现代地震仪BBVS-60拆解鉴赏
虎哥2024/07/12原创 地理与地质拆机鉴赏 IP:四川

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加利津地震仪初步实现了地震测量的电气化。在此基础上,增加反馈,使测量频带不再严格受限于仪器的自由震荡周期,得到了近代地震仪。BBVS-60与以前拆解的仪器相比,它有两个较为根本的区别:1、采用差动电容换能器,是位置敏感器。2、具有自动调零功能。这就刚刚迈入了现代地震仪的门槛。

BBVS-60依然是摆式结构,自由震荡周期大约为4s。经反馈后,自震周期拓展为60秒。BBVS-120可能机械结构相同,仅反馈深度不同。60~120s的周期,足以测量地球对面传来的地震波。由于对更低频率也有响应,能够观测地球共振。

目前这款地震仪还在一些地方台站使用。在可以预见的未来,应该只会有自动化程度的升级,很难再有根本的变化(光纤地震仪短时间内普及的希望不大)。在较为基础的台站上,已经使用周期为360秒的超宽频地震仪。国内在上世纪90年代初研制过一种JCZ-1地震仪,它的加速度响应范围可达直流,可以观测到陆地潮汐涨落。

打开外壳,可见有两层电路板。

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这些CBB大电容显然不是电源滤波用的,每一只的容量都被精确标注,旁边的运放是LT6010IS8。一般来说出现不常见的选型必有原因,KC761x里面就有一处采用了罕见的涤纶电容,那是需要考究的。想必此处要求温度、容量极为稳定且不受震动影响,很可能关系到传递函数。同一时期的英国货也有一大堆这种电容。

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看起来这个板子通用于BBVS-120

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第一层电路板的背面

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第二层电路板,复杂了许多。

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一大堆固态继电器

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这个ADI的单片机是数据采集专用芯片,旁边还有一个CPLD

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两个呈90度排列的水平摆

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可见用于反馈和标定的线圈磁缸结构。因为采用差动电容,没有读出线圈,只有这一个线圈磁缸。

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这个齿轮蜗杆,用来调节悬挂的上下平衡(不是调零)。

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调零电机在这里,通过两级蜗杆减速,调整水平摆悬丝一端的水平位置,使摆对中。

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视频显示了调零过程。如果调零螺母不在调零螺栓的大约中心位置,可以先通过手动调整旋钮把摆调到基本平。在安放平整,手动调到基本平的情况下,大约一两分钟就可以把三分向自动调平。

20240712_022823.mp4 点击下载

水平摆的柔性电连接

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水平摆的差动电容,中间厚的部分是固定的,两侧薄的部分可以运动,运动范围很窄。差动电容通过三根细同轴电缆引出,此处可见一根。金属板上的孔应该是用来避免空气阻力的影响。

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依然是交叉挠性轴悬挂。

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接下来是垂直摆

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一个巨大的弹簧片,一端固定在一个可以通过杠杆和螺钉微调转动的轴上。

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电动机通过一级蜗杆和一级螺旋千斤顶结构微调转轴的支架,上图是支架上再叠加的可以手动调整的杠杆。

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垂直摆的反馈和标定线圈,反而是水平安放的。

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垂直摆的差动电容,同水平摆一样也是三层绝缘金属板,只是中心那张与上下的两张同厚度,而不是像水平摆那样是一个巨厚的铝块。同样,也通过三根同轴线引出,图中可见其中一根,另两根在后面隐蔽处。

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该机带有可以从机壳外部调整的锁止装置,锁摆、开摆不再需要拆开机壳。更晚的仪器,用电机代替了人力。

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锁摆、开摆的操作原理如下:

20240711_135825.mp4 点击下载

机器对水平的要求较高,采用了更高灵敏度的水准器

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水平调节螺钉也需要使用工具才能调整,盘状螺母仅用于锁紧

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铝不倒翁一口

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由于该机内部包含单片机,若发生故障,除非原厂支持,否则维修的前景不大,会丧失自动调零功能。在全手动仔细调零的情况下,可以不让单片机参与,仪器仍具有功能,不过水平摆手动调零很困难,如果电机初始位置不对,则只能自动调零,除非拆掉电机加以改造。由于电路复杂,想必可靠性也不如电磁换能的产品。如果要测长周期震动的话,不如考虑DS-3K,FBS-3B等固有周期较长的仪器,通过修改反馈电路来延长周期,这些仪器电路简单清晰,适合DIY。

