地震監(jiān)測(cè)專(zhuān)業(yè)設(shè)備一體機(jī)測(cè)試評(píng)估方案

一體化（集成化）地震儀測(cè)試評(píng)估方案編寫(xiě)依據(jù)《地震觀測(cè)儀器進(jìn)網(wǎng)技術(shù)要求地震儀（送審稿）》《地震監(jiān)測(cè)專(zhuān)業(yè)設(shè)備定型測(cè)試大綱（地震計(jì)）》測(cè)試項(xiàng)目（一）A類(lèi)指標(biāo)1、功能性指標(biāo)序號(hào)項(xiàng)目技術(shù)要求備注1校準(zhǔn)測(cè)試功能應(yīng)具有能夠?qū)[錘施加測(cè)試力的動(dòng)圈校準(zhǔn)裝置2數(shù)字濾波器應(yīng)用FIR數(shù)字濾波器，可設(shè)置為最小相移特性或線性相移特性3擺錘零位輸出及調(diào)整周期≥60s一體機(jī)應(yīng)有監(jiān)測(cè)擺錘零位偏移的功能和擺錘零位調(diào)整功能。4溫度與濕度范圍應(yīng)能夠在溫度－20℃～50℃、相對(duì)濕度10%～98%的范圍內(nèi)正常工作。5安裝方位指示及基準(zhǔn)具有安裝方位指示標(biāo)志和基準(zhǔn)線（面）2、主要性能指標(biāo)序號(hào)項(xiàng)目基準(zhǔn)值或范圍備注1滿量程≥0.009m/s（≤10Hz）≥0.005m/s（10Hz～30Hz）2高端截止頻率短周期、寬頻帶、甚寬頻帶：≥40Hz（采樣率100sps，-3dB）超寬頻帶：≥10Hz（采樣率50sps，-3dB）3低端截止頻率短周期：1Hz±0.04Hz；0.5Hz±0.02Hz寬頻帶：0.0167Hz±0.0006Hz甚寬頻帶：0.00833Hz±0.00028Hz超寬頻帶：0.00278Hz±0.00095Hz4低頻端阻尼0.707±0.025幅頻誤差限值±3%（0.05Hz～20Hz）±5%（20Hz～30Hz）－30%～10%（30Hz～40Hz）交界點(diǎn)頻率的幅頻誤差取較小限值。6靈敏度誤差≤3%7線性度誤差≤0.2%（二）B類(lèi)指標(biāo)1、功能性指標(biāo)序號(hào)項(xiàng)目技術(shù)要求備注1信號(hào)輸出通道E-W、N-S、U-D2數(shù)據(jù)輸出功能應(yīng)具有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸功能3輸出采樣率50sps、100sps、200sps，可程控選擇4供電及功耗采用直流電源供電，平均功耗宜不大于3W。5水平調(diào)整功能（地面安裝型）不少于2個(gè)可調(diào)整底腳螺絲，帶鎖緊裝置。適合安裝場(chǎng)地傾斜不超過(guò)3.5°場(chǎng)合。（三）C類(lèi)指標(biāo)1、功能性指標(biāo)序號(hào)項(xiàng)目技術(shù)要求備注1數(shù)據(jù)記錄功能具有事件數(shù)據(jù)記錄功能和連續(xù)數(shù)據(jù)記錄功能。具有使用閃存卡等固態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)擴(kuò)充數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量的功能具有將事件數(shù)據(jù)記錄為數(shù)據(jù)文件的功能具有將輔助采集通道、低速采集通道采集數(shù)據(jù)記錄為數(shù)據(jù)文件的功能。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量不小于30GB2鎖擺與開(kāi)鎖在保證設(shè)備運(yùn)輸與搬運(yùn)安全的前提下，配備必要的擺錘開(kāi)鎖和鎖止機(jī)構(gòu)（如無(wú)必要可不配置），相關(guān)操控機(jī)構(gòu)可外置或內(nèi)置，為內(nèi)置時(shí)須具有線控或指令控制等遙控功能。主要指標(biāo)測(cè)試：滿量程：采用低頻振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。表1.滿量程測(cè)試參數(shù)測(cè)試頻點(diǎn)（Hz）測(cè)試信號(hào)幅度（mm/s）備注107、8、9、10采樣率：≥100sps204、4.5、5、6按測(cè)試信號(hào)幅值從小到大的順序進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)監(jiān)測(cè)地震儀的輸出波形，若觀察到輸出波形明顯畸變，則下一次測(cè)試的幅值不再增加，宜設(shè)置為比當(dāng)前幅值低1.5dB進(jìn)行下一次測(cè)試。在失真度不大于3%的前提下，取最大測(cè)試振幅的峰值作為滿量程測(cè)試結(jié)果。記錄滿量程測(cè)試結(jié)果及其對(duì)應(yīng)的失真度參數(shù)。高端截止頻率采用低頻振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試表2.