地震计校准及其传递函数一致性研究

孔垂捷; 左爱斌; 周劲峰

doi:10.12338/j.issn.2096-9015.2024.0055

地震计校准及其传递函数一致性研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2024.0055

1.
北京工业大学，北京 100124
2.
中国计量科学研究院，北京 100029

基金项目: 国家重点研发计划“国家质量基础设施体系”重点专项（2022YFF0608901）。

详细信息

作者简介:
孔垂捷（1999-），北京工业大学在读研究生，研究方向：光电检测仪器设备，邮箱：kongcj1@qq.com

通讯作者:
左爱斌（1975-），中国计量科学研究院副研究员，研究方向：激光技术及振动计量研究，邮箱：zuoab@nim.ac.cn

计量
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出版历程
- 收稿日期: 2024-02-27
- 录用日期: 2024-04-01
- 修回日期: 2024-04-25
- 网络出版日期: 2024-07-09

Research on Seismometer Calibration and its Consistency of Transfer Function

1.
Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
2.
National Institute of Metrology, Beijing 100029, China

摘要

摘要: 采用超低频振动国家基准装置，以典型地震计3T-120PH为例，开展地震计灵敏度校准工作。将振动校准数据结果与地震计的传递函数结果进行比较分析。当频率较低时(10Hz以下)，振动校准结果与传递函数结果一致性非常好，当频率较高时(10Hz以上)二者开始出现分化。由于振动校准方法真实地将振动信号传递给地震计，符合实际使用情况，因此地震计采用振动台校准方法比电标法结果更能反应地震计工作时的真实性。
- 计量学 /
- 地震计 /
- 振动台校准 /
- 传递函数
Abstract: The sensitivity calibration of seismometers was carried out using the national standard of the ultra-low frequency vibration with a typical seismometer 3T-120PH as an example. The results of the vibration calibration data are compared and analyzed with the transfer function results of the seismometers. When the frequency is lower (below 10Hz), the vibration calibration results agree very well with the transfer function results, and when the frequency is higher (above 10Hz) the two begin to diverge. Since the vibration calibration method realistically transmits vibration signals to the seismometers, which is in line with the actual use situation, the seismometers using the shaker calibration method is more responsive to the realism of the seismometers at work than the results of the electrical calibration method.
- metrology /
- seismometer /
- shaking calibration /
- transfer function

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图 1 仪器安装方式图

Figure 1. Instrument installation diagram

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图 2 3T-120PH地震计的理论Bode图

Figure 2. Theoretical Bode diagram of 3T-120PH Seismometer

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图 3 3T-120PH地震计UD向的实验结果图

Figure 3. Diagram of the experimental results of 3T-120PH Seismometer in the vertical direction

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表 1 3T-120PH地震计传递函数数据

Table 1. Transfer function data of 3T-120PH Seismometer

	南北方向	东西方向	垂直方向
速度输出(V/m/s)	2×999	2×1005	2×997
极点(Hz)	−5.89×10⁻³+j5.89×10⁻³ −5.89×10⁻³−j5.89×10⁻³
	−180
	−160
	−80
零点(Hz)	0
零点(Hz)	0
1 Hz下的归一化因子	2304000

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表 2 换算后的3T-120PH地震计传递函数数据

Table 2. Converted transfer function data of 3T-120PH Seismometer

	南北方向	东西方向	垂直方向
速度输出(V/m/s)	2×999	2×1005	2×997
极点 (rad/s)	−0.037+j0.037 −0.037−j0.037
	−1.131×10³
	−1.0053×10³
	−5.0265×10²
零点(rad/s)	0
零点(rad/s)	0
1 Hz下的归一化因子	5.7157×10⁸

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表 3 3T-120PH地震计UD向归一化幅相特性数据

Table 3. Normalized amplitude and phase characteristics data of 3T-120PH Seismometer in the vertical direction

频率(Hz)	速度(mm/s)	灵敏度 [mV/(mm/s)]	归一化幅频特性值(dB)	相移(°)
0.00833	1.86	1397.12	−3.13	89.74
0.01	2.01	1619.88	−1.84	74.73
0.02	2.99	1967.49	−0.15	35.21
0.05	4.56	1998.52	−0.02	13.51
0.1	4.56	2000.14	−0.01	6.70
0.2	4.56	2000.78	−0.01	3.30
0.5	4.52	2001.68	0.00	1.17
1^*	4.51	2002.79	0.00	0.30
2	4.53	2005.55	0.01	−0.46
5	4.53	2017.15	0.06	−2.13
10	4.57	2032.85	0.13	−5.08
20	4.49	2041.11	0.16	−10.88
30	4.55	2051.84	0.21	−16.38
40	3.01	2064.76	0.26	−21.58
50	2.04	2119.09	0.49	−26.52
60	1.67	2171.66	0.70	−31.76
70	1.37	2300.11	1.20	−37.69
80	1.17	2422.38	1.65	−44.62
*注：由于3T-120PH地震计属于宽频带地震计，故取频率1 Hz为归一化频率。

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