专利名称：测试摆式倾斜仪传递函数和灵敏度的系统及其方法
技术领域：
本发明涉及地震观测技术，尤其涉及一种测试摆式倾斜仪传递函数和灵敏度的系统及其方法。
背景技术：
我国地震形变观测台网自邢台地震之后开始建立，目前已有数百套倾斜观测仪器在台网中运打。实现高精度微形变观测要求采用专用科学仪器和在特殊的山洞观测环境，长期以来，对于这类观测由于缺乏检测技术，而以观测到地球的固体潮汐形变(10_7 10_n)为仪器研制目标，以观测资料的性能指标作为衡量仪器的标准，而未能准确给出仪器的基本性能指标。这种技术支撑条件的空白致使这类仪器的观测量缺乏量值可比性，因此不能获得真正的高精度地壳形变场时空过程规律。摆式倾斜仪是一种测量倾斜的高精度仪器，它能测量固体潮汐和地壳形变，是用于地壳形变学科和地震学科测量的重要仪器之。摆式倾斜仪由机械传感器、电子电路和数据采集三个部分组成。其传递函数和灵敏度是倾斜仪最为重要的参数之一。为了测试这两个参数，理论上可以使用阶跃响应法、正弦波测试法和振动台测试法等各种方法。但由于倾斜仪的观测频率特别低，信号周期特别长，正弦波测试法和振动台测试法无法提供这样的超长周期的驱动信号，因此阶跃响应法是测试摆式倾斜仪传递函数以及灵敏度最为简便有效的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种测试摆式倾斜仪传递函数和灵敏度的系统及其方法，从而获取摆式倾斜仪的观测频率范围和格值，进而使摆式倾斜仪的观测结果与国家标准溯源。本发明的目的是这样实现的利用微位移装置产生一个合适大小的阶跃信号来推动倾斜平台，来模拟摆式倾斜仪所观测到的地面运动；由于阶跃信号是一个连续频谱的宽频带信号，可以激发仪器的频率响应；通过记录摆式倾斜仪在阶跃信号作用下的响应曲线，拟合计算出仪器的传递函数；由于阶跃信号的激励，仪器随之发生倾斜，摆式倾斜仪输出量随之变化，激光干涉仪则测定倾斜平台的垂直位移变化，由此可计算摆式倾斜仪的灵敏度。一、测试摆式倾斜仪传递函数和灵敏度的系统(简称系统)本系统包括摆式倾斜仪、倾斜平台、反射镜、反射镜支架、干涉镜、微位移发生装置、激光干涉仪底座和激光干涉仪；在基岩的两边，设置有倾斜平台和激光干涉仪底座；倾斜平台的下面设置有三个可调脚螺杆，其中两个可调脚螺杆设置在基岩的上面，一个可调脚螺杆设置在微位移发生装置的上面；
在倾斜平台的上方设置有摆式倾斜仪和干涉镜，反射镜支架设置在基岩上，反射镜设置在反射镜支架上，反射镜与干涉镜在一条铅垂线上；激光干涉仪设置在激光干涉仪底座上，激光干涉仪的激光发射方向对准干涉镜。二、测试摆式倾斜仪传递函数和灵敏度的方法(简称方法)本方法包括下列步骤①摆式倾斜仪实时采集地倾斜数据，激光干涉仪实时采集倾斜平台垂直向相对位移；②通过微位移发生装置产生脉冲信号；③倾斜平台响应步骤②中的脉冲信号，产生倾斜量；④摆式倾斜仪响应步骤③中倾斜量，输出倾斜平台的变化过程；⑤激光干涉仪响应倾斜量后，输出倾斜平台垂直向的相对位移；⑥分析摆式倾斜仪的数据，计算得出摆式倾斜仪的传递函数；⑦分析激光干涉仪和摆式倾斜仪的数据，计算得出摆式倾斜仪的灵敏度。本发明具有下列优点和积极效果①用激光干涉仪进行测试，精度高，可与国家标准传递；②用阶跃响应法测试传递函数操作方便，测试效率高；③适用于各类摆式倾斜仪。
图1是本系统的结构示意图。图中0—基岩；I一摆式倾斜仪；2—倾斜平台；3—反射镜；4一反射镜支架；5一干涉镜；6—微位移发生装置；7—激光干涉仪底座；8—激光干涉仪。
具体实施例方式下面结合附图和实施例详细说明一、系统1、总体如图1，本系统包括摆式倾斜仪1、倾斜平台2、反射镜3、反射镜支架4、干涉镜5、微位移发生装置6、激光干涉仪底座7和激光干涉仪8 ；在基岩0的两边，设置有倾斜平台2和激光干涉仪底座7 ；倾斜平台2的下面设置有三个可调脚螺杆，其中两个可调脚螺杆设置在基岩0的上面，一个可调脚螺杆设置在微位移发生装置6的上面；在倾斜平台2的上方设置有摆式倾斜仪I和干涉镜5，反射镜支架4设置在基岩0上，反射镜3设置在反射镜支架4上，反射镜3与干涉镜5在一条铅垂线上；激光干涉仪8设置在激光干涉仪底座7上，激光干涉仪8的激光发射方向对准干涉镜5。