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DBT 22—2020 地震观测仪器进网技术要求 地震仪.pdf

(t)=Asin(wt十)十d ++.++++++++++.+++++.(A.1 )

A.5.3计算正弦波幅值的频域方法

GBT 51351-2019 建筑边坡工程施工质量验收标准正弦波的有效值为A./②

A.6.1按照表A.2中的参数依次对地震仪的三个分向进行灵敏度测试，记录数据并进行数据处理。对 于地震计，灵敏度为地震计输出电压幅值与振动台正弦振动速度幅值之比，量纲为V/（m/s）。对于集 成化数字地震计，灵敏度为采用数字数表示的地震仪输出幅值与振动台正弦振动速度幅值之比，单位为 ount/(m·s) 1.6.2计算灵敏度值测量结果与灵敏度标称值之差作为灵敏度误差，并转换为相对误差表示。 1.6.3记录灵敏度值测量结果及其标准差、灵敏度误差。宜同时记录10次测量的输人幅值和输出 福值。

A.7.1在进行灵敏度测试的过程中，同时记录传感方向与振动台台面运动方向正交的其他两个分向的 偷出数据，按照与灵敏度测试过程中相同的数据处理步骤计算横向灵敏度 注1：横向灵敏度测试数据信噪比较小，宜采用频域方法计算振幅值，且标准差限值不受A.4有关要求的约束。 注2：测试横向灵敏度时，可将被测地震仪安装角度作微量调整进行重复测试，取其较小的横向灵敏度值作为测试 结果。 1.7.2每个分向的横向灵敏度由另外两个分项分别激励得到，取两者中的最大值作为该分向的横向灵 致度测试结果。 1.7.3计算横向灵敏度与灵敏度之比作为横向灵敏度比，记录横向灵敏度和横向灵敏度比。宜同时记 录所用振动测试系统的横向效应技术参数。

按照表A,2中的参数依次对地震仪的三个分向进行幅频特性测试，记录数据并进行数据处理。 频点值、各频点对应的灵敏度值及其标准差

A.9.1按照表A.2中的参数依次对地震仪的三个分向进行测试，记录数据并进行数据处理，得到一系 列输入振幅与地震仪输出振幅数据对， A.9.2对A.9.1得到的数据进行线性拟合，拟合直线的斜率作为灵敏度值，同时求出地震仪输出振幅 与拟合直线偏差的最大值，该最大值与地震仪的满量程之比作为线性度误差的测试结果。记录灵敏度 和线性度误差测量结果。宜同时记录用于线性拟合的数据对

告观察到输出波形明显畸变，则下一次测试的幅值不再增加，宜设置为比当前幅值低1.5dB进行下 次测试。 4.10.2对测试过程中的记录数据按照附录C给出的方法计算失真度，在失真度不大于3%的前提下， 双最大测试振幅的峰值作为满量程测试结果。记录满量程测试结果及其对应的失真度参数

校准线圈激励法所需测试设备主要技术参数及其指标和测试环境应符合表B.1的要求

表B.1测试设备技术参数及其指标和测试环境

联电阻R后连接到可编程函数/任意波形发生器的输出端，串联电阻R用于控制测试电流，可参考 表B.2取值。宜按照表B.3列出的频点进行正弦信号测试。测试信号幅度的选择以获得较大的信噪比 为原则，使得被测地震仪的输出峰值处于满量程的10% ～70%为宜。使用数字多用表或交流电压表测

表B.2测试回路串联电阻R的参考取值

表 B.3参考测试频点值

B.2.2测试过程及数据处理应符合A.4的要求

B.2.3按照公式(B.1)计算校准装置常数

3按照公式（B.1)计算校准装置常数。

一 第i个测试频点的频率，单位为赫兹（Hz）； A：一一对应第i个测试频点被测地震仪输出信号的有效值，单位为伏（V）； R 测试回路串联电阻，单位为欧（Q）； U；一电阻R上的电压有效值，单位为伏（V）； S。一一地震计的灵敏度，单位为伏每米秒[V/(m·s)]。 对于短周期地震仪，公式（B.1）中的各个量为对应5Hz频点的测值；对于各类宽频带地震仪 式（B.1)中的各个量为对应1Hz频点的测值。记录被测地震仪三个分向的校准装置常数。 2.4按照公式（B.2）计算相对灵敏度系数

