研究校正儀器的相應誤差
對模擬強震儀系統(tǒng)的儀器高頻誤差校正，美國學者M.D.Trifunac，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(tǒng)也作過研究。近年來，對數(shù)字強震儀系統(tǒng)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-微分方法），即對未校正記錄做低通濾波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(tǒng)（KIS）給出了儀器校正示例，并編制了相應計算軟件。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儀器頻帶范圍通常為0至80Hz，高低頻響應特性均優(yōu)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。儀器響應失真和誤差分析FBA-3傳感器傳遞函數(shù)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(huán)，通過反饋閉環(huán)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-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。振動臺實驗測得FBA-3力平衡加速度計的傳遞函數(shù)如所示，結果表明：0至30Hz傳遞函數(shù)曲線是平坦的。
根據(jù)地震儀理論，這類傳感器，引進反饋技術后，可使系統(tǒng)自振頻率大大提高，且靈敏度并不下降，系統(tǒng)自振頻率遠大于被測振動的頻率，傳感器的振動中心相對位移與被測地面運動加速度成正比，即：2nXr=Xg由FBA-3力平衡加速度計的傳遞函數(shù)看到，當擺的自振頻率Fn=51.2Hz，時，在0-30Hz范圍內，曲線是平坦的，亦即只有在這樣的頻段，能精確地代表地面運動加速度，超過這個頻段范圍，傳感器的運動微分方程則不能成立，此時得到的加速度記錄將會失真，因此必須對失真的記錄進行儀器響應校正。儀器失真校正方法數(shù)字濾波器頻率響應曲線數(shù)字強震儀系統(tǒng)記錄到的是傳感器擺體相對位移，是離散化的數(shù)據(jù)序列，寫成Xn，為防止高頻噪聲對數(shù)字微分計算的影響，應用數(shù)字濾波器做一次低通濾波，高頻截止頻率數(shù)字濾波器頻率響應曲線如所示。傳感器的運動微分方程可改寫為其中xn是地面運動加速度xg的離散化表達形式。對失真的記錄進行兩次微分便能得到擺體相對速度xn和相對加速度xn，再按上式組合后，即可得到儀器響應失真校正后的記錄。應用此公式，做褶積運算求出一階微分Xn。同樣，將Xn代入上式后經過整理，求出二階微分xn。近似理想微分運算傳遞函數(shù)為了消除由于將傅里葉級數(shù)截斷而造成的吉卜斯現(xiàn)象，我們引進了窗函數(shù)Wk進行平滑化，這里使用的是漢寧窗。
取N=10時，進行微分運算，然后按改寫后的傳感器的運動微分方程式得到校正后的加速度記錄。以上給出儀器校正方法稱做微分-微分法儀器失真校正方法，為近似理想微分運算傳遞函數(shù)，為數(shù)字強震儀儀器失真校正框圖。數(shù)字強震儀儀器失真校正框圖儀器校正示例利用高級設計語言，針對本文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(tǒng)標準數(shù)據(jù)處理軟件中得到了應用。KIS系統(tǒng)的加速度計是采用美國公司生產的型力平衡式加速度計。由于該系統(tǒng)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。是采用本文提出的儀器校正方法對KIS系統(tǒng)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。儀器失真校正前后人工模擬記錄時程結語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50Hz，且在此頻段內加速度記錄沒有高頻失真現(xiàn)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(shù)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。中國糧油儀器網 http://www.pfyin.com/
