数字地震仪频响特性与地动噪声功率谱计算

地震仪系统是一种稳定的线性动力系统,其特性可由系统的幅频特性和相频特性来描述。本文结合工作实例,分析地震仪系统的一般特性及BBVS-60和CMG-3ESP地震计传递函数的特点,给出数据计算过程中的数学解释,借助Matlab出色的计算功能,绘制地震计幅频特性曲线,并得出地动噪声功率谱值,为分析地震计频响特性、地震台站勘选噪声水平测试提供参考。     

全球地震台网（GSN）数字地震仪的传递函数

数字化记录不但提高了地震观测的动态范围和分辨率，也促进了资料利用的自动化，本文介绍了全球地震台网（ＧＳＮ）宽频带地震计、低通滤波器以及数字地震仪的幅频特性、相频特性的计算方法。     

用复曲线拟合方法确定DD-1和DK-1型电子放大地震仪的传递函数、频率特性和时间特性

地震仪的动力学特性通常是用频率域中的幅频特性和相频特性表示的,但是,合成地震图和由地震图恢复地面的真实运动都是在时间域中进行的,这就需要知道地震仪的时间特性（脉冲响应特性）。从理论上讲,可以由实测地震仪的幅频与相频特性通过快速傅里叶变换（FFT）用数值方法把时间特性计算出来,但是,计算结果表明,误差很大,尤其是在初动部分。因此,计算地震仪的时间特性应该从地震仪的传递函数出发,通过拉普拉斯反变换求得。 目前,我国基准地震台上使用三种类型地震仪:直接耦合地震仪、电流计记录地震仪和电子放大地震仪。前两种地震仪,它们的运动方程和传递函数已知,传递函数系数可以通过经典的分段标定方法求得。但是,对于电子放大地震仪,由于引入电子线路,首先必须确定电子线路部分的传递函数及其系数,然后再求出它们的频率特性和时间特性的解析表达式。 作者根据DD-1和DK-1型电子放大地震仪的分段标定结果,用复曲线拟合方法求出了它们的传递函数,并由传递函数导出了频率特性和时间特性的解析表达式,计算出了DD-1和DK-1型地震仪的幅频特性曲线、相频特性曲线和时间特性曲线。     

库尔勒数字地震台台基噪声分析

选取库尔勒地震台FBS—3数字地震仪不同时段的无震记录资料，运用傅里叶变换对其台基噪声进行频谱分析，并计算台基的平均噪声水平及仪器的实际动态范围。库尔勒地震台数字地震仪台基噪声主要来自随机干扰，噪声频段相对稳定，噪声幅度随时段有所变化。观测系统实际动态范围符合数字地震仪架设的要求。     

我国基准地震台上使用的十二种地震仪的传递函数、频率特性和时间特性

在我国基准地震台上,目前主要使用三种类型地霞仪。它们是,直接放大地震仪(包括513型中强震仪,维谢尔特地震仪(SW)和大森式地震仪),电流计放大光记录地震仪(包括62型、64型、哈林(SH)、维开克(VGK)等短周期地震仪,基式(SK)和加维(GW)中长周期地震仪,763型长周期地震仪)和电子放大笔绘记录地震仪(包括 DD—1型微震仪和 DK—1中长周期地震仪)。这些仪器在过去的观测中积累了大量地震资料。要充分利用这些资料,必须对这些资料的可靠性和精确程度做出正确估计,为此,必须确知这些仪器的动力学特性。作者的工作是,根据上述十二种仪器分段标定结果,给出了它们的传递函数,并由传递函数分别导出了它们幅频特性、相频特性和时间特性的解析表达式,最后给出了计算结果和幅频特性曲线、相频特性曲线和时间特性曲线。     

伪随机信号标定DD-1地震计

DD-1地震仪是我国台站目前使用广泛的短周期地震记录仪器,地震计是地震仪器系统中重要的拾取地面震动的传感器。因此能迅速有效、而且是作为“不脱机的”标定地震计,在实践上和理论研究上都是很有意义的。本文通过一个实地试验,扼要地说明使用二元伪随机信号能很好地标定在20Hz范围内、频率分辨率达0.1Hz的DD-1-08~＃地震计的幅频特性和相频特性试验过程和结果。     

