高性能甚宽频地震计
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 。
垲
底
甩
仳
Ｕ 司
研
九 ，
第３ ４卷 第 １ ／ ２期
２ ０ １ ３年 ４月
Ｓ ＥＩ Ｓ Ｍ ０Ｌ０ＧＩ ＣＡＬ ＡＮＤ ＧＥ０Ｍ ＡＧＮＥＴＩ Ｃ ０ ＢＳＥＲＶ Ａ Ｔ１ ０ Ｎ Ａ Ｎ Ｄ ＲＥＳＥＡＲ ＣＨ
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 。
三分量宽频地震计(3T-120)
>> Up to 5000 samples per second >> Multi purpose functionality - simultaneously stream multiple sample rates in addition to two recording rates >> Ultra-low-latency mode for Earthquake Early Warning - when used with GDI protocol, transmission can be achieved in 40 ms >> STA/LTA triggers >> Multi-instrument voting for mitigating false positive alerts >> Common Alert Protocol (CAP) enabled for automated emergency warning >> Remote instrument and data management For more details see the Minimus datasheet:
Minimus - 24-bit, four or eight channels
Affiinity - 24-bit, eight channel
>> Exceptionally low noise, >138 dB dynamic range @ 100 sps >> 16 environmental multiplexed ADC channels >> STA/LTA, level and external triggers >> Up to 4000 samples per second >> Multi-user Linux operating system with full network support >> Remote configuration >> Fully interactive, fast user interface via web server with remote control of digitiser parameters and broadband sensors, including remote lock, unlock and centre For more details see the Affinity datasheet:
KS-2000宽频带地震计作为综合观测仪器的可行性探讨
（ ．金 寨 地 震 台 ，安徽 六 安 １ ２ ７０ ； ．河 北地 震 局 ，河 北 石 家庄 ３３ ０ ２ ０ ０ ２ ； ．蚌 埠 地 震 台 ， 徽 蚌 埠 ５０１ ３ 安 ２ ３０ ） ３ ０ ０
摘 要 ： 用 安 徽 省 数 字地 震 台网 金 寨 地 震 台 Ｋ 取 Ｓ一２ ０ ０ ０宽 频 带 地 震 计 记 录 到 的 资料 ， 用 ｍ ｔ ｂ的低 通 滤 采 ａｌ ａ
波 功 能 对 地 震 计 垂 直 向和 水 平 向记 录 到 的 资 料 进 行 处 理 ， 利 用 ｍａａ 并 ｔｂ分 别 画 出 其 频 谱 图， 现 Ｋ ｌ 发 Ｓ一２ ０ ００
宽 频 带 地 震 计 的 垂 直 向能 较 为 清 晰 的记 录 到 固体 潮 汐 。
关 键 词 ： Ｓ一 ０ ０宽 频 带地 震 计 ；固体 潮 汐 ；频 谱 分 析 ； ａｌ Ｋ ２０ ｍ ｔｂ ａ
’ ９・ ４
器 雕 獬
： ： ： ： ： ： ： ； ： ：
氍 ｛ 嚣
： ； ：
－ －＿ ● Ｉ Ｎ４ － － 一 Ｉ … ， ＇
：
＿ － ． ● － － ．
百
星
“１ ｆ 一Biblioteka ４ ｝ －－ １７… 。 ‘ｒ ＿ ．＾ ｒ １ １ ｒ一 １ ～ １ １ ｎ ‘ 。 。 。 ｌ ｌ … １ — ｒ Ｔ ｒｎ 一ｒ Ｉ １ ｒ … ｒ １ １ ｉ ｎ ｒ ￣＇ －１ ”ｒ ｉ ｆ
箜 鲞笙 塑
２１ ０ １年 ９月
防 灾
科
技 学 院 学
报
Ｖｏ．１ Ｎｏ ３ １ ３， ． Ｓ ｐ． ｅ ２０１ １
PBS
PBS型32位宽频带流动地震仪作者：孙鸿李从庆郭磊来源：《现代电子技术》2013年第18期摘要：在此介绍一种基于STM32F437微处理器和嵌入式系统设计技术，用于超长观测距人工地震探测的微型一体化宽频带地震仪的设计原理和实现方法。
在对有源差容式地震计进行了微型化和低功耗设计的基础上，使得PBS型32位宽频带流动地震仪兼具宽频带和低功耗、小体积的特点，方便野外运输、安装，还具有互联网接入能力。
该仪器也可应用于天然地震宽频带流动观测，地震余震观测和水库地震观测等。
该仪器在4·20四川芦山地震应急观测试验中取得了较高质量的地震观测数据，性能完全满足地震观测要求。
关键词：宽频带；流动地震仪； STM32F437微处理器；有源差容式地震计中图分类号： TN919⁃34； TP29 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）18⁃0121⁃040 引言地震学方法是研究地球内部结构和构造的有效手段。
近年来，人工源地震测深方法的不断进步以及野外观测系统和数据处理方法的进一步完善和发展，对地震勘探精度的要求越来越高，探测目标也在不断地向地球更深处延伸。
这就要求地震仪器不但要有足够高的分辨率、更高的勘探精度，而且还要能够记录到反映地球深部信息的低频信号。
测线上密集的观测点位设置，长达数百公里甚至上千公里的超长观测距成为人工地震探测野外工程的重要特征[1]。
本文介绍一种适用于超长观测距人工地震探测，具备大动态范围、低功耗、微型化、宽频带的高性能地震仪。
该地震仪体积小、重量轻，布放灵活，操作简便，可以提高野外数据采集的效率和质量，并有效降低野外工程成本。
本仪器也可应用于天然地震宽频带流动观测，地震余震观测和水库地震观测等。
1 硬件设计PBS型地震仪采用一体化设计方案，由有源差容式力平衡速度传感器及CPU核心控制电路板组成，系统原理图如图1所示。
传感器是一款经小型化和低功耗设计的有源差容式速度型地震计；CPU核心控制板以Cortex™⁃M4F STM32F437微处理器为核心，由模数转换、CF卡存储、数据缓存SRAM，GPS授时模块，标定信号发生，环境参数传感电路以及以太网和串口通信接口组成[2⁃4]。
TDV-60B宽频带地震计的调零设计
TDV-60B宽频带地震计的调零设计摘要：本文介绍了宽频带地震计的调零方法，并阐述了如何利用单片机实现电子自动调零关键词：宽频带地震计，电子调零，单片机，C51引言TDV-60B宽频带地震计是一款差动电容式力平衡反馈式地震计，实现了宽频带范围内高灵敏度的地震信号观测。
如此高的灵敏度，在加上相对比较复杂的精密电容换能机械结构，使得宽频带地震计需要调零才能正常工作。
并且，宽频带地震计容易受到温度、气压、倾斜等外界因素的影响，而偏离正常工作点。
这就更要求宽频带地震计需要有一个方便、快捷且精准的调零机制。
1 调零原理力平衡反馈宽频带地震计的输出正比于地面运动速度，TDV-60B在60S~50Hz 内速度输出平坦。
