《强震动观测技术》重要知识点汇总 (3)(1)汇总
地震学基础强地振动及其观测
当地震动幅值达到设定的阈值时才开始记录，拾 振器拾取的地震信号通过电路送给电流计（或磁 带、存储器等）记录下来；时间系统为强震仪提 供准确的发震时刻和时间标记。传输系统将地震 动时程数据、时间等有关信息按照设定的方式向 记录处理中心传输。
• ⑨ 时间精度 强震仪内部时钟与世界标准时间的相对 误差，现代强震仪的时标精度可达5×10-7秒。
• ⑩ 数据存储 现代强震仪预存储时间可达5秒，防止 “丢头”；有足够容量的电源，可自动充电；可自 动传输数据。
5.1.2 强震台网和强震台阵
自1933年美国在加州的长滩地震中取得了第一条地震加 速度记录之后，强震观测迅速发展。日本于1951年底组建 “强震加速度计委员会”，此后由气象厅、各大学研究机构 和企业联合开展了全国的强震观测。
• ⑤ 触发方式 有机械触发、带通閾值触发、差值与比 值触发、定时触发、手动触发等不同方式。
• ⑥ 记录介质 主要有胶片、感光纸、磁带、存储器、 U盘和硬盘。
• ⑦ 静态耗电 强震仪等待地震时消耗的电流。
• ⑧ 采样率 对拾振器输出电压每秒钟采样的次数，数 字强震仪的采样率一般有50sps、100sps、200sps、 400sps四档供选择，现代强震仪的采样间隔至少为 0.01秒；
由记录到的水平加速度峰值和垂直加速度峰值的比较 可以看出，在震中距25公里以外，垂直峰值平均为水平峰 值的1/2－2/3。近场垂直分量峰值加大，震中距小于10公 里时，有许多实测垂直加速度峰值与水平峰值相当，甚至 超过水平分量。
强地震动三要素
• 地震动强度（峰值） • 地震动频谱（反应谱、傅氏谱、功率谱） • 地震动持续时间
振动测量基础知识
四个测量象限的位置要从同一个参 考方向观察确定，避免相位数据的 混乱。在轴承座A位置2处所进行的 相位测量必须与轴承座B位置2处所 进行的相位测量相比较
径向振动相位对轴平行不对中问题 比较敏感，而轴向振动相位对轴角 不对中问题比较敏感。
不对中问题的相位表现
电机轴承1和轴承2振动方向相互之间 一致，轴承3和轴承4也是同相振动， 这说明电机转子和风机转子不存在内 部不对中、轴弯曲和轴承翅起等问题。 在联轴节两端存在180°的相位变化， 这说明在轴承2和轴承3之间存在不对 中问题。
– 位移 um – 速度 mm/s – 加速度 g
• P, P-P, RMS, AVG
相位
• • • • 相位：0-360°。测量时间间隔 参考点：反光标记 光电相位传感器 高点。动平衡时，需确定高点
相位差： 机器某一位置相对于另一位 置处的振动运动关系
时域和频域
频谱分析是机器监测最强的工具
钢琴C中音: 周期 3.9ms
振动相位及其应用
相位反映机器某一部分的振动与另一部位振动的相互关系。相位分析 是一个强有力的工具，可用于协助查找故障源。 许多设备问题都会引起1X较大振动（如，不平衡、不对中、偏心、轴 弯曲、软地脚、齿轮断齿、共振、紧固螺栓松动等），也有些问题可 以在2X或3X RPM处产生较大的振动。面对这些问题及可能产生的频率 成分，很难确定振动的原因。
• 推荐应用在振源频率超 过5000Hz以上，如齿轮 啮合频率、电机笼条通 过频率、叶片通过频率 等，这些振源在很多情 况下会产生多阶谐频
水平安装转动机械振动 加速度/速度等级图表
振动速度幅值直接与机 器的状态有关
振动速度在10-2000Hz频 率范围内不存在对频率 的依赖关系。振源频率 范围5-5000Hz时，一般 选择测量振动速度 一台转速为1800 RPM的 机器，7.6mm/s的振动与 另一台转速为10000 RPM，振动也为 7.6mm/s的机器，具有同 样的振动损坏程度。
振动光学知识点归纳总结
振动光学知识点归纳总结一、光波的振动特性1. 光波的传播光波是一种电磁波，具有电场和磁场的振动。
在真空中传播的光波是横波，在介质中传播的光波则是纵波。
光波的传播速度与介质的折射率有关。
2. 相位和干涉光波的相位是指光波的振动状态相对于某一起始点的偏移量。
当两个光波相遇时，它们的相位差会影响它们的叠加效果，出现干涉现象。
干涉是光学中常见的现象，可以用于测量光波的相位差和波长。
3. 衍射和散射当光波通过一个孔或者经过边缘时，会产生衍射现象。
衍射是光波受到障碍物影响后的传播效应，可以用于解释光的传播特性。
散射是光波与粒子或者不规则表面相交时产生的现象，也是光波的传播效应之一。
衍射和散射是光学成像和激光技术中重要的现象。
二、振动光学的原理1. 光波的叠加和分解根据光波的振动特性，可以将光波分解为不同频率和振幅的分量，这一原理被广泛应用于光学信息处理和激光技术中。
叠加原理也可以用于解释干涉和衍射现象。
2. 光波的偏振偏振是光波振动方向的特性，根据振动方向的不同可以分为线偏振、圆偏振和椭偏振。
偏振现象用于调制光信号和控制光场的传输。
3. 光波的非线性效应当光场强度较大时，光波的传播会产生非线性效应，如自聚焦、自相位调制、光致变色等现象。