记录被测地震仪三个分向的测试频率及其对应的相对灵敏度系数作为归一化幅频特性测试结果。 B.2.5对于短周期地震仪，截取5Hz频点的测试数据，按照附录C给出的方法，计算失真度。对于各 类宽频带地震计，截取1Hz频点的测试数据，按照附录C给出的方法，计算失真度。 B.2.6按照表A.2第5项所给出的参数设置可编程函数/任意波形发生器输出信号进行满量程测试 测试过程和数据处理需符合A.10的要求，

C.1基于 FFT的总谐波失真度计算方法

附录C （规范性） 失真度计算方法

设正弦波测试序列为3，（n=0N一1），采样率为f，测试信号的频率为f。。对3，加窗后进行 FT计算，求出基波f。及各次谐波kf。（k=2,3，4）的振幅谱IAI（k=1,2,3，*），按公式（C.1)计算 总谐波失真度。

2 A THD X 100% .( C.1

M一一可分辨的谐波数量[M

C.2基于正弦函数拟合的失真度计算方法

按照A.5.2所给出的方法对正弦波 行正弦函数拟合，由公式（A，2）给出的误差函数0作 内拟合残差，表示测量数据与拟合曲线的偏离程度，包括波形失真和噪声。在噪声分量远小于谐波失真 的情况下，可用公式（C.2）计算值作为总谐波失真度估计值

算序列长度为N的余弦窗函数的通用表达式为

式中系数A；的取值参见表C.1

表C.1部分余弦窗函数系数表

D.1地震仪传递函数及阶跃信号响应

式中： S。—地震计灵敏度，单位为伏每米秒[V/（m·s)] D 一阻尼系数。 公式（D2)为地震计对阶跃信号的响应

式中： Ic——脉冲测试电流幅度，单位为安(A)； 地震仪校准装置常数，单位为每二次方毫秒安[1/（ms"·A)］

公式(D.3)为拟合公式，公式(D.4)为拟合残差公式

p=[(nT。)dJ"

式中： 数据序列； N 数据序列的长度； T。 数据序列的采样周期，单位为秒（s）； A。 阶跃响应信号的幅值，单位为伏（V）； no 阶跃响应信号的延时误差： da 阶跃响应信号的零点误差

式中： α 数据序列； N 数据序列的长度； T。 数据序列的采样周期，单位为秒（s）； A。 阶跃响应信号的幅值，单位为伏（V） no 阶跃响应信号的延时误差； da 阶跃响应信号的零点误差

地震仪噪声测试场地应满足同时安装3台地震仪进行同步观测的要求，场地台基噪声水平及环境 温湿度应满足表E.1的要求

表E.1地震仪噪声测试场地及环境要求

在测试场地连续运行时间超过3个月的甚宽频带地震仪，其噪声水平在连续3个月80%以上的时 段符合表1要求，可在地震仪噪声测试中用作参考地震仪。在噪声测试过程中，噪声功率谱在50%以 上的时段低于参考地震仪的被测地震仪，也可在计算过程中作为参考地震仪使用，取其噪声功率谱较低 时段的记录数据参与其他被测地震仪噪声功率谱的计算

E.3.1依据被测地震仪和低噪声参考地震仪的数量和测试场地的大小，选择以下方式之一将地震仪安 装在观测墩上： a 只有一台被测地震仪和一台参考地震仪的情况下，或者只有两台相同型号被测地震仪的情况 下，将两个地震仪相互靠近安装在观测墩上； b） 被测地震仪和参考地震仪的总数为3台的情况下，将3台地震仪相互靠近安装在观测墩上； C 被测地震仪和参考地震仪的总数不少于4台的情况下，宜将两台参考地震仪相互靠近安装，再 将其他被测地震仪紧邻参考地震仪相互靠近安装： d 有多种型号的被测地震仪需要测试时，在观测墩面积充许的情况下，可同时安装在观测墩上： 保持每种型号的地震仪相互靠近，并紧邻参考地震仪安装 E.3.2所有地震仪的安装方位要一致，方位角偏差宜小于0.5°。对于各类宽频带地震仪，可采取增加 保温罩等措施，以进一步抑制环境温度变化对长周期频段噪声的影响。 E.3.3应确认地震仪能够至少记录一个月的连续观测数据。对于地震计，应配置至少能够记录一个月 连续观测数据的数据采集器。当不满足连续数据记录时间要求时，应配置计算机和必要的数据记录软 牛，以保证至少一个月观测数据的连续记录。 E.3.4将地震仪和数据采集器设置为最小量程，采样率设置为100sps，内部时钟保持与UTC时间同 步，并使所有地震仪及相关设备处于工作状态。 E.3.5若被测地震仪为宽频带地震仪或甚宽频带地震仪，应在安装调试完成后等待地震仪进入稳态，

