[发明专利]阵列式电化学反馈地震计有效

专利信息
申请号: 201610882711.5 申请日: 2016-10-10
公开(公告)号: CN106526659B 公开(公告)日: 2018-08-14
发明(设计)人: 杨大鹏;孙语浓;周晓华;冷云峰 申请(专利权)人: 吉林大学
主分类号: G01V1/18 分类号: G01V1/18
代理公司: 吉林长春新纪元专利代理有限责任公司 22100 代理人: 王怡敏
地址: 130000 吉*** 国省代码: 吉林;22
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摘要:
搜索关键词: 电化学 换能 反馈 阵列式 电路系统 控制电路 多流道 转动 电机 地震观测 弹性密封膜 地震信号 检测电路 敏感液体 平动信号 平面阵列 倾角校正 运算电路 单分量 力反馈 正交的 流道 平动 腔体 测量 体内 输出
【说明书】:

发明涉及一种阵列式电化学反馈地震计,属于地震观测领域。包括电化学换能阵列、多流道腔体、敏感液体、弹性密封膜、电路系统及反馈电机,所述的电化学换能阵列由多个平面阵列的电化学换能单元组成;所述的多流道腔体内有与电化学换能阵列相对应的多个流道;所述的电路系统包含检测电路、运算电路及控制电路;所述的反馈电机与控制电路的输出相接,对地震计进行力反馈控制。基于本发明提出的一种阵列式电化学反馈地震计能够同时测量三个彼此正交的单分量平动及二分量转动地震信号,并对平动信号进行了转动倾角校正。

技术领域

本发明涉及地震观测领域,特别涉及一种阵列式电化学反馈地震计,用于天然地震观测。

背景技术

电化学地震计是最近十年发展起来的一种新型地震传感器,采用液体作为惯性质量体,并通过电化学电极检测液体在流道内的运动信息来表征外部的地震动。相比较于传统固态惯性体地震计,液态惯性体地震计不但具有增益倍数大、灵敏度高、低频特性好等优点,还具有工作倾角范围大、敏感器件几乎不受电磁干扰、抗冲击性强、没有机械噪声、搬运或使用过程中无需解/锁惯性摆等特性。

电化学地震计分为平动分量及转动分量两种类型地震计,图1、图2为电化学地震计的原理示意图,其中,图1为平动分量,图2为转动分量。四支惰性金属电极B被放置在充满可逆氧化还原反应的敏感液体流道中,电极之间由多孔绝缘网A隔开,敏感液体可以在管道中自由运动。在小幅度直流电流作用下,阴阳电极之间会形成液体内的离子浓度梯度。当敏感液体在外界震动的作用下相对电极表面移动时,与敏感液体运动成比例的附加电流就会流向电极,检测该附加电流,可以得到外界的速度或加速度的大小。平动分量与转动分量地震计的结构区别主要体现在平动分量流道的两端采用弹性橡胶膜密封,而转动分量则采用封闭的环形流道。现有平动电化学反馈地震计测量单元的组装结构示意图,由惰性电极和多孔隔离网组成的电化学换能器是整个电化学地震计的核心器件,电化学换能器垂直置于敏感液体流道内部,流道两端用一定形状弹性橡胶膜密封,敏感液体可在流道内运动。电化学反馈地震计引入了力平衡反馈控制技术,可扩展电化学地震计的频带宽度及动态范围,图3为现有电化学反馈地震计的系统控制流程图。其中,H1为液体速度对地面速度的传递函数;H2为电化学换能放大电压对液体运动速度的传递函数,H6为平动输出反馈环节的传递函数。合理设计的反馈函数H6可使地震计的输出电压正比于地面的运动速度。

大量震害调查及研究结果表明地震动是一种多维度的地面运动,不仅包含三个平动分量还包含三个转动分量,地震动的转动分量有时甚至会成为对某个建筑物破坏的主要因素,如1894年日本Shonai地震时钟楼的扭转破坏;1897年印度Assam地震中20m高的方尖碑的扭转破坏;1971年San-Fernando地震中,地震动水平和转动耦合作用导致了桥梁的垮塌;1994 年的Northridge地震中的Pacoima大坝场地在地震过程中沿东北方向倾斜达到了3.1°。1999年的台湾集集地震震源附近的地面最终倾斜角为0.8°。随着地震动平动观测技术的不断成熟,地震动的转动分量观测逐渐受到重视。鉴于转动分量的重要性, 欧洲已将地震动转动荷载纳入建筑物的设计规范《EC8.1.EN 1998-1 Eurocode8》和《EC8.6.EN1998-6 Eurocode8》。

目前,能同时记录地震平动及转动信息的方法主要有两种:一种是两点差法,通过在小的范围内布置多台地震计记录平动分量,用两点间的平动速度差除以两点间距离就是相应的转角速度;另一种是同时布设平动及转动地震计。两种地震信息记录方法的最大问题是需要同时使用多个或两种地震计,造成地震监测点的地震计采购及布设施工成本翻倍。

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