其原理框图如图1所示，反馈网络中存在三条反馈支路，分别是微分反馈、比例反馈和积分反馈。
在三条反馈支路的共同作用下，TDV-60B的反馈周期达到60S，即反馈后的地震计，相当于它的固有自振周期变成了60S。
如果在这种反馈模式下进行调零，将很不方便：电机每调一次，需要很长时间的稳定；甚至，如果零点偏移太远，地震计根本没法工作正常。
图1 力平衡反馈宽频带地震计原理框图图1中，如果没有了积分反馈支路，再相应的调整RC反馈网络（微分电容C 减小），就得到了力平衡反馈加速度计原理框图，见图2。
上面图3为调零设计的原理框图。
零位信号：摆锤偏离平衡位置的指示输出，±10V电压范围。
供ADUC812做调零监测使用，并且输出到数据采集器，方便及时观测电阻网络：将±10V零位电压线性转换为0~2.5V，ADUC812的A/D通道的监测电压范围为0~2.5V数据采集器：给宽频带地震计发送调零信号。
ADUC812：控制整个调零过程串口输出：调零时及时输出当前各分量的零点值，方便电路调试用H桥：电机驱动电路电机：三分向精密电机3 程序设计电子调零前，宽频带地震计先依据机箱顶部的水平气泡，通过地脚螺丝将地震计粗调水平，然后才启动电子调零对内部的机械结构做精确调整。
JCZ-360超宽频带地震计实用性分析
JCZ-360超宽频带地震计实用性分析作者：朱厚林陆栋梁应允翔陶方宇周志刘浩来源：《科技资讯》2020年第29期摘要：该课题旨在对金寨台JCZ-360超宽频带地震计数据实用性进行详细分析，首先，介绍了基于Matlab的JCZ-360超宽频带地震计LP通道固体潮提取方法，给出了VP宽频带倾斜仪功率谱计算方法，并将VP垂直摆数据同JCZ-360加速度输出（LP通道）数据进行精确分析，全方位反映出该仪器的监测效能，事实上，其作为形变观测仪具有更好的稳定性，避免了频繁进山洞的人为干扰，JCZ-360完全可作为综合观测仪。
关键词：超宽频带地震计功率谱 JCZ-360 固体潮中图分类号：P315 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）10（b）-0048-04Abstract： This topic to JinZhai JCZ-360 ultra-broadband seismometer data practical detailed analysis. First of all， based on Matlab was introduced JCZ-360 ultra-wide band seismometer LP tidal channel extraction method， gives the VP wide-band inclinometer power spectrum calculation method， and the VP vertical pendulum acceleration output data with JCZ-360 data for precise analysis （LP）， all reflect the effectiveness of monitoring， in fact， as the deformation observation instrument has better stability， avoid the frequent into the cave of human disturbance，JCZ-360 can be used as a completely integrated viewer.Key Words： Uwb seismometer; Power spectrum; JCZ-360; Earth tide随着仪器计量的标准化越来越规范，仪器种类越来越繁多，1997年，中国地震局地震研究所吕永清研究员通过研究发现JCZ-1的LP通道输出可以观测到地球自由震荡。
重庆地震台BBVS-120与KS-2000型地震计系统性能对比分析
重庆地震台BBVS-120与KS-2000型地震计系统性能对比分析陈凯;曹坤剑;易江【摘要】对重庆地震台BBVS-120、KS-2000地震计进行系统性能分析,通过噪声功率谱、标定数据、地震波形对比分析,对2套观测系统的差异进行探讨,希望对数据的处理分析及仪器的维护提供一定的数据支持.【期刊名称】《高原地震》【年(卷),期】2018(030)001【总页数】6页(P34-39)【关键词】BBVS-120;KS-2000;系统性能;重庆地震台【作者】陈凯;曹坤剑;易江【作者单位】重庆市地震局,重庆401147;重庆市地震局,重庆401147;重庆市地震局,重庆401147【正文语种】中文【中图分类】P315-390 引言由于项目的实施时间及观测要求的不同，造成不同的地震监测台网所使用的地震观测系统种类繁多，其地震观测系统性能参数亦不同，对地震数据的记录分析及数据应用都会造成一定的影响。
因此，本文将对重庆地震台(以下简称重庆台)相邻台基上并行运行的2套观测系统(BBVS-120、 KS-2000)进行系统性能分析，通过地动噪声功率谱分析、正弦脉冲标定数据处理分析、典型地震波形对比分析，对2套观测系统的差异及原因进行探讨，希望针对观测环境运行、数据的处理分析及仪器的维护提供一定的数据支持。
1 观测环境及系统参数重庆台位于重庆市巴南区南温泉景区，构造上属于川东褶带束，华蓥山复式背斜向南分支延长的南温泉背斜，背斜轴部三叠系嘉陵江地层岩溶较发育，岩性为灰岩。
1976年建台投入使用，观测历史悠久。
重庆台2套观测系统分别由KS-2000甚宽频带地震计与SMART-24R采集器组成，BBVS-120宽频带地震计与EDAS-24GN采集器组成，测震摆墩位于防空洞改造而成的观测山洞内，冬暖夏凉，平均气温27℃，年内温差5℃，相对湿度70%，观测环境十分稳定，2套系统处于相邻的2个摆墩之上。
通过查阅仪器使用手册，2套观测系统基本信息见表1。
宽频带地震计培训手册-BBVS-60
BBVS-60宽频带地震计培训手册（与GL-S60为同一款设备）合肥震中工程技术有限公司2019年3月目录1、BBVS-60宽频带地震计快速使用指南 (1)1.1、BBVS-60地震计简介 (1)1.2、BBVS-60宽频带地震计的主要特点为 (1)1.3、BBVS-60宽频带地震计外观 (2)2、BBVS-60的运输与工作环境 (3)2.1、运输 (3)2.2、工作环境 (3)3、BBVS-60的安装 (4)3.1、准备工作 (4)3.2、安放与定方位 (4)3.2.1、移动地震计至工作台 (4)3.2.2、安放与定方位简图 (5)3.2.3、调节底座水平 (6)3.2、松摆 (7)3.3、BBVS-60与数据采集器的连接 (8)3.3.1、连接 (8)3.3.2、上电调零 (8)3.4、软件连接 (10)3.4.1、安装连接软件 (10)3.4.2、设置相关仪器参数和运行图 (10)4、BBVS-60的日常检测与维护 (12)4.1、BBVS-60的标定 (12)4.2、BBVS-60的远程零位监控 (12)4.3、BBVS-60的回收 (14)5、BBVS-60的技术指标 (17)6、BBVS-60接口定义说明 (18)1、BBVS-60宽频带地震计快速使用指南1.1、BBVS-60地震计简介BBVS-60宽频带地震计是北京港震仪器设备有限公司研制的位移换能力平衡反馈式宽频带地震计。
它由三个独立分向的传感器(一个垂直向、二个水平向)一体化安装组成，内置电子反馈电路、控制电路、电源变换电路，噪声水平低、动态范围大，安装使用方便。
