低频标准振动台系统和振动校准技术研究

校准是保证传感器测量数据准确的前提。低频振动传感器在地震观测、土木水利与建筑工程、机械与运载工程、能源与矿业工程等领域愈来愈获得广泛应用。这些传感器都需要在低频振动标准装置上进行校准,而低频标准振动台是低频振动标准装置的关键设备,低频标准振动台的设计和制造技术通常决定了一个国家低频振动校准的水平。振动台在校准中用于产生标准振动信号,通常情况下是正弦信号,但校准激励信号有从稳态正弦信号向随机信号发展的趋势。目前,低频振动传感器的校准通常是在实验室进行的,但是一些在线监测系统对传感器的现场校准提出了要求。本文重点研究了以下3方面内容:(1)低频标准振动台的控制技术。建立了低频标准振动台的数学模型,并实际设计了一种便携式的低频标准振动台,对设计的低频振动台进行了测试。测试结果表明,该振动台加速度信号可以低至0.5Hz,速度信号可以低至0.1 Hz,能够满足一般低频振动传感器的校准需要,可满足省一级的计量机构、振动传感器生产商以及大量使用低频振动传感器单位的校准需求。(2)对以地震波作为激励信号的校准方法进行了研究。探索了在低频标准振动台上产生地震波的方法,在中国地震局工程力学研究所的低频标准振动台上实现了地震波复现,大部分情况下复现的地震波与原始地震波记录的相关系数可以达到0.95以上。随后以地震波作为校准激励信号,对传感器进行了校准,将校准结果与激光干涉法振动绝对校准方法的校准结果进行了比较,获得了理想的结果。(3)对振动传感器的现场校准方法进行了探讨。虽然以往自标定(校准)方法一直在使用,但并未对系统进行详细的分析研究。本文针对4种类型的内置校准线圈传感器,分别利用自校准方法和激光干涉法振动绝对校准方法进行校准。2种校准方法的校准结果表明,低频段(10Hz以下)结果一致,高频段有偏差。以无源伺服式振动传感器为例,对自校准下的传感器数学关系进行了系统的分析,自校准时的反感应电动势、感抗(自感和互感)是造成这种偏差的原因。本文第一章阐述文章的背景,第二、三、四、五章是文章的主体,对本文重点研究的问题进行了阐述。第六章对未来的工作进行了展望,提出了低频标准振动台的发展方向和实用的现场校准系统实现的方法。     

简讯

《工程振动测量仪器和测试技术》 一书问世 （本刊记者） 中国地震局工程力学研究所杨学山研究员编著的《工程振动测量仪器和测试技术》一书已于２００１年１０月由中国计量出版社出版。 该书就工程振动测量仪器和与工程振动有关的实验技术作了较为系统的介绍。全书共分１８章，主要内容包括：工程测振仪基本理论、与工程测振有关的各种拾振器、与工程振动有关的各种激振设备、工程测振仪的校准以及工程振动测量中的其他技术问题等。该书侧重于土木建筑工程中低频或超低频振动测量的仪器和实验技术。 该书可作为有关专业研究生的教材，也可…     

自标定法在低频振动传感器参数校准中的应用

介绍了自标定法在低频振动传感器参数校准中的应用,阐述了该方法用于校准的理论依据及适用范围,并将自标定法获得的校准数据和用振动标准装置获得的校准数据进行了比较,通过实测数据证实了自标定法的标定结果在一定的频率范围内是可信的.由于自标定法不需要复杂的标定设备,简单方便,因此具有较好的实用价值.最后,分析了自标定法的误差来源...     

DZB-1B型自动标定器的幅度测量与标准

关于地震模拟信号自动标定器输出幅度的测量与校准是一个需要解决的问题。从前我们一直未进行这项工作,国内计量部门也无法解决地震系统常用的超低频信号(0.01Hz—10Hz)的测量与校准问题。我们经过不断探索、研究及反复实验,较好解决了这一问题。     

宽频带超低频标准振动台的研究

主要介绍了为中国地震局工程力学研究所振动计量实验室的技术升级项目研制的垂直和水平超低频振动台.水平振动台采用单导轨结构,大大提高了振动位移,达150mm(p-p),同时加宽了使用频率范围,可从0.01～250Hz ,而且加工、安装、调试、维护都十分方便.振动台取消了机械弹簧,代之以自动控制电弹簧,比原振动台的超低频性能大为改善,在控制方面,采用相对速度与绝对速度复合反馈技术.振动台的波形失真度,振级稳定性、横向振动比、低频背景噪声等各项技术指标达到或超过国际标准,为低频、超低频振动传感器的检定提供更精更准确的检定装置.     

