地壳形变通常依赖高精度倾斜仪去观测。高精度倾斜仪在地下不同深度和不同地点的观测实验表明,气象层会引起地壳形变并导致倾斜,长周期性的倾斜分量往往与当地水文干扰有关;而非周期性的倾斜分量被认为是地壳的非弹性形变。对于长臂激光干涉引力波天线而言,地面的倾斜振动对引力波天线的检验质量产生不良影响,需要对地面倾斜震动噪声加以隔离,一种可行的办法就是同步监测地面的倾斜运动,然后对隔振系统的支撑框架进行倾斜伺服控制,在这种方法中较为关键的是研制高精度的倾斜仪。在智能建筑中,抗震倾斜仪是实现建筑物"自我感知"的重要传感器之一。贵州抗震倾斜仪作用
液体摆,它的结构原理是在玻璃壳体内装有导电液,并有三根铂电极和外部相连接,三根电极相互平行且间距相等,如图所示。当壳体水平时,电极插入导电液的深度相同。如果在两根电极之间加上幅值相等的交流电压时,电极之间会形成离子电流,两根电极之间的液体相当于两个电阻RI和RIII。若液体摆水平时,则RI=RIII。当玻璃壳体倾斜时,电极间的导电液不相等,三根电极浸入液体的深度也发生变化,但中间电极浸入深度基本保持不变。左边电极浸入深度小,则导电液减少,导电的离子数减少,电阻RI增大,相对极则导电液增加,导电的离子数增加,而使电阻RIII 减少,即RI>RIII。反之,若倾斜方向相反,则RI<RIII。贵州抗震倾斜仪作用机械式抗震倾斜仪则利用机械指针或气泡管的原理来指示和记录倾斜角度,简单可靠但通常需要人工读数。
当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用,那么作用在它上面的只有重力加速度;重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角。随着自动化和电子测量技术的发展,倾角传感器的种类也逐渐增多,从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”三种倾角传感器,接下来小明就来分别介绍一下他们的工作原理。固体摆,这是一种在设计中普遍采用力平衡式伺服系统,如图所示,其由摆锤、摆线、支架组成, 摆锤受重力G和摆拉力T的作用,其合外力F =G sinθ=mg sinθ。其中,θ为摆线与垂直方向的夹角。在小角度范围内测量时,可以认为F与θ成线性关系,应变式倾角传感器就基于此原理。
测斜仪的工作原理及工作要点:(1)测斜管的安装(见图1)。测斜管有圆形和方形两种,国内多采用圆形,直径有50mm、70mm等,每节一般为2m长,采用钢材、铝合金、塑料等制作,常用的还是PVC塑料管。测斜管在吊放钢筋笼之前,接长到设计长度,绑扎在钢筋上,随钢筋笼一起放入槽内(桩孔内)。测斜管的底部与顶部要用盖子封住,防止砂浆、泥浆及杂物入孔内。 (2)测斜仪工作原理。测斜仪按其工作原理有伺服加速度式、电阻应变片式、差动电容式、钢弦式等多种。比较常用的是伺服加速度式、电阻应变片式两种,伺服加速度式测斜仪精度较高,目前用得较多。抗震倾斜仪在风力发电领域用于监测风机塔架的倾斜状态,确保安全运行。
水管倾斜仪,1914年,Michelson和Gale将长150米,直径15厘米的两根水管埋1.8米深,这两根管子大约一半盛水,并摆在子午圈和卯酉圈方向上。制作者用光学干涉法测量水管两端水平面的相对位移量变化,以此测量潮高。后来,这种长水管水平测定方法应用在大地水准测量中。1973年,Bowern制成了长度为50米的水管倾斜仪用于固体潮观测。它的优点是长基线水管倾斜仪使两端水位测量的精确度要求较低,容易实现,并采用差分测量,降低共模干扰的影响,系统稳定性好,受环境干扰小,所以普遍应用到地球动力学、大地倾斜、固体潮观测、断层形变等观测中;缺点是水管倾斜仪由于其基线仍较长,使水流动的阻尼增大,自振周期较大,频带较窄,只能测量较大范围地倾斜运动的平均效应,而对特定点的倾斜运动观测无能为力。另外,水管倾斜仪中容器渗漏、液体腐化和水管两端的温度差异等都是造成测量误差的主要来源。传统的机械式抗震倾斜仪因其结构简单、维护方便而在某些应用场合仍然得到普遍采用。贵州抗震倾斜仪作用
抗震倾斜仪的安装位置和数量通常根据工程设计和结构特点进行布置,以确保监测的全方面性和准确性。贵州抗震倾斜仪作用
进入90年代以后,随着微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)和微加工技术的发展,基于MEMS技术的微型加速度传感器也随之迅速发展。MEMS加速度传感器具有成本低,体积小,重量轻、功耗低、精度高、抗过载冲击能力强等特点,便于大规模制造,一致性非常好。因此上市后迅速取代了传统的加速度传感器。对于MEMS加速度传感器,通常都是3轴的加速度传感器。因此利用重力加速度在三轴上的分量的比例关系,可以计算出三轴的倾斜角度。国内不少厂商根据此原理研究出适合各个行业应用的倾斜角度传感器,例如国内有名的深圳安锐科技有限公司的高精度倾角传感器,应用于我国“雪龙号”科考船等大型装备及建筑结构健康监测领域。贵州抗震倾斜仪作用
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