1.2、BBVS-60宽频带地震计的主要特点为●三分向一体安装，位移换能，采用力平衡负反馈系统，传递函数稳定●频带范围为60秒～50赫兹，速度响应平坦●仪器自身噪声低于最小噪声模型NLNM（100秒～10赫兹）●外置锁摆、松摆，无需打开外壳●具有远程零点监控、遥控调零功能●单12V直流电源供电，低功耗第 1 页第 2 页1.3、BBVS-60宽频带地震计外观图1 BBVS-60宽频带地震计外观 1. 外壳 6. 松摆、锁摆镙钉（共3个）2. 底座 7. 水平调节底脚镙钉（共3个）3. 外壳固定镙钉（共6个） 8. 底脚镙钉锁紧环（共3个）4. 铭牌 9. 水平泡（共2个）5. 信号接口插座 10.方位基准面39524 8 7 10162、BBVS-60的运输与工作环境2.1、运输在三分向机械摆体均被可靠地锁定、并且装入特制的减震包装箱中以后，BBVS-60宽频带地震计可以采用多种方式运输，包括飞机、火车、汽车等。
CTS-1E与BBVS-120地震计性能对比分析
CTS-1E与 BBVS-120地震计性能对比分析摘要通过对 CTS－1E与BBVS－120 地震计系统记录的台基噪声功率谱密度计算、地震事件定位、波形记录质量、运行率、脉冲标定和正弦波标定数据处理等指标进行对比分析，探寻两种地震计在实际工作中的性能差异，为今后有人值守台站地震计选择、更换以及相关研究工作提供依据。
关键词地震计；对比分析目前，地震系统使用的地震计种类繁多，所使用的地震计种类更是多种多样，而这些地震计性能及技术参数存在一定的差异。
这些差异对于地震观测的数据应用，如日常数据处理、地震速报、地震编目必然会产生一定的影响。
对于同一地震的计算结果会有些许不同，这与分析人员的业务工作能力和工作习惯有一定关系，但不同型号不同厂家生产的地震计对于数据结果的影响是不能忽略的[1][2]。
四川省测震台网实时数据接入国家测震基本台共有7个，这些地震观测台站主要使用的地震观测仪器是5个甚宽频带和2个超宽频带长周期地震计，姑咱、乡城、巴塘地震台使用CTS－1E和BBVS－120 甚宽频带地震计同时并行观测。
这两种地震计在全国范围内，使用也较为普遍，通过对比观测研究，可以在一定程度上深人了解两类地震计之间的差别，为今后高原地区台站地震计选择、更换以及相关研究工作提供依据。
1、观测环境、台站分布及仪器参数为了使该项研究工作更加科学、完善，分别选择康定地震中心站辖区范围的姑咱、乡城、巴塘地震台作为对比观测场地。
同属于国家测震基本台，位于鲜水河断裂带处于青藏高原东南缘的四川西部，地震频率高的特性。
姑咱地震台位于康定县姑咱镇，在构造上该台处于北西向鲜水河断裂带与北东向龙门山断裂带交汇处以北地区。
乡城台位于乡城县桑披镇，在构造上处于南北向金沙江逆冲断裂带。
巴塘地震台位于巴塘县夏邛镇东南的红军山脚下，在构造上该台处于北东走向的巴塘断裂带。
台站观测仪器基本信息见表1。
三个台都具备了同一场地同时采用了CTS-1E与BBVS-120型地震计进行观测，在台站地震观测系统上全部采用反馈式地震计和24位数据采集器，因此研究具有可对比性。
CTS-1E与BBVS-120型地震计性能对比分析
CTS-1E与BBVS-120型地震计性能对比分析韩成成;王琐琛【摘要】通过对CTS-1E与BBVS-120地震计系统记录运行率、台基噪声功率谱密度计算、脉冲标定和正弦波标定数据处理等指标进行对比分析,探寻两种地震计在实际工作中的部分性能差异,为今后开展地震监测及相关研究工作提供依据.【期刊名称】《四川地震》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】6页(P23-28)【关键词】CTS-1E;BBVS-120;仪器性能【作者】韩成成;王琐琛【作者单位】安徽省地震局,安徽合肥230001;安徽省地震局,安徽合肥230001【正文语种】中文【中图分类】P315.62目前，地震系统使用的地震计种类繁多，特别是对于不同单位、不同目的的地震观测台网，所使用的地震计种类更是多种多样，自然这些地震计性能及技术参数都有一定的差异。
这些差异对于地震观测台网的数据应用，如日常数据处理、地震速报、地震编目必然会产生一定的影响。
多个台站对于同一地震的计算结果会有些许不同，当然，这与分析人员的业务工作能力和工作习惯有一定关系，所以地震计对于数据结果的影响是不能忽视的。
安徽省测震台网实时数据入网观测台站共有52个，这些地震观测台站主要使用的地震观测仪器是BBVS-60宽频带地震计，而合肥地震台和蒙城地震台使用的是CTS-1E和BBVS-120甚宽频带地震计。
为了在一定程度上了解两款地震计在实际观测中的一些差别，此次选取合肥台和蒙城台的地震计拾取数据进行对比研究，相信对今后各项观测数据研究和仪器维护起到一定的参考作用[1]。
安徽地区位于华北板块、扬子板块和秦岭—大别山造山带3个一级构造单元的接壤地带，郯庐断裂带与大别山造山带在安徽中部的大别山东缘相会，造成了这个区域内构造背景比较复杂。
近些年，该地区发生了多次4级以上的地震或震群，地震监测工作变得十分重要。
鉴于该地区地震活动特点和特殊的地质构造条件，该地区在未来一段时间具备发生5级以上中强地震的背景[2],地震预测研究工作要求获得准确的观测资料，这样才有利于开展地震观测和研究工作。
一体化低功耗宽频带数字地震仪研制
一体化低功耗宽频带数字地震仪研制彭朝勇;杨建思;薛兵;陈阳;朱小毅;张妍;李江【摘要】流动观测台网与固定观测台网的结合是当前地震观测技术系统发展的一个趋势.针对流动观测时地震计与地震数据采集器互相独立、携带不方便、功耗高的问题,自主研发了一款适合流动观测的集地震信号提取、数据采集、记录和服务为一体的数字地震仪.该仪器具有频带宽(60 s-80 Hz)、动态范围高(＞140 dB)、功耗低(0.6 W)、携带方便(整机重量在15kg左右,包括供电系统、GPS天线和包装箱)等特点.详细介绍了该地震仪的外观结构、整体硬件结构、低功耗处理技术和所采用的灵敏度校正、标准方位和正交校正技术.对仪器的主要性能参数指标进行了严格的测试,并给出了具体的测试结果.该仪器研制完成后,投入到了青海玉树Ms7.1地震震后流动观测中.从半年的实际使用结果来看,该仪器能够满足流动观测的要求.【期刊名称】《地震学报》【年(卷),期】2014(036)001【总页数】10页(P146-155)【关键词】一体化;宽频带地震仪;低功耗;仪器校正;流动观测;玉树Ms7.1地震【作者】彭朝勇;杨建思;薛兵;陈阳;朱小毅;张妍;李江【作者单位】中国北京100081 中国地震局地球物理研究所;中国北京100036 中国地震局地震预测研究所;中国北京100081 中国地震局地球物理研究所;中国北京100036 中国地震局地震预测研究所;中国北京100036 中国地震局地震预测研究所;中国北京100036 中国地震局地震预测研究所;中国北京102628 北京港震机电技术有限公司;中国北京100036 中国地震局地震预测研究所【正文语种】中文【中图分类】P315.62引言流动数字地震台网作为“‘十五’中国数字地震观测网络”项目建成的新一代中国数字地震观测系统的一部分，在我国地震观测事业中发挥着重要作用（刘瑞丰等，2008；郑秀芬等，2009）.流动数字地震观测设备必须满足流动性要求（郭建，刘光鼎，2009；陆其鹄等，2009），因此组成流动数字地震观测系统的各个设备必须具有体积小、重量轻、功耗低等特点（游庆瑜等，2003；李江等，2010）.另外，流动观测现场一般都不具备交流电源，而是采用蓄电池或太阳能电池供电.在这种情况下，观测设备的功耗越低，则耗电越少，采用容量不太大的蓄电池或太阳能电池即可工作，从而有助于降低观测成本.