[发明专利]测试水管倾斜仪传递函数和灵敏度的系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及地震观测技术，尤其涉及一种测试水管倾斜仪传递函数和灵敏度的系统及其方法。

背景技术

地倾斜观测的目的是研究地壳形变垂直的相对运动和固体潮汐的动态变化，是地壳形变学科不可缺少的一个重要组成部分。倾斜仪观测为地球固体潮汐、地壳岩石性质及地球参数等提供科学实验数据。

水管倾斜仪由第一钵体、连通管、第二钵体、浮子、传感器和记录器组成。其基本原理是根据连通管内水面保持自然水平的原理。当连通管两端地基出现相对垂直位移时，两端液面便会相对于仪器钵体发生变化，这种变化，通过浮子、位移传感器等变成电信号输出自动记录。为了增加地壳形变的信噪比，通常情况下，在台站中安装的水管倾斜仪都有一定的长度（通常在10米以上），这就导致仪器检定难度很大。同时，水管倾斜仪是一种高分辨力高精度的观测仪器，观测分辨力能够达到（10^-7～10^-11）量级，以往还没有合适的检测手段对该仪器经行检测。随着科学技术的发展，水管倾斜仪在全国台网中的数量越来越多，迫切需要一种方法来检测水管倾斜仪的各项重要指标，包括：灵敏度和频率范围等。

用于地壳形变观测的水管倾斜仪的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。但由于水管倾斜仪的仪器基线长、信号频率很低，正弦波测试法和振动台测试法都不适用于仪器的检测，唯有阶跃响应法是测试水管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

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种测试水管倾斜仪传递函数和灵敏度的系统及其方法，从而获取水管倾斜仪的观测频率范围和格值，进而使水管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：

用微位移装置产生一个合适大小的阶跃信号来模拟水管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。通过记录水管倾斜仪在阶跃信号作用下的响应曲线，通过系统识别，可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，水管倾斜仪输出量随之变化，激光干涉仪则测定仪器钵体内水位的变化，由此可计算倾斜仪的灵敏度。

一、测试水管倾斜仪传递函数与灵敏度的系统（简称系统）

本系统包括连通管、微位移发生装置、激光干涉仪、干涉镜、反射镜、第一钵体、第二钵体、传感器、干涉镜支架和激光干涉仪底座；

从上到下，第一钵体、微位移发生装置和基岩左端依次连接；第二钵体设置在基岩右端上；第一钵体、连通管和第二钵体依次连接构成水管倾斜仪；

反射镜设置在第一钵体中，传感器设置在第二钵体中；

干涉镜支架和激光干涉仪底座分别设置在基岩上，干涉镜设置在干涉镜支架上，激光干涉仪设置在激光干涉仪底座上；

干涉镜与反射镜在一条铅垂线上，激光干涉仪的激光发射方向对准干涉镜。

二、测试水管倾斜仪传递函数和灵敏度的方法

本方法包括下列步骤：

①水管倾斜仪实时采集地倾斜数据，激光干涉仪实时采集水管倾斜仪一端浮子的垂直向相对位移；

②通过微位移发生装置产生脉冲信号；

③水管倾斜仪响应步骤②中的脉冲信号，产生倾斜量；

④水管倾斜仪一端的传感器响应到步骤③中倾斜量，水管倾斜仪输出倾斜过程；

⑤激光干涉仪响应到倾斜量后，输出水管倾斜仪另一端浮子的垂直向相对位移；

⑥读取水管倾斜仪记录的倾斜过程数据，依据最小二乘法对数据进行识别，得出水管倾斜仪的传递函数；

⑦读取激光干涉仪和水管倾斜仪的数据，计算得出水管倾斜仪的灵敏度。

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适用于连通管式倾斜仪。

附图说明

图1是本系统的结构示意图。

图中：

0—基岩；

1—连通管；

2—微位移发生装置；

3—激光干涉仪；

4—干涉镜；

5—反射镜；

6—第一钵体；

7—第二钵体；

8—传感器；

9-干涉镜支架；

10—激光干涉仪底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：