温度对甚宽频地震计的性能及输出影响的研究

论文摘要

地震观测是地球物理观测的重要组成部分，是地震学和地球物理学发展的基础。随着地球动力学和数字地震学的不断发展，地震学家对于地震观测数据的质量越来越重视。高精度的地震观测设备和稳定适宜的台站环境参数，以及定期台站仪器标定工作是获得优质观测资料的重要前提和保障。目前，大动态、宽频带已经成为当代地震观测的主流技术，我国的测震观测系统大量使用宽频带地震计和甚宽频带地震计。长周期地震观测仪器的广泛应用，对地震台站观测环境提出了更为苛刻的要求。其中温度因素一直以来都是地震观测学家关注的热点，温度因素对地震观测仪器等精密测量仪器的材料性能、元件等参数的影响是普遍存在、不可忽视的。然而温度对长周期观测的影响目前只是定性的认识，几乎没有一种地震观测仪器能定量给出仪器的温度特性曲线，并且定量的分析温度对地震计输出信号影响方面的研究资料甚少。基于上述原因，本论文首次从定量的角度较为系统地研究了温度对甚宽频地震计的影响，这里主要从两个方面进行考虑：温度对甚宽频带地震计灵敏度的影响、温度对地震计输出信号影响的频段和水平。基于上述目标，本文作者研究了温度对宽频地震计影响的测试方法，及温度对宽频地震计输出影响的分析方法，并设计了适于地震台站测温的低温漂、高分辨率（0.001℃）电路板，同步获得了地震计内部的高分辨的温度数据。以甚宽频地震计BBVS-120为实验对象，开展了实验室静态测试温度试验和台站观测试验。通过实验室对比测试实验，总结了温度对甚宽频地震计BBVS-120灵敏度及幅频特性的影响特点，首次绘制了BBVS-120灵敏度的温度特性曲线，为科学地评价仪器的温度效应提供一定的参考。通过实际台站观测实验，首次从定量的角度分析了温度对地震计输出信号影响的频带范围和温度灵敏度参数，较为定量的描绘了温度对地震计长周期观测资料的影响。本文以甚宽频地震计BBVS-120这一个例，较为系统地研究了温度对其影响的测试方法及分析方法。定量分析的结果很好地验证了在长期台站观测中得到的相关认识、经验。温度影响的测试分析方法具有普适性，可拓展应用到其他地震观测仪器的温度特性测量实验中。希望本论文的结论为地震台站观测、仪器设计的改进、定量地评价温度对长周期观测资料影响等方面提供一定的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 宽频带地震计的应用
• 1.1.2 宽频带数字地震观测台网的建立
• 1.2 温度对长周期观测影响的相关研究
• 1.2.1 全球噪声模型
• 1.2.2 仪器噪声
• 1.2.3 温度对长周期观测影响的相关实验
• 1.3 问题的提出
• 1.4 研究的内容和目标
• 1.5 实验方案分析
• 1.6 研究意义
• 第二章 位移换能反馈地震计的理论模型
• 2.1 BBVS-120 简介
• 2.1.1 BBVS-60/120 的机械系统
• 2.1.2 BBVS-60/120 的反馈原理
• 2.1.3 甚宽频地震计的两路输出信号
• 2.2 甚宽频带地震计 BBVS-120 的系统特性
• 第三章 温度对甚宽频地震计性能影响的研究
• 3.1 温度对甚宽频地震计灵敏度影响的测试方法研究
• 3.2 地震计标定测试方法
• 3.2.1 地震计的灵敏度
• 3.2.2 对比法测量地震计灵敏度
• 3.2.3 正弦标定法测试地震计的灵敏度
• 3.3 温度对宽频地震计性能影响的观测实验
• 3.3.1 实验测试环境
• 3.3.2 实验设备
• 3.3.3 设备的摆放及连接
• 3.3.4 实验步骤及目的
• 3.4 温度对甚宽频带地震计性能影响实验数据处理
• 3.4.1 温度对甚宽频地震计的灵敏度影响的特性曲线
• 3.4.2 温度对甚宽频地震计幅频特性的影响
• 3.5 温度对甚宽频带地震计性能影响分析
• 3.6 本章总结
• 第四章 低温漂高分辨率精密测温电路
• 4.1 电路结构设计
• 4.2 测温电路精度评估
• 4.3 测温电路安装
• 4.4 测温分辨率检验
• 第五章 基于台站观测实验分析温度对甚宽频地震计输出的影响
• 5.1 BBVS-120 台站观测实验
• 5.2 温度对甚宽频地震计输出影响的研究方法
• 5.3 利用台站数据分析温度对甚宽频地震计加速度输出的影响
• 5.3.1 温度影响地震计加速度输出信号的频段
• 5.3.2 温度对甚宽频地震计加速度输出的影响水平
• 5.3.2.1 甚宽频地震计加速度输出对温度的灵敏度
• 5.3.2.2 甚宽频地震计加速度输出的灵敏度
• 5.3.2.3 地震计加速度输出及温度信号的功率谱估计
• 5.3.2.4 地震计的加速度输出量对温度的灵敏度分析
• 5.3.3 温度对地震计加速度输出影响测试信噪比分析
• 5.4 地震计加速度输出对温度灵敏度的验证分析
• 5.5 温度对甚宽频地震计观测资料影响水平的讨论
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 附录
• 附件一 测温电路原理图
• 附件二 数据处理部分程序
• 参考文献
• 致谢
• 作者介绍