[发明专利]倾斜悬挂地震计及其坐标变换电路、变换方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地震计的坐标变换方法，尤其涉及一种倾斜悬挂地震计及其坐标变换电路、变换方法。

背景技术

倾斜悬挂地震计的三个摆体安装于同一个基准面上，且沿圆周按照120度角均匀设置，即沿U、V、W分向正交摆放，三个摆体采集的地面振动信号经坐标变换电路、信号处理电路处理，可输出包括东西向、南北向、垂直向三个分向标注为X、Y、Z分向的模拟电压信号。

现有的坐标变换电路，能够将放置于水平面上的地震计，其感测的相互正交的U、V、W三个分向的信号转换为X、Y、Z三个分向的信号，当地震计倾斜放置时，为保证地震计的正常工作状态需对相应分向的摆体进行调零操作，破坏了U、V、W分向的正交性，导致坐标变换电路输出的信号并不准确。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种倾斜悬挂地震计及其坐标变换电路、变换方法，无论地震计倾斜或是水平放置，均能够实现地震计的准确测量。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种倾斜悬挂地震计，包括沿120度均匀安装于基准底板上的三个摆体，主控芯片、角度传感器、坐标变换电路，

该角度传感器采集地震计的倾斜角度信号，该主控芯片根据该倾斜角度信号处理得到该坐标变换电路的变换系数矩阵，得到该坐标变换电路的变换参数，该坐标变换电路根据该变换参数，将倾斜悬挂地震计的传感方向U、V、W三个分向的信号转换为X、Y、Z分向的信号。

进一步的，

所述倾斜角度包括Z轴的倾斜角度、倾斜后的Z轴在XOY平面上的投影与Y轴的夹角。

所述坐标变换电路包括三组共九个R-2R结构的DAC，三组DAC分别用于将U、V、W分向的信号转换为X分向的信号、Y分向的信号和Z分向的信号。

所述角度传感器安装于所述基准底板上。

用于将U、V、W分向的信号转换为X分向的信号、Y分向的信号和Z分向的信号的三组变换单元，该三组变换单元的变换参数根据地震计的倾斜角度而调整。

所述倾斜角度包括Z轴的倾斜角度θ、倾斜后的Z轴在XOY平面上的投影与Y轴的夹角

该坐标变换电路的坐标变换关系为：

其中，

其中，α为摆锤悬挂的倾角，α_U、α_V、α_W为α角分别在U、V、W分向与水平面的夹角；β_U为摆体绕Y轴的旋转角度，顺时针为正；β_V为摆体绕V_H轴的旋转角度，顺时针为正；β_W为摆体绕W_H轴的旋转角度，顺时针为正；V_H轴为V分向在XOY平面上的投影，W_H轴为W分向在XOY平面上的投影；

所述变换单元的变换参数根据公式(2)调整。

每组变换单元包括三个R-2R结构的DAC，第一组的三个DAC用于将UVW分向的差分信号转换为X分向信号，第二组的三个DAC用于将UVW分向的差分信号转换为Y分向信号，第三组的三个DAC用于将UVW分向的差分信号转换为Z分向信号。

所述变换单元的传递函数是：

根据该传递函数及公式(2)，确定所述变换单元的变换参数。

根据一倾斜角度，调整该坐标变换电路的变换参数，该坐标变换电路根据该变换参数，将U、V、W分向的信号转换为X、Y、Z分向的信号。

本发明的优点是：

本发明的地震计及其坐标变换电路、变换方法，利用角度传感器测量地震计的倾斜角度，在此基础上得到坐标变换电路的变换系数矩阵，根据该变换系数矩阵调整坐标变换电路的变换参数，能够实现地震计于倾斜放置状态下，测量数据的准确性。

附图说明

图1是本发明倾斜悬挂地震计的电路结构示意图。

图2A是倾斜悬挂地震计摆锤与XYZ轴的位置关系示意图。

图2B是UVW分向在XOY平面上的投影示意图。

图3A是摆体调零操作前的位置示意图。

图3B是摆体经调零操作后的位置示意图。

图4A是X、Z轴绕Y轴的旋转示意图。

图4B是在图4A所示旋转后坐标系中U分向在X轴上的投影示意图。

图5是地震计倾斜后的坐标系示意图。