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.     

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.     

陇东黄土高原地区建筑抗震设防参数研究

通过对陇东黄土高原区地质构造环境、历史地震影响与破坏特征、概率地震危险性计算等几方面的研究,对该区地震动参数特征进行了分析,研究了该区黄土场地及地形地貌对地震动参数的放大效应与分区特征.研究表明,陇东黄土高原地区的地震影响主要来自中远距离的大震,地震动持续时间长,长周期部分相对丰富,黄土场地及地形对地震动具有明显的放大效应,地震动参数具有明显的地貌分区特性.最后对比地震动参数区划图给出了陇东黄土高原地区建筑抗震设防参数的一些建议,认为在抗震设防参数取值中适当提高特征周期,对峰值加速度则按地貌分区取值.     

基于粘滞阻尼器的高墩大跨铁路连续刚构桥减震研究

以某高墩大跨铁路连续刚构桥为研究对象,建立了全桥空间动力计算模型,研究了在刚构桥两端桥台上设置粘滞阻尼器对刚构桥地震反应的减震效果。从减小刚构墩的地震反应并兼顾桥台自身的抗震能力两个方面考虑,总结了阻尼器的力学参数取值对结构减震效果及桥台地震反应的影响规律,探讨了阻尼器力学参数的合理取值。结果表明:(1)粘滞阻尼器可显著降低高墩大跨连续刚构桥的地震反应,其力学参数取值对刚构墩及桥台的地震反应影响规律明显不同;(2)刚构墩的墩顶、墩底截面地震内力随速度指数ξ值增大而增大,随阻尼系数C值增大而减小。阻尼器输出力随ξ值增大而减小,随C值增大而增大;(3)从桥台的稳定性角度考虑,应尽量降低阻尼器的输出力,阻尼器力学参数应选择较小的C值与较大的ξ值。     

考虑阻尼器极限状态的耗能减震体系 斜拉桥抗震性能分析

在大震或特大震下,黏滞阻尼器可能因某个极限状态的出现而发生破坏。现有在斜拉桥上设置黏滞阻尼器的研究多集中在阻尼器的参数优化上,很少考虑到阻尼器失效对斜拉桥抗震性能的影响。针对这一问题,以某三塔斜拉桥为背景,利用OpenSees平台建立斜拉桥有限元模型和可以考虑承载力及行程极限的黏滞阻尼器模型;分析黏滞阻尼器的阻尼系数和阻尼指数对斜拉桥地震响应的影响,确定阻尼器参数的取值;对不安装阻尼器、安装不考虑极限状态及考虑极限状态阻尼器等多种工况的斜拉桥进行非线性时程分析,对比各工况斜拉桥的地震响应。分析结果表明,在大震下,考虑极限状态阻尼器的耗能能力及减震效果将显著降低;不考虑阻尼器达到极限状态后失效的情况将高估耗能减震设计斜拉桥的抗震能力。     

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。     

瑞利阻尼对砂土场地非线性地震响应的影响分析

在地震荷载作用下,自由场地会产生土体侧向变形和地表响应放大现象。由于土体的高度非线性,计算自由场地地震响应时,不同的阻尼比及剪切模量取值是造成其计算结果与试验结果相差较大的原因之一。目前动力计算常采用瑞利阻尼方法,其系数取值会在一定程度上影响计算结果。选用两模态简化瑞利阻尼系数计算方法,分析土体阻尼比及控制频率的取值对计算结果的影响,对比离心机模型试验,利用开源有限元平台OpenSees,采用适合于土体动力分析的多屈服面本构模型(PDMY),建立剪切梁模型模拟三维自由场地,并分析瑞利阻尼参数对自由场地地震响应和侧向变形计算结果的影响。结果表明,针对相对密度为60%的Nevada干砂,阻尼比为4%、控制频率比为5时,场地响应计算结果与试验结果较为符合。综合分析显示场地非线性响应时域计算时,应特别注意选用的瑞利阻尼参数值。     

渤海海域软土层土对地震动参数的影响研究

渤海海域软土层土对场地设计地震动参数取值具有显著影响.选取渤海中部钻孔剖面作为计算场地模型基础,分别构建软土和硬土场地模型,并通过改变软土层厚度,构造新的场地模型.采用等效线性化方法(EL法)和非线性计算方法(NL法)分别对场地模型进行地震反应分析,分析了海底软土层土对地震动参数的影响.研究结果表明:海底软土层土对地震...     

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。     

无填充墙基础隔震RC框架在环境激励下的动力特性

对一基础隔震钢筋混凝土框架结构在无填充墙情况下进行了环境激励下的动力测试,重点利用Hilbert-Huang变换与随机减量技术相结合的方法识别了其模态参数,并与随机子空间识别法、有理分式多项式法识别的结果进行了对比。识别结果表明在环境激励下,基础隔震结构的基本周期远小于多遇和罕遇地震工况下设计计算的基本周期;等效黏滞阻尼比很小,近乎于基础固定模型。对隔震层阻尼特性的分析表明,环境激励下可以将基础隔震结构视为经典的比例阻尼系统。进一步以识别的模态参数为基准,采用优化的方法数值反演了环境激励下该结构隔震层的实际水平等效刚度,结果表明其值为多遇地震下计算刚度取值的10.75倍。     

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.     

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。     

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。     

“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。     

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.     

地震的应变张量观测与应用前景

地震发生时的动态应变场,在研究地震触发、地震破裂、地面破坏、水文和岩浆变化等方面都具有重要应用意义.地震的应变张量观测和现有的惯性地震仪观测的物理量不同.前者可以直接记录到地震发生时震源辐射的应变(应力)波,而后者记录到的是位移、速度或加速度.地震频率的应变测量在地震学中的应用前景主要表现在:①测量震源机制解理论预言的辐射4象限分布;②测量库仑应力变化;③换算成动态应力以评估地震烈度;④测量地震波的能量密度;⑤测量地震断层形变加速和形变局部化过程.用惯性地震仪的记录虽然在理论上也可以解算出动态应变值,然而种种原因导致计算结果的误差很大,往往不可接受.应变张量地震仪若能与现有的惯性地震仪配套起来,形成大规模台阵,则有可能推动应变地震学的诞生,在地震观测和地震学科领域引起重大革新.     

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.