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力平衡式加速度计仪器响应误差的校正方法
发布时间:2018-02-24浏览次数:1609返回列表
上个世纪80年代初,随着数字观测技术的发展,数字强震仪系统已在我国强震动台网和流动观测中使用,这类系统配备的加速度计有:美国Kinem etrics公司生产的FBA - 3型和FBA一13型等;地震局工程力学研究所研制生产的SLJ一100型。数字强震仪具有模拟强震仪所无法比拟的许多优越性能。所获取的记录动态范围大、频带宽、有时标、波形完整不丢头。但是,数字强震仪一般都采用力平衡式加速度计,特别是早期的力平衡式加速度计频带范围较窄(0至30Hz)这种仪器的记录应该进行仪器校正。
对模拟强震仪系统的仪器高频误差校正,美国学者M.D Trifuna。等作过研究,我国学者谢礼立等对电流计和直接光记录式加速度计的模拟强震仪系统也作过研究。近年来,E I Novikova和M D Trifunac对数字强震仪系统的仪器高频误差进行过研究。本文通过对力平衡加速度计的仪器响应失真和误差进行分析,提出了一个校正这类误差的处理方法(微分一微分方法),即对未校正记录做低通滤波(滤波器采用But terworth)后运用近似理想微分器做两次微分得到校正加速度记录,针对大亚湾核电站地震仪表系统(K IS)给出了仪器校正示例,并编制了相应计算软件。该方法适用于我国强震动台网数字强震仪获取的加速度记录的仪器失真校正处理。但是,需要指出的是近些年来美国和我国生产的力平衡加速度计(如FBA - 23, SLJ一100FBA一T)仪器频带范围通常为0至 80 H a高低频响应特性均优于早期的力平衡加速度计。理论上认为不作仪器频率响应失真校正处理就能满足地震工程感兴趣的频率范围要求。
1仪器响应失真和误差分析
对力平衡加速度计的工作原理不做详细介绍,它与其它类型传感器的差别在于它有一个电子反馈闭环,通过反馈闭环能够调整和改变阻尼和自振频率,能提供比一般的传感器更宽的有效频响范围。但是它和其它仪器一样,存在着仪器响应误差,即其记录只能在一定频段内代表所测的振动,超出这个频段,仪器记录将有严重失真。对于FBA一3力平衡加速度计来说,对接近和超过其自振频率的高频振动分量,仪器记录将包含很大误差。
2.仪器校正示例
利用MS Fortran设计语言,我们提出的仪器校正方法编制了计算程序,并在大亚湾核电站地震仪表系统(KIS)标准数据处理软件中得到了应用。
KIS系统的加速度计是采用美国Kinemetrics公司生产的FBA - 3型力平衡式加速度计。由于该系统自建立以来,未曾获取地震记录,因此采用人工模拟地震方法,获取人工模拟地震记录。图5是采用我们提出的仪器校正方法对KIS系统的一个测点的人工模拟地震加速度记录进行仪器失真校正计算前后人工模拟记录时程。a、v、d表示未校正加速度和积分速度、位移时程,A、V、D表示校正后加速度和积分速度、位移时程。
利用本文提出的仪器校正方法,经过仪器校正处理的加速度时程的频率响应范围得到扩展,其频段为0至5OHz且在此频段内加速度记录没有高频失真现象。因此满足了地震工程感兴趣的频率范围要求。该方法适用于我国强震动台网数字强震仪获取的加速度记录的仪器失真校正处理。但是,需要指出的是,近些年来美国和我国生产的力平衡加速度计可不作仪器频率响应失真校正处理。