DB/T 22—2020

签查开记录摆锤零位电压，若摆 周后复查摆锤零位电压，必要时再次启动调零功能 E.3.6若被测地震仪为超宽频带地震仪，应在安装调试完成24h后，计算LP输出通道24h记录数据 的均值，该均值若大于LP通道满量程的20%，应再次启动调零功能。运行两周后复查LP通道24h均 值，必要时再次启动调零功能

对于短周期地震仪，应记录不少 现测数据；各类宽频带地震仪应记录不少于1个 少于3个月

记录短周期频段的噪声有效值，各类宽频带地震计0.01Hz频率处的噪声谱密度平均值，绘制每 地震仪的噪声功率谱曲线图

E.7噪声功率谱计算方法

设噪声数据序列的采样率为f。将输入序列分为M段，每段序列长度为N。为增加分段数量 较大的序列长度N值，各个分段间可有50%～75%的数据重叠。对分段数据应用表C.1第1项

第6项所对应的窗函数进行加权，然后进行FFT计算，得到频域序列X，（K），见公式（E.1）。

4N2 P(k)= 1 X,（k）12， k=0,1,2,..., N 2 kf. 按照公式（E.3)计算f N 1)频点的噪声功率谱密度。 N P(f)= N P(k) .(E.3

E.8使用两台地震仪同步记录数据计算地震仪

本方法适用于两台参数相近的地震仪通过同步观测数据估算其噪声功率谱密度。 当两台地震仪摆放的足够近、且方位一致时，可以认为观测的是同一个地点的振动量。记地震仪观 则的某一分向的地面振动信号为r（t），两台地震仪的自身噪声分别记为n1（t）和n2（t），频率响应分别 为H（f）和H2（f），信号输出分别记为y（t）和y2（t）。 设X（f）,N,（f）,N（f）,Y（f）,Y（f）分别为（t），n（t），nz（t），y（t），yz（t)的功率谱密度， 12（f)为31（t)和2（t)的互功率谱密度。假设各地震仪的噪声是不相关的，则两台地震计输出信号 的功率谱密度和互功率谱密度可使用公式（E.4）公式（E.5）和公式（E6）计算

公式（E.7)定义了信号y,（t)和,（t)的幅值平方相于函数。

按照公式（E.8)估算两台地震仪的噪声功率谱密

E.9使用3台地震仪同步记录数据计算地震仪

Y(f)=[X(f)+N,(f)JIH,(f)I3 Y,(f)=[X(f)+N(f)JIH,(f)I3 P12(f)=X(f)·H(f)·H2(f)

Y,(f)=[X(f)+N2(f)JIH(f)| ·(E.5 P12(f)=X(f)·H(f)·H2() (E.6 1（）的帆值平方相王函数

P12(f)/2 C12(f)= Y,(f)· Y,(f)

N.(f)= 1—C12（f) ..(E.8 Nz(f)= 1—C12(f) Yz(f) [H,(f)|2

本方法适用于3台参数相近的地震仪通过同步观测数据估算其噪声功率谱密度。 当3台地震仪摆放的足够近、且方位一致时，可以认为观测的是同一个地点的振动量。记地震化 的某一分向的地面振动信号为r（t），三台地震仪的自身噪声分别记为n（t）、n2（t）和ns（t），频率 分别记为H,（f）、H（f）和H（f），信号输出分别记为yi（t）、y2（t)和ys（t）。 第i个地震仪输出信号的频谱可表示为

假设各地震仪的噪声是不相关的，则y1（t）、J2（t)和ys（t)之间的互功率谱为 Pj=Y;·Y=P..H,H, ·（E. 使用公式（E.11)估算各个地震仪的噪声功率谱密度N.

