一种相对重力加速度勘测仪的制作方法

本实用新型涉及一种物探设备，具体地，涉及一种电子式全自动相对重力加速度勘测仪。

背景技术：

地面上不同位置的重力加速度值是不一样的，甚至同一点的重力加速度在不同时间点也是不同的。引起重力加速度变化的原因可以是地球形状和地球内部介质密度的不同，也可以是天体引力引起的。所以重力的测量在地球物理领域有着举足轻重的作用。重力的测量又分为相对式重力测量和绝对式重力测量。相对式重力测量主要用于测量重力的变化，这种重力异常的勘测在矿产和石油勘探行业尤为重要。

相对式重力仪的重要参数是精度，其次是体积和操作复杂度等。现今高精度的重力仪采用超导磁悬浮技术，但是此种结构由于超导技术的相对不成熟致使其需要液氮等附加装置来保证超导体的超导特性，致使其结构复杂，使用不便，造价高昂。传统的相对式重力仪采用机械弹簧悬挂结构，其机械特性致使其灵敏度和小体积两项不能兼得，且材料特性要求苛刻，需要克服机械疲劳和温度漂变，同时使用操作不便，需使用人员手动矫正及读数；其结构决定若增加电子辅助装置将会使机械和电子两部分误差叠加，降低精度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种相对重力勘测装置，特别是一种基于压电感应器的电子式全自动相对重力加速度勘测仪，用于重力异常勘测，尤其是石油和矿产的勘探，克服现有传统技术和现代技术的问题和不足。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种相对重力加速度勘测仪，其中，所述的勘测仪包含机壳、外真空腔、内真空腔、弹性杆、压电感应器、连杆、重荷物、X轴压电马达、Y轴压电马达、电压调节器、压电转换器、微处理器、人机接口；所述的外真空腔设置在机壳之内，由机壳内壁构成外真空腔；所述的内真空腔设置在外真空腔之内；所述的压电感应器、连杆、重荷物设置在内真空腔之内；压电感应器的顶部与内真空腔的内腔壁顶面相贴并固定连接，压电感应器的底部与连杆的顶端固定连接，重荷物设置在连杆的底端并与连杆固定；所述的弹性杆设置在内真空腔的外顶面与外真空腔的内顶面之间；所述的X轴压电马达和Y轴压电马达设置在外真空腔之内与内真空腔之间；所述的压电转换器与压电感应器电连接，所述的电压调节器与X轴压电马达、Y轴压电马达分别电连接；所述的微处理器与压电转换器、电压调节器、人机接口分别电连接。重荷物通过连杆对压电感应器产生由重力引起的拉力以结合重荷物和连杆的质量来求得相对重力加速度值。连杆起到放大重荷物由于仪器倾斜产生的扭矩的作用，以使微处理器对感应到的扭矩做相应调整，以驱动X轴压电马达和Y轴压电马达纠正仪器的倾斜。微处理器为整个电子部分的核心，担任着控制算法等核心功能。压电转换器对压电感应器产生的信号进行初步的放大、滤波、D/A转换等处理。电压调节器和X轴压电马达和Y轴压电马达组成伺服驱动系统，由微处理器控制。人机接口担任数据显示及数据输入的任务。X轴压电马达和Y轴压电马达优选为PiezoWalk系列压电电机；压电感应器、压电转换器、电压调节器采用KAMAN系列；微处理器即MCU，采用Xilinx ZynQ高速处理平台；人机接口具有键盘和显示器的作用，优选为触摸屏。

上述的相对重力加速度勘测仪，其中，所述的机壳、外真空腔、内真空腔为同轴的圆柱形，机壳的顶面高于外真空腔的顶面，外真空腔的顶面高于内真空腔的顶面，内真空腔的底面高于外真空腔的底面，外真空腔的底面高于机壳的底面。

