力平衡反馈式地震计机械摆有限元建模与设计

发布时间：2020-09-28 12:10

　　 力平衡反馈式地震计是地震观测系统的重要组成部分,有效频带范围是其关键性能指标。为了获得更多的有用地震信号,拓展地震计有效频带范围成为研究热点。地震计的频带范围由机械摆固有频率和反馈电路共同决定。本文主要研究采用降低机械摆固有频率的方法拓展地震计的频带范围。将有限元建模与仿真引入到地震计机械摆固有频率研究中,建立了力平衡反馈式地震计机械摆的有限元模型,仿真分析了机械摆敏感元件对其一阶固有频率和二阶固有频率的影响规律,明确了敏感元件几何尺寸与机械摆固有频率之间的数值关系。基于拓扑计算对机械摆结构进行了拓扑设计,并对新型拓扑结构的地震计进行了固有频率测试与频带范围测试。与传统结构机械摆地震计相比较,新型拓扑结构机械摆地震计一阶固有频率从6Hz降低到5Hz,二阶固有频率从46Hz提高到88Hz,频率差值从40Hz增到83Hz;在0.5cm/s的速度激励下,新型拓扑结构机械摆地震计在0.5Hz处输出电压响应4.58V,相同激励下传统结构地震计在0.5Hz处输出电压响应为3.59V,在1Hz处输出电压响应为4.64V,对比频带测试曲线表明,新型拓扑结构机械摆地震计的有效频带范围起点降低了50%,频带范围拓宽了0.5Hz。
【学位单位】：防灾科技学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P315.62
【部分图文】：

第二章 力平衡反馈式地震计结构与原理2.1 力平衡反馈式地震计结构力平衡反馈式地震计由三分向拾震器构成，如下图 2.1 所示，地震计的三个分向安装在同一个底座上，其中两个水平向成 90 度正交放置，单向拾震器设计成圆柱形，单向拾震器的敏感方向用箭头表示，每个分向的拾震器具有相同的机械结构参数和机电参数，单个拾震器由机械摆、动圈换能器、标定结构、反馈电路组成。该仪器不仅能清晰记录近震、地方震，对一些远震记录效果也不错。图 2.1 力平衡反馈式地震计俯视图图 2.2 是力平衡反馈式地震计部分结构剖面图，由机械摆、大线圈与小线圈、大小磁钢组成。图 2.2 力平衡反馈式地震计部分结构剖面图

该仪器不仅能清晰记录近震、地方震，对一些远震记录效果也不图 2.1 力平衡反馈式地震计俯视图图 2.2 是力平衡反馈式地震计部分结构剖面图，由机械摆、大线圈与小磁钢组成。

下垂；处于工作状态时，自由端自由摆动，自由端摆动牵引大线圈运动切割产生回复力，将偏移平衡位置的自由端回复到非工作状态时的平衡位置，为地震信号的拾取做准备。力平衡反馈式地震计是根据惯性原理设计的，地震计机械摆结构的重锤、支架、大小线圈框为机械摆提供质量，而敏感元件簧片作为变形元件支撑质并产生弹性恢复力。敏感元件簧片的刚度是影响地震计固有频率的直接因过对机械摆的弹性元件进行合理设计和严格工艺，使其具有足够的折合刚度定性。(2) 动圈换能器动圈换能器由工作线圈和磁钢组成，工作线圈与重锤通过线圈支架进行机接。线圈在磁钢中跟随重锤摆动切割磁场，产生感应电动势，输出信号是以号的形式输出，输出电信号的大小与切割磁场的位移量 x 有关，即与重锤摆生的位移量成正相关，通过动圈换能器实现了从机械信号到电信号的转换

【参考文献】

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本文编号：2828773