附录F （规范性） 基于采集数据的时钟偏差分析方法

基于采集数据的时钟偏差分析方法

截取包含标准时间秒号脉冲的采集数据段。脉冲的前沿（上升沿）表示整秒时刻，截取数据段日 证脉冲上升沿前后均不少于50个采样点。读取和记录截取数据段第1个采样点的采样时刻，计 ，该t。值是基于数据采集器内部时钟给出的采样时刻

基于线性相位有限冲激响应（FIR）低通数字滤波

1.2.1设截取数据段的采样点数为M，采样率为f。，记A为脉冲沿之前低电平平均值，记AH 沿之后高电平平均值。使用公式（F.1)对截取数据段进行基线校正。

1.2.2对于基线校正后的数据段，每个采样点之后均插人3个0，插0后的数据序列为（n），其采 数为4M，采样率为4f。 1.2.3设计线性相位FIR低通数字滤波器，滤波器的通带波纹不大于0.1dB，阻带衰减不小 dB，通带频率范围为0f～0.4f。，阻带频率范围为0.5f。～2f。滤波器单位冲激响应h（n）的娄 度应取值为奇数N。按照公式（F.2)对F.1.2.2插0后的序列r（n）进行滤波计算。

滤波计算时需注意i十n一N/2一1的取值范围，记m=i十n一N/2一1，当m≤0或m>4M时，公 式（F.2）中的（m）=0。滤波后的y（i）即为采集数据段1：4内插后的数据序列， F.1.2.4按照上述算法进行第2次插值。两次插值之后的采样率为16f，插值后的序列记为3（n）。

F.1.3频域内插方法

1.3.1设截取数据段（m）的采样点数为M，采样率为。记AL为脉冲沿之前低电平平均值 H为脉冲沿之后高电平平均值，按照公式（F.3)生成长度为2M的对称新序列y（m）

1.3.2对序列y（m）进行离散傅里叶变换，得到序列Y（k），见公式（F.4）。 Y(k)=DFT(y(m)), 1≤k.m≤2M.............. ··（上 1.3.3按照公式（F.5)在序列Y（k）的中间插0

.+ ...( F.5

F.1.3.4对插0后的序列Y（k）按照公式（F.6)进行离散傅里叶反变换，得到序列y（n）。截取序列y（

v(n)=IDFT(Y(K)) 1≤n.k≤32M ....F.

对于内插后的数据段，仍然使用A表示脉冲沿之前低电平平均值，AH表示脉冲沿之后高电平平 均值，定义t表示时钟沿上升x%电平的时刻（t5表示时钟沿上升50%电平，即AL电平到AH电平的 中间值）。按照公式(F.8）计算t.

m 一内插序列y（n）中时钟沿上升%电平时之前的所有数据点 A. 一时钟沿上升至3%时的电平值： A 一一A，电平之前临近数据点的电平值： Am+1 一一A，电平之后临近数据点的电平值。 记t.为脉冲上升沿的时刻（分脉冲或秒脉冲），则t。一t.一t,为钟差。 注：钟差t。大于0表示被测仪器的时钟快于标准时钟

F.3两个同步观测数据段之间的相对钟差计算

截取两台同步观测仪器记录的相同时间段的数据，数据段长度少于100个采样点。记于。为采样 率，t1为从参考仪器截取数据段中读出的第1个采样点的时刻GBT14173-93 平面钢闸门 技术条件，t2为从被测仪器截取数据段中读出的 第1个采样点的时刻。 按照F.1的方法对截取数据段进行内插，内插后的数据序列分别记为力、q，其中力表示参考仪器记 录数据，Q表示被测仪器记录数据。然后按照公式（F.9)对内插后的数据进行截取

安照(F.10)式计算序列r(i)和s(i）的互相关

F.3.3相对钟差计算

CJJ／T 284-2018 热力机械顶管技术标准(r（i）=p（i+200) i=1,2,3,...,1000 F.S s(i)=q(i+200)

....(F.10)

找出Rr（i)中绝对值最大的数值，该数值的角标记为m，则两台仪器记录数据 差为：