DS—4A地震計傳遞函數實測

摘 要：地震計的特性是用傳遞函數來表達的，如果知道地震計的傳遞函數，就可以知道地震計的一切。作為設備使用者，他們關心的并不是地震計內部的結構如何，而是關心該設備的特性和基本參數。地震計參數的測定是為了正確描述傳遞函數各變量系數和常量項，而標定則是為了驗證傳遞函數表達式的準確性和系統因外界環境和時間變化產生的偏差，并驗證該系統是否工作在精度允許的范圍之內。本文主要針對DS-4A型地震計的特性進行檢測，以驗證其傳遞函數表達式的準確性。

關鍵詞：地震計 檢測 方法

中圖分類號：P315.62 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（b）-0241-03

地震計是直接感知地面運動的設備，他的特性在很大程度上直接體現數字觀測技術水平的高低。我們熟悉的數字地震觀測系統一般是由地震計、數據采集器、記錄儀、傳輸設備、存儲設備等組成。該系統的傳遞函數主要由地震計傳遞函數、模擬放大器及濾波器傳遞函數、A/D轉換器及數字濾波器的傳遞函數等幾個部分乘積組成。在整個系統中，除地震計以外其它設備的傳遞函數基本不會因為安裝或者調試等外部條件變化而變化，只有地震計是由機械和電子電路兩部分混合而成，一般來說，由于地震計裝配的離散性以及機械部分受力而發生變化，導致地震計參數發生變化，從而影響觀測系統在地震臺的正常工作。因此，一般檢查數字地震觀測系統的傳遞函數主要是檢查地震計的傳遞函數是否有偏差。而地震計傳遞函數的計算主要是利用測試信號來確定和檢查。也就是說，在時域或頻域里求得某一輸入信號或一組已知信號的響應，最后根據該響應用某種方法求出系統的傳遞函數。

DS-4A地震計是由北京賽斯米克地震科技發展中心生產，該地震計是一種有源的、三分向為一體的速度型短周期反饋式地震計。他的原始自振周期為6Hz，經過電子反饋，成為等效周期為1s的地震計。頻帶從1Hz到50Hz。該設備出廠時是經過嚴格的震動臺測試，其傳遞函數也作為說明書的一部分給出來。但在實際使用過程中，由于搬運、安裝以及調試過程中多少會影響設備本身的一些特性，因此在實際應用中有必要對該設備進行一些檢查和測試，確保其工作的基本特性保持在正常狀態，同時也將測試得出的基本參數提供給資料使用者，讓觀測資料使用者能詳細地了解地震觀測儀的各項參數。目前我們拿到該公司生產的設備編號為409的DS-4A地震計。本文主要針對該編號地震計進行測試和檢查。

1 檢測地震計的常用方法

目前地震計頻率特性的測試主要采用穩態和瞬態兩種方法。穩態方法主要有振動臺檢測和正弦波激勵兩種；瞬態方法是在地震計的標定線圈加寬頻帶信號，分析響應得出地震計的頻率特性[1]。瞬態方法采用的信號主要有階躍信號、脈沖信號、高階脈沖信號、白噪聲以及偽隨機二進制序列等。

穩態方法測試精度比較高。但是，不管是振動臺檢測還是正弦波激勵地震計標定線圈，都存在以下幾個缺點：（1）只能在實驗室進行；（2）實驗操作整個過程太麻煩；（3）整體測試時間比較長；（4）相頻誤差大，特別是高頻部分，頻率越高誤差越大；（5）高頻測試會產生漂移現象等。由于穩態方法測試存在這些缺點，而這些缺點嚴重制約著設備使用者對地震計頻率特性的測試。因此，作為用戶，我們一般采用比較多的是瞬態方法。該方法可以因地制宜，根據地震計本身的特點，利用不同的信號源進行測試和檢查。

2.2 偽隨機二進制碼標定

偽隨機二進制碼也叫偽隨機序列（或者叫偽噪聲序列）。他的定義是：結構可以預先確定，可重復產生和復制，具有某種隨機序列隨機特性的序列碼。所謂“隨機碼”，就是無論這個碼有多長都不會出現循環的現象，而“偽隨機碼”在碼長達到一定程度時會從其第一位開始循環，由于出現的循環長度相當大，重復的可能性就比較小，所以可以當成隨機碼使用。偽隨機數并不是假隨機數，這里的“偽”是有規律的意思，就是計算機產生的偽隨機數既是隨機的又是有規律的。

說到偽隨機二進制碼標定，不得不說白噪聲信號標定。白噪聲過程是一個最簡單的隨機過程，是一種均值為零、普密度為非零的平穩隨機過程。但該信號有產生困難、產生時間過長以及數據量大等缺點。為了克服白噪聲信號的缺點作為測試信號，偽隨機二進制碼就是針對白噪聲的隨機特性演化而來。偽隨機二進制碼信號的相關函數與白噪聲的相關函數相類似，但偽隨機二進制碼有一個重復周期。

4 結論

從以上實測數據看，DS-4A的高頻特性至少需要用三個極點來描述。而上面UD向系統辯識結果也可得出這樣的結論，系統辯識結果可以這樣解釋：5個零點中只有原點上的2個是實質的地震計零點，2個主極點表示地震計的工作頻率特性，還有3個極點表示地震計的高頻特性，另3個零點與極點則是由于存在數據記錄噪聲及電路參數的微小偏差產生的。

參考文獻

[1] 李海亮.地震計傳遞函數精確測定研究.中國地震局地球物理研究所博士學位論文[D].2000，8，

[2] 中國地震局監測預報司.數字地震觀測技術[M].地震出版社出版.