速度传感反馈地震计的参数稳定性分析

从理论上定量分析机械摆和环路滤波等开环诸参数变化对速度传感反馈地震计闭环参数的影响.研究指出,在环路设计中可半自由选取的开环阻尼取值对参数稳定性有重要影响.过大或过小的开环阻尼取值均可能造成参数稳定性急剧变差,影响地震计在只标不调的状况下长期连续稳定工作.     

速度传感反馈地震计的动态范围上限

在开环参数一定的条件下,速度传感反馈地震计中的环路滤波是影响地震计主要技术指标的关键环节之一.本文探讨了一阶极点高通、一阶极点低通、一阶零点高通、双一阶和零阶环路滤波在扩展地震计动态范围上限方面的优缺点.研究指出,对于用闭环反馈直接生成主导二阶极点的速度传感反馈地震计,一阶零点高通环路滤波的优点较多;若允许在环外生成主导二阶极点,则零阶环路滤波也不失为一个较好的方案.     

“RSFS”反馈式短周期地震计的改进试验

回顾了“RSFS”反馈式短周期地震计前期研究和设计,通过分析电子反馈网络存在的问题,提出了新的解决方案。新方案采用深度阻尼反馈环电路,减少需要精确选配的阻容元件,具有精简装配调试工序和节约工时的优点;新方案对地震计机械部分参数精度一致性要求降低,提高了部件互换性。新方案对地震计的动态范围、幅频特性在整个观测频带内保持平直,参数一致性带来益处,并可以降低地震计的制作成本。     

速度传感反馈地震计工作线圈与第一级运放参数的噪声匹配

合理选择速度传感反馈地震计的工作线圈参数,使之与第一级运算放大器的噪声参数"匹配",就可以设计出自身噪声较低的反馈地震计.探讨了在追求地震计自身噪声最低的前提下工作线圈参数与第一级运放噪声参数之间的关联匹配问题,并给出了定量计算公式.本文用等效地动速度来研究反馈地震计的噪声问题,不仅避免了不同反馈方案的影响,而且使研究结果可直接与最安静台址噪声谱对比,效果直观明了.     

反馈地震计

摆的频响特性由其固有周期和阻尼决定。宽频带响应要求T足够长,这是机械摆难以做到的,即使达到,也是体积庞大和不稳定。采用电子反馈技术可有效的解决这些问题。反馈可以改变摆的周期、阻尼和惯性,从而改变频响特性;还可以改变灵敏度、动态范围和稳定性。文章详细阐述了拉氏变换——信号流图方法,用它导出了国内外常用的反馈地震计的传递函数,从而求出其灵敏度、幅频特性和相频特性。这,比解微分方程的办法简易得多。讨论了反馈地震计的稳定性和标定等问题。     

KFD——宽频带大动态反馈地震计的设计和性能

我们设计了一种便携式的宽频带反馈地震计,并与标准长周期地震计(763)及力平衡式宽频带反馈地震计(STS-1V,STS-1H)作了比较,并在不同干扰环境及工作条件下进行了考验.结果是令人满意的.地震计由一台垂直向和两台水平向组成.其惯性质量为0.8kg,自然机械振动周期为15s(秒),机械品质因素约为50.用一差动电容位移换能器将惯性质量的位移变化转变成电信号,而加于电磁系统的反馈使质量维持在它的平衡位置附近.该仪器在其通带范围内具有平坦的位移频响特性.这由反馈网络决定,它相当于一个具有30s 自然周期的位移传感长周期(LP)地震计加上截止频率为0.03s 的二阶低通滤波器系统.该仪器的动态范围为100dB,阻尼为0.8.设计中着重考虑便携性,安装方便以及对环境干扰的有效屏蔽及低功耗.      

用于反馈地震计的新一代机械摆

为短周期反馈地震计而研制的新一代机械摆,创新性采用一缸双隙的磁系结构,线圈间较小的变压器效应为施加深度负反馈获取更优的技术性能创造条件,且该机械摆在寄生共振频率、抗零漂、动态范围和菲线性失真等方面具有较大改善.     

地震观测传递函数的精度问题

数字地震观测的传递函数由反馈地震计和地震数据采集器的传递函数合成。地震数据采集器的传递函数主要用数字算法生成,其精度可以做得很高。反馈地震计是机电一体化的模拟传感部件,其传递函数的精度和稳定性均欠佳。尤其是由反馈地震计生成的主导二阶极点,对应传统地震观测的周期和阻尼两个重要参数,其精度和稳定性往往较低,不利于地震学研究深入发展的需要。以四川地震观测的标定数据为例,说明数字地震观测传递函数的精度和稳定性急待改进。     

基于加速度计的强震近场速度观测配套仪器的研制

目前我国测震台网采用统一的2 000 Vs/m灵敏度,该灵敏度适用于观测微小地震和中强地震。但对于区域内发生的强震,台站使用该灵敏度的反馈式地震计会出现限幅现象,这就影响了台网在震级测定中的作用,且不利于地震波形的研究。本文在现有的"三分向力平衡式加速度计"产品基础上给出可供台站速度观测使用的硬件设计和系统指标测试结果。设计通过一个生成主导二阶极点并完成一次积分的电路转接盒,将三分向力平衡式加速度计输出的加速度波形变换为区域台网使用的工作周期为60 s或120 s、工作阻尼为0.707的速度波形。利用本文介绍的转接盒可以将现有的强震台站产出不限幅的地动速度波形。     