非线性效应是激光技术和光学信息处理中的重要研究内容。
三、振动光学的应用1. 光学成像振动光学的基本原理和技术可以应用于光学成像领域，包括光学显微镜、光学望远镜、光学成像系统等。
通过调节光波的振动特性和相位，可以实现高分辨率、高清晰度的成像效果。
2. 光学信息处理振动光学的原理被广泛应用于光学信息处理领域，可以实现信息的记录、存储、传输和检测。
光学信息处理技术包括全息照相、光学存储、光学通信等，可以实现大容量、高速度的信息处理。
3. 激光技术激光是光学中的一种特殊光波，对振动光学的要求比较高。
振动光学的原理和技术被广泛应用于激光技术领域，包括激光器、光纤通信、激光加工等。
激光技术具有高能量密度、高定向性、高单色性等特点，被广泛应用于科研、医疗、制造等领域。
3 强震观测和抗震试验术语
３强震观测和抗震试验术语３．１强震观测术语３．１．１强震观测ｓｔｒｏｎｇｍｏｔｉｏｎｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ用仪器观察和记录强震时地面、地下的运动过程及工程结构的反应过程。
３．１．１．１强震观测台网ｓｔｒｏｎｇｍｏｔｉｏｎｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ设置在一个地区的各强震台或各种类型的台阵的集合。
用以满足专门研究的需要，并便于统一管理。
３．１．１．２强震观测台阵ｓｔｒｏｎｇｍｏｔｉｏｎｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｒｒａｙ根据不同观测目的，由多台相同或不同型式仪器组成的仪器群体。
一般分为地震震动观测台阵和结构反应观测台阵。
３．１．２强震仪ｓｔｒｏｎｇｍｏｔｉｏｎｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ用来记录强震时地震震动的仪器。
它由拾振系统、记录系统、控制系统、触发启动系统、计时系统和电源系统组成。
３．１．２．１三分量地震计（仪）ｔｈｒｅｅ-ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｅｉｓｍｏｍｅｔｅｒ（ｓｅｉｓｍｏｓｃｏｐｅ）记录地震震动一个垂直分量和两个正交水平分量的地震计。
３．１．２．２加速度仪ａｃｃｅｌｅｒｏｇｒａｐｈ强震仪的一种主要类型，用以记录地震震动加速度时程。
分为光学记录加速度仪、磁带记录加速度仪和数字式加速度仪。
（１）光学记录加速度仪ｏｐｔｉｃａｌｌｙｒｅｃｏｒｄｉｎｇａｃｃｅｌｅｒｏｇｒａｐｈ用机械光学照像系统记录的加速度仪。
（２）磁带记录加速度仪ｍａｇｎｅｔｉｃ-ｔａｐｅｒｅｃｏｒｄｉｎｇａｃｃｅｌｅｒｏｇｒａｐｈ用磁带记录的加速度仪。
（３）数字加速度仪ｄｉｇｉｔａｌａｃｃｅｌｅｒｏｇｒａｐｈ地震震动信息采用数字电路处理并用盒式磁带或固态记忆器件记录的加速度仪。
３．１．２．３加速度仪启动器ｓｔａｒｔｅｒｏｆａｃｃｅｌｅｒｏｇｒａｐｈ由地震本身触发而使强震仪启动的惯性开关。
又称触发器，是强震仪最关键的一个部件。
分水平启动器和竖向启动器。
（１）启动时间ｓｔａｒｔｉｎｇｔｉｍｅ强震仪自接收地震信号触发启动到正常运转、开始记录所需的时间。
振动试验基础1-必要的数学和物理知识1
振动试验基础1-必要的数学和物理知识1对于初入振动试验行业的技术人员，个人认为以下几点是必须掌握的数学和物理知识，现罗列如下并进行说明。
这些都是高中求学时期所涉及的，是理解振动试验内容最基本的知识点。
1 对数（log a x）2 左手定则（F=IBLsinθ）3 右手螺旋定则4 牛顿第二定律（F = ma）5 周期（T）、频率（f）、角速度（ω）6 分贝（dB）7 倍频程（oct）、十倍频程（dec）1 对数（logarithm）1.1 对数的定义如果，a p =x （ a>0，且a≠1 ），即a的p次方等于x，那么数p叫做以a为底x的对数（logarithm），记作p = log a（x）其中，a叫做对数的底数，x叫做真数，p叫做“以a为底x的对数”。
对数是对求幂的逆运算，x=a p⇔ p=log a（x）[条件：a>0，a≠1]例：1.2 特殊对数①常用对数（log或lg）底数为10的对数。
log x⇔log10x 、lg x⇔ log10x②自然对数（lnx）底数为e= 2.71828‥ （自然常数）的对数。
lnx⇔log e x振动试验中使用的基本上都是对数坐标，如果能掌握一些对数运算法则的话，对很多试验内容的理解和计算将达到事半功倍的效果，比如扫频试验、随机试验中的PSD等。
对数坐标简单说明直线坐标下，X轴100，Y轴大概20，但是X轴为1或10的时候，基本上读不到Y轴的数值。
但是在对数坐标中，可以读到Y轴的数值为1和4.5。
也就是说，对数坐标下，可以正确的显示最大值的1/100或1/1000。
这就是振动试验中经常用对数坐标的理由。
2 左手法则※定义下图，磁场（B）中的导体通入电流（I），则产生力（F）。
