宽频电化学地震计悬挂系统的制作方法

本实用新型涉及宽频电化学地震计领域，特别涉及一种宽频电化学地震计悬挂系统。

背景技术：

地震计广泛应用于地震、火山及泥石流等自然灾害的预报监测和大型建筑工程地脉动测试。电化学惯性传感是采用液体作为测量介质，通过检测液体内离子的电荷迁移来表征液体相对运动的技术。宽频电化学地震计以电化学惯性传感技术为基础，通过合理的结构设计，可以获得灵敏度及信噪比高、动态范围大、低频特性好、不受电磁干扰、抗冲击性强、无机械噪声等指标参数，美国EENTEC公司的EP-300和俄罗斯MET公司的CME-6211是国际主流的宽频电化学地震计产品。

电化学地震计原理是，四支多孔惰性电极被放置在充满给定电解液的流道内，在小幅度直流电压作用下，阴阳电极之间会形成离子浓度梯度，当液体在外界震动下相对电极发生位移，与液体运动成比例的附加电流流过电极，检测该附加电流，即可获得外界振动的速度或加速度信息。电解液的流动方向即为电化学地震计的敏感轴方向，调整流道方向，可测量水平及垂直方向地震动。实际应用中采用橡胶膜对流道两端进行电解液密封，通过改变流道结构、增加外部拾振体以提高振动检测灵敏度。

现有宽频电化学地震计的垂直分量悬挂系统是矩形拾振体轴向包围电化学测量单元，两端通过反馈线圈或结构件直接与电化学测量单元两端的橡胶密封膜外表面中心相连，底部压缩圆柱螺旋弹簧提供弹性支撑力，平衡矩形拾振体及电化学测量单元内部电解液的轴向重力作用。以圆柱螺旋弹簧、矩形框体及电化学测量单元组成的拾振系统对地震波的振动响应，经电化学换能后获得地震动的电信号输出。

现有的宽频电化学地震计的水平分量悬挂系统与垂直分量类似，区别在于不需要使用圆柱螺旋弹簧平衡拾振体及电解液在敏感轴方向上的重力，矩形拾振体仅靠橡胶密封膜竖直悬挂在电化学测量单元外围，拾振系统的弹性恢复力由橡胶密封膜的形变力提供。

现有技术目前使用存在如下问题：

1、垂直分量的底部圆柱螺旋弹簧和矩形框体形成一个倒立摆体，矩形框体易受横向振动激发而产生寄生震荡，地震计测得的信号中除敏感轴方向信号，还包含垂直敏感轴方向信号，即导致地震计测量中存在严重的横向轴交叉耦合问题。

2、水平分量的矩形框体靠橡胶密封膜竖直悬挂在电化学测量单元的外围，除存在严重的横向轴交叉耦合问题外，还伴随长期使用后橡胶密封膜变形，矩形框体与电化学测量单元中心错位，进而导致参数指标发生偏移。

3、水平和垂直分量弹性体间的刚度不一致，垂直分量的弹性单元包含螺旋弹簧和橡胶密封膜，水平分量仅有橡胶密封膜，造成两者的振动响应不一致。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种宽频电化学地震计悬挂系统，解决了现有技术的水平分量的矩形拾振体与电化学测量单元长期使用后存在的中心错位的问题，抑制地震计的横向轴交叉耦合问题，提升不同分量振动响应一致性。本实用新型采用高径向刚度和大轴向柔度的膜片弹簧作为拾振体与电化学测量单元的连接纽带，安装在电化学测量单元两端的膜片弹簧提供电化学测量单元与拾振体间的横向支撑力作用，膜片弹簧的轴向应变力克服拾振体及电解液的重力作用，并提供拾振系统的弹性恢复力，实现拾振体与电化学测量单元的高径向刚度和大轴向柔度连接，抑制地震计的横向轴交叉耦合问题。由膜片弹簧的形变力替代橡胶密封膜的弹性恢复力属性，电化学测量单元两端的橡胶密封膜仅以密封电解液的功能存在，减小因橡胶变形、老化而产生的地震计指标漂移影响； 由相同弹性系数的水平及垂直分量膜片弹簧构成的地震计拾振系统，具有相同的振动响应，解决水平和垂直分量因弹性体刚度不一致造成的振动响应不一致问题。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

宽频电化学地震计悬挂系统，包括膜片弹簧1、拾振体2及弹簧支架3，所述拾振体2包括框架端头9及中空框体10；反馈线圈4、橡胶密封膜5、橡胶膜压板6、电解液7和惰性电极8组成电化学测量单元；所述拾振体2的中空框体10同轴穿过电化学测量单元，中空框体10上下两端的框架端头9的内侧突出部分与电化学测量单元的橡胶密封膜5的中心连接；弹簧支架3刚性固定于电化学测量单元两端的橡胶膜压板6的表面，经由膜片弹簧1使拾振体2悬置并在横向及轴向对准电化学测量单元的中心；膜片弹簧1内孔同轴固定在框架端头9的圆柱台阶上表面，膜片弹簧1外缘安装在弹簧支架3的内侧台阶表面，框架端头9对称分布在电化学测量单元的两端；通过膜片弹簧1的横向支撑力，使拾振体2的轴心与电化学测量单元轴心重合；通过膜片弹簧1的轴向恢复力，使膜片弹簧1、拾振体2及电化学测量单元共同组成弹性拾振系统。

所述的反馈线圈4刚性固定在膜片弹簧1的内圆环上表面，并与拾振体2的框架端头9组合成一体；反馈线圈4的电磁力作用于膜片弹簧1内圆环和拾振体2，经电化学测量单元的橡胶密封膜5推动流电解液7内的电解液相对惰性电极8运动，实现力平衡反馈控制。

所述的膜片弹簧1为一对水平分量膜片弹簧，用于水平分量的宽频电化学地震计悬挂系统，在提供轴向柔度的同时保证径向刚度。

所述的水平分量膜片弹簧由内圆环11、外圆环12及连接内、外圆环的螺旋连接臂13组成，所述内圆环11、外圆环12及连接内、外圆环的螺旋连接臂13在同一平面内。

所述的膜片弹簧1为一对垂直分量膜片弹簧，用于垂直分量的宽频电化学地震计悬挂系统，在提供轴向柔度的同时保证径向刚度。

所述的垂直分量膜片弹簧，由内圆环11、外圆环12及连接内、外圆环的螺旋连接臂13组成，所述的内圆环11、外圆环12轴向具有间距，压缩至同一平面所产生的应变力与拾振体2、电化学测量单元内电解液7和反馈线圈4的总重力相同，即垂直分量膜片弹簧提供拾振体2、电解液7和反馈线圈4的重力支撑；压缩后的垂直分量膜片弹簧外形为平面结构。

本实用新型的有益效果在于：

、构思新颖、结构简单，加工制造方便。增加地震计拾振体相对于电化学测量单元的横向刚度，抑制轴交叉耦合。

、使得地震计弹性恢复力及径向支撑力仅由金属弹簧提供，抑制因橡胶老化对地震计影响，改善地震计参数指标的长期稳定性。

、提供相同弹性系数的水平及垂直分量弹簧，解决水平及垂直分量振动响应一致性问题，实用性强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型的外形结构示意图；

