[实用新型]超短基线伸缩仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种伸缩仪，尤其涉及一种超短基线伸缩仪。

背景技术

伸缩仪是一种精密测量地壳岩体两点间距离相对变化的仪器，在观测地壳应变和固体潮及研究地震孕育过程中有重要的作用。我国应用伸缩仪经过几十年的观测，为地震预报分析积累了大量的宝贵资料和典型的震例：如1992年4月22日中缅6.2级地震，四川攀枝花台伸缩仪在震前28天出现了40mm的阶跃异常图，阶跃量为3×10^-8；四川姑咱台异常形态出现“突跳”和“转折”，异常时间为几小时到5天，最长38天。由此可见，地表潮汐水平面应变状态与地震存在一定关系。

自1935年美国地震学家贝尼奥夫(H.Benioff)研制成第一台有价值的石英伸缩仪后，美、英、前苏联、日、比、德等国都相继研制了高灵敏度的伸缩仪。仪器的灵敏度一般都在10^-8以上，能清晰记录到固体潮汐。硐体应变固体潮观测，大多使用石英管或碳丝为基线，长度一般在20m以上，相对观测精度为10^-9量级。

我国自1966年邢台地震以来，地震预报事业开始起步。70年代初，我国研制成功了目视伸缩仪，作为第一代观测仪器在几个台站安装使用，为我国研究应变与地震关系奠定了初步了基础，但其灵敏度和长期稳定性都不太高。1983年，中国地震局地震研究所成功研制出第二代伸缩仪——SSY-II型水平石英伸缩仪，其灵敏度为3×10^-9，能清晰地记录到固体潮汐，为我国在这一领域进入国际先进行列作出了贡献。在我国“九五”期间的1998年，中国地震局地震研究所又一次成功地推出了新型的硐体应变观测仪器——SS-Y型伸缩仪。该仪器在保持高精度高稳定性的同时缩短了基线长度(小于10m)，彻底解决了基线炸裂和水银标定胀盒的汞泄漏问题，提高了自动化、智能化程度，达到了国际先进水平。

但现有伸缩仪基线还是偏长(最短约5m)，限制了其使用范围，不能满足较小空间(较短硐室)和多方位(如垂直向)使用。我国在垂直分量应变观测和研究开展较少，一方面是因为硐体存在腔体效应，更重要原因是没有较好观测手段。研制超短基线伸缩仪，有助于开展多方位应变观测和研究，小型化有利于地震应急快速布设，也可在井下岩层布设，比开凿山硐的成本低得多，又不受地形条件限制。

目前国内外尚无不大于1米基线伸缩仪的有关报道。要使应变观测分辨力优于1×10^-10，基线选用石英(线膨胀系数10^-7)或铟钢(线膨胀系数2×10^-7)，仪器安装的硐体温度日变化不大于0.03℃才能满足要求。但传感器采用现有伸缩仪使用的电涡流位移或差动变压器位移传感器，其分辨力不优于0.001μm，当基线不大于1米时是不可行的，因此需研制精度更高的传感器。电容位移传感器有很高精度，其分辨力可做到优于0.00001μm，能满足仪器观测灵敏度要求。采用电容传感器方案可行，但必须解决防潮的问题。上世纪八十年代比利时王国皇家天文台范隆贝克博士就研制了电容传感器的伸缩仪，由于防潮问题未解决，导致其失败。

DZB型超微量标定系统，已在SS-Y伸缩仪中使用，但其带负能力较差，难以对仪器进行总体标定(仅传感器标定)、也只能做大量程标定(约固体潮汐的1000倍)，其结构复杂，成本较高，它属于机械传动式标定器，自身体积较大，存在磨擦、磨损、锈蚀等原因易造成机械故障，常需进行维护和保养。因此有必要研制一种无机械传动、小量程(潮汐范围)、整体(包括基线)的标定器。压电陶瓷构成精密可控致动器，是近几年发展起来一项新技术，它具有位移分辨力高、线性度好、体积小、重量轻、无电磁和油污染、无噪声、不发热、易控制和免维护的优点，已经成为较理想的精密电驱动致动器。最近日本科学家开发一种基于新原理的压电材料，使其电致伸缩效应提高40倍，与超磁致伸缩材料相当，该材料应用使微位移致动器性能有了重大提高。将压电材料设计在伸缩仪的固定端，可实现仪器的整体、精密和自动标定。

如图1，现有伸缩仪包括本体(100)、测量和控制系统(200)，还包括外围环境基岩(300)三大部分；

本体(100)包括位移传感器(110)、调零装置(120)、基线杆(130)、由吊丝(141)和托架(142)组成的悬吊系统(140)、标定器(150)和固定端(160)；

基岩(300)包括第1基岩(310)和第2基岩(320)。

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