宽频带地震计反馈模型分析及应用实例

反馈 模 型框 图 。图 ２中 的 Ｈ （ ） 为机械摆的传递函数 ， 描 述 摆锤 位移 对 地 动 加 速 度 的 响应 ，
Ｈ （ ｓ ） 为位 移换 能器 的传 递 函数 ， 描述 位 移 换 能器 输 出 电压对 摆 锤 位 移 的 响应 ， Ｈ。 （ ） 为 积 分 器 电路 的传递 函数 。图 １中的放大 器可 视 为用 来 提 高位 移 换 能 器 的灵 敏 度 ， 为 方 便 闭环 传 递
相 应 的传 递 函数表 达式 不是 一件非 常 困难 的事情 ， 依据 导 出的传 递 函数 表达 式 ， 可 以计算 反 馈
地 震计 的频率 特性 —— 一般 呈现带 通滤 波器 特征 ， 测试 实际 的宽频 带反 馈地震 计 的频率 特性 ， 结 果也是 如 此 。但 是 ， 推导 出来 的传递 函数是 ４阶以上 的复 杂表 达式 ， 难 以据 此表 达式从 设 计
本 文针 对应用 位 移换能 器 的反馈 地震计 经 典模 型 ， 推 导传 递 函数 ， 进行 深 入 分析 ， 将 传 递 函数 近似分 解为 高通 滤波器 和低 通滤 波器 两部 分 ， 揭示 反 馈 地 震计 周 期 、 阻尼， 以及 高端 截 止 频 率等 频率 特性参 数 与反馈 电路参 数 的关 系 。
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第３ ４卷 第 １ ／ ２期
２ ０ １ ３年 ４月
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Ｖｏ １ ． ３ ４ ＮＯ ． １ ／ ２
Ａｐ ｒ ． ２ ０１３
要 求或标 称 指标定 量确定 反 馈系统 各参 数 的取值 ， 因此 ， 一般 在调 整反馈 地震 计频率 特性 时 仍 然采取 经验 性 的办法 反复 多次对 反馈 参数进 行 调 整并 测 试 ， 以达到 设 计要 求 。而 采 用经 验 性 的方法 将频 率特 性精 确调整 到 与标称 传递 函数相 一致 是 比较 困难 的 。
第 １ ／ ２期
薛 兵 等 ： 宽 频 带 地 震 计 反 馈模 型 分 析 及 应 用 实 例
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摆 锤 Ｍ 相对 于框 架 的位移 变化 转换 为 电压 量 ， 经放 大 后 形 成 驱 动反 馈 线 圈 的 电流 ， 该 电流 流
过反 馈线 圈产 生 的 电磁 力 阻止 摆锤 相对 于框 架 的运 动 。 为 了推导 反馈 地震 计 的传递 函数 ， 将 图 １所 示 的 地震 计 反 馈 原 理框 图改 画 为 图 ２所 示 的
函数 推导 ， 其放 大倍 数 可计 人位 移换 能器 的传递 函数 。
图 １ 采 用 位 移 换 能 器 的反 馈 地 震 计 原 理
Ｆｉ ｇ ．１ Ｓｃ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ ｆ ｅ ｅ ｄｂ ａ ｃ ｋ ｓ ｅ ｉ ｓ ｍｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ
地 震计 的 机 械 电 子参 数 是 如 何 影 响 其 幅 度 响 应 特 性 的 。在 Ｅ Ｄ ＡＳ － Ｂ Ｓ ６ ０一 体 化 数 字 地 震 仪 设 计
中， 应 用 近 似 表 达 式 来 指 导 反 馈 系 统 参 数 的计 算 和 反 馈 系 统 调试 ， 可将 Ｅ Ｄ ＡＳ — Ｂ Ｓ ６ ０内嵌 反 馈 地 震 计 的 频 率 特 性 调 整 到 与理 论 推 导 的传 递 函数 相一 致 。 关键词 反 馈 地 震计 ； 宽 频 带 ；传递 函数 ； 幅 度 响 应
１ 反 馈地 震 计 的模 型
反馈地 震计 由机 械摆 、 位移 换能 器 、 放 大器及 反馈 电路 构 成 ， 参见 图 １ ， 位移 换 能器 用 于将
作 者 简介 ： 薛兵 （ １ ９ ６ ４ 一） ， 男， 研究员 ， 硕士， 中 国地 震 局 地 震 预 测 研 究 所 地 震 观 测 技 术 研 究 中 心 ， 现 从 事 地 震 观测 技 术 研 究 工 作 基金项 目： 中 国地 震 局 地 震 预 测 研 究 所 基 本 科研 业 务专 项 “ 地 震 计 传 递 函 数 测试 软 件研 究 研 制 ” （ 编号 ２ ０ １ ０ Ｉ Ｅ Ｓ ０ ２ ０ １ ） 本 文 收 到 日期 ： ２ ０ １ ２ － １ 宽频带 已经 成为 当代地 震观 测 的主 流技 术 。我 国的测 震 观测 系统 大量 使 用 宽频
带 地震计 和甚 宽频 带地震 计 。宽频 带反馈 地 震计是 机械 、 电子 相互耦 合 的系统 ， 采用 位移 换 能 器构 成 的力平 衡机 械—— 电子一体 化反馈 系 统是实 现宽 频带 、 大 动态地 震计 的经典 技术 。 传递 函数 是描 述地震 计频 率特 性 的重要 参数 ， 也 是 在 观测 资 料应 用 过程 中执 行频 率 特性 校 正 的依 据 ， 准确 获得地 震计 的传 递 函数一直 是 地 震计 测 试 技术 研 究 的重 要 内容之 一 。宽 频 带 反馈地 震计 传递 函数 由机 械摆 和反馈 电路 两部 分 共 同决 定 ， 建 立地 震 计反 馈 模 型并 推 导 出
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宽 频 带 地 震 计 反 馈 模 型 分 析 及 应 用 实 例
薛 兵 Ｄ 林 湛 ¨ 张 妍 朱 小毅ｕ 杨 桂 存
１ ） 中 国北 京 １ ０ ０ ０ ３ ６中 国地 震 局 地 震 预 测 研 究 所
２ ） 中 国北 京 １ ０ ２ ６ ２ ８北京 港震 机 电技 术 有 限公 司
摘要 根 据 宽频 带 地 震 计 的 反 馈 模 型 推 导 传 递 函数 ， 简 化 为一 个 近 似 表 达 式 ， 由此 可 以 清 楚 看 到