数字强震仪力平衡加速度计的仪器响应误差分析

　　1引言

　　上个世纪so年代初，随着数字观测技术的发展，数字强震仪系统已在我国强震动台网和流动观测中使用，这类系统配备的加速度计有:美国 Kinemetrics公司生产的FBA-3型和FBA 13型等;中国地震局工程力学研究所(IElvn研制生产的SLJ-100型。数字强震仪具有模拟强震仪所无法比拟的许多优越性能。所获取的记录动态范围 大，频带宽，有绝对时标，波形完整不丢头。但是，数字强震仪一般都采用力平衡式加速度计，特别是早期的力平衡式加速度计频带范围较窄(0至30Hz)，这 种仪器的记录应该进行仪器校正。

　　对模拟强震仪系统的仪器高频误差校正，美国学者TrifunacM. D.等作过研究，我国学者谢礼立等电流计和直接光记录式加速度计的模拟强震仪系统也作过研究。近年来，Novikova,E I.和Trifunac , M D.对数字强震仪系统的仪器高频误差进行过研究。本文通过对力平衡加速度计的仪器响应失真和误差进行分析，提出一个校正这类误差的处理方法(微分一微分方 法)，即对未校正记录做低通滤波(滤波器采用Butterworth)后运用近似理想微分器做两次微分得到校正加速度记录，针对大亚湾核电站地震仪表系统 (HIS)给出仪器校正示例，并编制了相应计算软件。该方法适用于我国强震动台网数字强震仪获取的加速度记录的仪器失真校正处理。但是，需要指出的是近些 年来美国和我国生产的力平衡加速度计(如FBA　23,ShJ-100FBA T)仪器频带范围通常为0至80 Hz，高低频响应特性均优于早期的力平衡加速度计。理论上认为不作仪器频率响应失真校正处理，就能满足地震工程感兴趣的频率范围要求。

　　2仪器响应失真和误差分析

　　对力平衡加速度计的工作原理不做详细介绍，它与其它类型传感器的差别在于它有一个电子反馈闭环，通过反馈闭环能够调整和改变阻尼和自振频率，能 提供比一般的传感器更宽的有效频响范围。但是它和其它仪器一样，存在着仪器响应误差，其记录只能在一定频段内代表所测的振动，超出这个频段，仪器记录将有 严重失真。对于FBA 3力平衡加速度计来说，对接近和超过其自振频率的高频振动分量，仪器记录将包含很大误差。振动台实验测得FBA 3力平衡加速度计的传递函数结果表明:0至30 Hz传递函数曲线是平坦的。

　　FBA力平衡加速度计的运动微分方程为:

　　Xr表示加速度传感器振动中心的相对位移，ω为传感器的固有振动圆频率，ξ为加速传感器的阻尼常数，Xg为测点地震动加速度。

　　根据地震仪理论，这类传感器，引进反馈技术后，使得系统自振频率大大提高，且灵敏度并不下降，系统自振频率远大于被测振动的频率，传感器的振动中心相对位移与被测地面运动加速度成正比，即: