一种发条式弹簧相对重力仪的制作方法

本发明属于一种机械力学结构、电子测量系统，尤其涉及一种发条式弹簧相对重力仪。

背景技术：

在地球物理及大地测量中，经常需要对重力加速度的相对变化进行测量，这一类仪器称为相对重力仪。高精度的相对重力仪一般使用零长弹簧或竖直弹簧。无论是零长弹簧还是竖直弹簧重力仪，其基本原理都是弹簧在重锤作用下弹性变形，通过弹簧的弹性变形测量重力加速度的变化。为了适应高精度测量的需要(高精度相对重力仪的测量灵敏度可达0.002mgal甚至更高)，弹簧的灵敏度极高，可感受极微小的重力加速度变化。这样高灵敏度的弹簧，在一个重力加速度环境下(正常使用的基础重力环境)，其拉伸长度可达15～20cm，弹簧就是在伸长15～20cm的条件下感知重力加速度的微小变化，加之设备测量电路、机械调整、弹簧保护装置，高精度的相对重力仪体积一般都比较大。

因此，需要一种结构紧凑、体积小的相对重力仪。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提出一种发条弹簧式相对重力仪，其结构紧凑、体积小，解决了一般的高精度相对重力仪体积较大的问题。

本发明的一种发条式弹簧高精度相对重力仪，用于测量相对重力，包括：发条式弹簧(1)、弹簧支架(10)、弹簧调节旋钮(4)、重锤(2)、上下极板(3)、极板调节旋钮(5)、上下极板支架(7)、上下极板支架底座(8)、上下极板支架调节旋钮(6)和重力仪底座(9)，其中，所述发条式弹簧(1)通过所述弹簧调节旋钮(4)固定在所述弹簧支架(10)上，通过弹簧调节旋钮(4)可顺逆时针使发条弹簧(1)的一端围绕发条中心旋转，所述发条式弹簧(1)的另一端固定连接于所述重锤(2)；

所述上下极板(3)间距固定，通过所述极板调节旋钮(5)固定在上下极板支架(7)，并且所述上所述极板调节旋钮(5)可沿上下极板支架上下调节上下极板(3)；所述上下极板支架(7)通过所述上下极板支架旋钮(6)固定在所述上下极板支架底座(8)上，并且上下极板支架旋钮(6)可沿上下极板支架底座(8)左右调节上下极板支架(7)。

优选地，所述发条式弹簧(1)为刚性片状结构。

优选地，所述弹簧调节旋钮(4)，可调节弹簧以旋钮为中心旋转，使重锤(2)与上下极板(3)保持平行；弹簧调节旋钮(4)具有锁死机构，弹簧调节旋钮(4)锁死后可保持发条式弹簧(1)稳定。

优选地，所述极板调节旋钮(5)，可对上下极板(3)沿上下极板支架(7)上下移动调节，使重锤(2)位于上下极板之间的中心位置；极板调节旋钮(5)具有锁死机构，极板调节旋钮(5)锁死后可保持上下极板(3)稳定。

优选地，所述上下极板支架调节旋钮(6)，可对上下极板(3)沿上下极板支架底座(8)左右移动调节，使重锤(2)位于上下极板之间的中心位置；上下极板支架调节旋钮(6)具有锁死机构，上下极板支架调节旋钮(6)锁死后可保持上下极板支架(7)稳定。

优选地，所述上下极板支架(7)上具有第一导槽，所述极板调节旋钮(5)具有第一移动构件，通过调节所述极板调节旋钮(5)的旋钮部，所述第一移动构件可在所述第一导槽内上下移动。

优选地，所述上下极板支架底座(8)上具有第二导槽，所述上下极板支架调节旋钮(6)具有第二移动构件，通过调节所述上下极板支架调节旋钮(6)的旋钮部，所述第二移动构件可在所述第二导槽内左右移动。

优选地，本发明的相对重力仪还包括检测电路，所述检测电路与所述上下极板(3)通过屏蔽电缆连接，用于检测所述重锤(2)与所述上下极板(3)之间的间距变化。

优选地，所述检测电路为比率电桥差动电容检测电路。

本发明的发条弹簧式相对重力仪，其发条弹簧结构使得弹簧的变形围绕发条中心旋转，大大减小了弹簧变形的空间尺度，可在很小的空间内达到拉伸20cm甚至更长的效果；此外，由于发条弹簧的刚性片状结构，使其在其他方向刚度较高，有利于弹簧的嵌位和保护。

