強震儀在監測環境振動中的應用

王京

摘 要：治理越來越嚴重的環境振動污染，需要準確的振動監測數據。通過實際應用表明，強震儀完全可以應用于城市環境振動監測，且結果更為準確、信息內容更豐富。在后期將無線傳輸模塊引入，并實現振動超過標準值時自動報警功能，將進一步拓展強震儀在環境振動污染監測中的應用。

關鍵詞：環境振動 強震儀 振動監測

中圖分類號：P41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0069-02

現代社會工業的迅猛發展，也給城市帶來一些污染問題。隨著人們對舒適生活的需求逐漸提高，作為最常見的污染，環境振動污染已經越來越嚴重。一般情況下，57dB的環境振動就會導致人感到不舒服，會出現精神渙散。對振動的詳細準確監測是科學有效治理振動污染的基礎。除了傳統的振動監測儀，強震儀也是振動監測的有效工具。

1 強震儀

強震儀一般是用來記錄強烈地震在地面引起的振動情況。一般由拾震系統、記錄系統、觸發系統、電源系統以及時標系統組成。現代強震儀通常采用3個拾震器，分別測量一個垂直向運動、兩個相互垂直的水平向運動。按照所記錄的物理量不同，可分為強震位移儀、強震速度儀以及強震加速度儀，實際工作中，一般提到強震儀是指數字強震加速度儀。數字強震儀具有噪聲水平低、頻帶寬、動態范圍大、采樣率高、數據預存儲量大等優點。該儀器大多采用力平衡式加速度傳感器。目前，數字強震儀已經應用到地震監測、地震預警、災害快速評估以及烈度速報等領域。我們將強震儀利用在對城市工業環境振動的監測中，取得了很好的應用效果。

2 計算方法

2.1 振級計算

天然地震在較短時間內釋放出大量的能量，且持續時間短，加速度峰值大；而環境振動一般持續性長時間振動，超過一定的振動量級就會損壞周圍建筑和人類正常活動。由于天然地震與環境振動所產生的破壞機制不同，在地震工程學中通常用加速度峰值來評估，而在城市環境振動的測定中更關注振動加速度的有效值，按照《城市區域環境振動控制標準》（GB10071-88），一般采用振動的有效值來表征城市環境振動的強弱，其定義如下：

3 應用實例

某工業區內由于甲方工廠落砂機的安裝，乙方工廠辦公樓出現明顯辦公室內電腦、辦公柜等發生晃動，且周期性地反復發生，此外部分人員感覺到頭暈。針對上述問題，我們采用了加速度強震儀進行監測，評估了甲方落砂機振動的影響。在乙方辦公樓外地面以及樓內中間層，我們分別架設了兩臺加速度傳感器。該傳感器是美國REFTEK公司生產的Trimble 147A-01/03型強震動加速度計，是目前最先進的三軸力平衡加速度計之一。其動態范圍為145dB，頻帶范圍為DC～150Hz，滿量程輸出為±4g。數據采集器系統采用美國REFTEK公司的130S-01型高精度地震數據采集器，該設備動態范圍大、功耗低，擁有6個輸入/輸出接口，采用GPS授時（時鐘加守時晶振，精度±10μs）。通過對一天的監測振動記錄進行去除儀器響應、去均值和去線性趨勢，從而得到真實的振動數據。最后根據式（2），測算得到乙方辦公樓外地面振級最高達到78dB，樓內最高85dB。均已嚴重超過《城市區域環境振動控制標準》（GB10071-88）中的規范。同時，經過頻譜分析（圖1），可以看到卓越頻率主要為5.128Hz、5.506Hz和12.45Hz。其中5.1Hz與5.6Hz基本都在低層建筑的自振頻率范圍內，易與建筑產生共振，需要引起注意。

4 結語

實際應用表明，高精度的強震儀完全可以應用于城市環境振動監測，且結果更為準確，信息內容更豐富。在以后的發展中，可以考慮將無線傳輸模塊引入監測系統，實現異地實時掌控振動情況，并在振動超過標準值時自動報警。這將進一步拓展強震儀在振動監測中的應用。

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