[實用新型]具有低固有頻率的穩定倒立擺都柱結構

有效

• 申請號: 201620007368.5
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN205333870U
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 劉釗;陳茂林;朱玉田
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本實用新型屬于地震動監測技術領域，具體涉及一種用于地震儀、地動儀中感應 地震動的具有低固有頻率的穩定倒立擺地動儀都柱結構。

背景技術

地震儀、地動儀以弱地震動為主要的測量對象，通常采用位移測量方式以避免高 頻干擾震動的影響。為使其盡可能準確的對低頻弱地震動作出響應，要求地震動感應部件 具有盡可能低的固有頻率。具有低固有頻率的地震動感應部件一般都結構復雜或尺寸巨 大。我國張衡于公元132年采用“都柱”結構造出的“候風地動儀”，是最早有記錄的地動儀， 但其結構已失傳。1855年意大利科學家盧帕爾米里發明了第一臺真正意義上的地震儀，這 臺機器使用裝滿水銀的圓管并裝有電磁裝置，具有復雜的機械系統。英國地震學家米爾恩 于1892年發明的懸擺地震儀是現代地震儀的典型結構，該地震儀高達6米、重25公斤，現代 大部分機械式地震儀仍然按照其原理進行設計，尺寸很難得到控制。

本實用新型提出的具有低固有頻率的穩定倒立擺都柱結構，是一種結構簡單，以 較小尺寸實現低固有頻率的地震動位移感應部件，遠優于懸錘擺等地震動位移感應部件的 結構。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種穩定倒立擺地震動位移感應部件結構，可用于制 作地震動監測儀器。

本實用新型提出的具有低固有頻率的穩定倒立擺都柱結構，由底座和柱狀體組 成，其中：柱狀體豎直放置于底座上方，柱狀體底部與底座上表面的接觸型式為：凸球面對 平面、凸球面對凹球面或凸球面對凸球面的接觸中任一種：

凸球面對平面的接觸型式為：柱狀體底部接觸處采用凸球面，底座上表面接觸處 采用平面；或者：柱狀體底部接觸處采用平面，底座上表面接觸處采用凸球面；

凸球面對凹球面的接觸型式為：柱狀體底部接觸處采用凸球面，底座上表面接觸 處采用凹球面；或者：柱狀體底部接觸處采用凹球面，底座上表面接觸處采用凸球面；

凸球面對凸球面的接觸型式為：柱狀體底部與底座上表面接觸處均采用凸球面。

本實用新型中，當采用凸球面對平面的接觸型式時，接觸處凸球面半徑R_TQ大于柱 狀體的重心高度H_G；

當接觸型式為凸球面對凹球面時，接觸處凹球面半徑R_AQ大于凸球面半徑R_TQ，且凹球面半徑、凸球面半徑與柱狀體的重心高度H_G滿足；

當接觸型式為凸球面對凸球面時，兩凸球面半徑與柱狀體的重心高度H_G滿足。

本實用新型中，適當選擇柱狀體底部與底座上表面接觸處的球面半徑及柱狀體的 重心高度的數值，使柱狀體的微幅擺動具有很低的固有頻率。

本實用新型中，柱狀體底部或底座上表面設置有限制柱狀體底部與底座上表面之 間有效接觸區大小的結構。

本實用新型中，柱狀體總高度H₀大于柱狀體的重心高度H_G。

本實用新型中，按接觸型式要求設計的都柱結構柱狀體在微幅擺動時其重心會有 略微提高，使其自動回復至平衡位置，從而形成穩定倒立擺結構。較小幅度的底座水平移動 僅引起結構中柱狀體的擺動而不會使其傾倒。適當選擇柱狀體底部與底座上表面接觸處的 球面半徑及柱狀體重心高度的數值，可以使柱狀體的微幅擺動具有很低的固有頻率。柱狀 體底部或底座上表面設置有限制柱狀體底部與底座上表面之間有效接觸區大小的結構，有 效接觸區的直徑d_JC由結構中較小的接觸面決定。有效接觸區直徑d_JC用于確定引起柱狀體 傾倒所需的底座水平位移值，當底座水平位移達到由d_JC確定的倒柱位移值時柱狀體將傾 倒。因柱狀體總高度H₀大于重心高度H_G，在底座水平位移引起柱狀體擺動時，柱狀體頂端相 對底座的擺幅大于底座的水平位移，可實現對地震動位移的放大觀測。

本實用新型的有益效果在于：本實用新型結構簡單，固有頻率和都柱傾倒位移設 定方便，且可以以較小的尺寸實現極低的固有頻率，同時由于柱狀體總高度大于其重心高 度，在底座位移引起柱狀體擺動時，柱狀體頂端擺幅大于底座位移，可實現對底座位移的放 大觀測，優于現有懸錘擺等地震動監測儀結構。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；