高斯牛顿迭代法在地震计传递函数计算中的应用

介绍了利用地震计对阶跃电流标定或稳态正弦电流标定的响应波形获取地震计传递函数的方法。对阶跃标定电流的响应波形进行傅立叶变换(FFT)和扣除阶跃信号频谱的运算获得地震计的幅频特性;从稳态正弦标定电流的响应波形可直接提取幅频特性,然后用高斯牛顿迭代法拟合出地震计传递函数的各个系数。该方法的最大优点是只需要已知幅频特性或其有限离散点的数值就可以拟合出地震计的传递函数,较目前常用的需要同时已知幅频和相频特性的拟合方法更为方便和实用。     

电磁式地震计信号线圈标定法

一种电磁式地震计简单而又精确的标定方法得到论证，即从信号线圈释放一阶跃电流信号，同时把信号线圈切换到记录器，以记录其响应。本文研究一种理论，即分析响应的系统识别输出，求得地震计有阻尼的发电机常数、谐振频率及阻尼系数。整个标定只需知道地震计的质量和所施加的电流。     

台阵地震计程控化正弦标定系统设计

为满足台阵地震计标定要求,通过对程控化标定测控仪和标定测控软件的研究,采用一种适用于台阵地震计的程控化正弦标定方法,对中国地震局地球物理勘探中心负责管理的台阵地震计进行标定。台阵地震计标定实验结果显示,采用程控化正弦标定方法,在缩短标定时长、提高标定效率方面具有显著效果。     

负电阻反馈式地震计的自标定技术

针对负电阻反馈式地震计缺乏标定线圈无法进行现场标定的问题,研制了一种可内置于地震计内部的相对标定系统,该系统在信号线圈内接入阶跃电流,通过电磁感应对摆体施加阶跃加速度激励,测量仪器的暂态响应输出求解得到地震计的传递特性.文章首先推导和建立了自标定模型,设计和制作标定电路,采用L-M法求解地震计的传递函数,分别对三台样机进行了自标定和振动台标定实验.实验表明两种标定方法的结果较为一致,相对误差在5%以内,证明了这种自标定技术的有效性,实现了该类型地震传感器的灵活标定.     

地震计的改进型伪随机二进制标定方法

地震计标定的一项重要内容是幅度响应的测量,一般采用电测法.目前,国内地震计应用者普遍采用阶跃标定或正弦标定的方法.本文提出了一种利用宽频带信号标定地震计的新方法:改进型伪随机二进制标定方法.在低频段,我们用伪随机二进制信号作为标定输入,在高频段,用一种新设计的信号作为标定输入.采用此方法,通过低频段和高频段两个测试实验可快速且准确的测量地震计在0.003 Hz到100 Hz上的幅度响应.实验分别耗时1048秒和204秒,幅度响应测试的频点间隔分别为0.0038Hz和0.49Hz.而且,标定信号形式简单,用简单的电路就可生成.通过与阶跃、正弦标定结果对比表明采用此方法测量地震计幅度响应时,其相对误差在小于2 Hz的频段上小于1%,在大于2 Hz的频段上小于2%.此方法与正弦标定相比,减少了实验耗时;与阶跃标定相比,增大了可测量的频带范围;与单纯利用伪随机二进制信号的方法相比,提高了在高频段测量结果的准确度.此外,其对幅度响应高频段宽度很窄的高峰的识别效果尤为显著.     

