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。     

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.      

DD-1地震仪频率特性的利用

本文选用1981年以来广西各地震台利用分段标定法测定的 DD-1仪动态放大倍数的资料,计有102个分向共1734个不同频率下的动态放大倍数数据,求得平均频率特性,并与理论公式计算的频率特性比较,结果两种方法求得的频率特性吻合很好。从用1秒时的放大倍数及频率特性推算的动态放大倍数与实际标定的放大倍数的偏差统计看,若不考虑频率大于10Hz 或低于0.5Hz 的部分,则推算的放大倍数有用率达98.5%以上,85%以上的放大倍数数据偏差小于5%。由此看,使用频率特性推算的动态放大倍数是可行的。     

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。     

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。     

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。     

地震仪标定计算程序

仪器标定是一项严格、细致的工作。以前台站仪器标定都是人工测量和计算的。而大量繁锁的人工计算即费时间又容易出错。根据目前一般台站多具有PC-1500微机的情况。编制了用于PC-1500微机的《DD-1、DK-1型地震仪标定计算程序》。本程序可以对DD-1型、DK-1型地震仪的拾震器和放大器——记录笔系统,分别将测量结果进行综合计算。使用前只须把程序输进机器,计算时调出,然后依次输入振幅,     

地震仪通频带对测定震级的影响

地震仪对地震波的影响是由仪器的频率特性决定的。由于不同频率特性的仪器,对地震波的响应是不同的。测定震级所使用的频率范围依赖于所使用的仪器。短周期DD-1地震仪整机频在0.1—1.0秒这段频带范围内,动态放大曲线几乎是平坦的,超过1秒,曲线急剧下降,因此DD-1只适应一秒以内地震波的震级计算。中长周期SK地震仪的通频带基本上落在0.1—10秒范围,在其通频带范围内,动态放大倍数基本稳定。长周期763地震仪,它的频率     

温度对DD—1微震仪的影响

本文就发现常熟地震台 DD-1型短周期地震仪脉冲监视标定记录波形振幅的变化,与工作环境温度变化有较好的对应关系,对监视标定器本身、对地震仪拾震器、放大器及记录笔头受温度影响情况进行了理论分析、探讨,并对拾震器、放大器、记录笔头进行了温度试验等.此外还对使用自动标定器 DD-1仪器整机一次标定法标定,计算一年3次标定的仪器放大倍率与温度变化有直接关系,并给出了具体随温度变化的数据等.     

高斯牛顿迭代法在地震计传递函数计算中的应用

介绍了利用地震计对阶跃电流标定或稳态正弦电流标定的响应波形获取地震计传递函数的方法。对阶跃标定电流的响应波形进行傅立叶变换(FFT)和扣除阶跃信号频谱的运算获得地震计的幅频特性;从稳态正弦标定电流的响应波形可直接提取幅频特性,然后用高斯牛顿迭代法拟合出地震计传递函数的各个系数。该方法的最大优点是只需要已知幅频特性或其有限离散点的数值就可以拟合出地震计的传递函数,较目前常用的需要同时已知幅频和相频特性的拟合方法更为方便和实用。     

A method for calculating the transfer function of digital seismograph system

With the development of science and technology, the digital seismograph system has been adopted in largequantities for earthquake observation in China in recent years, which will replace gradually the original analogseismograph system. This is a big leap in the earthquake observation. The digital seismograph system make it pos-sible for us to perform fast great earthquake reports, obtain more information from earthquake records, whichcomes from the Earth interior media and the source process, and carry out further the researches on seismic sci-ence.……     

短周期地震仪接收函数的可行性分析——以新疆和田地震台阵为例

利用新疆和田地震台阵3 km孔径范围内架设的9个子台(包括1套宽频带和9套短周期地震仪)记录的3年远震波形数据,对比研究和分析了短周期地震仪接收函数的稳定性和可靠性.通过比较和分析短周期和长周期地震仪获取的接收函数波形,结果发现:(1)短周期地震仪记录与宽频带地震仪记录得到的接收函数有很好的一致性,且具有较高的稳定性,无论α取值为1.5还是2.5,短周期地震仪接收函数与宽频带地震仪接收函数都具有较强的线性相关性(相关系数0.9),但Ps震相均存在小幅的振幅差(约20%);(2)采用接收函数震相到时信息的方法(如H-κ叠加搜索),短周期地震仪可以代替宽频带地震仪;(3)由于短周期地震仪缺乏0.155 Hz以下的低频信号和在1 Hz以下频段非线性的振幅响应,仅仅采用短周期地震仪接收函数波形反演台站下方S波速度结构,获得下地壳到上地幔顶部的速度偏差较大(约0.3 km/s),可能会造成错误解释(如下地壳低速层),因此需要和其它对波速值敏感的数据(如面波频散)进行联合分析.     

