基于倾角传感技术的阵列式高精度倾斜监测系统

倾斜监测是建筑物安全使用的重要保障,利用MEMS传感器技术,设计一种基于阵列式双轴倾角传感器的结构倾斜监测设备,该设备具有硬件的高集成化、低能耗,以及变形监测过程及数据分析自动化等特征。采用对比测试、应用示范等方法对装置观测精度、通讯功能、可靠性及功耗进行验证,证明该设备倾角观测精度可达0.01°,观测数据稳定,精度、自动化程度、互动性满足预设要求,可应用在工民建、市政、水利等领域倾斜监测与质量检测中。     

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.     

宽频带超导重力仪的研制进展

本文报道一种构建宽频带高分辨率超导重力仪（SG）的方法.与已商业化的GWR超导重力仪类似,新型超导重力仪同样使用磁悬浮超导检验质量来构建弹簧振子结构,不同的是弹簧振子的固有频率更高,可以有效覆盖地脉动频带.同时,利用基于超导量子干涉器件（SQUID）的位移传感技术,大幅提高了位移传感灵敏度,以保证仪器在测量带宽扩展之后仍具有与GWR仪器相当的测量分辨率,从而实现对时变重力信号与地球背景噪声信号的同时高分辨观测.宽频带超导重力仪核心部件垂向超导加速度计（VSA）的设计、组装和初步测试已经完成.结果表明,加速度计的噪声本底为8 μGal/Hz^1/2@0.1 Hz,实现了对地脉动信号的高分辨率测量.而为了将仪器噪声本底降低到GWR仪器水平,加速度计的固有频率需要进一步减小,该部分参数优化工作正在进行.本文将对垂向超导加速度计的工作原理、结构和测试结果进行详细介绍.

     

动力法校准GRACE星载加速度计

研究了GRACE星载加速度计的动力法校准。联合精密轨道、星间距离变率同时估计重力场模型参数和加速度计校准参数,获得了SRF(satellite reference frame)下的比例系数和偏差参数时间序列,100阶重力场模型的大地水准面累积误差为4cm,在相应波段上优于CSR(center for space research)同时段的月重力场模型精度。以上述整体解算的结果为参照,对固定重力场模型参数的校准方案进行了检验,发现SRF框架下的非保守力差值最高可达10-8 m·s-2量级,认为固定重力场模型的方法难以充分发挥GRACE加速度计的测量能力。本文研究结果可为后续的大规模卫星重力测量数据处理提供科学的依据,也能为开展相关科学应用提供可靠的非保守力数据。     

SLJ型宽频带大动态力平衡三分向加速度计的设计与研制

文中详尽介绍了三分向力平衡加速度计的技术性能、工作原理和理论计算，给出了技术指标鉴定实测结果和获取地震记录的时程曲线。     

融合GNSS和加速度计监测数据的超高建筑动态特性分析

GNSS和加速度计是目前动态监测超高建筑环境载荷变形的主要手段。GNSS具有无需通视、可直接获取三维位移等优点,但受精度和采样率的限制,其对微变形及高频振动信息不敏感;而加速度计具有高精度和高采样率等优点,但无法监测超高建筑低频的似静态变形。为充分发挥这两种传感器的各自优势,提出利用多速率Kalman滤波和RTS平滑方法对超高建筑GNSS和加速度计监测数据进行融合处理。试验结果表明,与单一的GNSS监测技术相比,该方法有利于削弱GNSS高频噪声的影响,提高位移数据的采样率,可有效识别超高建筑的低频和高频振动频率,提高对微变形振动的监测能力;与单一的加速度计监测技术相比,该方法可以准确监测超高建筑的低频变形信息,具有良好的工程应用价值。     

Estimating the orientation error of the Dahan Downhole Accelerometer using the maximum cross-correlation coefficient between the observed and synthetic waves

A new algorithm to correct the orientation error of the accelerometerat the Dahan Downhole Array, Hualien, Taiwan is developed. This algorithmconsists of three stages: (1) rotating two horizontal ground motions on thefree surface to the SH-SVdirection and SH axis offers a reference direction.(2) computing the synthetic downhole SH waves at a downhole station and (3)searching a rotation angle for downhole observation that yields a best waveformmatch between the synthetic and observed downhole seismograms. At this point, the rotated angle corresponding to the best waveform match can be considered as the orientation error. We selected five earthquakes with good data qualityfor analysis. Results show that this algorithm gives a more stable estimationthan a conventional method because it allows the selection of data from a wider time window for analyses. The estimated orientation error of the accelerometers at the Dahan Downhole Array after the 1999 reinstallation are40°, 114° and 285° at depths of 50, 100 and 200 m, respectively.     

加速度计及其融合高采样GNSS的低频信号测量特性研究

搭建了一套振动台系统,模拟不同频率振动信号对加速度计进行测试,并从信号功率谱密度和积分位移2个方面对其低频测量特性进行分析。实验表明,当振动信号频率高于0.05 Hz时,对加速度计信号进行高通滤波并积分能够恢复出较准确的振动位移;反之,随着信号频率的降低,积分位移误差增大。因此,为解决加速度计低频测量能力不足的问题,利用高采样GNSS与加速度计数据融合的方法,成功恢复了极低频振动信号。研究表明,振动台系统能够为地震监测研究提供良好的基础平台;加速度计准确恢复位移信号的低频下限在003~0.05 Hz左右,研究方法及结果可为加速度计频带的合理选择提供参考;同时,利用高采样GNSS与加速度计融合方法能够有效弥补加速度计低频测量能力不足的缺点,使地震低频位移更加准确可靠。     

存储式光纤陀螺测斜探管研制

本文介绍的“存储式光纤陀螺测斜探管”主要解决超高温大井深环境下钻孔轨迹测量“测斜探管”问题,它包括钻孔各孔深井段倾角、方位角、工具面向角及温度的测量。目标是攻克光纤陀螺传感器温度漂移、光纤陀螺惯测组合井下环境适应性、仪器外场标定技术和误差分析校正等关键技术,研制的超高温钻孔轨迹测量仪,使用环境温度可达270 ℃,环境压力120 MPa,通过在高温地热能钻探工程、干热岩钻探工程、科学钻探工程、深部矿产资源勘探和深部油气资源勘探等工程中的应用,拓展应用领域,为超高温大深度钻井轨迹测量提供技术支撑。     

基于改进VMD的变形特征提取与分析

振动信号的时频特征提取是分析大型工程结构物健康状态、评估结构设计参数的有效方法,也是及时诊断与预警结构异常的重要前提。针对现有特征提取方法不能准确提取完整时频特征的问题,提出一种结合变分模态分解（variational mode decomposition, VMD）与希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang transform, HHT）的时间-频率-能量多维度特征提取的新方法(VMD-HHT)。首先利用VMD提取振动事件的频率分量,滤除噪声分量;然后对提取出的振动信号进行HHT变换,获取振动事件的时间-频率-能量谱;最后为求取振动位移量,在提取的特征频率基础上,通过对加速度数据进行频域积分获取振动形变量。通过仿真分析和海洋石油平台上振动监测实测发现,所提方法能够精确提取时间-频率-能量多维特征信息, VMD-HHT模型辅助的频域积分方法求取的振动位移具有较高的精度和可靠性。