上述的相对重力加速度勘测仪，其中，所述的外真空腔和内真空腔为真空室。即仪器外腔为真空腔，以去除气体阻力干扰，也防止与气体摩擦产生静电干扰。

上述的相对重力加速度勘测仪，其中，所述的内真空腔的顶部与弹性杆连接，并通过弹性杆与外真空腔连接，使内真空腔悬吊在外真空腔内并且能够进行摆动。

上述的相对重力加速度勘测仪，其中，所述的内真空腔的摆动方向可以由X轴压电马达和Y轴压电马达进行自动调节。

上述的相对重力加速度勘测仪，其中，所述的X轴压电马达和Y轴压电马达分别有一端与机壳内壁固定，另一端分别紧贴内真空腔的外壁且不与内真空腔的外壁固定。

上述的相对重力加速度勘测仪，其中，所述的X轴压电马达在水平方向延伸的轴线与Y轴压电马达在水平方向延伸的轴线垂直。

上述的相对重力加速度勘测仪，其中，所述的X轴压电马达和Y轴压电马达位于内真空腔的外壁的下部。

本实用新型提供的相对重力加速度勘测仪具有以下优点：

本实用新型可应用于物探、地球物理等需要读取某地点相对重力加速度的场景。其实施方式简单，只需将仪器水平放置目标地点，仪器将根据传感器自动检测倾斜度并通过压电马达自动纠正，完成仪器初始化；初始化完成后仪器将通过压电感应器读取压电信号并通过微处理器将信号处理分析，得到相对加速度值并将其于人机接口显示。本实用新型结构简单稳定，体积小巧，操作方便迅速。

附图说明

图1为本实用新型的相对重力加速度勘测仪的结构示意图。

图2为本实用新型的相对重力加速度勘测仪的原理图。

图3为本实用新型的相对重力加速度勘测仪的工作流程图。

图4为本实用新型的相对重力加速度勘测仪的初始化流程图。

其中：1、连杆；2、压电感应器；3、弹性杆；4、机壳；5、外真空腔；6、内真空腔；7、重荷物；8、X轴压电马达；9、Y轴压电马达；10、压电转换器；11、电压调节器；12、微处理器；13、人机接口；14、内腔壁。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步地说明。

如图1所示，本实用新型提供的相对重力加速度勘测仪，包含机壳4、外真空腔5、内真空腔6、弹性杆3、压电感应器2、连杆1、重荷物7、X轴压电马达8、Y轴压电马达9、电压调节器11、压电转换器10、微处理器12、人机接口13；外真空腔5设置在机壳4之内，由机壳4内壁构成外真空腔5；内真空腔6设置在外真空腔5之内；压电感应器2、连杆1、重荷物7设置在内真空腔6之内；压电感应器2的顶部与内真空腔6的内腔壁14顶面相贴并固定连接，压电感应器2的底部与连杆1的顶端固定连接，重荷物7设置在连杆1的底端并与连杆1固定；弹性杆3设置在内真空腔6的外顶面与外真空腔5的内顶面之间；X轴压电马达8和Y轴压电马达9设置在外真空腔5之内与内真空腔6之间；压电转换器10与压电感应器2电连接，电压调节器11与X轴压电马达8、Y轴压电马达9分别电连接；微处理器12与压电转换器10、电压调节器11、人机接口13分别电连接。

机壳4、外真空腔5、内真空腔6为同轴的圆柱形，机壳4的顶面高于外真空腔5的顶面，外真空腔5的顶面高于内真空腔6的顶面，内真空腔6的底面高于外真空腔5的底面，外真空腔5的底面高于机壳4的底面。

外真空腔5和内真空腔6为真空室。内真空腔6的顶部与弹性杆3连接，并通过弹性杆3与外真空腔5连接，使内真空腔6悬吊在外真空腔5内并且能够进行摆动。

内真空腔6的摆动方向可以由X轴压电马达8和Y轴压电马达9进行自动调节。

X轴压电马达8和Y轴压电马达9分别有一端与机壳4内壁固定，另一端分别紧贴内真空腔6的外壁且不与内真空腔6的外壁固定。X轴压电马达8在水平方向延伸的轴线与Y轴压电马达9在水平方向延伸的轴线垂直。X轴压电马达8和Y轴压电马达9位于内真空腔6的外壁的下部。

下面结合实施例对本实用新型提供的相对重力加速度勘测仪做更进一步描述。

实施例1

一种相对重力加速度勘测仪，包含机壳4、外真空腔5、内真空腔6、弹性杆3、压电感应器2、连杆1、重荷物7、X轴压电马达8、Y轴压电马达9、电压调节器11、压电转换器10、微处理器12、人机接口13。