F：力[N] I：电流[A] l：磁场中导体的长度[m]B：磁感应强度[T] 磁场方向和导体的倾斜角度θ[°]。
习题上图所示，导线中电流通过时，导线的A部分会朝哪个方向移动？（b）此法则在理解电动型振动试验机原理（动圈线圈中通入交流电后做什么样的运动）有至关重要的作用。
强地震动观测
*现在比较先进的是数字地震仪。 现在比较先进的是数字地震仪。
１静力理论阶段（20世纪10-40年代） 静力理论阶段（20世纪10-40年代） 世纪10 年代 刚柔之争（刚性还是柔性结构有利于抗震） 刚柔之争（刚性还是柔性结构有利于抗震） 刚性理论代表： 刚性理论代表：左野利器和武腾清 柔性理论代表： 柔性理论代表：真岛建三郎 ２反应谱理论阶段（20世纪40-60年代） 反应谱理论阶段（20世纪40-60年代） 世纪40 年代 1933年美国Long Beach取得第一条地震动记录 1933年美国Long Beach取得第一条地震动记录 年美国 1941年Biot等提出反应谱概念 1941年Biot等提出反应谱概念 1953年Housner建立反应谱理论（小震、弹性） 1953年Housner建立反应谱理论（小震、弹性） 建立反应谱理论 60年代纽马克非线形反应谱 60年代纽马克非线形反应谱
强震仪： 强震仪：
强震观测始于1932年 在其后40多年的模拟纪录时 强震观测始于1932年，在其后40多年的模拟纪录时 1932 40 传感器为动圈式加速度传感器， 代，传感器为动圈式加速度传感器，采用光杠杆或机械 杠杆放大，记录方式为自触发式模拟光纪录或机械纪录， 杠杆放大，记录方式为自触发式模拟光纪录或机械纪录， 时间为相对时标。20世纪70年代末 世纪70年代末， 时间为相对时标。20世纪70年代末，数字磁带记录式强 震动仪开始投入使用。 震动仪开始投入使用。随着飞速发展的数字技术逐步应 用于强震观测，数字强震仪技术的发展十分迅速， 用于强震观测，数字强震仪技术的发展十分迅速，在短 短的几年时间内， 短的几年时间内，就从数字磁带记录式强震仪发展到固 态存储式数字强震仪，第一台固态存储数字强震仪A 态存储式数字强震仪，第一台固态存储数字强震仪A-700 诞生于1983 1983年 由美国研制生产。 诞生于1983年，由美国研制生产。
振动监测基础知识
一、名词和术语1. 振动的基本参量：幅值、周期（频率）和相位机械振动是指物体围绕其平衡位置附近来回摆动并随时间变化的一种运动。
振动通常以其幅值、周期（频率）和相位来描述，它们是描述振动的三个基本参量。
a．幅值：表示物体动态运动或振动的幅度，它是机械振动强度的标志，也是机器振动严重程度的一个重要指标。
机器运转状态的好坏绝大多数情况是根据振动幅值的大小来判别的。
针对机械设备的振动信号，选择有效的特征参数指标，是实现状态监测的关键，常用的特征参数包括:有量纲参数: 均方根(RMS)，峰值(Peak)，峰峰值(Peak-Peak)。
均方根(RMS):表征信号的能量，其定义为:均方根是对机组进行状态监测最重要的指标，由于均方根振动信号的能量，当机组正常运转时，振动信号的能量处于比较稳定的状态，当机组某个零部件出现异常后，信号的能量增加，当增知到超过设定阅值时，就可以判断出机组出现异常、对于速度信号的评估，通常用均方根表示。
均方根的稳定性和趋势性较好，许多标准都采用均方根来作为状态监测的参数.ISO 10816是针对通用机械的状态监测标准，采用速度信号的RMS作为特征参数。
VDI 3834作为唯一一个针对风电机组的振动标准，采用速度和加速度的RMS作为监测指标.峰值是指某段采集的信号中的最高值和最低值，其中，最高值表示为Peak(+)，最低值表示为Peak(-)，由于加速度信号主要表征受力的大小，因此通常用峰值来表征加速度的大小.峰峰值(Peak-Peak)是指某段采集的信号中，最高值和最低值之间的差值，它是峰值(+)和峰值(-)之间的范围，由于峰峰值描述的是信号值的变化范围大小，因此对于位移信号，通常用峰峰值表示。
峰－峰值等于正峰和负峰之间的最大偏差值，峰值等于峰－峰值的 1/2。
只有在纯正弦波的情况下，均方根值才等于峰值的0.707 倍，平均值等于峰值的0.637倍。
而平均值在振动测量中一般则很少使用。
第四章强震动观测
强震动观测是利用强震仪记录地震发生时地 面运动及工程结构的地震反应，为工程地震学、 结构抗震研究和应用提供地震动与结构反应的观 测数据。强震动观测是地震工程学研究的基础， 是工程地震学研究的重要内容。观测记录提供了 地震动和结构地震反应的详细信息。随着强震仪 和观测技术发展，观测记录还应用于烈度速报、 地震预警、震害快速评估、地震应急反应及结构 振动控制、结构健康诊断等领域。
RDZ1-12-66型强震动加速度仪
SMA1型强震动仪
模拟记录式强震动仪普遍存在的一些缺点
①丢头 ②记录处理困难 ③仪器动态范围小，频带窄 ④不具备远程通讯功能。
数字强震动仪
