DS—4A地震计传递函数实测

摘 要：地震计的特性是用传递函数来表达的，如果知道地震计的传递函数，就可以知道地震计的一切。作为设备使用者，他们关心的并不是地震计内部的结构如何，而是关心该设备的特性和基本参数。地震计参数的测定是为了正确描述传递函数各变量系数和常量项，而标定则是为了验证传递函数表达式的准确性和系统因外界环境和时间变化产生的偏差，并验证该系统是否工作在精度允许的范围之内。本文主要针对ds-4a型地震计的特性进行检测，以验证其传递函数表达式的准确性。

关键词：地震计 检测 方法

中图分类号：P315.62 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（b）-0241-03

地震计是直接感知地面运动的设备，他的特性在很大程度上直接体现数字观测技术水平的高低。我们熟悉的数字地震观测系统一般是由地震计、数据采集器、记录仪、传输设备、存储设备等组成。该系统的传递函数主要由地震计传递函数、模拟放大器及滤波器传递函数、A/D转换器及数字滤波器的传递函数等几个部分乘积组成。在整个系统中，除地震计以外其它设备的传递函数基本不会因为安装或者调试等外部条件变化而变化，只有地震计是由机械和电子电路两部分混合而成，一般来说，由于地震计装配的离散性以及机械部分受力而发生变化，导致地震计参数发生变化，从而影响观测系统在地震台的正常工作。因此，一般检查数字地震观测系统的传递函数主要是检查地震计的传递函数是否有偏差。而地震计传递函数的计算主要是利用测试信号来确定和检查。也就是说，在时域或频域里求得某一输入信号或一组已知信号的响应，最后根据该响应用某种方法求出系统的传递函数。

DS-4A地震计是由北京赛斯米克地震科技发展中心生产，该地震计是一种有源的、三分向为一体的速度型短周期反馈式地震计。他的原始自振周期为6Hz，经过电子反馈，成为等效周期为1s的地震计。频带从1Hz到50Hz。该设备出厂时是经过严格的震动台测试，其传递函数也作为说明书的一部分给出来。但在实际使用过程中，由于搬运、安装以及调试过程中多少会影响设备本身的一些特性，因此在实际应用中有必要对该设备进行一些检查和测试，确保其工作的基本特性保持在正常状态，同时也将测试得出的基本参数提供给资料使用者，让观测资料使用者能详细地了解地震观测仪的各项参数。目前我们拿到该公司生产的设备编号为409的DS-4A地震计。本文主要针对该编号地震计进行测试和检查。

1 检测地震计的常用方法

目前地震计频率特性的测试主要采用稳态和瞬态两种方法。稳态方法主要有振动台检测和正弦波激励两种；瞬态方法是在地震计的标定线圈加宽频带信号，分析响应得出地震计的频率特性[1]。瞬态方法采用的信号主要有阶跃信号、脉冲信号、高阶脉冲信号、白噪声以及伪随机二进制序列等。

稳态方法测试精度比较高。但是，不管是振动台检测还是正弦波激励地震计标定线圈，都存在以下几个缺点：（1）只能在实验室进行；（2）实验操作整个过程太麻烦；（3）整体测试时间比较长；（4）相频误差大，特别是高频部分，频率越高误差越大；（5）高频测试会产生漂移现象等。由于稳态方法测试存在这些缺点，而这些缺点严重制约着设备使用者对地震计频率特性的测试。因此，作为用户，我们一般采用比较多的是瞬态方法。该方法可以因地制宜，根据地震计本身的特点，利用不同的信号源进行测试和检查。

2.2 伪随机二进制码标定

伪随机二进制码也叫伪随机序列（或者叫伪噪声序列）。他的定义是：结构可以预先确定，可重复产生和复制，具有某种随机序列随机特性的序列码。所谓“随机码”，就是无论这个码有多长都不会出现循环的现象，而“伪随机码”在码长达到一定程度时会从其第一位开始循环，由于出现的循环长度相当大，重复的可能性就比较小，所以可以当成随机码使用。伪随机数并不是假随机数，这里的“伪”是有规律的意思，就是计算机产生的伪随机数既是随机的又是有规律的。

说到伪随机二进制码标定，不得不说白噪声信号标定。白噪声过程是一个最简单的随机过程，是一种均值为零、普密度为非零的平稳随机过程。但该信号有产生困难、产生时间过长以及数据量大等缺点。为了克服白噪声信号的缺点作为测试信号，伪随机二进制码就是针对白噪声的随机特性演化而来。伪随机二进制码信号的相关函数与白噪声的相关函数相类似，但伪随机二进制码有一个重复周期。

4 结论

从以上实测数据看，DS-4A的高频特性至少需要用三个极点来描述。而上面UD向系统辩识结果也可得出这样的结论，系统辩识结果可以这样解释：5个零点中只有原点上的2个是实质的地震计零点，2个主极点表示地震计的工作频率特性，还有3个极点表示地震计的高频特性，另3个零点与极点则是由于存在数据记录噪声及电路参数的微小偏差产生的。

参考文献

[1] 李海亮.地震计传递函数精确测定研究.中国地震局地球物理研究所博士学位论文[D].2000，8，

[2] 中国地震局监测预报司.数字地震观测技术[M].地震出版社出版.