正弦标定自动处理算法研究

由于种种原因, 地震计的周期、 阻尼、 灵敏度等参数在仪器运行的过程中会发生变化, 这些参数的变化直接影响到地震计的性能和观测数据的质量。 为了掌握地震计参数的变化, 通常采用定期标定的方法, 对运行中仪器的参数进行跟踪监测, 通过分析标定数据得到仪器的运行状态。 目前, 对于标定数据的处理通常采用人工分析的办法。 随着台站数量的增加, 对标定数据的处理工作变得日益繁重。 该文介绍一种正弦标定自动处理算法, 利用这种算法编写的自动处理程序, 在标定数据处理过程中不需要人工干预, 计算机可以自动提取有效的波形数据进行测量计算, 并可以对效果不好的数据进行修复, 最终给出仪器的频率响应特性。     

时频联合分析地震计正弦标定数据

介绍短时傅里叶变换,分析地震计正弦标定信号的特点,提出基于时间域和频率域联合分析正弦标定波形组起始点的方法,可以准确找出每组正弦标定信号的频率和振幅,计算地震计的速度响应灵敏度。     

时频联合分析地震计正弦标定数据

介绍短时傅里叶变换,分析地震计正弦标定信号的特点,提出基于时间域和频率域联合分析正弦标定波形组起始点的方法,可以准确找出每组正弦标定信号的频率和振幅,计算地震计的速度响应灵敏度。     

策克台井下宽频带地震计GL?S120B正弦波标定衰减因子的讨论

为解决EDAS?24GN6数据采集器对策克台井下宽频带地震计GL?S120B进行正弦标定的过程中产生的响应波形限幅问题,分析了数据采集器?地震计这一系统的标定过程及原理,结合GL?S120B的幅频响应特征,推导出正弦标定频点参数中的频率f、衰减因子λ与标定响应波形限幅之间的关系。分析表明,在GL?S120B平坦响应频带内,为避免出现标定波形响应限幅,频率f与衰减因子λ的乘积应至少大于限幅下限50.93;而在其衰减响应频带内,由于地震计电压灵敏度的衰减,频率f与衰减因子λ的乘积最小取值也相应减小。据此,对衰减因子λ进行校正,并再次对GL?S120B进行正弦标定。标定及计算结果显示:标定波形未限幅,GL?S120B三分向幅频响应特征较为一致;灵敏度对出厂值的变化率保持在5%范围内。本研究结论可为采用EDAS?24GN6和GL?S120B地震观测系统的台站进行正弦波标定提供频点参数,并为其他台站解决正弦标定波形限幅问题提供分析依据。     

用叠加正弦信号标定地震计的方法

为了解决地震计正弦标定应用中存在的问题,引入了叠加正弦标定方法。当采用此方法测试地震计时,响应信号是连续的,而且瞬态响应仅在整个响应信号的开始部分出现,几乎整个响应信号都能被用来分析;在进行数据处理时,只需避开整个响应信号开始部分的瞬态响应,容易用软件实现数据自动处理。本文介绍了叠加正弦标定的基本原理、实验步骤、数据处理方法以及采用此方法对地震计进行测试的实验。实验发现此方法测试的相对误差小于1%。     

On the calibration of feedback broadband seismometer FBS-3A with current signal

IntroductionWith the time passing by and the environment changing, the characteristics of the components in a seismometer may change a little to some extent because of some certain reasons. Therefore the reliability of a sensor(s output may lower the reliability and a wrong result may also be produced if these changes are not realized and controlled or adjusted in time. Hence, the seismometers must be calibrated either before leaving factory or in use, so as to check the parameters and the cha…     

On-site calibration of air-coil sensor for transient electromagnetic exploration

This paper proposes a time-domain fitting method for on-site calibration of the air-coil sensor. The air-coil sensor has been widely used in transient electromagnetic exploration. Due to limited bandwidth of the coil, the output signal is distorted, causing a phenomenon known as the transition process. To accurately measure the magnetic field from the output signals, the relationship between the coil induced electromotive force and the output voltage must be confirmed by on-site calibration, which requires high calibration accuracy and demands simple operation, portable equipment, and adaptability to the environment. Conventional frequency response methods, however, requires a uniform magnetic field with various frequencies to obtain the frequency response curve of the air-coil sensor. The time to acquire the signal correlates with the number of test frequencies, and the equipment used to generate a uniform magnetic field must be tailored to the shape of the air-coil sensor under test. This paper constructs a relationship between the calibration file and the zero-input response of the air-coil sensor and designs an optimization algorithm to suppress the soil eddy current effect. This on-site calibration method lifts the dependence on the uniform calibration field and reduces significantly the time required for calibration. The calibration source can be generated by cutting off the voltage source in parallel to the calibration coil, which greatly reduces the cost of the signal generator and provides a better solution for realizing the embedded self-test devices. Experimental results show that the proposed method effectively improves the calculation accuracy of the apparent resistivity.     