国内外已研制、生产了多种型号的固态存储 强震动仪，较新的固态存储数字强震动仪型号 有：美国的K2、Etna、Everest、Basalt；日 本的K-NET95；瑞士的GSR-16/18、MR2002 等。国内也已生产了GDQJ、GSMA-2000等 型号。
强震动观测的目的意义
强震动观测是认识强地震动特征和各类工程结 构地震反应特性的主要手段。强震动观测的目的 就是要针对各类场地和工程结构布设强震动观测 台网，对地震动的特性（强度、频谱、持续时间 ）、影响范围及各种工程结构的地震反应进行观 测，获取真实可靠的强地面运动记录和工程结构 地震反应资料，为研究强地面运动的特性和工程 结构抗震设计方法与技术提供重要的基础资料， 以达到减轻地震灾害的最终目标。
美国Kinemetrics公司生产ES-DH型井下力 平衡式加速度计
美国Kinemetrics公司生产的Granit多通道强震动 数据记录器，通道数最多可达36道。
强震动观测资料与数据分析处理
• 强震动观测记录的一般特征； • 强震动观测记录的常规处理分析。
振动测量基础知识共63页文档
业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
振动测量基础知识
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
中国大陆的强震动观测
中国大陆的强震动观测周雍年【摘要】简要综述了强震动观测的目的和意义及我国大陆强震动观测的发展过程, 讨论并展望了我国强震动观测的发展策略和前景.【期刊名称】《国际地震动态》【年(卷),期】2006(000)011【总页数】6页(P1-6)【关键词】强震动观测;数字强震动仪【作者】周雍年【作者单位】中国地震局工程力学研究所,哈尔滨,150080【正文语种】中文【中图分类】P3引言我国是世界上地震灾害最严重的国家之一，建立有效的震灾预防工作体系的关键是要深入认识强地震动特征和各类工程结构地震反应特性，研究和发展工程抗震方法与技术，减轻各类工程结构的地震破坏及其造成的经济损失和人员伤亡。
强震动观测是认识强地震动特征和各类工程结构地震反应特性的主要手段。
强震动观测的目的就是要针对各类场地和工程结构布设强震动观测台网，对强地震动的特性(强度、频谱、持续时间)及各种工程结构的地震反应进行观测，获取真实可靠的强地面运动记录和工程结构地震反应数据，为研究强地面运动的特性和工程结构抗震设计方法与技术、编制地震动参数区划图和各类建筑结构抗震设计规范提供重要的基础资料，以达到减轻地震灾害的最终目标。
强震动观测无论在观测目的和应用目标上都与一般的测震观测不同。
强震动观测注重的是可能引起工程结构损坏和生命财产损失的强烈地震动的特性。
所以，一般来说，强震动观测要测量的是离强烈地震震中二、三百公里范围内的地面运动过程，尤其是震中地区的地面运动过程，以及各类工程结构的地震反应。
测量的物理量主要是直接与地震力相关的加速度。
因此，强震动观测台网主要布设在可能发生强地震地区的自由场地上，尤其是人口密集的城市地区和重大工程场地附近的典型场地，包括基岩场地和不同类型的土层场地，而且台网要有较高的密度；同时要在各类重要的工程结构上布设地震反应观测系统。
由于强地震发生几率很小，强震动观测台站普遍采用无人值守方式，要求仪器具有触发运行功能和较高的稳定性与可靠性。
强地震动观测
–从反应谱概念的产生、反应谱理论的建立，强 地震动记录都起到了重要作用。
１静力理论阶段（20世纪10-40年代） 刚柔之争（刚性还是柔性结构有利于抗震） 刚性理论代表：左野利器和武腾清 柔性理论代表：真岛建三郎
２反应谱理论阶段（20世纪40-60年代） 1933年美国Long Beach取得第一条地震动记录 1941年Biot等提出反应谱概念 1953年Housner建立反应谱理论（小震、弹性） 60年代纽马克非线形反应谱
观测仪器工作原理：
设 y Y sin t (激励), x (质量位移), z x y (相对位移), mz cz kz my m 2Y sin t
z r 2Y sin(t ) (1 r 2 )2 (2 r)2
其中， r n
中国数字强震动台网在北京、天津、兰州、乌 鲁木齐、昆明五个大城市建设的烈度速报台网，能 够在台网覆盖范围内发生4级以上地震后10分钟内 确定地震动强度的分布。
摘自中国地震局台网中心网站 /newweb/index.jsp
中国数字强震动台网分项目由固定强震动台网、 大城市地震动强度（烈度）速报台网、强震动专用 台阵、强震动流动观测台网、国家强震动台网中心 及区域强震动台网部组成，共建设1154个固定强震 动观测台站、310个烈度速报台站和5个速报中心、 10个专用台阵、5个存放台阵、1个国家强震动中心 和3个区域强震动台网部。
• 边界元：难点在动力格林函数 • 边界元能自动满足无穷元辐射条件和降低维数，有
时也称为格林函数方法。
• Beskos, D. E. (1987) Boundary element methods in dynamic analysis. Appl. Mech. Rev., 40, 1-23.
