[实用新型]一种基于非接触性动态位移测试方法的位移传感器

说明书

一种基于非接触性动态位移测试方法的位移传感器，属于地球物理学领域。包括控制系统和磁悬浮系统以及非接触式位移系统三部分。控制系统包括控制器、霍尔侦测器、功率放大器、UPS以及计算机。磁悬浮系统和非接触式位移系统设置在磁屏蔽罩内，磁悬浮系统由可调节彼此间隔的悬浮磁铁构成。非接触式位移系统中含有单目相机和悬浮磁铁，与磁悬浮系统配合可悬浮在磁屏蔽罩内。单目相机拍摄位于磁屏蔽罩底部的多个标靶圆给计算机来探测地震造成的移动。本实用新型可在地震持续过程中有效、真实的获取地表绝对位移，避免了加速度基线漂移和计算位移的积分算法中成份缺失问题，可满足后续救灾以及研究工作中对高精度地面运动参数数据的需求。

技术领域

本实用新型属于地球物理技术领域，具体涉及一种基于非接触性动态位移测试方法的磁悬浮地震绝对位移传感器。

背景技术

地震的能量以地震波的形式来释放，大的地震在近场附近往往产生较强的地面运动，对地表建筑物造成很大的破坏。我国目前由这种破坏造成的地震灾害非常严重。要建立有效的措施来防震减灾其中比较关键的地方就是要深入认识强地面运动特征，在此基础上才能有效研究和发展工程抗震方法与技术，减轻各类工程结构的地震破坏及其造成的经济损失和人员伤亡。强地面运动动观测是认识强地震动特征的主要手段。测量的物理量主要是直接与地震力相关的加速度。

为了进一步了解震源和断层方面的特性，位移是相当关键的信息。理论上由加速度时程积分可得到速度时程，再次积分得到位移时程。然而由于各种原因，最典型的情形为地面倾斜，会带来加速度方面的基线漂移，这样所积分出的速度时程和位移时程都不准确，甚至根本就不可用。近几年测震方面的前沿研究开始引入陀螺仪GPS等设备来测量地震动的旋转分量。但陀螺仪和加速计类似都存在基线漂移问题，GPS技术存在缺少方位信息，更新频率低的问题。

要更深入的认识地面运动的各种特性以及更详尽的反演震源和断层信息，必须突破现有的地面运动观测方法，迫切需要一种设计相对简单，能够提供地震过程中精度更高的绝对位移数据的仪器。但是，如今国内外尚未有这种针对地震，能够精确测量地震持续过程中地表绝对位移的传感器。

发明内容

本实用新型的目的是针对在地震持续过程中，目前尚没有适用于测量地表绝对位移的传感器的现状，提供一种基于非接触性动态位移测试方法的磁悬浮地震绝对位移传感器。

本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种基于非接触性动态位移测试方法的位移传感器，包括控制系统，磁悬浮系统，非接触式位移系统，其中，所述控制系统由控制器、霍尔侦测器、功率放大器、计算机组成；所述磁悬浮系统和非接触式位移系统位于由铁磁性材料制作的磁屏蔽罩内，所述磁屏蔽罩利用高磁导金属锚固螺栓与地面固定；所述磁悬浮系统由水平方向并排设置的两个以上的悬浮磁铁组成，各悬浮磁铁分别通过直线导轨悬空固定在磁屏蔽罩中，各悬浮磁铁之间悬挂所述霍尔侦测器，各霍尔侦测器测量所述磁悬浮系统磁场的变化，其测量信号传输给所述控制器，控制器根据霍尔侦测器的信号产生控制信号经所述功率放大器控制所述直线导轨中的步进电机带动相应的悬浮磁铁水平移动，所述控制器包括将电信号转为数字信号的信号转换器、可实现负反馈电路以及闭环控制功能的Arduino电子平台、UPS电源；所述非接触式位移系统位于所述磁悬浮系统下方，由与一个悬浮钕铁硼磁铁固定在一起的单目相机，以及标靶圆组成，其中悬浮磁铁的磁极与所述磁悬浮系统中悬浮磁铁的磁极配合，使单目相机悬浮在磁屏蔽罩内，单目相机的镜头朝向磁屏蔽罩的底面，磁屏蔽罩的底面设置一排间隔均匀的所述标靶圆，单目相机的信号线与所述计算机连接；上述信号线穿过所述磁屏蔽罩时皆通过磁屏蔽管。

所述悬浮磁铁为两头粗中间细的束腰圆柱形的钕铁硼磁铁，其外部包裹有由软铁磁材料制成的包层。