磁通门经纬仪磁传感器的研制

结合磁通门地磁经纬仪的观测特点,对磁通门传感器模型进行理论分析,选择具有高磁导率的1J86坡莫合金,和具有相同热膨胀系数、高塑性、较高持久蠕变强度的GH128合金,分别作为磁芯和骨架材料,采用跑道形磁芯结构作为设计磁通门传感器的核心部分.对设计的磁通门传感器进行技术指标测试,结果表明,实验磁通门传感器优于设计要求.     

TDT-25型地温传感器的设计

介绍了专用于地震前兆观测的TDT—25型地温传感器的设计原理及其各个功能模块的工作原理。文章还给出了该地温传感器的测试结果和应用图例，证明该传感器完全满足地震前兆观测的需要。     

磁芯感应线圈传感器综述

回顾了地球物理领域应用广泛的磁芯感应线圈传感器.详细介绍了它的工作原理;给出了详细的设计公式和步骤;分析了三种形式的磁芯损耗,表明了材料是影响传感器性能的主要因素之一,比较了铁氧体、坡莫合金和无定形材料三种材料的不同特点;分析了传感器频率特性及频率补偿电路对频率特性的改善;介绍了两种不同的输出信号处理方法;指出了磁芯线圈传感器的设计难点在于磁芯的制造工艺和绕线方法;标定是传感器研制的一个关键步骤,标定对环境要求极高,需要在磁屏蔽室内进行,介绍了中国地震局地球物理研究所的大型磁屏蔽室结构;地磁场的补偿是标定系统的一个难点,一般采用一个单独的参考磁力仪对地磁场进行补偿.     

三轴磁通门探头球型反馈线圈的设计方法研究

长周期大地电磁测量要求三轴磁通门传感器具有低的噪声水平及高稳定性,根据实际需求设计一个尺寸合适的球型反馈线圈可以有效提高反馈磁场的均匀性,进而降低磁通门传感器的噪声水平.本文首先分析了非均匀反馈磁场引入磁通门噪声的机理,然后根据毕奥-萨伐尔定律和矢量叠加原理,以等间距多个单匝线圈构成单轴绕组的形式,建立了球型反馈线圈轴线上的轴向磁场分布及磁场均匀度数学模型,在给定磁场均匀度和球型反馈线圈直径的条件下,运用控制变量法确定了球型反馈线圈的单匝线圈数量和间距等关键结构参数.我们把设计的结构参数代入球型空间磁场分布数学模型,验证了本设计方法的正确性.最后,按照设计的结构参数制作了基于球型反馈线圈磁通门探头的三轴磁通门传感器,通过与体积相近的基于亥姆霍兹型反馈线圈磁通门探头的三轴磁通门传感器对比测试噪声水平,结果表明球型反馈线圈磁通门探头能够使得三轴磁通门传感器具有更稳定和较低的噪声水平.     

基于光纤光栅的高精度测温传感器研究

利用光纤光栅对温度和应变同时敏感的特性,我们设计制作了一款满足地震前兆观测中地温观测精度要求的双金属光纤光栅温度传感器,并首次对温度增敏后的光纤光栅传感器样品进行了精度分析,得到该传感器的精度达到士0.05℃,获得了现今光纤光栅温度传感器最高的分辨率0.0014℃/pm.该传感器的成功研制从实验上证明了光纤光栅用于地震前兆观测的可行性,为地震前兆观测的光学化打下了坚实的基础.     

数字化力平衡加速度传感器设计与应用

在传统模拟式力平衡加速度传感器技术的基础上,通过改进传感器机械结构、内嵌高精度采集器等方法,设计了1款数字化力平衡加速度传感器。针对传感器中三通道模数转换要求完全同步、高分辨率、高采样率等技术难点,本文选用高精度ADS1294模数转换器,以同1个驱动信号完成三通道同步模数转换,实现低干扰、高分辨率的模数转换;采用高速ARM微处理器对模数转换数据进行大容量数据存储、高速数据通讯、数据处理、波形显示和电源管理;采用高精度线性电源芯片作为可开关控制的高精度电源,实现仪器整机低功耗管理。该数字化力平衡加速度传感器实现了大动态测量范围、三通道同步数据转换、高达1000Hz的采样率,且具有网络通讯接口等功能。     

手持式钻孔应变仪井下传感器现场检测装置的设计和应用

介绍了在WIN CE控制平台下设计的一种钻孔应变仪井下传感器现场检测装置.设计采用了基于32位ARM工控触屏板以及嵌入式Windows CE操作系统作为软硬件平台,集成了 485通信接口和多通道高精度模拟信号的数据采集单元,实现对钻孔应变仪井下传感器(应变传感器、气压、水位、水温传感器)部分的控制、调零、故障检测等功能...     

