力平衡加速度计传递函数和标定方法分析

介绍了MBA-30型力平衡加速度传感器的工作原理,通过分析它的机电结构,来推导其传递函数;对标准振动台和标定线圈分别测得的加速度计幅频特性数据进行对比分析.定性的给出了采用标定线圈来标定加速度计幅频特性时的相对误差.     

FFT和DFT在地震数据采集器幅频特性测试中的应用

在进行地震数据采集器的幅频特性测试中,当标定信号频率稍高时(约为采集器采样率1/5以上),采集器输出的正弦波形发生畸变,无法人工读取正弦波峰值.为了解决该问题,本文提出了基于离散傅里叶变换(DFT)的积分恢复算法,将该方法与快速傅里叶变化(FFT)谱分析方法同时应用于一台高精度地震数据采集器的幅频特性测试数据处理.结果表明这两种算法均能标准化、高精度地完成采集器幅频特性标定数据的计算.其中基于DFT的积分恢复算法的计算程序操作简单,能够高效率地完成数据采集器的幅频特性检定工作;并且该方法还可以应用于地震数据采集器的线性度测试.      

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。     

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.      

成都遥测台网数字化记录的仪器响应

本文利用标定信号的数字记录和模拟记录，参考已有的模拟记录的幅频特性，计算求得了成都遥测台网（ＣＴＳＮ）数字记录系统的仪器响应，其幅频特性曲线的形态与模拟记录的大致相同，而高于１０Ｈｚ时，随机干扰成分较大，因此处理这套系统的数据时，应尽量选取低于１０Ｈｚ的信号。     

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。     

熏烟记录地震仪的动态分析

本文给出了新丰江水库固定台网熏烟记录微震仪系统的幅频特性、相频特性及其单位脉冲响应的解析表达式;计算了仪器在典型情况下相应动态反应。     

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。     

地震计阻尼和自振频率的频域测定

利用地震观测系统中的阶跃标定响应记录 ,在频域基于阶跃信号的幅频特性确定地震计的阻尼常数和自振周期。介绍了该方法的原理 ,采用非线性最小二乘拟合方法和具体的实际应用     

由DD-1型地震仪、DK-1型地震仪的幅频特性计算它们的相频特性

一、前言如果一个地震仪是最小相位系统,那么,它的幅频特性U(w)与相频特性γ(w)之间存在一一对应关系,这种关系是用希尔伯特变换表示的 U(w)=1/π∫_(-∞)~∞((γ(w))/(u-w))du, γ(w)=1/π∫_(-∞)~∞((lnU(w))/(u-w))du。当已知最小相位系统的幅频特性时,共相频特性可用下面公式计算     

用微型地下室坑式摆墩方式解决BBVS-60宽频带地震计零漂问题

分析了在四川省西昌数字测震台网"十五"项目中安装BBVS-60和CMG-3ESPC三分向宽频带地震计记录时遇到的零漂问题。通过实例证明了在一体化的地表观测房中,通过修建微型地下室构筑坑式摆墩的方法,能够有效解决由于环境变化产生的宽频带地震计记录时遇到的零漂问题,确保宽频带地震计正常记录工作。优点有:(1)满足了宽频带地震计对观测环境条件的要求;(2)大幅度降低了工程造价;(3)便于地震计维护;(4)有效地降低了地表噪声水平。     

BBVS-60型和CMG-3ESPC型地震计性能及记录数据相干性分析

BBVS-60型和CMG-3ESPC型地震计目前在国内测震数字台网中广泛使用,但两种型号地震计在性能和各类指标上均存在差异。本研究分别在山洞和地表两类不同观测环境的台站上安装BBVS-60型和CMG-3ESPC型地震计,对同点记录的数据对比分析,计算相同分量间的相干函数值。结果显示,在比测台址观测环境下,两种地震计在0.02—40 Hz （垂直分量）和0.04—40 Hz （水平分量）频段内具有良好的相关性,其中,记录数据在高频（10—40 Hz）和长周期频段（10—50 s）的相关程度受环境因素影响较大。此外,在工作频段内,两种地震计所记录数据的相关程度与输入振动的强度有很大关系。本文分析结果可为设备选型、震相分析以及地震工程研究提供参考。      

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.     

使用双线性变换构造实时地震波形仿真滤波器的方法研究

介绍了直接使用双线性变换把模拟系统的传递函数转换为离散系统的传递函数,构造出由宽带数字地震记录,仿真出传统模拟地震仪器记录波形的递归滤波器的方法,从而使在线实时波形仿真成为可能。并通过比较利用实际宽带数字地震记录,分别采用频域仿真和本文算法构造的仿真滤波器仿真得到的波形,验证了本文算法的正确性。     

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.     

BBVS-60、CMG-3ESPC型地震计工作参数对比分析

通过在同一地点、同一环境下安装架设目前新疆测震台网使用较为广泛的BBVS-60型、CMG-3ESPC型地震计,使用同一类型数据采集器进行实时数据采集,对观测数据的噪声水平、动态范围等指标进行对比分析,探寻两类地震计在实际工作中的部分性能指标差异,为今后开展地震监测及相关研究工作提供依据.     

On the suitability of 1 s geophone for ambient noise measurements in the 0.1–20Hz frequency range: experimental outcomes

Following the ongoing debate about suitability of short-period sensor for seismic noise measurements at frequencies lower than 1 Hz, in this study we compare recordings from two different seismometers (Güralp CMG-3ESPC and Mark L4C-3D) installed side by side in the GeoForschungsZentrum laboratory. The comparison carried out in terms of Power Spectral Density and coherency analysis shows an excellent agreement between the short-period and the broad-band recordings in the frequency band 0.2–20 Hz. Therefore, this result highlights that with a calibrated short-period sensor one can obtain the same results that would be obtained by using a broad-band seismometer in the band of engineering interest.     

基于拉普拉斯变换构建校正窄频速度记录的传递函数

受窄频地震仪平坦响应范围影响,窄频速度记录存在低频成分失真问题,导致地震记录可用范围受限。针对此问题,本文推导基于拉普拉斯变换和双线性变换的传递函数,实现由窄频地震记录向宽频地震记录的校正,并以日本Hi-net速度记录为例进行验证,将校正后的速度记录与同台KiK-net加速度积分所得的速度记录予以对比。结果显示,原始速度记录在低频处存在失真,而校正后的波形与KiK-net加速度积分速度记录波形一致,这表明改进的传递函数能有效地解决原速度记录中的低频成分失真问题,有效地拓宽了低频可使用范围,而且相较于Nakata校正速度记录方法,以本文给出的传递函数校正的速度记录在振幅和波形等方面的精度更高。     

Seismometer self-noise estimation using a single reference instrument

A new method is presented for the self-noise estimation of a seismometer using a single, side-by-side, reference instrument and taking into consideration the misalignment in the orientation of both seismometers. The self-noise of seismometers is extracted directly from the measurements without using any information relating to the transfer functions. This procedure can be applied if the self-noise of the reference seismometer is well known and defined, or if the self-noise of the reference seismometer is sufficiently below the self-noise of the tested instrument and can be neglected. The latter case applies to this study. An algorithm is also developed where we apply self-noise data in order to determine the orientation misalignment between two seismometers, which is then resolved in three-dimensional space. This new method provides an estimate of the self-noise and can also be used to extract some parameters of the installed seismic system in comparison with the reference seismic system, such as generator constants and seismometer orientation or to eliminate unwanted noise sources, which have their origin in the seismic station’s design. The new technique was applied to the CMG-3ESPC and CMG-40T seismometers, where an STS-2 instrument served as the reference seismometer.