振动测量分析基础知识
振动测量分析基础知识振动测量分析是指对物体振动特性进行测量和分析的过程，常用于工程领域的振动分析、故障诊断和结构健康监测。
在进行振动测量分析时，需要掌握一些基础知识，包括振动的基本概念、振动测量的方法、振动信号的分析与处理等。
一、振动的基本概念1.振动：物体围绕其中一位置或平衡位置作往复或周期性运动的现象。
2.振动的主要参数：振幅、周期、频率、相位和相位差。
3.振动的分类：自由振动和受迫振动，以及简谐振动和非简谐振动。
二、振动测量的方法1.直接法：通过直接接触目标物体或其附近的测点，使用传感器实时测量振动信号。
常用的传感器有加速度计、位移传感器和速度计等。
2.非接触法：通过无线传感技术、光学传感技术或红外线传感技术等，对远离目标物体的振动信号进行测量。
常用的传感器有激光测振仪、红外线摄像机和毫米波雷达等。
3.振动传感网络：通过多个传感器分布在目标物体上，实现多点同时测量和数据采集，进行全局振动监测和分析。
三、振动信号的分析与处理1.时域分析：通过对振动信号的波形进行观察和分析，得到信号的振幅、周期、频率以及时间变化规律。
2.频域分析：将时域信号转换为频域信号，通过傅里叶变换等方法，得到信号的频率成分和能量分布，可进行频谱分析和频率响应分析。
3.相位分析：通过测量不同测点的相位差，可以获得信号的相位关系和振动传播速度。
4.整频带法：对振动信号进行整个频率范围的分析，用于诊断和评估整个系统的振动特性。
5.专频法：对振动信号在特定频率范围内的分析，用于更精确地检测特定故障或异常情况。
振动测量分析在工程领域有着广泛的应用，例如在机械设备的故障诊断中，可以通过振动信号的分析来判断设备的健康状况和故障原因；在建筑物结构健康监测中，可以通过振动传感器对结构的振动参数进行实时监测，预防和诊断结构损伤等。
随着传感器技术和信号处理算法的不断发展，振动测量分析的精度和应用范围也在不断扩大，对振动的研究和应用产生了积极的推动作用。
强震动观测技术-2
数字记录式
记录数字信号 磁带、存储芯片、集成存储 卡
LUTa
防灾科技学院―《强震观测》
201
2.1强震动仪的组成与基本技术要求
基本技术要求
– 较宽的频带至少应为0-50赫兹 – 能记录的最大加速度值应不低于1gn – 仪器应能连续记录多次地震动 – 触发运行 – 稳定可靠维护方便故障率低
LUTa
防灾科技学院―《强震观测》
201
2.3 数字式强震动仪
噪声 noise
记录器的噪声大小是在无传感器输入信号情况下记录器本身的记录采样输出值大小， 通常用噪声均方根值nR来表示。记录器噪声的大小直接影响到记录器的动态范围。 在记录器各通道输入端短接并接地情况下，记录其N个采样数据Xi(i=1,2,…N),则记 录器噪声均方根值为
201
计算时，如果(Xmax-Xmin)<1，则取Xmax-Xmin=1。
LUTa 防灾科技学院―《强震观测》
2.3 数字式强震动仪
频率响应 Frequency response
LUTa 防灾科技学院―《强震观测》 201
2.2 模拟记录式强震动仪
工作原理
速度摆将摆体的机械运动转换成电讯号输入高频电流 计，电流计线圈通入变化的电流后与磁场相互作用产 生力矩，使固定在线圈上的镜片发生转动，通过专设 的光源照射到镜片上，利用镜片的反射光束将电流计 的转动在感光纸上记录下来。电流计镜片反射光点在 照相纸上的位移与测点运动的加速度成正比。
LUTa
防灾科技学院―《强震观测》
201
2.2 模拟记录式强震动仪
SMA1工作原理 三个加速度计直接安装在记录器机箱内，回 转摆的固有频率为25赫兹，摆上贴有反射镜。从 光源发出的光线经多次反射将加速度摆的运动转 换为光线的移动，经透镜聚焦后记录在70mm宽的 胶片上。 地震时，触发器线圈输出足够强的信号，经 放大器放大后使触发继电器开关闭合，电池到光 源和驱动系统的电路接通供电，记录器主轴运转， 固定在主轴上的齿轮带动胶卷转动。
地震观测基础知识
归一化的摆的二阶传递函数示例
D=0.3 D=0.707 D=1.5
具主 有体 风建 干设 扰在 小地 、下 温， 度并 变采 化用 小了 的双 特层 点保 温 措 施 ，
宽 频 带 或 甚 宽 频 带 观 测 台 站 设 计 示 意 图
型号 FSS-3 FBS-3 BBVS-60 DS-4A CTS-1 JCZ-1 STS-2 CMG-1T CMG-3T
频带 1Hz ～ 40Hz 0.05Hz ～ 40Hz 0.017Hz ～ 40Hz
地球背景噪声谱
–美国USGS的J.Peterson及其研究小组观测和研究 了全球正常地球背景噪声，确定地球高噪声新模 型NHNM和地球低噪声新模型NLNM
J谱 （J.Peterson 1993）
白家疃地震台(CDSN)台基噪声谱 （J.Peterson 1993）
最小距离比例系数 其他级别环境地噪声台站
硬土和砂砾土
2.00 1.30 3.00 10.00 20.00 2.50 2.50
基岩
2.50 1.70 5.00 15.00 20.00 3.00 3.00
Ⅰ
2.00 2.00 2.00 3.00 8.00 2.00 2.00
Ⅲ
0.80 0.80 0.80 0.10 0.20 0.80 0.80
地震观测基础知识
地震观测发展情况
我国地震观测以模拟 观测为主： 400多有人值守台站 200个区域遥测子台
我国数字地震观测 迅速发展： 1000个数据传输台站 200套应急流动观测设备 600套科学观测台阵 CDSN
1960
1970
1980
1990
2000
数字地震观测起步 模拟观测台网 数字观测快速发展
振动测试技术学习资料
一、简谐振动有时域测试参数简谐振动中常用的参数为位移、速度、加速度、激振力、振幅和振动频率，其中前五个参数属于时域测试参数。
