[发明专利]一种二维静电相对倾斜仪

说明书

技术领域

本发明属于倾斜变化测量仪器领域，更具体地，涉及一种二维静电相对倾斜仪。

背景技术

倾斜仪是测量地倾斜固体潮、监测重大基础设施(大坝、核电站等)地基倾斜的重要仪器，在地球物理以及建筑工程研究领域有着十分重要的应用。倾斜仪分为长基线倾斜仪和短基线倾斜仪。前者主要有水管倾斜仪，后者主要有水平摆倾斜仪等。

水管倾斜仪的基本结构是用一根水管连接两个钵体。根据连通管内液面保持自然水平的原理，当连通管两端的地基有相对高度变化时，两端液面与钵体的相对位置就会发生变化。水管倾斜仪要求有较大的安装场地。另外，仪器中钵体的渗漏、液体的变质以及水管两端温度和气压的差异都是造成缓变测量误差的主要来源，导致系统的低频性能差。

摆式倾斜仪(水平摆倾斜仪、垂直摆倾斜仪等)的检验质量通过柔性连接部件与仪器的框架相连。当框架发生倾斜时检验质量与框架之间便会产生相对位置的变化。这类仪器最大的缺点是由于检验质量与框架之间存在机械连接部件，因而必然会存在由此而导致的机械漂移。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种二维静电相对倾斜仪，其目的在于采用一台仪器即可完成地倾斜变化的二维测量。

本发明提供了一种二维静电相对倾斜仪，包括依次连接的探头、电容位移传感电路、控制单元和电压放大电路；所述电压放大电路的输出端连接至探头的反馈控制端；所述探头包括极板框架以及位于所述极板框架中间的检验质量；工作时，当地面发生倾斜变化时，探头检测所述检验质量与极板框架之间六个自由度的电容差变化，电容位移传感电路根据所述六个自由度的电容差变化获得所述检验质量相对于所述极板框架的位移偏离信号，控制单元根据偏离信号计算反馈电压；电压放大电路将反馈电压进行放大后输送到探头的反馈控制端，控制检验质量到所述极板框架中心位置；通过六个自由度中两个水平方向的平动自由度对应的控制电压的变化量获得地面的倾斜变化量。

更进一步地，所述极板框架由四块上极板、四块下极板、两块左极板、两块右极板、两块前极板和两块后极板构成；四块所述上极板与四块所述下极板相对设置并构成四对上下差分电容；两块所述左极板与两块所述右极板相对设置并构成两对左右差分电容；两块所述前极板和两块所述后极板相对设置并构成两对前后差分电容。

更进一步地，经所述电压放大电路放大并反馈控制在所述极板框架中的上极板的反馈控制电压大小为600V-1000V。

更进一步地，所述检验质量与左极板构成平行板电容，检验质量与右极板构成另一平行板电容，此两平行板电容的差值构成一对所述左右差分电容。

更进一步地，所述探头置于真空腔内。

更进一步地，所述电容位移传感电路包括：信号发生器以及依次连接的变压器、带通滤波器、乘法器和低通滤波器；所述变压器的输入端用于与所述探头连接，所述低通滤波器的输出端用于与所述控制单元连接；所述信号发生器还分别与所述变压器和所述乘法器连接；所述信号发生器用于产生正弦载波信号并分别输出给变压器和乘法器；所述变压器用于根据正弦载波信号将待测电容信号进行调制后输出；所述带通滤波器用于将调制后的待测电容信号进行带通滤波；所述乘法器用于对滤波后的信号进行解调；所述低通滤波器用于对解调后的信号进行滤波并输出电容信号。

本发明提供的二维静电相对倾斜仪能同时测量两个方向的倾斜变化；只需要一台仪器即可完成地倾斜变化的二维测量，且由于其检验质量与外部框架之间没有机械支撑，可克服传统摆式倾斜仪存在的机械漂移的缺点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的二维静电相对倾斜仪的原理框图；

图2是本发明实施例提供的二维静电相对倾斜仪的原理框图(包括模数转换单元)；

图3是本发明实施例提供的二维静电相对倾斜仪中探头的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的二维静电相对倾斜仪竖直方向的控制原理框图；

图5是本发明实施例提供的电容位移传感电路原理框图；

图6是本发明实施例提供的二维静电相对倾斜仪水平方向的控制原理框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。