压电智能骨料的动态响应性能试验研究

基于压电陶瓷材料,设计制作了能够埋入混凝土内部的"智能骨料",作为传感器进行动态应力测量。根据压电陶瓷片尺寸将传感器分为A型和B型。采用电荷放大器和LMS数据采集系统,对应力传感器在动力加载下的响应进行试验分析。研究发现,传感器表面实测应力与电荷放大器输出电压之间有良好的线性关系;在相同的加载速率下,B型应力传感器的灵敏度系数要高于A型应力传感器,量程小于A型应力传感器。     

基于建筑能耗检测的传感器级中间件设计

目前,随着我国城市化进程的不断加快,建筑能耗成为能源消耗的一个重要组成部分。建筑能耗的实时检测、采集和分析,对制定合理的节能策略、提高能源利用效率、实施节能减排措施等具有重要意义。传感器作为建筑能耗检测的基本器件,在整个检测系统中起着举足轻重的作用。但是因为总线标准和生产厂家的不同,不同标准传感器不能在一个检测系统中使用。为克服这一不足,基于当前的中间件技术,本文采用模块化方法开发了传感器级中间件。首先,介绍了中间件的定义和分类;然后,采用模块化的方法,将系统分为传感器数据采集、RS485/CAN 232、RS485/以太网、RS232/RS485等模块,进行了传感器级中间件相互通讯格式转换的设计;最后进行了测试。测试表明,利用该传感器级中间件,标准的电信号传感器可以以RS485、CAN 232、以太网、RS232接口输出,该中间件的设计为增强建筑能耗检测传感器数据的开放性和互换性提供了一条技术路线。     

CBT型钻孔倾斜传感器振动时效预老化系统试验研究

CBT型钻孔倾斜传感器是我国地倾斜测量的重要仪器，只有保证倾斜传感器的高灵敏度和高自身稳定性，才能获得优质的观测数据。以往采用热处理和自然时效的方式消除传感器残余应力，进行预老化处理，提高传感器自身稳定性。该处理方法虽行之有效，但周期较长，难以满足日益增加的台站建设需要。为此，本文构建实验室倾斜传感器整机预老化系统，开展倾斜传感器快速消除残余应力试验，并跟踪传感器样品在阿图什台站的安装使用效果。通过实践证明，振动时效预老化工艺可有效消除传感器残余应力，有利于倾斜传感器的快速稳定。     

地震电磁扰动感应式磁传感器研制

地震电磁扰动观测需要研制高灵敏度、低噪声的感应式磁传感器。本文通过对感应式磁传感器等效电路的分析,得出增加磁芯的有效磁导率以及线圈的有效面积可提高传感器性能的结论,进而完成感应式磁传感器设计。通过理论分析及实践检验,研制的感应式磁传感器可以满足地震电磁扰动观测的需要。     

地震动参数速报仪的研制

在出现区域大震后,为了迅速展开有效的应急救援行动,需要及时准确了解烈度分布.目前震动图的获得有震后人工调查、震源参数计算、地震监测台网、地震烈度速报台网等几种方式,其中最有效的是在重点监护区建立烈度速报台网.但烈度速报台网建设往往沿用地震监测台网的模式,建设成本高、台站密度有限、实时数据传输量大.本文研制的地震动参数速报仪采用MEMS加速度计为测震传感器和ARM+Linux嵌入式计算机技术,具有体积小、成本小、功耗低、一体化、智能化的特点;其内置地震信息实时处理算法,能够自动判别地震事件并计算地震动参数;在实际应用中安装简便.通过大量密集布设这种小型仪器而组建的地震动参数速报网络,具有数据传输量小、分布式计算、组成的速报网络可靠性高、能够快速产出高分辨率的精细震动图等特点.     