二、振动测试及信号分析的任务振动测试及信号分析主要有以下五个方面的任务：（1）验证振动理论和计算结果的准确性，也被称为实验验证或工程振动测试中的正问题。
（2）为改进结构优化设计提供充分的实验依据。
（3）查清外界干扰力的激振水平和规律，以便采取措施来减少或控制振动。
（4）检测诊断设备故障。
（5）振动控制。
三、压电式、涡流式及磁电式传感器的机电变化原理。
1、压电式传感器的机电变换原理某些晶体（如人工极化陶瓷、压电石英晶体等）在一定的方向的外力作用下或承受变形时，它的晶体面或极化面上将有电荷产生。
这种从机械能（力或变形）到电能（电荷或电场）的变换称为正压电效应。
而从电能（电场或电压）到机械能（变形或力）的变换称为逆压电效应。
因此利用晶体的压电效应，可以制成测力传感器。
在振动测量中，由于F=ma,所以压电式传感器是加速度传感器。
2、电涡流传感器的机电变换原理电涡流传感器是一种相对式的非接触传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中检测转轴的振动测量。
3、电动式（磁电式）传感器的机电变换原理电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感应出电动势，因此利用这一原理而产生的传感器称之为电动式（磁电式）传感器。
它实际上是速度传感器。
四、选择振动传感器的原则选择拾振器类型时，要根据测试的要求（如要求测位移、或测速度、加速度、力等）及被测物体的振动特性（如待测的频率范围，估计的振幅范围等），应用环境情况（如环境温度、湿度、电磁场干扰情况等）结合各类拾振器本身的各项特性指标来考虑。
下列情况可用位移拾振器：（1）位移幅值特别重要时（例如，不允许某振动部件在振动时碰到别的物体，即要求振幅时）。
强震观测题库 整理后
6) 动态范围检测
7) 幅频特性检测
8) 相频特性检测
9) 横向灵敏度比检测
10) 静态耗电电流检测
13．试述强震动台网布设原则
答：
1>. 强地震发生概率。要优先选择地震強度大、频度高的地区，即可能发生强地震的高烈度地区，尤其是未来强地震的震中地区，包括发震断层附近。
5. 强震仪的基本组成和基本技术要求。
答：
强震动仪主要包括拾振器和记录器两部分拾振器直接测量地震运动的装置，记录器控制强震动仪的工作状态，并记录拾振器测量的测点运动；
基本技术要求：较宽的频带 ，至少应为 0 - 50 赫兹；能记录的最大加速度值应不低于1 gn；仪器应能连续记录多次地震动；触发运行；稳定可靠，维护方便，故障率低 ；
23．简述连续傅里叶变换和离散傅里叶变换的差别和联系
24. 试解释下列名词
1) 窗函数：在对强震动记录进行分析时，相当于用了一个矩形窗函数与无限长记录相乘，将无限长记录截断。截断后的记录在窗内取其本身的值，而在窗外都取为零。
2) 混淆现象：时记录数字化带来的另一个影响，又称高频混淆或假频，即信号中高频部分对低频部分的混淆。
2>. 地区的经济发展程度和未来地震可能造成的经济损失。要优先选择经济发达、重要的工程结构和设施集中的地区。
3>. 人口密度。要优先选择地震可能造成人员伤亡较大的地区，即应该布设在高烈度区的大中城市及乡镇所在地等人口密集的地方。
4>. 建筑结构的典型性和重要性。要优先选择有典型意义的建筑结构布设地震反应台阵 ，典型建筑结构上所获取的记录具有广泛的应用性。
9．试说明加速度计的基本原理及其幅频特性
3 强地震动的观测和数据处理
• 记录系统，机械、光、电流计、模拟磁带、 数字磁带和固态存储； • 触发-起动控制系统，节省存储空间等； • 预存储系统，避免“丢头”、节省存储空 间； • 时标系统，以便各分量、相邻各点地震动 的比较、分析，相对时标系统（晶振）或 绝对时标系统（GPS时间信号）； • 电源系统，一旦强震发生造成正常供电系 统的破坏和失灵，要保证整套仪器驱动运 转、线路控制、以及时标和光源正常工作。
Array layout
• 台阵设计，根据具体的观测内容，给出能提供完 整资料的仪器布设方案,包括确定台阵的类型和规 模，给出仪器的最优布设方案，台阵的设置方法， 提出对仪器性能、仪器安设和维护管理技术的具 体要求等。 • 地震动观测台阵，震源机制台阵、传播效应(衰减） 台阵、局部场地效应台阵以及特殊地震动台阵等。 • 结构反应台阵，房屋结构(工业与民用)地震反应 台阵、地基-结构系统地震反应台阵、桥梁、水坝、 高炉、水塔、烟囱、核反应堆等结构地震反应台 阵等，了解各类典型结构在强烈地震作用下的反 应特征和破坏规律，确定结构在地震作用下的反 应和导致破坏的数学物理模式。
Timing systems were not used in many of the early analog accelerographs, but they became more important as the analysis became more sophisticated. High-precision time, usually from satellite systems, is now essential with the digital accelerographs that provide records of aftershocks and other small events in large numbers. Precision time together with pre-event memory allow digital accelerographs to improve earthquake locations beyond what is possible using only the traditional high-gain seismic networks.
