《强震动观测技术》重要知识点汇总 (3)(1)汇总

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^2
③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 R
D 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/gn
2)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2.0gn
4）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120dB
7）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15mA
10）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500
11. 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*10^7
6)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2gn
4)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。

剪切波速测试不应小于20m，测试点（垂向）不大于2m。

绘制土层柱状图，剪切波速分布图。

地面脉动测试：也称“常时微动”，反映场地背景噪声水平，测出脉动卓越周期与场地性质有关。

要求day和night各进行一个时段的测试，每个时段不小于30min，每次测试持续时间不短于1min。

18. 强震动观测仪器安装要注意哪些问题。

答题要点：
强震仪、加速度计分别考虑
强震仪：必须锚固在仪器墩上
加速度计：必须锚固在仪器墩上；观测地面运动时，加速度计两个水平测量方向要对准地理南北和东西两个方向，误差应小于1゜；观测结构地震反应时，加速度计两个水平测量方向要对准结构物两个主轴方向，误差不小于1゜。

19. 台站开始启用前需要先对哪些参数进行设置。

采样率：200sps，仪器能获取频率上限为采样率的40%，保证能 带宽0-80Hz 事件前存储时间（保证不丢头、计算噪声谱✅滤波频率）：不小于20s（远震、软土、长周期更长一些）
事件后延续时间：不小于30s
触发参数：一般用阈值触发，设0.002-0.006gn（6级+地震或活断层附近可略取高）
参数：自动应答方式-将自动应答方式设置成打开状态，台网中心呼叫后即可、监控仪器、修改运行参数、✅ 自动呼叫方式-设置参数使自动呼叫处于打开状态，使下列情况（仪器触发获得一次、电压低于规定工作最低电压、GPS系统不能正常工作、观测室温度超出正常范围）时自动呼叫台网中心
GPS参数：标准时间差-使用统一世界时（UTC），若要用地方时则需设定时间差，一般用北京时间（与UTC差8h）；加电时间间隔-一般为60min；最大加电时间-不小于30min。

20. 台站安装好后需要进行哪些检定工作。

加速度计的零位电压：调到满量程输出电压1%以下
各通道的测量方向：确认每个通道的测量方向和每道的正负极性（敲击法、倾斜法）
GPS授时系统：给GPS加电确认显示时间
功能测试和人工触发试验：检查加速度计和器是否正常；用刀敲击加速度计外壳检查仪器是否触发以及出发后显示波形是否正常
双向远程试验：在异地通过☎或网络进行，确认是否能顺利连接仪器并进行远程以及触发侯能自动呼叫台网中心
21. 台站（网）日常工作中需要开展哪些维护工作。

检查远程
现场常规检查
第四章强震动观测记录处理确认
22. 试简述傅里叶变换的概念和应用
设f（t）是实自变量t的非周期函数，若积分F（ω）=1/♪( 2pi）*【f（t）*e^-i ωt】正无穷到负无穷上的积分对任何实数值都存在，则称F（ω）是f（t）的Fourier变换。

应用：将无限变量变为有限
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)窗函数从一个无限长的连续函数中选取一个“时间窗户”
2)混淆现象当等间距采样一定频率范围外的高频叠加到该频率范围内离散
低频谱上的现象
3)漏泄现象矩形窗主瓣宽1/T，边瓣宽1/2T，边瓣带进了虚假的高频，边
瓣中还有负的边瓣，导致能量损失。

25. 强震记录基本处理都包含什么工作
答题要点：
零基线调整数字式用触发前预存的平均值作为零位
模拟式用零终速度法，假设地震运动初速度和终速度均为零
误差校正数字式校正高、低频
模拟式校正低频
计算校正加速度时程、速度和位移时程
反应谱计算Sa、Sv、Sd
傅里叶谱分析
26. 强震记录要开展哪些误差分析和校正处理
答题要点：
分模拟记录和数字记录答题
数字式：低频误差、仪器噪声、场地背景噪声；零线校正、频响校正
模拟式：模拟数字化过程产生、仪器本身性能误差；零线校正、频响校正
27．快速傅里叶变换与傅里叶谱
快速Fourier变换：利用计算机计算离散傅立叶变换方法的统称，简称“FFT”，可以大大减少计算次数
Fourier spectrum ：Fourier分解过程中，得到的振幅和相位随频率变化的关系叫作傅里叶谱
28. 反应谱
在给定的加速度作用期间内，单质点的最大位移反应、速度反应和加速度反应随质点自振周期变化的曲线（分为相对位移反应谱Sd、相对速度反应谱Sv、绝对加速度反应谱Sa）
29. 三联谱、标准反应谱、拟反应谱
三联谱：将Sd、Sa、Sv的横（频率）纵（反应谱值）坐标同时取对数，画在同一坐标图上，即为三联谱。

标准反应谱：反应谱值与地震动的最大值之比为标准反应谱（无量纲）
拟反映谱：当阻尼很小时直接忽略情况下的反应谱
第五章强震动观测记录应用
30．根据强震观测记录可以开展哪些应用性研究，并叙述其思路
答题要点
地震动特性研究。

地震动特性三要素：地震动的幅值、频谱特性、持续时间，地震动特性影响因素：震源特性、地震波传播途径、局部场地条
件
编制地震动参数区划图和确定设计地震动
结构抗震设计和地震反应特性研究
地震动强度（烈度）速报和震害快速评估
大震预警
结构健康诊断震后1h安全评估
震源特性研究震源定位，测定近震震级，推算峰值加速度、速度、位移
11。