当前，我国流动地震观测中使用的观测仪器，有进口的，也有国内自制的，基本都是将独自存在的地震计与地震数据采集器通过电缆连接而成（陈祖斌等，2006；王超等，2007）.在这种情况下，进行流动观测时，需要同时运输地震计和地震数据采集器，增加了观测成本和安装成本.目前，国际上一体化低功耗宽频带数字地震仪的种类并不多，成为正常销售产品的只有英国Guralp公司生产的CMG-40TDE.在本项设备完成研制之前，我国还没有自行研制的用于野外流动地震观测的一体化数字地震仪.为此，在中国地震局统一组织下，中国地震局地震预测研究所开发出了新型的集地震信号提取、数据采集、记录和服务为一体的低功耗宽频带数字地震仪，并于2010年5月将该仪器投入到青海玉树MS7.1地震活动现场进行流动观测.1 整机系统总体设计与结构图1 宽频带数字地震仪总体结构Fig.1 Global structure of the broadbanddigital seismograph一体化低功耗宽频带数字地震仪研制项目组在经过充分的预研、调查和研制准备后，确定了总体技术方案.图1是该地震仪的外观和内部实体图.从图1可以看出，整机系统外观结构由以下部分组成：底座、三分向宽频带数字机械摆、4层电路板和机壳.底座上安装航空插座，向外提供各种输入／输出接口.为了减少接口数量，我们将网络通信接口和串口通信接口合二为一，只向外提供电源、通信和授时模块3个接口.另外，底座上还添加了3个底脚螺丝和一个水平气泡用于系统安装时调平.宽频带数字地震仪的机械摆通过扁平电缆与上层电路板之间进行连接.从底座伸出3根立柱，用于支撑4块电路板：前级放大电路板（AMP板）、反馈及采集电路板（ADC板）、电源及控制电路板（PWR板）和CPU板.AMP板生成驱动地震计电容极板的振荡信号，并完成地震计输出小信号的放大和解调；ADC板负责将地震计输出的模拟电平转换成数字量，并完成地震计反馈控制；PWR板提供仪器所有的数字电路供电（＋3.3V）、模拟电路供电（±12V，±3.5V）以及部分控制电路供电；CPU板上运行Linux操作系统，提供数据采集管理、数据存贮、数据网络服务等功能.4层电路板之间分别用一定高度的有机玻璃套环进行定位，下方通过立柱上的小台阶进行定位，上方通过金属套环和顶丝固定在立柱上.为了便于携带安装，机壳上设计有拎手，同时在拎手上增加“N”方向指示.机壳上还设计了一个CF卡盖，方便用户在野外观测时随时更换CF卡.下面从硬件模块、低功耗处理和仪器校正等3个方面进行详细说明.1.1 硬件功能设计该地震仪对应的硬件结构如图2所示，由4大部分组成：宽频带地震计、数据采集、FPGA控制和微控制单元.图2 宽频带数字地震仪硬件结构Fig.2 Hardware structure of the broad-band digital seismograph1.1.1 宽频带地震计宽频带地震计是由一个垂直分向和两个水平分向组成的三位一体式结构的地震计.每个分向均为一体式独立结构，可以单独拆卸下来，其工作原理如图3所示.当地面运动时，由电容换能器产生的电压信号经放大后进入反馈网络产生反馈电流，流经反馈线圈产生反馈力.1.1.2 高精度数据采集一体化地震仪数据采集部分由前置放大、24位A／D转换、辅助采集通道、高稳定度晶体振荡电路等单元组成.为了将地震计输出的微小地震信号调整成24位A／D转换器所需要的信号大小，采集器三通道前置放大由3级基本电路组成.第一级小信号输入的放大电路采用场效应管组成的单端输入、双端输出的差分放大电路.使用场效应管可以提高输入阻抗，达到与电容换能器极板匹配的目的.第二级解调电路部分通过控制信号对高速模拟开关MAX353进行通道切换，从而达到调制目的.第三级放大电路由运算放大器LT6011和电容、电阻构成，形成差分平衡输出.实际使用中，该电路仅仅保留了直流增益.24位A／D转换器采用TI公司生产的ADS1281，其内部集成了可配置的数字滤波器.在电路连接上，采用引脚设置方式.在4.096MHz的工作时钟下，第一级SINC滤波器的抽取比为16；第二级为最小相位FIR数字滤波，抽取比为32.ADS1281的输出采样率为2kHz.辅助通道采样率固定为10Hz，用于电源电压量监测和宽频带地震计三分向零位监测.所采用的ADS7822是一种12位串行高速、采集速率可达75kHz的微功耗ADC芯片.ADS7822的输入端为“多选一”模拟开关，输入端采用高阻值电阻分压网络实现±10V的采集量程.由于ADS7822为单电源供电设计，模拟输入端电压范围不能超过供电电压范围，因此需要通过运算放大器对采集到的模拟量进行电平转化及平移.采集到的数字信号通过SPI接口送到CPU板.晶体振荡器主要提供数据采集ADS1281的采样时钟和可编程门阵列FPGA的时钟计数脉冲.选择稳定度优于10－6的TCXO模块，并带有压控输入端，在对钟的状态下，对晶振进行频率调节.TCXO晶振采用T11A（8.192MHz），其工作电压为3.3VDC±5%，频率稳定度≤±1.0×10－6，控制电压变化范围为0.5—2.5V（中心电压1.5VDC），频率牵引范围≥±10×10－6，斜率为正.由12位DAC7513提供TCXO的控制电压，通过CPU的SPI接口进行控制.1.1.3 FPGA控制逻辑一体化地震仪对数据采集通道、GPS码和SSC数据收发进行逻辑控制的所有功能仅由1枚FPGA芯片完成（Yu et al，2010）.该芯片采用Altera公司出产的具有20 060个逻辑门的EP1C3T144C8芯片.FPGA控制逻辑采用模块化的设计方法，其中包括：① 数据采集模块.每个ADS1281对应一个采集模块，当检测到DRDY有效时，FPGA向ADS1281连续发送32个SCLK信号，同时读取输出的32位数据到32位移位寄存器，等32位数据读取完成时，移动该数据到锁存寄存器，并设置数据标识为“有效”，以便SSC数据上行模块获取该数据；②IRIG-B码接收模块.根据IRIG-B码格式对GPS输入信号进行解析并生成6个16位数据缓存到6个寄存器中；③ 秒沿处理模块.当PPS秒沿到时，获取4.096MHz晶振计数值并缓存；④SSC数据上行模块.定时检测每个锁存的寄存器是否有新的数据，如果有，则根据类型对数据增加数据类型标识，生成32位数据并通过SSC将数据发送到CPU；⑤SSC数据下行模块.当进行地震计标定处理时，将标定数据从CPU通过SSC传输到1 024字节的FIFO缓冲区，并按照每1ms 1个数据的方式发送到DA 控制器进行标定控制.1.1.4 微控制单元微控制单元选用Atmel公司的AT91SAM9263CPU.该CPU采用ARM926EJ-S核心，最高时钟为240MHz.CPU与FPGA之间采用同步串行控制器SSC进行数据接收与命令发送操作.由于SSC接口配置了专用外设DMA控制器PDC，显著降低了外设与存储器之间数据传输所需的时钟周期数，因此提高了微控制器的性能，数据传输效率高，CPU负荷小，不会出现采集数据丢失的现象.微控制单元内置嵌入式Linux操作系统，同时在操作系统核心内实现了数据采集管理、FIR数字滤波运算（同时进行1，10，20，50，100，200和500Hz线性相位和最小相位滤波计算）、地震计控制等功能，并通过网络接口提供实时数据服务和参数设置.