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.     

用函数变换设计速度传感反馈地震计

短周期地震计主要用于观测地方性的微小地震,用速度传感器设计的反馈式短周期的地震计的工作参数稳定性不好,是国内外观测实践都证实了的问题。借鉴位移传感反馈地震计工作参数偏差较低的思路,介绍了通过采用函数变换方法设计速度传感反馈地震计的解决方案。用函数变换方法设计的速度传感反馈地震计,既实现了加大负反馈深度又不降低噪声指标的双重目标,有加深负反馈和由闭环反馈生成的闭环周期位于通带外的优点。即便是机械摆受到环境变化的影响或随时间推移而出现了漂移或老化,其对通带内的幅频特性的影响亦较小。由函数变换电路生成摆函数的工作周期及工作阻尼与机械摆的参数完全无关,仅取决于变换电路中的两个电阻和两个电容的精度。     

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。     

地震计低自噪声测量及参数建模

本文提出一种基于对比法测定地震计相对传感参数, 并考虑分向对齐误差计算地震计自噪声, 再利用连续3天以上的自噪声数据提取获得地震计低噪声数据的方法。 通过理论分析和实际数据计算检验表明, 采用这一套方法提取地震计的低噪声数据, 对数据选择的要求大大降低, 有利于客观、 稳定地获取地震计的自噪声数据。 此外, 通过参数建模, 获得地震计自噪声曲线的拟合多项式, 直接计算自噪声参考频点数值, 可以避免在实际曲线上读数时受到的计算误差引起的波动影响, 得到客观、 稳定、 可靠的地震计自噪声参数数据, 有利于地震计性能比较评价。 最后作为实例, 给出了采用本文算法计算出的4种国产地震计的自噪声模型及低自噪声参数。     

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。     

对齐误差对测试地震计自噪声的影响

本文在理论上研究了对齐误差对测试地震计自噪声的影响。指出对齐误差影响到2台仪器记录间的计算互功率谱密度, 进而影响到被测仪器记录间相干函数计算, 最终影响到被测仪器的自噪声计算。发现当存在对齐误差时, 在信噪比较高频段计算得到的自噪声水平比仪器的实际自噪声水平要高, 在一般的实际测试中可能高20 dB以上。为了消除对齐误差对自噪声测试的影响, 提出通过投影逆变换把观测记录变换到标准坐标系下, 再用变换后的观测记录来计算地震计自噪声。给出了基于以上思路和传感参数对比测试方法的地震计自噪声计算处理流程, 合成数据、 实际测试数据的处理检验计算结果表明, 本文方法可以有效克服地震计自噪声测试中对齐误差的影响。     

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。     

地震台站标准化中地震计防震加固装置试验分析

本文根据地震观测台站标准化对地震计等专业设备开展防震加固的要求, 对地震传感器加装防震装置后开展振动台测试与台站观测数据一致性分析。 振动台测试结果表明在振动台面出现PGA大于103.2 cm·s^-2时, 地震计出现了明显位移现象, 因此, 建议地处场地烈度大于Ⅶ度区台站地震计须加装防震装置; 我们采用平方相干方式对台站观测数据进行一致性分析, 通过频域与时域对近震和远震记录进行对比, 发现加装防震装置与未加防震装置地震计系统一致性无明显差异。     

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。     

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。     

地震台阵流动地震仪的检测与标定方法研究

流动地震仪组成的台阵观测系统已经成为地下结构、物性探测的基本工具,高质量观测数据的获取是以地震仪的性能为基础的。本文结合中国地震科学探测台阵系统建设与维护实践,介绍了科学探测台阵系统采用的几项检测标定技术,包括超低频振动台标定、仪器一致性组网检测、白噪声标定和现场快速仪器检测,形成了一套适合地震流动台阵仪器的检测标定方法,并在观测实践中获得较好的应用。     

Seismometer self-noise estimation using a single reference instrument

A new method is presented for the self-noise estimation of a seismometer using a single, side-by-side, reference instrument and taking into consideration the misalignment in the orientation of both seismometers. The self-noise of seismometers is extracted directly from the measurements without using any information relating to the transfer functions. This procedure can be applied if the self-noise of the reference seismometer is well known and defined, or if the self-noise of the reference seismometer is sufficiently below the self-noise of the tested instrument and can be neglected. The latter case applies to this study. An algorithm is also developed where we apply self-noise data in order to determine the orientation misalignment between two seismometers, which is then resolved in three-dimensional space. This new method provides an estimate of the self-noise and can also be used to extract some parameters of the installed seismic system in comparison with the reference seismic system, such as generator constants and seismometer orientation or to eliminate unwanted noise sources, which have their origin in the seismic station’s design. The new technique was applied to the CMG-3ESPC and CMG-40T seismometers, where an STS-2 instrument served as the reference seismometer.     

地震计位置校正

地震计与授时和定位用的GPS天线的分离,造成地震计位置的误差,这种现象在地震计置于山洞的地震台中是普遍存在的,对于井下地震计来说,在高度上也有300m左右的误差。结合邯郸台网的具体情况,分析了台站地震计位置普遍存在误差的现象,给出一种简单的校正方法,并对涉县台地震计位置进行校正,最后讨论地震计位置的偏差对地震定位的影响。     

江苏省测震台网井下地震计方位角检测

为获取江苏省测震台网井下地震计精确方位角,架设地面参考地震计,将其精确指北,并与井下地震计检测结果进行对比,利用相关分析法计算22个深井台站精度较高的方位角。研究结果表明,受多因素制约,井下地震计检测结果普遍偏差较大,部分台站水平向分量几乎反向,如提井,需重新进行方位角检测;地面与井下地震计同频带有利于提高相关性,从而获取高精度检测结果;利用不同频带地震计进行井下地震计方位角检测时,对较宽频带地震计进行仿真处理尤为重要;溧阳2台站新建井下地震计检测结果表明相关分析法可应用于井下地震计方位角检测;尽可能选择台基噪声功率谱密度曲线具有明显波峰频段作为滤波频段,有利于提高地面与井下地震计观测数据相关性,提高方位角检测精度。     

山西测震台网地震计工作状态检测及故障原因分析

以山西省测震台网部分台站使用的地震计为研究对象,选取一段时间的脉冲标定波形数据进行计算,根据脉冲标定处理结果分析得出地震计工作周期和阻尼变化的特点及原因,结合测震台网运行与维护实际工作经验,提出了检测地震计工作状态的思路和方法。实践证明,采用定期检测地震记周期和阻尼的变化可以在一定程度上反映出测震台站地震计运行的工作状态。     

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.     

Determination of a seismometer’s generator constant, azimuth, and orthogonality in three-dimensional space using a reference seismometer

To accurately predict the performance of a seismometer, knowledge of its key parameters is required. We present a new method that requires a single reference instrument to estimate some of the important parameters of the seismometer, such as the ratio of the generator constants, the orthogonality deviation, and the rotation in space and in the horizontal plane with regards to the reference instrument. The procedure is performed in the three-dimensional spaces where the Euler rotation theorem is applied in order to define a transformation, which is then used to transform the detection of the reference seismometer as well as the detection of the instrument under test. The estimated transformation matrix is defined as an upper triangular matrix, where its elements contain the information regarding the parameters of the tested seismometer, which are then evaluated using the Euler angles. The new method has been verified on a pair consisting of two STS-2 seismometers and on a pair consisting of one CMG-3T and one STS-2 seismometer.