Determination of Seismograph System Transfer Functions By Inversion of Transient and Steady-State Calibration Responses

The methods and software tools for the identification of the low-frequency portion of seismograph system transfer functions from transient (Dirac or step-impulse) calibration responses and of the high-frequency portion from steady-state (sinusoidal) calibration data are described. The presented procedures allow fast in-site determination of the overall Laplace transfer function of the analog stages of arbitrary seismograph systems. The developed identification software, which may also be employed for determining transfer functions in PAZ (p oles a nd zeros) format from steady-state calibration data given graphically or in the form of FAP (f requency- amplitude-p hase) triplets, has been made publicly available on the INTERNET. The paper is expected to prove useful especially for seismologists faced with the problem of specifying reliable calibration headers for digital upgrades of standard-class analog seismographs, for non-standard feedback-controlled seismograph systems, or for seismometric channels comprising inverse or simulation filters.     

电流计耦合地震仪的脉冲响应及初动分析

从理论上研究了电流计耦合地震仪的脉冲响应.用数字计算的结果分析了基式仪脉冲响应的基本形态特征.给出了仪器对于几种不同形式的地动位移函数的响应的解析解.利用数字计算的结果求得了基式仪的初动特性.结果表明,仪器的初动特性和稳态特性之间确实存在极大的差异.      

广州台DK—1型地震仪的技术改造

广州台ＤＫ－１型地震仪的技术改造包括对拾震器摆的检查与校正；对摆的不同固有周期常数的测定及试记。利用７６３型仪器的垂直向拾震器代替ＤＫ－１仪器垂直向拾震器等。一年来的试验表明获得了满意的效果。     

The constants of equivalent systems without feedback for computing the responses of electromagnetic seismographs with several galvanometers

Summary The amplitude and phase responses of electromagnetic seismographs with an arbitrary number of galvanometers, used to increase the dynamic range of the seismograph or to filter perturbing oscillations, are derived. The fundamental parameters of the system, i.e. the partial periods and the partial constants of damping of the seismometer and of the individual galvanometers, together with the coupling terms, are replaced by other constants. These enable the responses of each channel to be computed with the aid of a combination of elementary responses of the systems of the set with zero couplings between the galvanometers and a zero effect of the motion of the galvanometers on the motion of the seismometer. The elementary responses are defined by 2 types of substitute constants: equivalent constants, determined by the roots of the characteristic equation, or by the partial periods, and reduced damping constants. The possibilities of analysing a system with equivalent constants are demonstrated on the case of a seismograph with 2 galvanometers.     

DD－1型短周期地震仪改制

本文介绍了改制后ＤＤ－１型地震仪放大器、稳频器、稳压器的工作原理，简述了其主要技术指标，并给出了仪器的标定和试验结果．ＤＤ－１型短周期地震仪改制。是为了使仪器更好地适应地震预报与基础研究的观测需要而进行的。将改制后的仪器经室内测试标定和实际观测，并与沈阳地震基准台记录进行对比分析，证明改制后的ＤＤ－１型短周期地震仪主要技术指标与工作性能已达到规范的要求．     

泉州地震台数字地震仪的监测能力分析

为了解泉州台数字地震仪对全球地震的监测能力,利用目前各类仿真记录的震级计算公式及近年泉州台台基的地动噪声有效值,结合各区域震相识别经验等设定了可检测地震的首至P波震相振幅、S波和面波的最大振幅与台基地动噪声有效值的比值,并分别计算和分析了泉州台甚宽频带数字地震仪仿短周期(DD-1仪)记录的近震监测能力、仿中长周期(DK-1仪)记录的远震监测能力及仿长周期(763仪)记录的远震和极远震监测能力。结果表明在100 km、1 000 km、130°和全球范围内,一般可分别可监测到ML1.5级、ML3.7级、MS6.1级和MS7 6.1级的地震。有关研究结果对寻求提高泉州台测震观测质量的技术途径等方面具有实际的意义。