设计速度传感反馈地震计的新方案新思路

在深入分析研究了速度传感反馈地震计传统设计方案的基础上，提出了技术性能更优的传递函数两步实现方案。两步方案为反馈环路设计带来的巨大灵活性，又促使我们跳出传统的“延长周期”模式的思路束缚，提出了单纯阻尼反馈环的设计新思路。理论计算表明，两步方案与阻尼环结合的设计可以使速度传感反馈地震计的技术性能达到更高境界。反馈深度大、环路稳定性好，动态范围大和极点稳性高使它明显优于传统设计方案。     

Adaptation of the S-5-S pendulum seismometer for measurement of rotational ground motion

The Russian electrodynamic seismometer model S-5-S has been adapted for the measurement of rotational ground motion. The mechanical system of the original S-5-S seismometer consists of electrodynamic sensing and damping transducer coils mounted on an asymmetrical double-arm pendulum. This pendulum is suspended on a footing using two pairs of crossed flat springs, which operate as the axis of rotation. The pendulum is stabilised by an additional spring. The S-5-S can be used either as a vertical or as a horizontal sensor. The adaptation of the S-5-S seismometer described below involves removal of the additional spring and installation of an additional mass on the damping arm. Strain gauge angle sensors are installed on one pair of the crossed flat springs. The main dynamic parameters of the rotational seismometer created in this way, i.e. the natural period and damping, are controlled electronically by feedback currents proportional to the angular displacement and angular velocity, both fed to the damping transducer coil. This new seismometer, named the S-5-SR, enables measurement of the rotational component of ground motion around the horizontal or the vertical axes. The output signal from this S-5-SR seismometer can be proportional either to rotational displacement or rotational velocity.     

速度传感反馈地震计的环路噪声输出传递特性分析

反馈地震计自身的噪声输出决定了它的动态范围下限.反馈地震计的噪声主要由反馈环内有源器件产生.速度传感反馈地震计的环路参数和滤波类型将会影响环内不同位置的噪声输出传递函数.本文分析了4种一阶环路滤波器和零阶环路滤波器对环内噪声传递函数的影响,开环阻尼D1较小的一阶极点高通、一阶零点高通和双一阶环路滤波在抑制前向通道噪声输出方面具有潜力;一阶极点高通在抑制反向通道低端带外噪声输出方面有较好的性能.     

精确测定地震计传递函数

提出联合阶跃标定与带精确电流测量的正弦波标定来确定地震计传递函数的方法。首先,使用阶跃标定确定地震计等效机械摆的自振周期和阻尼,得到地震计低频特性。随后,使用正弦波标定并引入电流测试技术,测定地震计全频段频率响应,幅频响应更加准确,同时可获得相频响应。最后,构建与地震计传递函数特征一致的结构来描述传递函数,采用最优化方法拟合求取地震计传递函数。该方法具有原理清楚、操作简单、易于实现、结果精确等优点,特别适用于地震计用户测试、地震计传递特性与厂方参数及各地震计间一致性和长期稳定性的验证,结果符合反馈型地震计传递函数特点。     

Developments in electromagnetic and hybrid seismometers

The “Willmore Mark II” variable-period electromagnetic seismometer has now been replaced by the Mark III/IIIA seismometers, which give a similar range of period and similar voltage output from a smaller and lighter package. The new instruments also offer facilities for calibration, for damping, and for the control of period over a wide range by the injection of appropriate signals into auxiliary coils. The Mark IIIA seismometer has been further adapted by the addition of a displacement transducer system, which enables it to operate as a force-balance accelerometer. A new “Mark IV” instrument is the prototype of a package which will contain three “sawn-off” seismometers derived from the Mark III with the additional displacement transducer, all designed to fit into a cylindrical pressure case for use as a three-component borehole instrument.The paper includes a circuit for displaying four different outputs from a short-period seismometer, with options for displacement and acceleration feedback, as Lissajous figures against an input which simulates sinusoidal acceleration in the earth.     

基于Hi-net速度记录计算地震反应谱

强震仪和测震仪均能记录地面运动,强震仪输出的加速度记录主要用于分析结构地震反应,测震仪输出的速度记录常用于确定地震信息.由于这2种记录均描述地面运动,且覆盖结构地震反应分析所需频带范围,速度记录能否用于计算结构地震反应引起了人们的关注.为分析开源Hi-net速度记录用于计算结构地震反应时的精度,作者选取同台记录的加速度...     

Wide-band feedback seismometers

The effects of feedback in seismometers are summarised and the responsivities and detectivities of various open-and closed-loop instruments are compared and discussed. It is concluded that the most satisfactory system is displacement force-feedback employing a capacitive displacement transducer.Details are given of a Willmore Mk III(a) short-period seismometer which has been converted to a wide-band force-feedback instrument by the addition of a capacitive transducer. It provides a wide-band response flat to acceleration from d.c. to 25 Hz, with a theoretical detection level of 10^?10 m s^?2$\text{Hz}{}^{\mathrm{<mtext>?</mtext><mtext>1</mtext><mtext>2</mtext>}}$ and a dynamic range of 140 dB. Wide-band velocity, long-period narrow-band or short-period responses are easily obtained by filters outside the loop. The instrument has been compared with standard seismometers over a period of several months, and found to compare satisfactorily when enclosed in a small pressure vessel.