摘 要：地震計的特性是用傳遞函數(shù)來表達(dá)的，如果知道地震計的傳遞函數(shù)，就可以知道地震計的一切。作為設(shè)備使用者，他們關(guān)心的并不是地震計內(nèi)部的結(jié)構(gòu)如何，而是關(guān)心該設(shè)備的特性和基本參數(shù)。地震計參數(shù)的測定是為了正確描述傳遞函數(shù)各變量系數(shù)和常量項，而標(biāo)定則是為了驗證傳遞函數(shù)表達(dá)式的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)因外界環(huán)境和時間變化產(chǎn)生的偏差，并驗證該系統(tǒng)是否工作在精度允許的范圍之內(nèi)。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(shù)表達(dá)式的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：地震計 檢測 方法

中圖分類號：P315.62 文獻(xiàn)標(biāo)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(shè)備，他的特性在很大程度上直接體現(xiàn)數(shù)字觀測技術(shù)水平的高低。我們熟悉的數(shù)字地震觀測系統(tǒng)一般是由地震計、數(shù)據(jù)采集器、記錄儀、傳輸設(shè)備、存儲設(shè)備等組成。該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)主要由地震計傳遞函數(shù)、模擬放大器及濾波器傳遞函數(shù)、A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)等幾個部分乘積組成。在整個系統(tǒng)中，除地震計以外其它設(shè)備的傳遞函數(shù)基本不會因為安裝或者調(diào)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(fā)生變化，導(dǎo)致地震計參數(shù)發(fā)生變化，從而影響觀測系統(tǒng)在地震臺的正常工作。因此，一般檢查數(shù)字地震觀測系統(tǒng)的傳遞函數(shù)主要是檢查地震計的傳遞函數(shù)是否有偏差。而地震計傳遞函數(shù)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(yīng)，最后根據(jù)該響應(yīng)用某種方法求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。

DS-4A地震計是由北京賽斯米克地震科技發(fā)展中心生產(chǎn)，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(jīng)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(shè)備出廠時是經(jīng)過嚴(yán)格的震動臺測試，其傳遞函數(shù)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(diào)試過程中多少會影響設(shè)備本身的一些特性，因此在實際應(yīng)用中有必要對該設(shè)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(tài)，同時也將測試得出的基本參數(shù)提供給資料使用者，讓觀測資料使用者能詳細(xì)地了解地震觀測儀的各項參數(shù)。目前我們拿到該公司生產(chǎn)的設(shè)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(wěn)態(tài)和瞬態(tài)兩種方法。穩(wěn)態(tài)方法主要有振動臺檢測和正弦波激勵兩種；瞬態(tài)方法是在地震計的標(biāo)定線圈加寬頻帶信號，分析響應(yīng)得出地震計的頻率特性[1]。瞬態(tài)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(wěn)態(tài)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(biāo)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(chǎn)生漂移現(xiàn)象等。由于穩(wěn)態(tài)方法測試存在這些缺點，而這些缺點嚴(yán)重制約著設(shè)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(tài)方法。該方法可以因地制宜，根據(jù)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(biāo)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(jié)構(gòu)可以預(yù)先確定，可重復(fù)產(chǎn)生和復(fù)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(xiàn)循環(huán)的現(xiàn)象，而“偽隨機碼”在碼長達(dá)到一定程度時會從其第一位開始循環(huán)，由于出現(xiàn)的循環(huán)長度相當(dāng)大，重復(fù)的可能性就比較小，所以可以當(dāng)成隨機碼使用。偽隨機數(shù)并不是假隨機數(shù)，這里的“偽”是有規(guī)律的意思，就是計算機產(chǎn)生的偽隨機數(shù)既是隨機的又是有規(guī)律的。

說到偽隨機二進制碼標(biāo)定，不得不說白噪聲信號標(biāo)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(wěn)隨機過程。但該信號有產(chǎn)生困難、產(chǎn)生時間過長以及數(shù)據(jù)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(guān)函數(shù)與白噪聲的相關(guān)函數(shù)相類似，但偽隨機二進制碼有一個重復(fù)周期。

4 結(jié)論

從以上實測數(shù)據(jù)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(tǒng)辯識結(jié)果也可得出這樣的結(jié)論，系統(tǒng)辯識結(jié)果可以這樣解釋：5個零點中只有原點上的2個是實質(zhì)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(shù)據(jù)記錄噪聲及電路參數(shù)的微小偏差產(chǎn)生的。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 中國地震局監(jiān)測預(yù)報司.數(shù)字地震觀測技術(shù)[M].地震出版社出版.