；采样率：不小于分采样；不确定度：小于0.01％(20℃)或小于±0.02％(-10℃～+40℃)。
作为本实用新型的优选实施例，底座4为可上下调节的底座4。
通过可上下调节的底座4设置，可对微位移换能器2进行位置调节。
作为本实用新型的优选实施例，底座4包括至少一个调平底脚7，至少一个调平底脚7设置在底座4的底部。
底座4材质稳定，能够通过调平底脚7进行调平，方便安装；有调零装置，方便装置长期工作后零点发生偏移进行调零，保证装置工作的稳定性。
作为本实用新型的优选实施例，数据采集器5包括交直流电源接口和换能器接口，微位移换能器2通过换能器接口与数据采集器5连接。
通过换能器接口为微位移换能器2进行供电，同时接收观测信号。本实施例中为装置提供12V直流电及220V交流电。
作为本实用新型的优选实施例，数据采集器5还包括网络接口，数据采集器5通过网络接口与外部终端连接。
还可通过网络接口将数据采集器5采集到的数据发送给外部终端进行统计分析等处理。优选地，网络接口为RJ45接口。
作为本实用新型的优选实施例，底座4的材质为不锈钢。
基于上述装置，进行垂直向的地壳应变观测，具体过程为：
基线1利用自身的刚性自然竖直，不与孔壁发生接触，保持充分的自由度；顶部不锈钢底座4的可上下移动调零装置上放置的微位移传感器，在特定的环境下视基线1长度不变，当观测孔6底部与地面的距离变化时，微位移换能器2将此变化转换为电信号变化，由数据采集器5按一定格式采集、存储、传输，实现对垂直应变量的连续观测。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
本实用新型提供一种基于地震监测的垂直应变量观测装置，装置的底部通过膨胀水泥8进行固定，减小温度对不同膨系数的耦合稳定性的影响，通过装置取得垂直向的地壳应变观测资料，将应变固体潮从平面应变观测提升到三维空间应变观测，从而将某一点的平面应变张量矩阵扩展到三维空间应变张量矩阵。垂直应变量的获取将为地震预报研究和地球动力学研究提供基础分析资料。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。