强震观测用MEMS型加速度计研究

强震观测中记录的加速度时程是城市大型建筑抗震设计的重要依据,为城市抗震设防提供可靠的数据支持。因此,对加速度计在稳定性、线性度、动态范围和直流响应等性能方面有着很高的要求。提出利用静电力反馈控制技术与传感器技术相结合形成闭环力平衡式MEMS加速度计,使之具有良好的低频特性。并采用四阶ΣΔ调制器完成低噪声信号采样,确保其动态范围高于140 dB,完全满足现有强震观测规范对该项指标的要求。     

Design and application of structural health monitoring system in long-span cable-membrane structure

Cable-membrane structures have small rigidity and are highly sensitive to wind. Structural health monitoring is necessary to ensure the serviceability and safety of the structure. In this research, the design method of a structural health monitoring system is using the characteristics of a cable-membrane structure. Taking the Yueyang Sanhe Airport Terminal as an example, a finite element model is established to determine the critical structural components. Next, the engineering requirements and the framework of the monitoring system are studied based on the results of numerical analysis. The specific implementation of the structural health monitoring is then carried out, which includes sensor selection, installation and wiring. The proposed framework is successfully applied to the monitoring system for the Yueyang Airport terminal building, and the synchronous acquisition of fiber Bragg grating and acceleration sensor signals is implemented in an innovative way. The successful implementation and operation of structural health monitoring will help to guarantee the safety of the cablemembrane structure during its service life.     

高层建筑时程分析中地震动时程选择和修改方法研究

合理的地震动时程选择与修改方法对于高层结构的抗震设计具有重要意义,有着广泛的工程应用.本文回顾了建筑抗震设计规范对于输入地震动时程的规定,通过对现有的地震动时程选择与修改方法进行分类和定性分析,挑选了两种与规范要求衔接较好的方法.结合具体算例对两种方法进行了定量分析,结果表明以安评设计谱作为选择指标,利用最小二乘法对选择的地震动时程进行修改,可以得到离散较小且符合规范要求的地震动时程,该成果能够在现行规范要求下为结构的抗震设计提供合理可靠的依据.同时,本文也对未来地震动时程选择与修改方法的研究和发展方向进行了展望,指出条件均值谱和非弹性反应谱将是该领域未来主要的研究方向.     

地震行业网络安全等级保护建设思路与部署应用

简要介绍地震部门为积极落实国家网络安全要求,依据“网络安全法”“网络安全等级制度”等相关要求,结合地震行业自身业务特点与安全需求开展地震行业网络安全等级保护工作的规划、设计与部署应用;着重分析地震行业面临的主要安全问题与系统性风险、现阶段行业网络安全的总体规划与“合规性”的建设思路;分析并解决等级保护规划设计中的业务难点、技术难点与实施难点。     

Control design for seismically excited buildings: sensor and actuator reliability

In this paper we present control design methods that provide desirable levels of performance and simultaneously account for actuator and sensor reliability (or malfunction) for buildings under seismic excitations. Performance is defined in terms of the disturbance attenuation (i.e. L₂ gain) from the disturbances to the controlled outputs of the system. The reliability of actuators and sensors refers to the deviation of actual control forces or actual sensor measurements from their ideal levels. Simulation results for a six‐storey building are used to demonstrate the effectiveness of the control analysis and design method presented. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

Optimal Design of Multitype Groundwater Monitoring Networks Using Easily Accessible Tools

Monitoring networks are expensive to establish and to maintain. In this paper, we extend an existing data‐worth estimation method from the suite of PEST utilities with a global optimization method for optimal sensor placement (called optimal design) in groundwater monitoring networks. Design optimization can include multiple simultaneous sensor locations and multiple sensor types. Both location and sensor type are treated simultaneously as decision variables. Our method combines linear uncertainty quantification and a modified genetic algorithm for discrete multilocation, multitype search. The efficiency of the global optimization is enhanced by an archive of past samples and parallel computing. We demonstrate our methodology for a groundwater monitoring network at the Steinlach experimental site, south‐western Germany, which has been established to monitor river—groundwater exchange processes. The target of optimization is the best possible exploration for minimum variance in predicting the mean travel time of the hyporheic exchange. Our results demonstrate that the information gain of monitoring network designs can be explored efficiently and with easily accessible tools prior to taking new field measurements or installing additional measurement points. The proposed methods proved to be efficient and can be applied for model‐based optimal design of any type of monitoring network in approximately linear systems. Our key contributions are (1) the use of easy‐to‐implement tools for an otherwise complex task and (2) yet to consider data‐worth interdependencies in simultaneous optimization of multiple sensor locations and sensor types.