力平衡式加速度計儀器響應誤差的校正方法

發布時間：2018-02-24瀏覽次數：1754返回列表

上個世紀80年代初，隨著數字觀測技術的發展，數字強震儀系統已在我國強震動臺網和流動觀測中使用，這類系統配備的加速度計有:美國Kinem etrics公司生產的FBA - 3型和FBA一13型等;地震局工程力學研究所研制生產的SLJ一100型。數字強震儀具有模擬強震儀所無法比擬的許多優越性能。所獲取的記錄動態范圍大、頻帶寬、有時標、波形完整不丟頭。但是，數字強震儀一般都采用力平衡式加速度計，特別是早期的力平衡式加速度計頻帶范圍較窄(0至30Hz)這種儀器的記錄應該進行儀器校正。

對模擬強震儀系統的儀器高頻誤差校正，美國學者M.D Trifuna。等作過研究，我國學者謝禮立等對電流計和直接光記錄式加速度計的模擬強震儀系統也作過研究。近年來，E I Novikova和M D Trifunac對數字強震儀系統的儀器高頻誤差進行過研究。本文通過對力平衡加速度計的儀器響應失真和誤差進行分析，提出了一個校正這類誤差的處理方法(微分一微分方法)，即對未校正記錄做低通濾波(濾波器采用But terworth)后運用近似理想微分器做兩次微分得到校正加速度記錄，針對大亞灣核電站地震儀表系統(K IS)給出了儀器校正示例，并編制了相應計算軟件。該方法適用于我國強震動臺網數字強震儀獲取的加速度記錄的儀器失真校正處理。但是，需要指出的是近些年來美國和我國生產的力平衡加速度計(如FBA - 23, SLJ一100FBA一T)儀器頻帶范圍通常為0至 80 H a高低頻響應特性均優于早期的力平衡加速度計。理論上認為不作儀器頻率響應失真校正處理就能滿足地震工程感興趣的頻率范圍要求。

1儀器響應失真和誤差分析

對力平衡加速度計的工作原理不做詳細介紹，它與其它類型傳感器的差別在于它有一個電子反饋閉環，通過反饋閉環能夠調整和改變阻尼和自振頻率，能提供比一般的傳感器更寬的有效頻響范圍。但是它和其它儀器一樣，存在著儀器響應誤差，即其記錄只能在一定頻段內代表所測的振動，超出這個頻段，儀器記錄將有嚴重失真。對于FBA一3力平衡加速度計來說，對接近和超過其自振頻率的高頻振動分量，儀器記錄將包含很大誤差。

儀器校正數據分析

儀器校正流程圖

2.儀器校正示例

利用MS Fortran設計語言，我們提出的儀器校正方法編制了計算程序，并在大亞灣核電站地震儀表系統(KIS)標準數據處理軟件中得到了應用。

KIS系統的加速度計是采用美國Kinemetrics公司生產的FBA - 3型力平衡式加速度計。由于該系統自建立以來，未曾獲取地震記錄，因此采用人工模擬地震方法，獲取人工模擬地震記錄。圖5是采用我們提出的儀器校正方法對KIS系統的一個測點的人工模擬地震加速度記錄進行儀器失真校正計算前后人工模擬記錄時程。a、v、d表示未校正加速度和積分速度、位移時程，A、V、D表示校正后加速度和積分速度、位移時程。

儀器校正記錄過程

利用本文提出的儀器校正方法，經過儀器校正處理的加速度時程的頻率響應范圍得到擴展，其頻段為0至5OHz且在此頻段內加速度記錄沒有高頻失真現象。因此滿足了地震工程感興趣的頻率范圍要求。該方法適用于我國強震動臺網數字強震儀獲取的加速度記錄的儀器失真校正處理。但是，需要指出的是，近些年來美國和我國生產的力平衡加速度計可不作儀器頻率響應失真校正處理。

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