软件系统的主要功能包括：参数设置与管理、实时数据记录（存储于8GB CF卡上）、地震事件检测与记录、网络数据服务（提供低延时网络数据传输功能，用于“预警”处理）、主动发送服务、串口数据服务、标定处控制（提供脉冲、正弦、伪随机二进制码等3种标定信号）、GPS时间服务、地震计调零、存储空间监测与管理和系统运行监控等（王洪体等，2006）.1.2 低功耗处理为了降低整机系统功耗，使其能够适合流动观测的要求，在仪器设计时作了以下4种处理：①通过修改U-Boot和Linux内核程序，将ARM CPU主频频率由原来的200MHz降低到143MHz；② 增加了网络电源开断控制按钮，使得在不进行网络数据传输的情况下，用户可以关闭网络电源；③ 授时服务由原来的连续GPS授时模式，修改为间隔式GPS授时，即当一次GPS授时完成后，自动关闭GPS电源，并在下一次授时时，重新打开GPS电源进行服务；④LED显示15分钟后，自动关闭其背光电源.1.3 仪器校正传统的地震计与地震数据采集器分开设计的方式极少考虑对仪器的输出数据进行各种校正处理，主要是因为地震计与地震数据采集器不进行成套销售，或者由于某些公司只生产地震计或者地震数据采集器，所以用户方进行数据校正难度很大.采用一体化的设计，可以大大降低该项工作的难度，直接在仪器生产时就可以进行数据校正.1.3.1 灵敏度校正由于各台仪器的灵敏度往往都会有一些偏差，为了将3个通道的灵敏度都调节到500 counts／μm／s，需要对灵敏度因子进行修正.具体方法为：首先通过对比法（专业设备性能指标测试检测方法标准研究课题组，2011）得到地震仪的三分向灵敏度S，然后分别计算三分向灵敏度调节因子：将上式得到的调节因子K存入仪器的存储器中，最后在获取数据时自动乘以该因子就可以得到灵敏度校正后的输出结果.1.3.2 标准方位和正交性校正由于地震计内部装配误差等因素，地震计实际传感方向与标示方向并不一致.实际传感方向用xyz来表示，它们与ENU不重合，而是有一个小角度的误差，可采用如下公式进行消除：式中，vx，vy和vz是地震计原始记录的EW，NS和UD 3个地动速度分量；vEW，vNS和vUD是通过校正后输出的数据；αNS，αEW为地震计NS分向和EW分向的方位角；αUD为地震计垂直分向在水平面投影的方位角；βNS和βEW 分别为地震计NS分向和EW分向相对于水平面的仰角，βUD为地震计垂直分向偏离铅锤线的角度.6个角度量可通过对比法或者振动台法测得的结果经过拟合后得出（专业设备性能指标测试检测方法标准研究课题组，2011）.2 系统测试2.1 简介样机完成后，我们分别于2010年3月和9月在中国地震局地震预测研究所测震实验室和河北沽源九连城地震计测试基地依据相关测试标准（Charles et al，2010；专业设备性能指标测试检测方法标准研究课题组，2011）对其进行了各项参数指标测试.在测试中使用的具体测试设备有：1）超低失真度信号发生器（DS360）：失真度为－110dB.2）温湿度试验箱（SETH-020L）：温度范围为－50—100℃，温控精度为0.1℃. 3）标准时钟：GPS授时，具有时、分、秒脉冲输出，准确度为1μs.4）甚低频振动测试系统：频率范围为0.000 2—250Hz（有中国计量科学院出具的检定证书和校准证书）.2.2 主要参数指标测试及其结果1）灵敏度测试.测试时，将样机平稳地放在振动台台面中心，调整灵敏轴使其与振动方向平行，记录振动台输出信号的速度值.从计算机记录文件读取地震仪的输出数字值，获取到的测试结果如表1所示.2）线性度测试.由于地震计的频率特性为带通滤波器，不能使用静态直流信号输入进行测试，只能使用正弦信号进行交流测试.具体测试时，测试频率选择5Hz，然后通过调整标准信号源输出幅度x，同时记录样机的输出幅值y，最后进行线性拟合并求出线性度误差，测试结果见表2.表1 灵敏度测试结果Table 1 Test result of sensitivity测试频率／Hz响应灵敏度／（coun t·μm－1·s－1）UD EW NS 5.0 503.774 502.226 506.015表2 线性度测试结果Table 2 Test result of linearity频率／Hz信号源输入／V UD被测仪器输出／count线性拟合结果／count EW被测仪器输出／count count 1 1321265 1318186 1046320 1044447 1015009 101线性拟合结果／count NS被测仪器输出／count线性拟合结果／0.234% 0.179%0.117%3827 2 2640482 2637392 2091207 2088685 2028991 2027645 3 3957207 3956597 3134036 3132922 3041847 3041463 45274885 5275803 4176722 4177160 4055317 4055280 5 6591787 6595009 5218334 5221397 5067499 5069098 5.0 6 7910342 7914214 6261688 6265635 6080917 6082916 7 9228467 9233417 7306788 7309872 7094492 7096734 8 10549850 10552625 8352665 8354109 8109529 8110552 9 11872650 11871831 9399388 9298347 9124821 9124369 10 13199180 13191037 10448010 10442584 10141650 10138187线性度3）幅频特性测试.测试频点选择16个，分别为0.008 3，0.01，0.016 7，0.025，0.05，0.1，1，5，9，19，33，39，44，49，52和58Hz.系统实际测得的经过归一化后的幅频特性曲线如图4所示.4）动态范围测试.使用正弦波测量地震计有效观测频带内限幅电平与频率的关系.限幅电平描述了地震计观测大信号的能力，具体测试结果见图5.根据测试结果可得系统的动态范围大于140dB.表3 4种处理方式可节省的功耗Table 3 Saved power consumption for four processing modes处理方式可节省功耗／W 0.2关闭网络电源 0.3关闭GPS电源 0.2 LED显示关闭降低CPU主频0.35）系统功耗测试.按照1.2节中描述的方式对4种处理方法分别进行了功耗测试，具体测试结果见表3.从表3可以看出，4种处理方式均可明显降低整机系统功耗.在省电模式下可节省1W左右，而整机系统功耗也从原来的1.6W降低到了0.6W. 6）多采样率同时输出和低延时输出测试.整机系统在上电启动后，通过在台式机上同时运行多个客户端软件，并在每个软件界面上针对每个分向数据设置不同的采样率，验证了多采样率同时输出功能；通过客户端软件设置不同的输出间隔（分别为100，200，500ms和1s），验证了低延时输出功能.2.3 与同类型仪器的比较通过与Guralp公司生产的一体化宽频带地震仪CMG-40TDE对比，可以得出，该地震仪在频带范围、动态范围、系统功耗、灵敏度等方面与CMG-40TDE非常接近.从噪声水平方面来讲，CMG-40TDE是一款中等自噪声（Ringler，Hutt，2010）的地震仪，而该地震仪的噪声相对来说要低一些.另外，该地震仪在软件功能方面还具有CMG-40TDE和其它地震数据采集器不具备的一些特点：多采样率同时输出和低延时数据输出.多采样率同时输出可以大大提高地震仪产出数据的利用率，使得地震仪在同一时刻既可以输出50／100／200Hz数据用于常规的台站观测或者流动观测，又能输出1Hz数据用于全球地震学研究；而低延时数据输出方式则可以将该地震仪用于地震预警数据传输.3 试验研究2010年4月14日7时49分，在青海省玉树县（33.23°N，96.61°E）发生MS7.1地震，震源深度18km.玉树地震是继汶川地震后的又一次震灾严重的地震.玉树地震后，中国地震局科学技术司立即组织了“玉树地震综合科学考查”.其中，野外流动地震观测由中国地震局地球物理研究所与青海省地震局共同组成的流动地震观测科考队负责.