991型超低频测振仪

本文介绍了 991型超低频测振仪的原理和技术性能 ,它可用于大跨度桥梁和高层建筑的超低频(0 .0 5Hz)大位移 (± 4 0 0mm)的振动测量 ,亦可用于其它结构的低频振动测量     

超低频振动测量中振动参量及仪器的选择

本文讨论了超低频振动测量中的参量选择问题,指出以位移和速度参量为宜,同时强调拾振器应采用有源伺服式速度计。文中给出了两种超低频振动测量问题的实例。     

超低频振动实验室设计及应用

根据超低频振动标准装置的研究现状和应用需求,研究和建立了四川省地震局振动标准装置,其频率范围为0.002~160 Hz、振幅为峰-峰0.1 m、承载15 kg、波形失真度优于1%。介绍了超低频振动实验室设计定位与相关参数选择,装置的结构组成以及基础设计。最后对装置的实测,结果表明:装置能够满足四川省地震局对地震计检定的要求。     

速度型拾振器低频特性的拓展技术研究

本文介绍了速度型拾振器低频特性的拓展技术研究．在小体积的往复式摆上利用无源伺服技术、有源伺服技术和闭环极点补偿技术,实现了速度型拾振器低频特性和测量量程的扩展,满足了(超)低频工程振动测量的需要。     

小型伺服式电动振动台

本文介绍一种用于标定（超）低频振动传感器的小型伺服振动台的原理和性能，振动台采用了闭环伺服技术，降低了低频段的失真度，拓宽了小型电动式振动台的低频使用范围，在小型振动台上实现了低频振动传感器的标定。     

中国新研制的低频振动计量标准系统通过鉴定

报导了1983年11月15～18日在北京召开的“低频振动计量标准系统科技成果鉴定会”和“低频振动计量标准鉴定会”的概况,文章扼要回顾了中国低频测震系统,简介了新研制的低频振动计量标准系统的性能指标,以及对该标准系统进行检测和考核,并通过鉴定的简要过程。     

用超低频无线电装置的电磁场监测北高加索地震活动性的实验研究

研究了利用强功率源超低频无线电装置监测地震活动性的前提。这种装置能产生谐波可变超低频电磁场。给出了所利用的АКФ-2型测量仪器的简单特性。分析了在北高加索进行实验的一些结果。证明了在接近装置方向图最小方向上(天线系统的赤道区)记录2700 km远处超低频无线电装置信号的可能性。判定了能显示出用超低频无线电装置预报地震前景的阻抗的时间稳定性。比较了超低频无线电装置电磁场和天然电磁场测量的结果。     

941B型超低频测振仪的研究

本文介绍了941B型超低频测振仪的原理和技术性能.将无源电路补偿技术应用于优化设计的往复式小质量摆上,实现了测量量程和低频特性的扩展,克服了回转摆式低频测振仪簧片易损、需要调零、频带较窄的缺点.该仪器不仅可用来测量地面和工程结构的超低频振动的加速度、速度和位移,而且可用于爆破、冲击等较高频的振动测量.     