2、功能部件I)摆式倾斜仪I利用悬挂重锤的结构来测试地面倾斜的地震专用仪器。2)倾斜平台2倾斜平台2是一种通用产品。3)反射镜3反射镜3是一种通用产品。4)反射镜支架4反射镜支架4是一种安装反射镜的支架。5)干涉镜5干涉镜5是一种通用产品。6)微位移发生装置6微位移发生装置6是一种通用产品，它可提供微米级位移量的装置。7)激光干涉仪底座7激光干涉仪底座7是一种安装激光干涉仪的底座。8)激光干涉仪8激光干涉仪8是一种纳米级可溯源的长度测量标准仪器。通过激光在反射镜和干涉镜之间的传递，并将发射光与反射光同时送入激光干涉仪8形成干涉条纹，以此来测量反射镜与干涉镜之间距离变化的仪器。3、工作原理倾斜平台2放置在基岩0上，倾斜平台2的一端通过可调脚螺杆支撑在微位移发生装置6上，让微位移发生装置6与倾斜平台2紧耦合，调整倾斜平台2的三个可调脚螺杆，使倾斜平台2水平。将摆式倾斜仪I放置在倾斜平台2上，微位移发生装置6的一端安装干涉镜3，利用反射镜支架4将反射镜3固定在干涉镜5垂直的方向。调整摆式倾斜仪I的调节螺母置水平，利用仪器的调零功能调整仪器至工作状态。调整反射镜3和激光干涉仪I的位置，使其形成干涉光路，激光干涉仪8处于工作状态。二、方法1、步骤⑥测试传递函数给微位移发生装置6加入大小合适的阶跃脉冲，并保持这个状态5-8分钟；阶跃脉冲的大小应在仪器响应范围内尽可能地大；这个脉冲会使微位移发生装置6的高度发生快速改变,这个改变使倾斜平台2产生一个阶跃式倾斜变化，通过倾斜平台2传递给摆式倾斜仪1，摆式倾斜仪I会反映出该变化，根据阶跃响应的数据，即可计算出仪器的传递函数。传递函数计算根据摆式倾斜仪I的结构原理，其传递函数可以用二阶传递函数来近似描述。
其数学模型可用式(I)来表示
权利要求
1.一种测试倾斜仪传递函数与灵敏度的系统，其特征在于 包括摆式倾斜仪(I)、倾斜平台(2)、反射镜(3)、反射镜支架(4)、干涉镜(5)、微位移发生装置(6 )、激光干涉仪底座(7 )和激光干涉仪(8 ); 在基岩(O)的两边，设置有倾斜平台(2)和激光干涉仪底座(7)； 倾斜平台(2)的下面设置有三个可调脚螺杆，其中两个可调脚螺杆设置在基岩(0)的上面，一个可调脚螺杆设置在微位移发生装置(6)的上面； 在倾斜平台(2)的上方设置有摆式倾斜仪(I)和干涉镜(5)，反射镜支架(4)设置在基岩(0 )上，反射镜(3 )设置在反射镜支架(4 )上，反射镜(3 )与干涉镜(5 )在一条铅垂线上； 激光干涉仪(8 )设置在激光干涉仪底座(7 )上，激光干涉仪(8 )的激光发射方向对准干涉镜(5)。
2.基于权利要求1所述的测试倾斜仪传递函数与灵敏度的系统的测试方法，其特征在于包括下列步骤 ①摆式倾斜仪(I)实时采集地倾斜数据,激光干涉仪(8)实时采集倾斜平台(2 )垂直向相对位移； ②通过微位移发生装置(6)产生脉冲信号； ③倾斜平台(2)响应步骤②中的脉冲信号，产生倾斜量； ④摆式倾斜仪(I)响应步骤③中倾斜量，输出倾斜平台(2)的变化过程； ⑤激光干涉仪(8)响应倾斜量后，输出倾斜平台(2)垂直向的相对位移； ⑥分析摆式倾斜仪(I)的数据，计算得出摆式倾斜仪(I)的传递函数； ⑦分析激光干涉仪(8)和摆式倾斜仪(I)的数据，计算得出摆式倾斜仪(I)的灵敏度。
全文摘要
本发明公开了一种测试摆式倾斜仪传递函数和灵敏度的系统及其方法，涉及地震观测技术。本系统包括摆式倾斜仪(1)、倾斜平台(2)、反射镜(3)、反射镜支架(4)、干涉镜(5)、微位移发生装置(6)、激光干涉仪底座(7)和激光干涉仪(8)。本发明用激光干涉仪进行测试，精度高，可与国家标准传递；用阶跃响应法测试传递函数，操作方便，测试效率高；适用于各类摆式倾斜仪。
文档编号G01C25/00GK103063229SQ20121057592
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者李正媛, 周云耀, 陈志遥, 马武刚, 吴涛, 胡国庆, 吕永清 申请人:中国地震局地震研究所
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