根据中国地震局的统一部署和要求，整个科考队于2010年5月2日出发，共建立了两个观测项目：一个是在震源区架设由14个流动地震台站组成的密集台阵，分布在玉树地震断层两侧并覆盖震源区；另一个是北起青海花石峡，南至西藏内乌齐架设的由16个（其中4个与密集台阵共用）流动地震台站组成的600 km地震大剖面（图6）.一体化宽频带地震仪共计12台，全部应用于第二个观测项目上，包括QSX（清水乡）、MAD（玛多台）、HHX（黑河乡）、YNG （野牛沟）、ZMT（扎马台）、ZDT （扎朵镇）、ZQT （珍秦台）、NQT （囊谦）、BZT （白扎乡）、JQT（吉曲台）、JSK（甲桑卡）和JDX（吉多乡）.流动地震观测持续了半年，记录了大量的区域地震事件和远震事件.其中3级以上地震有30余次，4级以上地震有10余次，5级以上地震有2次.记录到的最大地震为MS5.9，发生于2010年5月29日10点29分，位于（33.3°N，96.3°E），震源深度为10km（波形见图7）.根据这些记录到的余震资料，可以对地震序列的空间分布进行精确定位，反演地震的震源过程，并根据地震学方法得到震源区的深部结构图像，获得该震源区的构造异常分布和区域深部构造环境.图7 JDX台站记录到的2010年5月29日青海省玉树MS5.9地震Fig.7 The29May 2010 MS5.9earthquake in Yushu，Qinghai of China，recorded by the station JDX4 结论针对流动观测中传统的由于地震计与地震数据采集器单独存在而出现的运输不方便、功耗大的问题，本文详细介绍了一款将地震信号提取、数据采集、记录和服务集为一体的低功耗宽频带数字地震仪.该地震仪具有频带宽（60s—80Hz）、动态范围高（＞140dB）、功耗低（0.6W左右）、携带方便（整机系统在15kg左右，包括供电系统、GPS天线和包装箱）等特点.另外，该仪器还具有多种采样率同时输出和低延时数据输出等其它同类仪器不具备的特点，进一步扩大了本仪器的应用范围.该仪器在研制过程中进行了大量的实验室和台站测试.仪器研制完成后，投入到了青海玉树MS7.1地震震后实际流动观测试验中，并取得了详尽的第一手观测资料.通过在青海玉树地震震后流动观测试验中的具体应用，不管从仪器的运输和携带上，还是从仪器的稳定运行上都可以得出，该仪器是一款非常适合流动观测的设备.与国外同类仪器相比，该仪器还具有很好的性价比.下一步将从更低的功耗、更轻的整机系统重量和更稳定的系统运行等3个方面着手，进一步提高该系统的各项性能指标.参考文献陈祖斌，滕吉文，林君，张林行.2006.BSR-2宽频带地震记录仪的研制［J］.地球物理学报，49（5）：1475－－1481.Chen Z B，Teng J W，Lin J，Zhang L X.2006.Design of BSR-2broad band seismic recorder［J］.Chinese J Geophys，49（5）：1475－－1481（in Chinese）.郭建，刘光鼎.2009.无缆存储式数字地震仪的现状及展望［J］.地球物理学进展，24（5）：1540－－1549.Guo J，Liu G D.2009.Current situation and expectation of cable-less seismic acquisition system［J］.Progress in Geophys，24（5）：1540－－1549（in Chinese）.李江，庄灿涛，薛兵，朱小毅，陈阳，朱杰，彭朝勇，叶鹏，梁鸿森，刘明辉，杨桂存，周银兴，林湛，李建飞.2010.宽频带海底地震仪的研制［J］.地震学报，32（5）：610－－618.Li J，Zhuang C T，Xue B，Zhu X Y，Chen Y，Zhu J，Peng C Y，Ye P，Liang H S，Liu M H，Yang G C，Zhou Y X，Lin Z，Li J F.2010.Development of broadband ocean bottom seismogram（OBS）［J］.Acta Seismologica Sinica，32（5）：610－－618（in Chinese）.刘瑞丰，高景春，陈运泰，吴忠良，黄志斌，徐志国，孙丽.2008.中国数字地震台网的建设与发展［J］.地震学报，30（5）：533－－539.Liu R F，Gao J C，Chen Y T，Wu Z L，Huang Z B，Xu Z G，SunL.2008.Construction and development of digital seismograph networks in China［J］.Acta Seismologica Sinica，30（5）：533－－539（in Chinese）. 陆其鹄，吴天彪，林君.2009.地球物理仪器学科发展研究报告［J］.地球物理学进展，24（2）：750－－758.Lu Q H，Wu T B，Lin J.2009.A research report on development of instrument science for geophysics［J］.Progress in Geophys，24（2）：750－－758（in Chinese）.王超，宋克柱，唐进.2007.高性能水平地震数据采集系统设计与实现［J］.吉林大学学报：工学版，37（1）：168－－172.Wang C，Song K Z，Tang J.2007.High performance data acquisition system for marine seismic survey［J］.Journal of Jilin University：Engineering and Technology Edition，37（1）：168－－172（in Chinese）. 王洪体，庄灿涛，薛兵，李江，陈阳，朱小毅，娄文宇，刘明辉.2006.数字地震观测网络通讯与记录系统［J］.地震学报，28（5）：540－－545.Wang H T，Zhuang C T，Xue B，Li J，Chen Y，Zhu X Y，Lou W Y，Liu M H.2006.A network communication and recording system for digital seismic observation［J］.Acta Seismologica Sinica，28（5）：540－－545（in Chinese）.游庆瑜，刘福田，冉崇荣.2003.MC1微功耗宽频带数字地震仪［J］.地球物理学报，46（3）：347－－351.You Q Y，Liu F T，Rang C R.2003.Micro-power broad digital seismograph ［J］.Chinese J Geophys，46（3）：347－351（in Chinese）.郑秀芬，欧阳飚，张东宁，姚志祥，梁建宏，郑洁.2009.“国家数字测震台网数据备份中心”技术系统建设及其对汶川大地震研究的数据支撑［J］.地球物理学报，52（5）：1412－－1417.Zheng X F，Ouyang B，Zhang D N，Yao Z X，Liang J H，ZhengJ.2009.Technical system construction of Data Backup Centre for China Seismograph Network and the data support to researches on theWenchuan earthquake［J］.Chinese J Geophys，52（5）：1412－－1417（in Chinese）.