低频标准振动台系统的相对复合自反馈技术

地震计的校准需低频标准振动台系统产生失真度较低的正弦波,速度反馈广泛用于低频标准振动台系统的失真度降低,然而却会提升整个系统的高频共振峰。为了降低该共振峰,文中提出一种不需要传感器就可以提取振动台加速度信号的技术,并将该信号与速度反馈信号叠加从而降低了该共振峰,然后再通过加大电子阻尼的方法来改善振动台的低频特性。仿真结果表明：加速度反馈可以有效降低整个校准系统的高频共振峰,但反馈量过大会增加低频共振峰,选择合适的参数可以避免低频共振峰的产生。通过加大阻尼进一步降低了振动台的低频下限。最后通过实验验证了复合反馈的作用。为进一步改善电动式振动台的低频失真度,研究低频下限与低频失真度的关系打下一定的基础。     

振动采油在我国某油田的实际应用

应用超低频可控震源进行振动采油，是当今石油工业提高原油采收率的一种新的辅助手段。我院根据国内外的发展动态和振动采油的特点，在我国东北某油田进行了振动采油试验。本文将对其中一个周期的试验过程和效果进行综合分析。试验结果表明，振动采油增产效果明显，经济效益显著     

对低频振动台振动波形的超低频失真度量值测试报告

波形的非线性失真度是评定振动台运动精度的一项重要技术指标,而目前国内外还没有直接测量波形频率低于2Hz的失真度仪,这就限制了低频标准振动台的使用范围,而这正是地震系统及其它一些低频测振系统共同关心的部分。本文提出的超低频波形失真度测量法,是应用FFT方法在频域上展示并量取各次谐波幅值,通过简单计算得出超低频失真度量值。我们已用该方法对中国计量科学院生产的垂直向低频标准振动台和水平向振动台作了频率低于2Hz的失真度量值测试,并获得结果。在国内首次扩大了该套振动装置的使用频率下限,为地震仪及低频测振仪的标定工作作出了贡献。该方法也适用于其它如机电转换装置及电信号发生、记录、转换装置的失真度量值测试。     

基于极差归一化变换的超低频地震电磁场事件提取方法研究

介绍一种高采样率超低频地震电磁场观测系统,通过对几种事件分析和提取方法的优缺点讨论,引入一种新的事件判定和提取方法,即极差归一化变换法,利用该方法对怀来地震台的超低频地震电磁场试验观测数据进行分析处理.研究结果表明:极差归一化变换法在事件阈值计算中不受观测数据幅度变化的影响,且受到背景噪声干扰的影响比较小,是一种比较有应用前景的超低频地震电磁场事件提取方法.     

振动台导轨不平顺对地震计低频测试结果的影响

对振动台在大行程移动过程中导轨不平顺引起的倾斜效应进行了理论分析，选择0.1 Hz及以下频点开展振动台导轨不平顺引起的台面倾斜对测试结果影响的定量化分析。结果表明，振动台面在移动过程中的不确定倾斜对地震计水平分量灵敏度的影响大于对垂直分量灵敏度的影响。采用高精度水平仪获取水平振动台在不同行程下的运动轨迹起伏变化，并基于倾斜效应的影响机制，用Labview语言实现补偿系统，在地震计的振动测试中对测试结果进行动态补偿。测试结果表明，经过动态补偿，导轨不平顺不再对灵敏度校准结果存在明显制约，可大幅提高地震计的低频测试精度。     

地震传感器的量值溯源方法

地震传感器在地震学研究与防震减灾领域应用广泛,数量众多,将其测量量值溯源到国际单位,能够保证测量结果准确和统一。文中对地震传感器测量量值进行量值溯源的必要性进行了叙述,说明了地震传感器的量值单位与国际标准单位的关系。对地震传感器量值溯源的途径以及与校准之间的联系进行了阐述。以力平衡加速度计为例对地震传感器的工作原理进行了说明。参照有关的国际标准,研究了基于正弦逼近法的地震传感器绝对法校准的技术要求,并给出了量值溯源框图,为建立地震传感器的量值溯源体系提供了技术依据。最后对低频振动校准的技术发展方向也作了阐述。     

超低频波与带电粒子的非线性相互作用

超低频波在日地能量传输和磁层—电离层耦合过程中都扮演着十分重要的角色,其在调节整个太阳—地球系统的能量流方面的研究一直是空间物理领域最重要的研究方向之一.超低频波是带电粒子在内磁层辐射带中加速和扩散的主要原因之一,磁层中的带电粒子具有典型的垂直于磁场的漂移运动和平行于磁场的弹跳运动,超低频波的频率范围能够覆盖带电粒子的...