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。     

地震计线性误差精确测试

利用同步测试标准地震数据采集器标定电流的地震计线性误差测试方法,避免了标定信号输出电流波动对地震计线性误差测试的影响,按DB/T 21—2007规定的方法进行数据处理,并判定结果是否符合DB/T 22—2007的要求。实际测试表明,该方法测试精度可以达到0.000 5%,满足测试线性偏差小于0.01%的需要,且操作简单,无额外设备要求,可行性高,可在固定地震台站、野外等条件下使用,具有较大的应用价值。     

FBS-3A型反馈式宽频带地震计的传递函数

FBS-3A型反馈式宽频带地震计是目前广泛使用的一种地震计．对其传递函数开展相关研究，对仪器的使用、观测数据的分析，以及仪器的设计开发具有十分重要的实际意义．本文运用系统分析方法，从阐明仪器的工作原理入手，详尽地推导了该地震计的传递函数（包括标定过程的传递函数和测量过程的传递函数）；在此基础上，分析了其零、极点在复频域的分布情况，从而提供了将该地震计系统从一个高阶系统简化成为一个二阶系统的依据．此外，还以传递函数为基础，对该地震计的频率特性进行了数学仿真计算.      

地震计灵敏度的对比测量法

本文提出一种地震计灵敏度的对比测量法, 该方法将被测地震计和一台校准过的地震计比邻、 平行摆放, 共同记录地振动数据, 通过对比分析两台地震计的输出信号, 计算被测地震计的灵敏度。 与振动台测量法相比, 该方法成本低, 与电测法相比, 不需已知地震计的标定常数, 是一种简单易行、 精度高的地震计灵敏度测量方法。     

宽频带地震计的安装

简要介绍了地震噪声的一些特点、环境因素影响宽频带地震计产生噪声的机制,并针对这些特点介绍了安装宽频带地震计的一些隔热保护方法和需要注意的事项,最后从检验系统安装与运行状况的角度,介绍了地震计的标定和台站噪声检测问题,列举了作者在宽频带测震台站建设中的工作实例.     

Transfer function of FBS-3A feedback broadband seismometer

IntroductionFBS-3A feedback broadband seismometer is a sensor suitable for digital telemetered seismic network observation, which was developed in a key project among the (Eighth Five-Year Plan( to meet the demand for the development of earthquake and premonitor digital observation experiment system (ZHAO, et al, 1997; ZHUANG, 1995).FBS-3A is quite different from conventional mechanical seismometers because electronic feedback technology is applied to it, as a result the measurement ba…     

FFT和DFT在地震数据采集器幅频特性测试中的应用

在进行地震数据采集器的幅频特性测试中,当标定信号频率稍高时(约为采集器采样率1/5以上),采集器输出的正弦波形发生畸变,无法人工读取正弦波峰值.为了解决该问题,本文提出了基于离散傅里叶变换(DFT)的积分恢复算法,将该方法与快速傅里叶变化(FFT)谱分析方法同时应用于一台高精度地震数据采集器的幅频特性测试数据处理.结果表明这两种算法均能标准化、高精度地完成采集器幅频特性标定数据的计算.其中基于DFT的积分恢复算法的计算程序操作简单,能够高效率地完成数据采集器的幅频特性检定工作;并且该方法还可以应用于地震数据采集器的线性度测试.