[发明专利]一种短基线差分式激光应变测量仪

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种激光应变装置，具体涉及到一种用于地学观测的激光干涉仪的光路结构布局及固定安装结构。

背景技术

伸缩测量仪是一种精密测量地壳岩体两点间距离相对变化的仪器，在观测地壳应变和固体潮汐，以及研究地震孕育过程和地震前兆获取等领域中有着重要应用。

自1935年美国地震学家贝尼奥夫（H.Benioff）研制成第一台有价值的石英伸缩仪后，美、英、前苏联、日、比、德等国都相继研制了高灵敏度的伸缩仪。仪器的灵敏度一般都在10^-8以上，能清晰记录到固体潮汐。

我国开展这方面的研究较晚，20世纪80年代初中国地震局地震研究所蔡帷鑫等人才研制出较为实用的伸缩仪——SSY-II型水平石英伸缩仪（蔡帷鑫，谭适龄，SSY-II型石英伸缩仪的研制与试验，大地测量与地球动力学，Vol.5(1)：31-41，1985）。仪器的测量基线采用熔融石英管，其基线长度为10米以上，一般为30~50米；应变观测分辨率优于3×10^-9，能清晰地记录到固体潮汐。

20世纪90年代末期，中国地震局地震研究所吕宠江等人发明了一种新的应变观测仪器——SS-Y型短基线伸缩仪（专利申请号：99116620.5），它选用特种铟钢棒作为基线，并垂直自由悬挂，选用电涡流传感器或差动变压器作为位移传感器，标定器启用斜楔位移传感原理构成的精密超微量位移标定平台，仪器的应变分辨率优于10^-9。该仪器在保持高灵敏度高稳定性的同时缩短了基线长度达到小于10米。在此基础上，2006年吕宠江发明了差分式短基线伸缩仪（专利申请号：200610018250.3），目的是提高伸缩仪对震动、电源波动等有较强的抗共模干扰能力，可进一步缩短基线的长度，但其基线长度仍然大于5米。

2007年，中国地震局地震研究所李家明等人发明了超短基线伸缩仪（专利申请号：200710053069.0），该装置采用位移分辨率为0.1nm的电容传感器，使测量基线长度减小到1米的同时，分辨率还能保持在1×10^-10。但电容传感器的防潮和密封问题是伸缩仪能否成功实现的难点，并且电容传感器极易受到强电磁干扰，不适合于在电磁污染严重的环境中使用。

综上所述，在提高伸缩仪测量精度的同时，缩短其测量基线长度，成为伸缩仪研制的主要方向。小型化的优点是：一方面可以降低开凿硐体的难度，降低环境建设成本；另一方面小型化后可以便携，有利于地震应急快速布设，甚至于井下岩层布设。

目前发明的伸缩仪中位移传感器主要采用电涡流位移传感器、差动变压器位移传感器，或者电容位移传感器，其中前两者最好的位移分辨率1nm左右；而电容位移传感器虽然有较好的分辨率，可以达到0.01nm，但是缺点是寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响大、输出具有非线性、联接电路复杂，以及受潮湿、电磁干扰严重等缺点，不是十分适合伸缩仪可靠性、稳定性要求高，需要长期工作等实用场合。因此，需要研制新的位移传感器，以满足伸缩仪提高测量精度和小型化的要求。

近年来，激光干涉仪被广泛应用于地壳伸缩应变测量，将激光干涉原理应用于地壳伸缩、应变测量，相比电学类传感器，它具有灵敏度高（皮米、亚皮米级位移分辨率）、动态范围大、测量频带宽的优点。本发明采用激光迈克尔逊干涉原理，实现了一种新型的短基线差分式激光应变仪，主要用于地壳应变和固体潮汐观测，以及地震前兆信息获取。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效地提高整机的测量精度，并降低误差干扰的短基线差分式激光应变测量仪。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的短基线差分式激光应变测量仪包括单频激光干涉传感器1、悬吊系统3、测量基线杆4、基线固定装置5、测量控制和信号记录与处理系统6、测量标定装置7以及测量反射镜限位系统8，其特征是：固定在第1基岩21上的单频激光干涉传感器1与测量反射镜803构成一个完整的单频激光干涉仪；测量反射镜803通过测量反射镜限位系统8与测量基线4的首端41连接；测量基线4的末端42安装测量标定装置7、并通过基线固定装置5固定在第2基岩22上；测量基线4的中间安装悬挂系统3；单频激光干涉传感器1和测量标定装置7通过信号连接线与测量控制和信号记录与处理系统6连接。

本发明的短基线差分式激光应变测量仪还可以包括：