傾斜儀

傾斜儀是一種而且至今仍然是研究固體潮與地震前兆觀測的地形變基本儀器。以負荷加載的方式對傾斜儀的干擾是非線性的 ^[1]  。

傾斜儀為全不鏽鋼結，堅固耐用，附有調節和固定支架方便安裝。傾斜儀具有智能識別功能。

地殼形變通常依賴高精度傾斜儀去觀測。高精度傾斜儀在地下不同深度和不同地點的觀測實驗表明，氣象層會引起地殼形變並導致傾斜，長週期性的傾斜分量往往與當地水文干擾有關；而非週期性的傾斜分量被認為是地殼的非彈性形變。對於長臂激光干涉引力波天線而言，地面的傾斜振動對引力波天線的檢驗質量產生不良影響，需要對地面傾斜震動噪聲加以隔離，一種可行的辦法就是同步監測地面的傾斜運動，然後對隔振系統的支撐框架進行傾斜伺服控制，在這種方法中最為關鍵的是研製高精度的傾斜儀 ^[2]  。

測量範圍 -15～+15°

靈敏度 ≤9〃/F

測量精度 ±0.1 %F.S

耐水壓 ≥1MPa

絕緣電阻 ≥50MΩ

儲存温度 -30～+70℃

傾斜儀最基本的類型有：水管式傾斜儀、固定擺傾斜儀和氣泡傾斜儀。

1914年，Michelson和Gale將長150米，直徑15釐米的兩根水管埋1.8米深，這兩根管子大約一半盛水，並擺在子午圈和卯酉圈方向上。製作者用光學干涉法測量水管兩端水平面的相對位移量變化，以此測量潮高。後來，這種長水管水平測定方法應用在大地水準測量中。1973年，Bowern製成了長度為50米的水管傾斜儀用於固體潮觀測。

它的優點是長基線水管傾斜儀使兩端水位測量的精確度要求較低，容易實現，並採用差分測量，降低共模干擾的影響，系統穩定性好，受環境干擾小，所以廣泛應用到地球動力學、大地傾斜、固體潮觀測、斷層形變等觀測中；缺點是水管傾斜儀由於其基線仍較長，使水流動的阻尼增大，自振週期較大，頻帶較窄，僅能測量較大範圍地傾斜運動的平均效應，而對特定點的傾斜運動觀測無能為力。另外，水管傾斜儀中容器滲漏、液體腐化和水管兩端的温度差異等都是造成測量誤差的主要來源 ^[3]  。

具有擺動軸的擺有兩種安裝方法：擺軸水平安裝，垂直面內擺動稱為垂直襬；擺軸垂直安裝，水平面內擺動稱為水平擺。水平擺傾斜儀最早可追溯到1830年Hengler發明的一種雙絲懸掛系統的水平擺。之後Zollner對雙絲懸掛系統進行了改進，使得Zollner擺既可用於地震，又可用於由地面變化引起的緩慢運動的地傾斜測量。

水平擺具有機械放大作用，增益隨擺軸偏離垂線的角度i有關，當i=0時，其靈敏度為∞，因此擺系不能穩定。實用上取折中，使其在一定穩定範圍內有足夠的增益。使用水平擺可以使擺的自振週期增大，使推動擺轉動所需要的力矩減小，這樣既能夠測量微小的傾變量，又不使儀器過於龐大，滿足現實需求。

垂直襬傾斜儀是以鉛垂線為基準而設計的。

垂直襬傾斜儀運用擺的鉛垂原理，由吊絲、擺杆、重塊三部分組成。垂直襬在沒有振動的條件下處於鉛垂狀態，當發生傾斜變化時，擺平衡位置發生變化，擺和支架之間的相對位置發生變化，電容式位移傳感器的定片與主體支架固連，從而和動片之間的間距也相應的發生變化，通過傳感器將擺的微小信號轉換成電信號並加以放大。由於地傾斜的相對變化量很小，擺的相對偏移量也很小，因此必須有一個高精度的測微系統，測量擺的位置變化。

1968 年，Hansen 設計了一種氣泡傾斜儀，它使用一個機械反饋系統控制水平氣泡，使之始終保持在原始的平衡位置。氣泡被限制在一個 7.5cm的光學平面上，位於氣泡室基座上的電極檢測氣泡的位置。氣泡的運動會使相敏檢測電路產生一個電壓信號，此電壓再通過功放給推動馬達的一對永久磁鐵螺線管提供驅動電流，馬達就施加一個力矩給中間支撐氣泡的鈹青銅棒，使之發生彎曲，從而讓氣泡返回零位置。因此驅動電流反映了引起氣泡運動的地傾斜信號，即為氣泡傾斜儀的輸出信號。