附图说明

图1为本发明的发条式弹簧相对重力仪的结构示意图。

图2为比率电桥差动电容检测电路结构示意图。

符号说明：

1发条式弹簧；2重锤；3上下极板；4弹簧调节旋钮；5极板调节旋钮；

6上下极板支架调节旋钮；7上下极板支架；8上下极板支架底座；

9重力仪底座；10弹簧支架

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明，其目的仅在于更好地理解本发明的研究内容而非限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的发条式弹簧相对重力仪，用于相对重力测量。该装置包括：发条式弹簧1、弹簧支架10、弹簧调节旋钮4、重锤2、上下极板3、极板调节旋钮5、上下极板支架7、上下极板支架底座8、上下极板支架调节旋钮6和重力仪底座9。下面详细说明个各组成部件之间的连接关系。

发条式弹簧1通过弹簧调节旋钮4固定在弹簧支架10上，通过弹簧调节旋钮4，可顺逆时针使发条弹簧1的一端围绕发条中心旋转，所述发条式弹簧1的另一端固定连接于所述重锤2。上述发条式弹簧1，其变形围绕发条中心旋转，大大减小了弹簧变形的空间尺度，可在很小的空间内达到拉伸20cm甚至更长的效果。此外，上述发条式弹簧1为刚性片状结构，使其在其他方向刚度较高，有利于弹簧的嵌位和保护。由于发条式弹簧1的刚性片状结构，使得与重锤2连接的外端(自由端)相当于一个悬臂梁，可以支持重锤2。通过弹簧调节旋钮4，可调节弹簧以旋钮为中心旋转，使重锤2与上下极板3保持平行。弹簧调节旋钮4还具有锁死机构，弹簧调节旋钮4锁死后可保证发条式弹簧1稳定。

所述上下极板3间距固定，通过极板调节旋钮5固定在上下极板支架上7；上下极板支架7通过上下极板支架调节旋钮6固定在上下极板支架底座8上。极板调节旋钮5可沿上下极板支架7上下调节上下极板3，使重锤2位于上下极板之间的中心位置。极板调节旋钮5锁死后可保证上下极板3稳定。上下极板支架调节旋钮6可沿上下极板支架底座8左右调节上下极板支架7，使重锤2位于上下极板之间的中心位置；上下极板支架调节旋钮6还具有锁死机构，上下极板支架调节旋钮6锁死后可上下极板支架7稳定。

具体地，所述上下极板支架7上具有第一导槽，所述极板调节旋钮5具有第一移动构件，通过调节所述极板调节旋钮5的旋钮部，所述第一移动构件可在所述第一导槽内上下移动。所述上下极板支架底座8上具有第二导槽，所述上下极板支架调节旋钮6具有第二移动构件，通过调节所述上下极板支架调节旋钮6的旋钮部，所述第二移动构件可在所述第二导槽内左右移动。这里的移动构件可以是移动轮，通过旋钮可使得移动轮在导槽内移动。较佳地，导槽与移动轮可以设计为分别具有互相匹配的齿状结构。

下面详细说明本发明的发条弹簧式相对重力仪的工作过程。重锤2固定在发条弹簧1外端，在重力作用下重锤2下垂，使发条弹簧1围绕中心旋转变形；调节弹簧调节旋钮4，顺逆时针使发条弹簧1围绕发条中心旋转，使重锤处于2水平横向姿态；调节极板调节旋钮5和上下极板支架旋钮6，上下左右移动上下极板3从而使重锤2位于上下极板3之间的中心位置。这样，上下极板3和重锤2就形成了一个差动电容，重锤2随重力变化上下移动，即重锤2与上下极板的间距随重力变化，利用电容差动测量原理就可精确测量重力的变化，即实现相对重力测量。重锤2与上下极板的间距变化的数据可以通过常规的测量手段或方式获得，例如电容量检测ad芯片，固定电感电桥差动电容检测等，比率电桥差动电容检测电路等。本发明的一个实施例是通过比率电桥差动电容检测电路来检测重锤与上下极板之间的间距变化。

图2为比率电桥差动电容检测电路结构示意图。检测电路通过屏蔽电缆与重力仪极板连接。右侧虚线框中示出重力仪重锤和上下极板，重锤位于上下极板中间，并在重力变化作用下，上下移动。由重力仪结构可知，上下极板间距固定，即d1+d2＝常数。这样，重锤与上下极板就构成了差动电容，即c1/c2＝d1/d2。

左测虚线框为检测电路的结构，该检测电路由交流激励、比率变压器和信号解调放大、相敏检波、低通滤波电路构成。交流激励、比率变压器和差动电容，即构成重力仪的检测电路的比率交流电桥。比率变压器等效为10万匝的电感线圈，图中箭头表示线圈中心抽头，n1和n2表示抽头两边的线圈匝数，线圈总匝数固定，n1+n2＝常数。在检测电路中比率臂中心抽头接地，因此桥路另一端，重锤对地的电压即为桥路不平衡电压，经过前置放大、解调放大、相敏检波、低通滤波等信号调制解调最终输出直流模拟电压，从而实现相对重力测量。

显然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。