超低频标准振动系统基础设计技术

　　目前对振动传感器进行标定主要有绝对法与相对法两种方法,而两种方法通常是在标准振动台上进行的[1]。随着科学技术的发展,尤其是地震科学技术的发展,传感器越来越要求能够测量超低频振动信号,比如英国Güralp公司生产的CMG-3T地震计、北京港震机电技术有限公司生产的BBVS-120甚宽频带地震计、东方振动与噪声研究所研制的INV9898压电加速度传感器,频率下限已达0. 1 Hz以下。超低频传感器对标准振动装置提出了要求,然而ISO的TC108委员会推荐的绝对法低频标准振动装置,低频校准频率为0. 5Hz[2]。因此研究并开发超低频标准振动计量装置成为各国科技工作者努力的方向。

　　标准振动台工作于超低频段时,振动台台面输出的加速度非常小,容易受外界环境因素,比如拍岸浪、气旋风暴、地震波、车辆行人等的影响,使输出波形的失真度变大,信噪比和稳定性变差,并且也大大降低了激光测振仪的跟踪测量性能[3]。为了实现超低频标准振动计量,必须设计合理的隔震基础,而目前国内外对超低频标准振动系统基础的研究还很少。本文首先以振动台台面输出信噪比为出发点,分析了超低频标准振动台基础噪声的要求,然后基于动力学与静力学原理,并采用有限元分析的数值方法,为振动台与激光测振仪设计了合理的隔振基础。

　　1　超低频标准振动台基础噪声的要求

　　图1为水平振动台运动模型,x1(t)为振动台运动部件相对于地心的绝对位移;x(t)为振动台运动部件相对振动台基座的相对位移;x2(t)为振动台基座相对于地心的绝对位移,由于振动台基座与基础刚性连接,所以振动台基座的绝对位移即可认为是基础的绝对位移,各位移之间的关系为

　　x1(t) =x(t) +x2(t) (1)

　　仅考虑基础运动产生的运动部件输出失真,根据失真度的定义,此时振动台输出位移信号的失真度δd为

　　式中, 2为基础位移的峰值, 为振动台运动体相对于基座位移的峰值。振动台输出加速度信号的失真度δa为

　　式中, 2为基础加速度的有效值, 为振动台运动体相对于基座加速度的有效值。

　　拟定超低频标准振动系统的频率范围为0.01 Hz~160 Hz,位移峰值不小于0. 05 m,位移失真度在0. 01 Hz≤f<0.1Hz时不大于1%;加速度失真度在f≥0.1 Hz时不大于1%。拟定超低频标准振动系统的频率范围为0. 01Hz~160Hz,位移峰值不小于0. 05m,位移失真度在0. 01Hz≤f<0. 1Hz时不大于1%;加速度失真度在f≥0. 1Hz时不大于1%。假设振动台运动体相对于基座做正弦运动,则有

　　1)当0. 01Hz≤f<0.1Hz时,位移失真度满足

　　因此,基础运动位移的有效值需满足