- 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)。
1. 试述强震动观测的主要任务。
针对各类场地和工程结构布设强震动观测台网，获取真实可靠的强地面运动记录和工程结构地震反应资料，为研究强地面运动的特性和工程结构抗震设计方法与技术提供重要的基础资料。
①获取强地面运动的定量记录②获取工程结构的地震反应数据③强震动观测资料是地震工程学与近场地震学研究和发展的基础资料④应用领域的进一步扩展----地震应急决策2. 强震动观测有哪些特点，它与测震观测有何区别？①观测活动服务科研目标不一样；可能引起工程结构破坏和生命财产损失的强烈地震动与监测地震活动性、测定地震的震源参数、研究地壳和内部结构②观测记录和感兴趣的物理量不一样；测量加速度（幅值、频谱、持续时间）与测量位移、地震波的到达时间（幅值、初动方向、震源位置、）③记录工作方式不一样；触发运行、无人值守与连续记录、高灵敏度、有/无人值守④台站设置位置不完全一样。
自由场地、各类物和结构物与背景噪声极小、基本均匀分布3. 试述强震动观测的发展趋势。
台网规模迅速扩大；大震预警系统和快速反应系统迅速发展；基于强震动观测的震害快速评估系统；布设各类观测台阵；4. 强震仪的基本组成和基本技术要求。
强震动仪主要包括拾振器（加速度计）和记录器两部分，拾振器直接测量地震运动的装置，记录器控制强震动仪的工作状态，并记录拾振器测量的测点运动；①较宽的频带，至少应为0 - 50 赫兹②能记录的最大加速度值应不低于1 gn=0.01g=0.001gal=0.001m/s^2③仪器应能连续记录多次地震动④触发运行⑤稳定可靠、维护方便、故障率低5. 试说明数字式强震仪数据采集单元组成和基本参数数字强震动仪的数据采集单元主要由模数转换器（ADC）和数字信号处理芯片（DSP）组成。
技术指标：采样率、噪声、动态范围、分辨率、频响特性采样率：每秒钟采样数越高越好但是所占存储空间大噪声：无传感器输入情况下记录器本身的采样输出值大小，用噪声均方根值nR表示动态范围：满量程输入Ae和噪声（均方根值）nR的常用对数乘以20，单位dB ，DR=20*lg（Ae/nR），不低于90dB强震仪数据采集单元之动态范围D RD R=20lg(Ae/n R)Ae分辨率：满量程输入时，记录器采样数据的二进制编码输出扣除其噪声影响后的有效位数，不应小于16位频响特性：幅频特性曲线，幅度与频率，在0-50Hz，平直线相频特性曲线，相移与频率，在0-50Hz，斜直线6.试说明触发单元工作原理答题要点：触发功能完全由软件控制，一般有多种触发方式可选。
仪器的触发通常由两步控制第一步将各通道的采样数据经数字带通滤波后，判别各通道是否触发。
第二步根据各通道总的触发票数（触发权）情况判定仪器是否触发启动。
通道触发：阈值触发（a）、短项平均（STA）和长项平均（LTA）比值或差值触发●外触发：仪器安装、运行检查、爆破、脉动7. 试说明以下名词◆通道触发：阈值触发-设定仪器各通道a值，如某一通道的加速度值达到该阈值，该通道触发；STA与LTA比值或差值触发-计算STA与LTA这两种窗的比值或差值，若达到预先设定的值，该通道触发。
◆触发票数（权）表决：对每一通道设定一触发票数，当总触发票数超过仪器触发票数时，记录器开始地震。
◆外触发：计算机⌨操作触发、设定触发时间使仪器在特定时间内触发。
8．试说明事前时间和事后时间及其大小设定的原则事前时间：与触发参数一起设定，不小于20s，对以远震为主、软土场地和长周期结构物应更长事后时间：地震信号降落到低于触发值后仪器继续地震时程的时间长度，不小于30s。
9．试说明加速度计的基本原理及其幅频特性基本组成：一个惯性元件+一个产生恢复力的弹性元件+一个阻尼元件。
一个受弹性恢复力作用的惯性质量就是一种最简单的摆，利用摆体质量相对于测点（仪器底座）的相对运动，可以测出测点的运动。
幅频特性：位移摆-当摆的自振频率远远小于外部运动频率，摆的阻尼不大时，摆体的相对位移近似等于外部运动的振幅；加速度摆-测量地面加速度应尽量提高摆体的自振频率，阻尼常数应限定在一范围10. 试说明加速度计下列主要参数1)灵敏度（S）：（输出电压值/所承受振动加速度值），强震正负1.25V/gn或正负2.5V/gn，脉动或微震正负10V/gn2)线性度加速度计输出电压与其拟合直线的最大偏离，理想应稳定，越小越好。
3）测量范围输入加速度能够被测量的连续值域，强震正负1.0gn或正负2.0gn4）满量程输出满足规定误差的最大输出值，强震为正负2.5V或正负5.0V。
5）噪声无输入振动情况下加速度计的无用输出（本身元件噪声and环境背景噪声）。
6）动态范围满量程输出有效值与其噪声均方根值之比的常用对数*20。
不低于120dB7）频率响应加速度计幅频特性：输出电压与输入加速度的关系曲线，强震要求在0-50Hz是平直线，相频是斜直线。
8）横向灵敏度（ST）：当振动方向与加速度计测量方向垂直时，加速度计的灵敏度，用Rs表示，Rs=（ST/S）*100%，Rs理想为0，应小于1%。
9）静态耗电电流无输入振动情况下消耗的电流，强震尽可能低，正负12V直流供电时小于15mA10）零点漂移温度等影响下零位电压不为零，过大会导致被限幅，强震小于50011. 试说明记录器主要技术指标测定的基本思路1)噪声检测各通道输入端短并接地，结算4000+以上采样数据，用PC机回放，计算噪声均方根值nR，应小于记录器噪声均方根值的上限nt。