该仪器设计和生产工艺都不太好,比起瑞士同时代产品简直跟出土文物差不多,但并不比英国货差。考虑到十多年前的整体技术水平,也还是不错了。该仪器维修性较差,很多线路是凌空飞线并且直接焊接,要想拆除下层电路板简直属于自找罪受。

这是该仪器的用户手册。请注意最后一个表,最右边一列才是引脚编号。我一开始没注意,直接按左侧编号接线,简直。。哪能这样做表,十个人估计得有九个搞错。

attachment icon bbvs-60120使用手册.pdf 1.38MB PDF 30次下载 预览

用这些地震计工程比较大,二手便宜货有限,无法普及。使用地震检波器(主要用于工程地震仪,新的才一百元左右),用零或负输入阻抗的缓冲电路来人为加大阻尼,也可以将带宽扩展到0.1Hz级别。例如国外爱好者发起的全球地震监测项目采用的技术:

P$_%MF$GHEZ~W_8%$$O{RNH.png

该项目极为成功。可惜,跟不准架联网气象站、联网SDR一样,国内参与该项目的爱好者也已经被和谐了。

[结束]

[修改于 5个月2天前 - 2024/07/14 04:59:56]

来自:地球科学 / 地理与地质仪器与装备 / 拆机鉴赏
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~~空空如也
FU106Z
5个月3天前 IP:山东
934132

修过几台BBVS地震计,这个型号的地震计锁摆机构不太能经受得住快递的折磨,特别是垂直通道的摆锤质量大,容易在运输中出现挠性轴簧片变形和断裂的情况,更换簧片也极为麻烦,调试难度很高。


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西葫芦
5个月3天前 IP:山东
934147

看了这些地震仪的拆解,感觉很多方面跟电子天平的电磁传感器还是相似的.不过绝大多数电子天平都使用光电传感器反馈零点,但也确实存在使用电容式的,下面就是一个已经报废的传感器拆解.

其中可以看到,激励信号通过同轴线送入传感器,然后耦合到的位置信号通过CA3039孪生二极管检波以后再用同轴线送出传感器。

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虎哥作者
5个月2天前 修改于 5个月2天前 IP:四川
934158
引用西葫芦发表于2楼的内容
看了这些地震仪的拆解,感觉很多方面跟电子天平的电磁传感器还是相似的.不过绝大多数电子天平都使用光电传...

磁平衡电子天平应该算得上超宽带、超低频地震传感器,只是没有给定传递函数,可能会有一些非线性。

但地震仪上构成差动电容的三个极板都是绝缘的,可以认为从中间极板送入激励信号,两侧极板送回耦合信号。但似乎天平图片中的意思是中间有两张极板,总共四张极板,而两侧极板都是接地的?如果是这样的话,电容影响中间极板两个极板的对地阻抗,在源阻抗较大的情况下,的确会影响各自的电压检波值,通过减法器可求得零点。

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西葫芦
5个月2天前 IP:山东
934170
引用虎哥发表于3楼的内容
磁平衡电子天平应该算得上超宽带、超低频地震传感器,只是没有给定传递函数,可能会有一些非线性。但地震仪...

仔细看了下,是差动电容式的。激励信号进入主PCB基板本身,两侧的耦合基板(一片是激励电极的背面,另一片是贴上的)分别去了孪生二极管阵列。做的还挺讲究的

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虎哥作者
5个月1天前 IP:四川
934178
引用西葫芦发表于4楼的内容
仔细看了下,是差动电容式的。激励信号进入主PCB基板本身,两侧的耦合基板(一片是激励电极的背面,另一...

电路图的意思是“电容分压”,这个设计挺巧妙的,可以显著提升抗外部干扰的能力。地震仪是稳定密闭结构(整体无限好的电磁屏蔽),似乎对抗干扰考虑不多,实际上两侧极板就是天线。

这边可以支持100MB以内的巨大图片,不用压缩上传,影响清晰度。

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