专业设备性能指标测试检测方法标准研究课题组.2011.地震计测试方法及技术要求［R］.北京：中国地震局地震预测研究所：3－－38.Research Group of Standards for Professional Equipment Performance Testing Methods.2011.Seismometer Test Methods and Technical Requirements［R］.Beijing：Institute of Earthquake Science，China Earthquake Administration：3－－38（in Chinese）.Charles R H，John R E，Fred F，Robert L N，Erhard W.2010.Guidelines for Standardized Testing of Broadband Seismometers and Accelerometers ［R］.Reston，Virginia：US Geological Survey：1－－61.Ringler A T，Hutt C R.2010.Self-noise models of seismic instruments ［J］.Seism Res Lett，81（6）：972－－983.Yu X L，Sun Y R，Liu J Y，Miao J F.2010.Design and realization of synchronization circuit for GPS software receiver based on FPGA［J］.Journal of Systems Engineering and Electronics，21（1）：20－－26.。
JCZ-1T超宽频带地震计LP垂直通道记录的固体潮特征
该 仪 器不仅 对 小 的地方震 、 近震 、 远震 、 远震 、 极 巨大 地震记 录 清晰完 整 ， 不失 真 ， 且 而且 还 能较好 的记 录影 区地震 ， 弥补 了普 通数 字化 地震 仪在 此方 面 的不 足 ， 图 １ 见 。是 一种 理想 的高
地 震 地 磁 观 测 与 研 究 第３ １卷 第 ４期
２１ ０ ０年 ８月
ＳＥＩ ＳＭ ０Ｌ０Ｇ Ｉ Ｌ ＣＡ ＡＮ Ｄ ＧＥ０Ｍ Ａ Ｇ ＮＥＴＩ Ｃ ０ＢＳ ＥＲＶ ＡＴ １ ０Ｎ ＡＮ Ｄ ＲＥＳＥＡ ＲＣＨ
Ｖ ｏ。３１ ＮＯ． １ ４ Ａｕ ． ｇ ２ ０ ０１
作者 简 介 ； 宪军 （９ ０Ｏ 一 ）男 ， 程 师 ， 事 台站 地 震 监 测工 作 曾 １ ７一９ ， 工 从 基 金 项 目： 研 究 由“ 外 战” 幔 物 质与 环 境 领域 相 关 项 目基 金 资助 。数 据 来 源 ： 徽 蒙 城 地球 物 理 国 家 野 外 科 学 本 野 壳 安 观测 研 究 站 本 文 收 到 日期 ：０ ００ —７ ２ １ —１２
域 ， 好 的 服 务 于地 震 科 学 研 究 。 更 关键词 ＪＺ１ Ｃ 一 Ｔ地 震 计 ； 宽 频 带 ； 超 固体 潮 ； 料 处 理 ； 谱 分 析 ； 践 意 义 ； 展 应 用 资 频 实 拓
０ 引 言
固体潮是 在 日、 引潮力 的作用下 ， 月 固体地 球产生周 期性 的形变 现象 。月球 和太 阳对地 球
CTS-1E、CMG-3ESPC-120型地震计工作参数对比分析
CTS-1E、CMG-3ESPC-120型地震计工作参数对比分析段绍鑫;乌尼尔;李晓东;张森;张小飞【摘要】CTS-1E型、CMG-3ESPC-120型地震计安装架设在库尔勒地震台小泉沟观测点同一台基上,均使用EDAS-24GN型数据采集器进行实时数据采集,对比分析观测数据波形特征、地动噪声功率谱及动态范围等,明确2套地震计在实际观测中的性能差异,以便为地震监测数据分析及相关研究提供参考.【期刊名称】《地震地磁观测与研究》【年(卷),期】2019(040)004【总页数】5页(P120-124)【关键词】CTS-1E;CMG-3ESPC-120;地振动噪声水平;观测动态范围【作者】段绍鑫;乌尼尔;李晓东;张森;张小飞【作者单位】中国新疆维吾尔自治区841000 新疆维吾尔自治区地震局库尔勒地震台;中国乌鲁木齐830011 新疆维吾尔自治区地震局;中国新疆维吾尔自治区841000 新疆维吾尔自治区地震局库尔勒地震台;中国新疆维吾尔自治区841000 新疆维吾尔自治区地震局库尔勒地震台;中国新疆维吾尔自治区841000 新疆维吾尔自治区地震局库尔勒地震台【正文语种】中文0 引言当前，地震系统使用的地震计种类较多，不同型号的地震计性能及各类指标存在一定差异，对日常数据处理、仪器维护等将产生一定影响。
如多个台站对于同一地震的计算结果有些许不同，除与分析人员有一定关系外，地震计的影响也是不可忽略的（段天山等，2011）。
在库尔勒地震台小泉沟观测点（下文简称小泉沟测点）同一环境下架设CTS-1E与CMG-3ESPC-120型2套甚宽频带地震计，用于地震对比观测。
其中CTS-1E型地震计使用较为普遍，而CMG-3ESPC-120型地震计目前使用相对较少。
本文通过对比分析2套观测数据，在一定程度上了解2套地震计在实际地震观测中的差异性表现，以便对今后各项观测数据分析及仪器维护起到一定参考作用。
1 观测条件及仪器参数小泉沟测点位于焉耆县七个星镇以西，地处库尔勒断裂和兴地断裂之间，于2014年建成、2015年投入使用，是半地下室结构的地面台站，摆房位于地面以下2.5 m，摆墩基岩完整，岩性为花岗岩。
GL-S120与3T-120甚宽频带地震计性能对比分析
·２０·
四 川 地 震
２０２０年第 ４期
通常情况下，可以通过以下取值范围判断变量间的相关性：相关系数在 ０８～１０为极强相关，相关系数 在 ０６～０８为强相关，相关系数在 ０４～０６为中等程度相关，相关系数在 ０２～０４为弱相关，相关系数在 ００～０２为极弱相关或无相关。 ２．２ 地震事件选取
２０Ｈｚ频带范围内的速度 ＲＭＳ均值小于 ３１６×１０８ｍ／ｓ。
密度曲线
４ 地震计自噪声功率谱对比
表 ４ 噪声功率谱计算结果
地震计型号
ＵＤ向 １～２０Ｈｚ速度 ＵＤ向 １～２０Ｈｚ加速度
ＲＭＳ均值（ｍ／ｓ）
ＲＭＳ均值（ｍ／ｓ２）
计算地震计自噪声的方法采用目前较为广泛使用的 三仪器法，该方法的二阶张量表达式如下：
施，减少温度、湿度、空气气流在地震计工作过程中造成 图 ５ ＧＬＳ１２０ＶＳ３Ｔ１２０地震计 ＵＤ向自噪声平均功率
干扰。
谱密度曲线
参考文献
段绍鑫，乌尼尔，李晓东等．２０１９．ＣＴＳ１Ｅ、ＣＭＧ３ＥＳＰＣ１２０型地震计工作参数对比分析［Ｊ］．地震地磁观测与研究，４０（４）：１２０ －１２４． 段天山，袁顺．２０１１．ＢＢＶＳ６０、ＣＭＧ３ＥＳＰＣ型地震计工作参数对比分析［Ｊ］．地震地磁观测与研究，３２（５）：１０９－１１４． 韩成成，王琐琛．２０１６．ＣＴＳ１Ｅ与 ＢＢＶＳ１２０型地震计性能对比分析［Ｊ］．四川地震，３：２３－２７． 王凯，冯癶，刘财．２０１２．Ｐｅａｒｓｏｎ相关系数法快慢横波波场分离［Ｊ］．世界地质，２０１２（２）：３７１－３７６． 尹昕忠，陈久辉，李顺成．２０１３．流动宽频带地震计自噪声测试研究［Ｊ］．地震地质，３５（３），５７６－５８１．
２０２０年 １２月
吴 双，等：ＧＬＳ１２０与 ３Ｔ１２０甚宽频带地震计性能对比分析
温度对甚宽频地震计性能的影响
宽频地 震计 灵敏 度 的影 响关 系 ， 定量 描述 仪器 的温度 特 性 曲线 。进 而 ， 定量 的角 度评 价环 境 从