最小相位地震仪及其相频特性的确定

本文根据最小相位系统判据,对目前我国地震台站普遍使用的几种类型地震仪做了分析指出,这些仪器都是最小相位系统;最小相位系统的相频特性可由其幅频特性计算出来.作者按照地震台站观测规范规定,标定了 DD-1型、DK-1型和基式地震仪的幅频特性.然后,用希尔伯特(Hilbert)变换由实测幅频特性计算了它们的相频特性.并把计算结果与用相位特性测试仪器实测的结果做了比较:对于 DD-1型地震仪,在从0.0125秒到12.5秒的周期范围内,最大误差小于5;对于 DK-1地震仪,在从0.05秒到100秒的周期内,最大误差小于5;对于基式地震仪,在从0.01秒到100秒的周期范围内,最大误差小于1.5.这种方法可以解决台站仪器相频特性的标定问题.标定精度比快速傅里叶变换(FFT)方法和用近似解析表达式计算方法要高.应用这种方法的关键是能对被测系统幅频特性曲线高频段和低频段的斜率做出正确的判断.这种方法的误差取决于幅频特性曲线的标定精度.用插值方法计算,计算的尾差和截断误差可以不必考虑.      

山西数字测震台网数字地震仪传递函数的测定及特性分析

介绍了山西数字测震台网EDAS-24IP+BBVS型数字地震仪传递函数的特征和测定方法,对地震仪阶跃标定及正弦标定计算分析,得出台站工作状态、地震计周期、阻尼、主零极点参数的变化情况;并对数字地震仪的频带范围、通频带的平坦程度、三分向幅频响应的一致性进行了讨论和分析。认为台网的系统特性是稳定和可靠的。     

在SeisDps实时系统中用零点、极点计算ML的过程

在SeisDps地震处理软件的实时系统中,不是用系统的幅频特性计算震级ML,而是利用台站的零点、极点和增益,将记录的数字地震波形仿真成伍德-安德森地震仪记录的波形,计算具有3 大优点的ML震级,本文主要介绍用零点、极点和增益计算ML的过程。     

CMG-3ESPC宽频带地震计稳态标定和传递函数构建

介绍了利用稳态正弦标定测定CMG-3ESPC宽频带地震计幅频特性的方法,换算仪器零、极点参数,重新计算了传递函数归一化因子并对测震系统的幅频特性进行了验证。     

温度对甚宽频地震计性能的影响

以甚宽频地震计BBVS120为研究对象,通过温度实验测试,研究温度对甚宽频地震计性能影响。结合分析关键元件材料的温度特性,讨论温度对甚宽频地震计灵敏度、幅频特性影响的原因,科学评价观测仪器的温度效应。     

宽频带地震计反馈模型分析及应用实例

根据宽频带地震计的反馈模型推导传递函数,简化为一个近似表达式,由此可以清楚看到地震计的机械电子参数是如何影响其幅度响应特性的.在EDAS-BS60一体化数字地震仪设计中,应用近似表达式来指导反馈系统参数的计算和反馈系统调试,可将EDAS-BS60内嵌反馈地震计的频率特性调整到与理论推导的传递函数相一致.     

地震台JCZ-1与JCZ-1T甚宽频带地震仪对比观测分析

采用成都基准地震台JCZ-1型和JCZ-1T甚宽频带数字地震仪同一时间段记录的地方震、近震和远震的地脉动噪声做功率谱分析.结果表明,JCZ-1和JCZ-1T型甚宽频带地震仪在主要频带内对地噪声的响应程度是一致的.在高频端和低频端JCZ-1T型地震计分辨率更高,且信噪比更高,高出10 ～ 20 dB.JCZ-1型地震计由于长期使用导致材料老化以及受环境温度或气流微量变化的影响,地震计的噪声较高,可能对地震波记录的幅值产生5％左右的影响.JCZ-1T型地震计在安装过程中所采取的保温、防气流扰动等各种防护措施是可靠的.     