外真空腔5设置在机壳4之内，由机壳4内壁构成外真空腔5；内真空腔6设置在外真空腔5之内；压电感应器2、连杆1、重荷物7设置在内真空腔6之内；压电感应器2的顶部与内真空腔6的内腔壁14顶面相贴并固定连接，压电感应器2的底部与连杆1的顶端固定连接，重荷物7设置在连杆1的底端并与连杆1固定；弹性杆3设置在内真空腔6的外顶面与外真空腔5的内顶面之间；X轴压电马达8和Y轴压电马达9设置在外真空腔5之内与内真空腔6之间；压电转换器10与压电感应器2电连接，电压调节器11与X轴压电马达8、Y轴压电马达9分别电连接；微处理器12与压电转换器10、电压调节器11、人机接口13分别电连接。

机壳4、外真空腔5、内真空腔6为同轴的圆柱形，机壳4的顶面高于外真空腔5的顶面，外真空腔5的顶面高于内真空腔6的顶面，内真空腔6的底面高于外真空腔5的底面，外真空腔5的底面高于机壳4的底面。外真空腔5和内真空腔6为真空室。即仪器外腔为真空腔，以去除气体阻力干扰，也防止与气体摩擦产生静电干扰。内真空腔6的顶部与弹性杆3连接，并通过弹性杆3与外真空腔5连接，使内真空腔6悬吊在外真空腔5内并且能够进行摆动。内真空腔6的摆动方向可以由X轴压电马达8和Y轴压电马达9进行自动调节。

X轴压电马达8和Y轴压电马达9分别有一端与机壳4内壁固定，另一端分别紧贴内真空腔6的外壁且不与内真空腔6的外壁固定。X轴压电马达8在水平方向延伸的轴线与Y轴压电马达9在水平方向延伸的轴线垂直。X轴压电马达8和Y轴压电马达9位于内真空腔6的外壁的下部。

重荷物7通过连杆1对压电感应器2产生由重力引起的拉力以结合重荷物7和连杆1的质量来求得相对重力加速度值。连杆1起到放大重荷物7由于仪器倾斜产生的扭矩的作用，以使微处理器12对感应到的扭矩做相应调整，以驱动X轴压电马达8和Y轴压电马达9纠正仪器的倾斜。微处理器12为整个电子部分的核心，担任着控制算法等核心功能。压电转换器10对压电感应器2产生的信号进行初步的放大、滤波、D/A转换等处理。电压调节器11和X轴压电马达8和Y轴压电马达9组成伺服驱动系统，由微处理器12控制。人机接口13担任数据显示及数据输入的任务。X轴压电马达8和Y轴压电马达9优选为PiezoWalk系列压电电机；压电感应器2、压电转换器10、电压调节器11采用KAMAN系列；微处理器12即MCU，采用Xilinx ZynQ高速处理平台；人机接口13具有键盘和显示器的作用，优选为触摸屏。

如图2～4所示，仪器放置至待测地点后，X轴压电马达8将进行伸缩摆动，最后稳定于所测压电感应器2的最大值点，即与此点重力加速度方向相同的面；然后Y轴压电马达9将做出同样动作。两个面相交即获得此点重力加速度方向。即最终连杆1与重力加速度方向一致。完成勘测前的初始化动作。初始化完成后即锁死X轴马达和Y轴马达。

初始化完成后，仪器压电转换器10读取压电感应器2的信息，进行信号滤波、放大、A/D转换等处理。处理完之后的信息传送给微处理器12，微处理器12进行进一步的处理之后将操作员所需相对重力值等信息通过人机接口13显示给操作员。

人机接口13不仅有数据显示的作用，还有数据输入的作用。是人和仪器交互信息的接口。人机接口13为触摸屏界面，微处理器12搭载操作系统。

仪器搭载的操作系统安装有自带的定制软件，将重力数据直接转化为目标信息格式。

系统所测得的数据实时保存，用户可自行读取目标数据、原始数据或中间数据。

微处理器12采用PI控制(Proportion-Integral，比例微分控制)对X轴压电马达8和Y轴压电马达9进行精准快速的伺服控制，PI控制算法是现有的常用自动控制算法。

本实用新型提供的相对重力加速度勘测仪，可应用于物探、地球物理等需要读取某地点相对重力加速度的场景，实施方式简单，结构简单稳定，体积小巧，操作方便迅速。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。