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器按照记录的范围可以分为测振仪微震仪强震仪以及长短周期地震

发布时间:2017-02-08   作者:admin

器按照记录的范围可以分为测振仪、微震仪、强震仪以及长短周期地震仪等。一般的仪器主要包括加速度、速度或位移传感器和数据记录装置。地震仪器的发展经历了由古代到现代由简单到复杂、由机械结构到微电子结构、由模拟记录到数字记录的发展过程。现代地震观测仪器都具有采用反馈式传感器、数字化记录器和网络化的

器按照记录的范围可以分为测振仪、微震仪、强震仪以及长短周期地震仪等。一般的仪器主要包括加速度、速度或位移传感器和数据记录装置。地震仪器的发展经历了由古代到现代由简单到复杂、由机械结构到微电子结构、由模拟记录到数字记录的发展过程。现代地震观测仪器都具有采用反馈式传感器、数字化记录器和网络化的数据传输功能等特点。随着现代微电子技术、数字信号处理与网络技术的发展对传感器的精度、可靠性等性能指标的要求越来越高反馈式传感器克服了开环传感器的缺具有更高的灵敏度和动态范围利用电子反馈特性扩展了传感器的频带缩小传感器的体积便于实现观测仪器的小型化减小了温度变化对传感器造成的影响因此反馈技术的引入对地震观测用传感器的性能提高起了决定性的作用。随着微机械技术的不断发展基于的传感器被应用地震观测之中其中多采用闭环反馈结构。设计具有模拟反馈式传感器的优点同时包含有高精度模数转换电网络数据传输接口的数字智能传感器可以使我们获得更好的地震观测记录为今后的研究与震害预防提供观测资料。强震观测用传感器的发展中国是地震多发的国家其中强烈地震所造成的尤为严重。有记载以来发生震级地震共有次自公元前年至公元年除资料不确切外生震级地震次。我国也是最早丌始地震观测的国家自东汉张衡发明的“地动仪”进行地震观测丌始史料中不断记载有关地震及所造成的记录。纪法国人哈拂依雷设计了最初的摆式观测仪器。早期的地震观测由于条件和技术的限所用的仪器只能是地震的发生无法准确给出地震时地面运动相关信息只能称之为验震器。英国人简在同本设计了水平摆式地震计随后逐步发展为采用三分量的地震仪用来观测南北、东西与垂直方向的地面运动。摆式元件与三分量检测地面运动的传感中国地震局工程力学研究所博学位论文器设计形式一直在现代多种地震观测仪器中得到应用。现代的地震观测仪器的发展丌始于二十世纪。在年人加利津设计了电流计式地震仪电流计式地震计能够显著地提高地震仪的灵敏度。在二十世纪六七十年代反馈式技术应用于地震计之中其中具有代型地震计采用了差动电容换能式结构结合力反馈技术成为现代具有代表性的地震计。强震观测服务于地震工程学通过长期的强震观测与强震记录的数据积累为今后的长期地震预报做技术准备。强震观测是利用仪器来观测地震时地面运动的过程以及在其作用下工程结构的反应情况也是取得地震作用和结构抗震性能认识的来源。强震观测的目的在于通过仪器记录地面振动的过程记录包括地面运动加速度、速度与位移等物理量获取震源以及地球内部的信息测定地震动强度、震级等相关信息。地震仪是测量地面运动的仪器也可以测量机械振动如各种车辆振动、工业及建筑物的振动等。有了长期的地震观测数据以后对未来某一地点可能发生的地震时间、地点、强度、频率做出一定的估计。同时强震观测资料还可应用于地震机制的研究与地震能量的计算在此基础上作为工程抗震结构抗震的指导。随着新技术的发展强震观测仪器和观测台网也有了巨大的进步。强震观测用传感器属于地震观测仪器的一种主要观测地面震动幅度的大小一般记录加速度值。随着用于强震观测的加速度传感器广泛应用使人们对地面振动的幅度有了精确的记录而不依赖于人的感觉同时对于建筑物受到震动影响有了数值分析的基础。最早应用于强震观测的传感器属于直接记录式仪器它将检测到的地面运动直接用机械式或光学方式记录下来。图为机械直接记录方法原理图。