温度地 震 观测仪 器 的影 响 ， 更加 科学 地评 价仪 器在 不 同观测 环境 的工作 状态 。
站非 常重要 的环 境参数 ， 出正 常工 作 温度范 围 ， 器则 不 能正 常工作 ， 超 仪 使得 记 录 中断或 失 常 ，
严 重影 响观 测 的连续性 和 完整性 （ 金华 ，０ ３ 。温度 影响 已经得 到足 够重 视 ， 在实 际 台站 郭 ２０ ） 并
安装 中采用 一些 相关 措施 。
２８ ５
地
震
地磁Βιβλιοθήκη 观测与研
究
１ 温度 对 甚 宽 频 地 震 计灵 敏度 影 响测 试 方 法
１ １ 测 试 方 案 ．
地 震计 的灵 敏度是 用来 衡量其 地 动速度 输入 到 输 出 电压 的转 化 能力 ， 常 指 地震 计 通 频 通 带 中某特 定频点 的灵 敏度 。从传 感器 的特性 考 虑 ， 灵敏 度是 传感 器静态 特性 的主要 指标 之一 。
得 到满 意 的结 果 （ 国地 震局 监 测 预 报 司 ， ０ ７ 。其 次 ， 中 ２０ ） 振动 台 目前很 难 放 入 温 度测 试 环 境
中 。为 了研究 温度 慢变量 信号 对甚 宽频地 震计 灵敏 度 的影 响 ， 择对 比观测 法 ， 选 同时综 合 正 弦
要 保证 。 温 度对 构成 地震 观测仪 器 的材料 性能 、 件 参数 等 都 有 不可 忽 视 的影 响 。对 于 台站 运 行 元
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
动态范围
143 dB @ 100 sps, 130dB @ 2,000 sps
数字转换器
类型:
每个可选通道上为24节delta-sigma转换器
采集速度：
10, 20, 25, 50, 100, 200, 500, 1,000, and 2,000 sps
数字过滤器:
1k ohm; 1V输入– 1V输出
锁摆
不需要
重心对中
不需要
最大安装倾斜
+/-10°
机械共振
>150 Hz
环境
防水，水下1米
温度范围
标准: -40to + 55℃
箱子直径
200 mm (可制成井中地震仪直径：114.3mm)
箱子高度
220 mm
重量
11 kg
电源
10 – 15 Vdc
电流
标准: 30 mA（定制10 mA）
接口
14阵环形接口或定制
噪音
20-25 sec - 5 Hz内低于NLNM参考值3dB，20s～0.06s低于NLNM，具体见如下曲线
横向振动抑制
<10-3
失真度
<100dB
JH-757配套用：
DR4050P是最新型号，超低功率，高性能，多通道24Bit地震记录器。
该记录器可记录来自地震计，加速度计，检波器的信号。本公司与之配套的包括高动态范围内置24-bit精度加速度计或外置24-bit三轴地震计，可含内置加速度计。每个通道都有高分辨率数模转换器，确保每道之间结构上没有差异。同时，32bit指令系统RISC控制数据采集，实时数字化，滤波等过程。外接3通道传感器输入可以配合内置加速计一起使用，也可以配合宽频地震仪，旋转地震计（R-1），6DOF传感器或EA加速计（EP或SP系列）一起使用。功能全面，单板机系统，便于操作、安装及维护。重量轻和外壳坚固的特点更适合野外操作。该记录器通讯能力较强，如VSAT，ADSL，及一些无线电，可以配置遥测网络。同时支持GSM，GPRS，CDMA和PSTN通讯方式。利用GPS可以作为网络时间服务器同步其他的NTPv4计时系统。
震荡频率精度
0.016 ppm
内部电池
-100 to 10 ppm
GPS接收器 :
微型，外置，通过5m线缆连接。
触发
类型:
STA/LTA, Level 长时平均值/短时平均值，
录制
触发型或持续型，可达10个不同的选项
事前/事后共享缓冲
触发期间1000秒缓冲
测量
IV step或正弦波
测量持续时间
用户可选
电源
电压:
9– 15Vdc
过压保护
15V瞬变电压，在长期高电压下的1.8A多晶硅熔断丝
消耗功率
12V时80mA
用户界面
显示方式:
内置 LED std, 可选 LCD
用户控制方式:
菜单驱动，健康状态显示
安装
插板上的RJ45插头连接到电脑（通过x-over线）或以太网上
主图形用户界面
任意普通浏览器
操纵台
电化学传感器工作原理如图所示，传感器放置在一个装满电解溶液的水槽（1）里，由4个极细的铂网电极组成，即两个阳极（2），两个阴极（3），它们之间用极细的，有孔的聚合物隔开，这些部件都密闭在（5）中。液体的流动转换成电信号，这又电解液中离子的对流扩散完成。
EP300规格参数：JH-757
EP300规格参数
l动态范围大，线性度高，稳定性强；
l该仪器为三个正交方向上设计有三个传感器；
l灵敏度高，噪声曲线弯曲度大；
l仪器牢固，适合野外使用；
l无需中央锁摆，气泡聚中简单，安装无需特殊工具；
l水下1m防水；
l安装倾斜度大；
l价格便宜，且终身无需维护费。
l该仪器也可设计为直径为114mm的井中地震计；
l保修期可延长到3-5年。
可选配：·液晶显示屏·调制解调器·电池及充电器
DR4050 技术参数
通道类型:
各种
数据通道:
6个通道（可选12个通道）
分辨率:
高分辨率24位
外部传感器:
可编程软件: 1, 2, 4, 8, 16, 24, 32
差分输入
±0V
过压保护
500W每10/10000us，稳态功耗5W， 冲击电流达到40A
输入阻抗
产品名称：
高性能甚宽频地震计
产品编号：
JH-757
产品产地：
EENTEC
发布时间：
2015-11-09 20:20:16
详细信息
JH-757产品说明：
金华仪（北京）科技有限公司销售的EENTEC地震计是新一代低噪音甚宽频地震计，应用于台站观测，野外勘探及OBS领域。该地震计结构为垂直分量上有三个传感器，采用电化学原理传感器，这与传统意义上的钟摆技术和金字塔结构具有很大的改进，不会出现一个传感器坏整个地震计不能使用的状态。该仪器特点如下：
永久数字5th反正弦滤波器，100sps时，直流电 44.2Hz，可选FIR滤波器在100sps时，40.5Hz为-3dB到-120dB衰减
相位
滤波通带内为线性
通道间倾斜
无
处理器
16Mb同步动态随机存储器的ARM处理器
计时系统
类型:
GPS
授时精度 (软件可选):
10 微秒
振荡器
TCXO 1 ppm/year
功能
读取，显示数据文件，缩放，带通滤波（3个定制频带可快速滤波），到达提取和许多其他特点。
兼容性
VSAT链接，GSM和CDMA调制解调器，扩展频谱无线电连接或其他
环境参数
外壳
强化塑料
防水级别
IP67
操作温度范围
-20to +65°C
湿度
100%相对湿度
尺寸
260 x 230 x 130mm
重量
2Kg
DR4050 标准分析软件
eqWave软件
波形分析与处理。Windows, Unix, Liຫໍສະໝຸດ ux, and MacOS系统下可操作
任意普通VT100仿真程序
数据传输 (远程)
任意普通FTP客户端
数据获取（本地）
使用USB读卡器或通过FTP复制可移除USB卡到计算机
数据存储
存储卡
可移除4GB std到最大128Gb可选
文件兼容性:
任意计算机
数据格式
PC-SUDS
远程通讯
接口
通过网络浏览器或经由以太网或PPP的远程登录
数据转换
使用HTTP或FTP
电化学传感器
输出信号
三分量垂直信号，计算总场值
输出信号
+/-10V (+/-20 V峰峰值)
动态范围
150 dB @ 1Hz56180356
频宽
标准: 0.0167 – 50 Hz;可选: 0.0083 – 50 Hz
灵敏度
标准: 2000 V/m/s;可选: 350 – 20,000 V/m/s
矫正参数