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。     

六安地区BBVS-60与KS-2000宽带地震计系统性能分析

通过对六安地区BBVS-60与KS-2000地震计系统记录台基噪声功率谱密度计算,和正弦标定数据处理,尤其通过对仪器系统记录地震震相分析,比较两种类型宽频带地震计系统的性能差异,为台站地震记录震相分析与仪器维护提供技术支持.     

多通道相关分析用于宽频带地震仪自噪声检测

将多通道相关分析方法用于宽频带地震仪的自噪声检测,测量分析了Reftek 130、130 B和130 S三种地震数据采集器的自噪声检测结果以及14套Reftek 130 S连接Guralp CMG-3T地震计的自噪声一致性检测结果,同时给出了地震计的三轴正交性估计.结果表明:Reftek数据采集器设置为普通增益时在0.3 Hz以上频段自噪声高于Guralp CMG-3T地震计自噪声,设置为32倍高增益时在测量频段远低于地震计自噪声;测量的多台Guralp CMG-3T地震计自噪声结果在不同频段一致性差异较大,垂直向分量0.3 Hz以下频段可作为一致性比对参考频段,采集配置选择普通增益时0.3~2 Hz频段可作为数据采集器一致性比对参考频段;Guralp CMG-3T地震计三轴正交性误差估计平均在0.5°以内.     

利用同址比测法估计在线地震仪灵敏度

地震仪灵敏度参数的精度直接决定了地动量记录恢复的准确度.在中国国家地震台网的四个台站布设了多套参考地震仪,分别用地震事件和地脉动噪声作为信号源,用相关分析方法计算了在线地震仪相对于参考地震仪的灵敏度.结果表明:地震事件和地脉动噪声在垂直、南北、东西三个分量均可稳定获取在线地震仪灵敏度的可靠估计,并且两种方法表现出良好的一致性.对于无法中断观测的在线地震仪而言,本文提出的利用地脉动噪声相关分析估计仪器灵敏度是一个有效方法.在测试的四个台站中,蒙城台和九江台两个台站部分分量灵敏度误差超过3%,其中蒙城台的垂直向和南北向误差将近 10%.分析结果表明,对中国国家地震台网地震仪的灵敏度进行普查非常有必要,这项工作对提高我国地震台站的观测数据质量具有重要意义.     

基式地震仪（SKZ）初动特性分析

本文通过计算基式地震仪（SKZ）对于不同形态和不同初始斜率的14种归一化地震信号的响应,说明地震仪的初动特性与地震信号有很大关系。作者建议用伯拉格（Berlage）函数近似远场地动位移,并由基式地震仪的时间特性和伯拉格函数褶积计算出仪器响应。对于频率不同的伯拉格函数得出了仪器的初动特性。最后指出,用与初动分析相同的方法去分析所谓二动、三动特性,没有普遍使用意义。     

数字地震仪传递函数幅频特性及其应用的分析

数字地震资料是以一种无量纲的“数字数”(Counts)形式记录的，但在数字地震资料的应用中，却需要实际的物理量；而“数字数”与实际的物理量联系的桥梁是数字地震仪传递函数。根据这一实际需要，分析了数字地震资料的产生过程、数字地震仪传递函数的幅频特性以及“数字数”与数字地震仪传递函数的关系。这对我们的实际工作具有一定的现实意义。     

PDS型地震仪拾振器幅频特性测试

PDS型地震仪是中国地震局地球物理勘探中心研制生产的轻便数字地震仪,用于开展人工地震测深宽角度折/反射探测工作。目前,由于地震仪拾振器传递函数的缺失,导致无法从采集的人工地震波形数据中获取精确的地球动力学信息,在一定程度上限制了对人工地震数据进行深度挖掘并开展科学研究的工作。基于超低频振动台测试,利用测定地震仪拾振器幅频特性和Matlab数值拟合,提出一种拾振器传递函数辨识方法,并给出传递函数的数学表达式。实验结果表明,利用该方法可以实现拾振器传递函数的辨识,且可达到幅频特性绝对误差0.5 d B的辨识精度。