2)动态范围检测通道输入端输出信号发生器给出的正弦振幅为满量程输入值，频率采用10Hz，记录器以200sps或更高采样率采样，用PC机回放数据，计算采样有效值Ae（0.707*满量程输入时采样的振幅值Am，单位为V），计算动态范围DR=20*lg（Ae/nR），单位为V，若nR小于nt，就用nt算。
3)分辨率检测各通道输入端短接并接地，以200sps或更高采样率采样4000+数据，计算采样数据的maximum 和minimum ，计算分辨率。
4)幅频响应检由发生器输1V稳定正弦波电压分别输入0.1、1、5、10、20、35、50、75、80、85、90、100、150、180Hz频率记录器以200sps或更高采样率采样，10s+用PC机回放数据，读出输出maximum和minimu之差的一半作为输出peak设10Hz输入对应的输出peak为Y0，其他为Yi，则相应分贝数di=20lgYi/Y0）5)守时精度检测接通并接受GPS授时，原始钟差，拔掉GPS天线，继续加电6h，结果钟差，守时精度=|原始钟差-结果种差|*2.16*10^76)校时精度检测接通接收GPS天线，原始种差，拔掉GPS天线，继续加电6h，再接通GPS天线，结果钟差，校时精度=｛|原始钟差|，|结果钟差|｝12. 试说明加速度计主要技术指标测定的基本思路1)灵敏度检测振动台法：加速度计固定在振动台台面中心，灵敏轴//振动方向，振动台振动频率设定为加速度计频带上限的1/3，输入正弦波，最大振幅为1gn，测出电压值Vs，灵敏度=输出电压值/所承受振动加速度值，计算式：S=Vs*T*T/（4*pi*pi*A）重力法：2)线性度检测采用与灵敏度相同方法，检核不同输入加速度时灵敏度变化3)测量范围检测与振动台法测加速度一样，but振动台加速度设定为2gn4)满量程输出检测与检测测量范围一样，监测加速度计最大测量范围内对应输出电压值。
5)噪声检测将加速度计固定在环境振动小于10^-6gn的基座上，零位输出调到小于1mV，用24位数据采集器2min，采样率为200sps，在0.01-80Hz频带内数据的均方根值为噪声均方根值。
6)动态范围检测根据前两项检测数据，Ds=20*lg（Ve/ns）7)幅频特性检测在标准低频振动台上进行，纵坐标为输出对应分贝数，横坐标为检测频率8)相频特性检测将加速度计和标准相位传感器固定在低频振动台面上，相互距离小于1cm，两者同时输出给数字相位计，频率检测点与幅频特性检测的频率点相同。
9)横向灵敏度比检测将被测加速度计固定在振动台中心，灵敏轴与振动方向垂直，取加速度计频率上限1/3的频率点加1g的加速度进行检测，Rs=（ST/S）*100%10)静态耗电电流检测安放在小平台调水平后，加正负12V直流，数字电流表串联到正负回路，零位电压调到小于1mV，此时输出即静态耗电电流。
第三章强震动观测台网布设和管理13．试述强震动台网布设原则答题要点：强地震发生概率。
要优先选择地震強度大、频度高的地区，即可能发生强地震的高烈度地区，尤其是未来强地震的震中地区，包括发震断层附近。
地区的经济发展程度和未来地震可能造成的经济损失。
要优先选择经济发达、重要的工程结构和设施集中的地区。
人口密度。
要优先选择地震可能造成人员伤亡较大的地区。
建筑结构的典型性和重要性。
要优先选择有典型意义的建筑结构布设地震反应台阵14. 如何开展固定台站的选址勘定答题要点：固定台站宜均匀分布在监控区内，同时可根据地震地质构造条件和城镇分布情况作适当调整，加大活动断层带和大中城市地区的台网密度。
固定台站一般应布设在自由场地（不受周围环境、和结构振动影响的空旷场地）上；台址应避开局部地形变化大的地点-----平坦场地；与高大建筑物有一定距离----大于建筑物高度和长度；选择背景振动噪声较小的地点，避开大型的马达、泵站、发电机、塔柱状结构、重型车辆通路、大型管道等设施；有稳定的交流电源，交通方便；通讯条件（能接收GPS）15. 试述强震动台阵布设的目的和基本思路断层影响台阵：倾滑和走滑，捕获未来大地震近场地震动，推断震源参数，研究震源机制对地震动的影响，研究近场强地震动空间分布特性，研究断层破裂及其过程；布设在同类基岩或同类土层场地。
（ 加州帝国谷、云南小江断裂带）场地影响台阵：研究局部场地条件对地震动的影响，地震动沿深部的分布特征及其与土层性质的关系，检核和改进强地震动预测方法；三维场地台阵布设在小型盆地（云南通海），地形影响台阵布设在局部地形起伏较大场地（孤立小山包）（四川自贡、宜宾、唐山响堂），综合场地试验台阵布设大范围场地、有不同类型土质、不同深度覆盖土层、有局部地形起伏、基岩埋深适中且有露头。
差动台阵：按照一定间距呈规则图形分布的高密度台阵，布设在同类场地。
（台湾smart-1）16. 试述建筑物结构台阵测点布设应考虑的因素答题要点：建筑物的振型布设在较大振幅处，避免布设在节点处，底层和顶层各一个建筑物扭转振动不对称以及长大建筑物的特殊部位刚度突出、不规则突出部分自由地表输入到结构基础上的真实地震，测点距距离大于其长、宽、高17. 台站场地选址需要开展哪些场地测试工作答题要点：钻孔和土层剪切波速测试和地面脉动测试钻孔和剪切土层波速测试：覆盖土层厚度小于或等于50m，钻孔深度应达到基岩；大于50m，尽可能达到基岩，不小于30m。