图2为本实用新型的剖面结构示意图；

图3为本实用新型的拾振体结构示意图；

图4为本实用新型的水平分量膜片弹簧结构示意图；

图5为本实用新型的垂直分量膜片弹簧结构示意图。

图中：1、膜片弹簧；2、拾振体；3、弹簧支架；4、反馈线圈；5、橡胶密封膜；6、橡胶膜压板；7、电解液；8、惰性电极；9、框架端头；10、中空框体；11、内圆环；12、外圆环；13、螺旋连接臂。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图5所示，本实用新型的宽频电化学地震计悬挂系统，包括膜片弹簧1、拾振体2及弹簧支架3，所述拾振体2包括框架端头9及中空框体10；反馈线圈4、橡胶密封膜5、橡胶膜压板6、电解液7和惰性电极8组成电化学测量单元；所述拾振体2的中空框体10同轴穿过电化学测量单元，中空框体10上下两端的框架端头9的内侧突出部分与电化学测量单元的橡胶密封膜5的中心连接；弹簧支架3刚性固定于电化学测量单元两端的橡胶膜压板6的表面，经由膜片弹簧1使拾振体2悬置并在横向及轴向对准电化学测量单元的中心；膜片弹簧1内孔同轴固定在框架端头9的圆柱台阶上表面，膜片弹簧1外缘安装在弹簧支架3的内侧台阶表面，框架端头9对称分布在电化学测量单元的两端；通过膜片弹簧1的横向支撑力，使拾振体2的轴心与电化学测量单元轴心重合；通过膜片弹簧1的轴向恢复力，使膜片弹簧1、拾振体2及电化学测量单元共同组成弹性拾振系统。

所述的反馈线圈4刚性固定在膜片弹簧1的内圆环上表面，并与拾振体2的框架端头9组合成一体；反馈线圈4的电磁力作用于膜片弹簧1内圆环和拾振体2，经电化学测量单元的橡胶密封膜5推动流电解液7内的电解液相对惰性电极8运动，实现力平衡反馈控制。

所述的膜片弹簧1为一对水平分量膜片弹簧，用于水平分量的宽频电化学地震计悬挂系统，在提供轴向柔度的同时保证径向刚度。

所述的水平分量膜片弹簧由内圆环11、外圆环12及连接内、外圆环的螺旋连接臂13组成，所述内圆环11、外圆环12及连接内、外圆环的螺旋连接臂13在同一平面内。

所述的膜片弹簧1为一对垂直分量膜片弹簧，用于垂直分量的宽频电化学地震计悬挂系统，在提供轴向柔度的同时保证径向刚度。

所述的垂直分量膜片弹簧，由内圆环11、外圆环12及连接内、外圆环的螺旋连接臂13组成，所述的内圆环11、外圆环12轴向具有间距，压缩至同一平面所产生的应变力与拾振体2、电化学测量单元内的电解液7和反馈线圈4的总重力相同，即垂直分量膜片弹簧提供拾振体2、电解液7和反馈线圈4的重力支撑；压缩后的垂直分量膜片弹簧外形为平面结构。

本实用新型的宽频电化学地震计悬挂系统，由膜片弹簧1提供的横向支撑力作用，使得拾振体2的轴心与电化学测量单元轴心重合；由膜片弹簧1提供的轴向恢复力作用，使膜片弹簧1、拾振体2、橡胶密封膜5、电解液7及多孔惰性电极8组成弹性振动系统。

本实用新型采用膜片弹簧或替代地震计垂直分量的圆柱螺旋弹簧，或提供水平分量的横向支撑力，实现电化学测量单元与拾振体之间的高径向刚度及大轴向柔度连接，抑制因橡胶膜变形、老化对地震计指标的影响，解决悬挂系统垂直分量及水平分量的振动响应一致性问题。膜片弹簧的径向刚度远大于轴向刚度。

本实用新型所述的膜片弹簧，其应用于电化学地震计的垂直或水平分量具有不同的外形结构，垂直分量膜片弹簧可提供对拾振体的重力支撑力，提供径向刚度的同时保证轴向柔度；所述的拾振体由中空框体及框架端头组成，中空框体同轴穿过电化学测量单元，框架端头内侧突出部分与电化学测量单元的橡胶密封膜外表面连接；所述的弹簧支架刚性固定于电化学测量单元两端的橡胶膜压板，经由膜片弹簧使拾振体悬置并在横向及轴向对准电化学地震计测量单元中心。基于本实用新型提出的一种宽频电化学地震计悬挂系统能够有效减小地震计敏感轴间的交叉耦合影响，改善参数指标的长期稳定性，提升垂直及水平分量的振动响应一致性。

以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。