当地震发生时摆体与底座发生相对运动带动放大杠杆端部的记录笔在记录滚筒上将地面振动幅度记录下来。机械直接记录原理图光直接记录法的原理在于当地震的加速度大于设定值时触发电工样把地面运动记录到感光相纸上经处理后得到地震记录。图为第一章绪型强震加速度计的内部结构它采用滚筒感光记录地面运动的加速度。光直接记录式地震仪由于通过光的折射与反射提高了传感器的输出灵敏度由此减少了传感器的体积和重量同时相对于杠杆式的直接记录式传感器更稳定。由于机械原理的以上两种方式的拾震器的放大倍数无法进一步提高一般采用模拟方式获得的地震记录动态范围无法超过。。电流计式的地震仪可以极大提高传感器的放大倍数。其原理是通过在摆体上安装电流线圈将地面运动转换为电流大小通过电流计把电能转换为机械运动然后通过记录装置记录下来。电流计虽然能极大地提高放大倍数但是引入了耦合现象影响了传感器的频率特性。光直接记录式强震加速度计摘自参考文献四州以上介绍的各种传感器从信号传输与控制方式上来看都属于开坏式传感器。丌环式传感器原理图如图所示。开环式传感器从输入到输出环节具有误差累积性即传感器的总误差等于每个环节误差之和因此必须每个部分的误差不超过设计的要求才能够使整个传感器的精度满足要求。信号开环式传感器原理图目前在测震与强震观测领域所应用的传感器基本一采用了反馈技术将丌环式传感器变为闭环式传感器。闭环式传感器原理图如图所示。闭环传感器克服了在传感器制造加工中的机械结构参数的离散性衡加速度传感器来说其主要的性能参数通过电子线决定提高了整体稳定性所以传感器的特性不依赖于机械部件的性能。力平衡式传感器的特点是分辨率高稳定性好由于反馈的引入使得传感器的精度与各中困地震局程力学研究所博学位论义项性能参数主要取决于反馈电。力平衡传感器的灵敏度较高由于反馈的引入在工作时使得传感器的摆体转动量相对于平衡很小所以受到干扰较小。力平衡式传感器的线性度要好于丌环传感器由于传感器工作在闭坏状态其量程较大具有较好的抗冲击性。闭环式传感器原理图随着技术进步强震加速度传感器的动态范围也不断提高图给出了不同年代强震加速度传感器的动态范围与记录器的分辨率和传感器自振频率与记录器带宽的对比关系。早期的模拟强震加速度传感受限于记录纸和其动态范围无法超过。早期的传感器的自振频率和记录带宽在以后随着技术发展逐步提高。在年各种高精度数字记录器的研制极大提高了加速度传感器的动念范围和记录器的分辨率。其中采用传感器与或记录器的强震仪在每秒采样率下其带宽可以达到动态范围超过。给出了常用的国内国外几种反馈式传感器性能其中有宽频带速度型传感器例如等型号传感器也有加速度型强震传感器其中包括等型号。可以看到应用力平衡式传感器与高精度数据采集器所获得的地震记录其动态范围可达到以上国内外常用反馈式传感器性能灵敏度动态范罔量程传感器型号频带数字智能传感器的发展数字智能传感器的特点智能传感器概念的提出是伴随微处理器的出现与发展而来。智能传感器可以定义为一种带有微处理器的兼有信息检测、信息处理、信息记忆、中国地震局工程力学研究所博学位论文逻辑思维与判断功能的传感器。。智能传感器的出现解决了普通传感器过分依赖于集中检测系统无法对大量的检测数据进行实时控制的问题。智能传感器的特性在于具有对相应的智能数据算法。世界上最早大规模应用的智能传感器是美国霍尼韦尔公司于年开发的系列智能压力传感器它具有数字化的参数测量与智能化的信号处理功能。数字智能传感器的结构图如图所示。元件将输入的模拟量信号转换为易于进行处理的电信号如电压、电流等形式。采集与信号处理电的功能是将模拟量为数字量然后将数字信号送给微处理器采集的数字信号经过微处理器进行处理后通过数字传输接口输出。数据传输的形式了信号传输的稳定可靠抗干扰与远距离传输可以方便的与计算机接口并组成传感器网络。

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