差容式地震计机械摆的制作方法

1.本实用新型涉及地震数据处理技术领域，特别是涉及差容式地震计机械摆。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提到了与本实用新型相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.地震计已被广泛应用于地震信号监测、地震预报预警、油气田勘探、工程勘察和监测、矿井系统及矿井安全等领域。差容式地震计是一种高分辨率、宽频带的地震计，其发展方向是具有更宽的频带范围。为使频带范围变宽，可以降低机械摆固有频率，就能够拓展有效频带范围低频段，从而使地震计获取更多的微弱振动信号。因此如何优化机械摆机构降低固有频率，从而获得较宽的频带范围，是亟需解决的技术问题。虽然研究人员对地震计结构优化做了大量的研究，但仍不能够完全解决机械摆固有频率高的问题，使地震计低频端性能受限制。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了差容式地震计机械摆；在保证结构稳定性、刚度的条件下，对机械摆十字簧片结构优化；通过实验测试系统对优化前后机械摆固有频率测量，验证优化后机械摆固有频率得到降低。
5.差容式地震计机械摆，包括：
6.磁钢座，所述磁钢座的上端安装有磁钢，所述磁钢座的下端通过十字簧片与底座连接；所述磁钢座的中间位置通过支撑簧片与底座连接；
7.所述磁钢通过两根平行的尼龙柱与电容器连接，电容器固定在摆动支架上端的一侧，摆动支架上端的另外一侧固定线圈，所述线圈可在磁钢内移动，摆动支架的中间位置安装有质量块，所述质量块与电容器均安装在摆动支架的同一侧，所述摆动支架的下端固定在底座上；
8.其中，十字簧片包括相互垂直设置的两个簧片，每个簧片包括从左到右依次连接的半圆部、长方形部、梯形部和三角形部，其中三角形部的顶端为圆弧状，梯形部的一个腰线是垂直于梯形部底边的，梯形部的另外一个腰线与梯形部底边的夹角小于90度，半圆部的半径大于三角形部顶端圆弧的半径。
9.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
10.通过对十字簧片的结构进行优化，十字簧片包括相互垂直设置的两个簧片，每个簧片包括从左到右依次连接的半圆部、长方形部、梯形部和三角形部，其中三角形部的顶端为圆弧状，梯形部的一个腰线是垂直于梯形部底边的，梯形部的另外一个腰线与梯形部底边的夹角小于90度，半圆部的半径大于三角形部顶端圆弧的半径，实现机械摆固有频率降低。
附图说明
11.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
12.图1、图2、图3和图4为地震计机械摆的机械连接结构示意图；
13.图5为地震计机械摆的测试装置；
14.图6为地震计机械摆的十字簧片机械结构；
15.其中，1、摆动支架，2、支撑簧片，3、质量块，4、电容器，5、尼龙柱，6、磁钢，7、线圈，8、磁钢座，9、十字簧片，10、底座。
具体实施方式
16.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
17.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
18.如图1、图2、图3和图4所示，差容式地震计机械摆，包括：
19.磁钢座8，所述磁钢座8的上端安装有磁钢6，所述磁钢座8的下端通过十字簧片9与底座10连接；所述磁钢座8的中间位置通过支撑簧片2与底座10连接；
20.所述磁钢6通过两根平行的尼龙柱5与电容器4连接，电容器4固定在摆动支架1上端的一侧，摆动支架1上端的另外一侧固定线圈7，所述线圈7可在磁钢6内移动，摆动支架1的中间位置安装有质量块3，所述质量块3与电容器4均安装在摆动支架1的同一侧，所述摆动支架1的下端固定在底座上；
21.其中，如图6所示，十字簧片包括相互垂直设置的两个簧片，每个簧片包括从左到右依次连接的半圆部、长方形部、梯形部和三角形部，其中三角形部的顶端为圆弧状，梯形部的一个腰线是垂直于梯形部底边的，梯形部的另外一个腰线与梯形部底边的夹角小于90度，半圆部的半径大于三角形部顶端圆弧的半径。
22.进一步地，所述每个簧片的两端均为圆弧状。
23.进一步地，每个簧片是一体成型的。
24.每个簧片在实际使用过程中是一体成型的。
25.进一步地，所述半圆部的直径与长方形部的宽等长。
26.进一步地，所述长方形部的宽与梯形部的底边等长。
27.进一步地，所述梯形部的顶边与三角形部的底边等长。
28.进一步地，所述电容器，包括：三块平行的金属板。
29.所述三块平行的金属板包括：第一金属板、第二金属板和第三金属板；所述第一金属板与第二金属板之间的初始距离等于第二金属板与第三金属板之间的初始距离。
30.所述电容器与解调电路连接，所述解调电路与示波器连接。
31.所述线圈与功率放大器连接，功率放大器与信号发生器连接。
32.所述质量块设有两个，两个质量块均安装在摆动支架的第一侧面上。
33.进一步地，所述质量块的材质为黄铜，弹性模量为100gpa，泊松比为0.35，密度为7600千克每立方米。
34.进一步地，所述十字簧片的材质为铍青铜，弹性模量为105.14gpa，泊松比为0.3，密度为8300千克每立方米。
35.进一步地，所述摆动支架的材质为铝，弹性模量为71gpa，泊松比为0.33，密度为1050千克每立方米。
36.进一步地，所述十字簧片和支撑簧片的厚度均为0.15毫米。
37.在实际应用阶段，差容式地震计机械摆的工作原理，包括：
38.磁钢座固定安装，当震动发生时，质量块由于惯性带动摆动支架上的中间电容板产生运动，三块平行电容板组成电容器把被测的震动信号转换为电容器的电容变化，通过解调电路转换为易于测量的电压信号，同时线圈在磁钢中发生运动为电路提供了反馈。
39.如图5所示，差容式地震计机械摆的测试装置，包括：
40.信号发生器，所述信号发生器与功率放大器连接，功率放大器与线圈连接，所述功率放大器信号发生器发生的信号放大后发送给线圈，线圈在磁钢中发生运动，线圈引起摆动支架运动，摆动支架引起质量块振动，质量块引起电容器的电容板运动，电容板将产生的震动信号转换为电信号，将电信号通过解调电路解调处理后，再通过示波器进行展示。
41.在机械摆模型中簧片长度固定为20mm,设置簧片宽度每次递增0.5mm，从2mm增加到7mm，随着簧片宽度增加，机械摆固有频率从2.3hz增加到6.1hz。模型中簧片宽度固定为5mm,设置簧片长度从16mm递增到25mm，每次递增1mm，随着簧片长度增加，机械摆固有频率从6.7hz减小到3.6hz。系统固有频率与十字簧片宽度为正比关系，与长度为反比关系，仿真结果与理论分析结果一致。优化后簧片最大应力增加到510.42mpa，小于铍青铜屈服极限1000mpa。通过固有频率分析优化后发现机械摆固有频率为由5.27hz降低为4.07hz。
42.通过理论分析得出影响机械摆固有频率的关键参数，采用ansys对机械摆结构进行优化，通过实验验证优化后实际机械摆固有频率降低了22％，由5.4hz降为4.2hz，实验与仿真结果共同验证了优化后的机械摆固有频率降低，使结构优化过程更加具有参考价值。
43.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。