高端截止頻率測(cè)試參數(shù)測(cè)試頻點(diǎn)（Hz）0.1Hz、0.2Hz、0.5Hz、1.0Hz、2.0Hz、5.0Hz、10Hz、20Hz、25Hz、31.5Hz、40Hz、50Hz、63Hz、80Hz采樣率：≥200sps測(cè)試信號(hào)幅度（mm/s）5按照表2中參數(shù)依次對(duì)地震儀的三個(gè)分向進(jìn)行幅頻特性測(cè)試，記錄數(shù)據(jù)，求出高頻端-3dB截止頻率低端截止頻率和低頻端阻尼使用可編程函數(shù)/任意波形發(fā)生器輸出特定周期和幅度的方波脈沖作為階躍測(cè)試信號(hào)，如圖1所示。圖1.階躍測(cè)試信號(hào)波形（上）及其地震計(jì)響應(yīng)信號(hào)（下）被測(cè)地震儀安放在穩(wěn)固、振動(dòng)干擾較小的平臺(tái)上或地面上。被測(cè)地震儀的校準(zhǔn)裝置驅(qū)動(dòng)線圈串聯(lián)電阻R后連接到信號(hào)發(fā)生器的輸出端，串聯(lián)電阻R用于控制測(cè)試電流，可參考表3取值?？删幊毯瘮?shù)/任意波形發(fā)生器輸出方波信號(hào)的周期ΔT可參照表3設(shè)置，輸出方波信號(hào)的電壓幅度可根據(jù)表3電流幅度和實(shí)際使用的串聯(lián)電阻R的阻值計(jì)算后設(shè)置。測(cè)試信號(hào)幅度的選擇以獲得較大的信噪比為原則，使得被測(cè)地震儀的最大輸出處于滿量程的10%～70%范圍內(nèi)為宜。表3階躍信號(hào)參數(shù)選擇范圍脈沖幅度A脈沖寬度ΔT串聯(lián)電阻R短周期地震計(jì)0.5mA～5mA10s～15s1KΩ～2KΩ寬頻帶地震計(jì)0.01mA～0.1mA200s～600s30KΩ～100KΩ甚寬頻帶地震計(jì)5μA～50μA400s～1200s50KΩ～200KΩ超寬頻帶地震計(jì)1μA～20μA1200s～3600s150KΩ～600KΩ分別截取方波輸入信號(hào)上升沿和下降沿對(duì)應(yīng)的地震儀響應(yīng)數(shù)據(jù)段，進(jìn)行擬合，求出地震儀的自振周期和阻尼系數(shù)。至少記錄和處理6個(gè)階躍跳變沿（可選擇3個(gè)上升沿和3個(gè)下降沿）對(duì)應(yīng)的地震儀響應(yīng)數(shù)據(jù)，計(jì)算和記錄自振周期和阻尼系數(shù)的平均值及其標(biāo)準(zhǔn)差作為測(cè)試結(jié)果。幅頻誤差限值采用低頻振動(dòng)臺(tái)測(cè)試。按照表2中參數(shù)依次對(duì)地震儀的三個(gè)分向進(jìn)行幅頻特性測(cè)試，記錄數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。記錄各頻點(diǎn)值、各頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的靈敏度值及其標(biāo)準(zhǔn)差。靈敏度誤差采用低頻振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試表4.靈敏度測(cè)試參數(shù)測(cè)試頻點(diǎn)（Hz）1Hz、5Hz測(cè)試信號(hào)為正弦信號(hào)；信號(hào)幅度指正弦信號(hào)峰值。短周期地震儀測(cè)試頻點(diǎn)取5Hz，其他取1Hz采樣率：≥100sps測(cè)試信號(hào)幅度（mm/s）5按照表4中測(cè)試參數(shù)依次對(duì)地震儀的三個(gè)分向進(jìn)行靈敏度測(cè)試，記錄數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。靈敏度為采用數(shù)字?jǐn)?shù)表示的地震儀輸出幅值與振動(dòng)臺(tái)正弦振動(dòng)速度幅值之比，單位為counts/(m同時(shí)記錄10次測(cè)量的輸入幅值和輸出幅值。計(jì)算靈敏度值測(cè)量結(jié)果與標(biāo)稱(chēng)靈敏度的相對(duì)誤差作為校準(zhǔn)結(jié)果。線性度誤差采用低頻振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。表5.線性度誤差測(cè)試參數(shù)測(cè)試頻點(diǎn)（Hz）1Hz、5Hz測(cè)試信號(hào)為正弦信號(hào)；信號(hào)幅度指正弦信號(hào)峰值。短周期地震儀測(cè)試頻點(diǎn)取5Hz，其他取1Hz采樣率：≥100sps測(cè)試信號(hào)幅度（mm/s）0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0按照表5中參數(shù)依次對(duì)地震儀的三個(gè)分向進(jìn)行測(cè)試，記錄數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到一系列輸入振幅與地震儀輸出振幅數(shù)據(jù)對(duì)。對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，擬合直線的斜率作為靈敏度值，同時(shí)求出地震儀輸出振幅與擬合直線偏差的最大值，該最大值與地震儀的滿量程之比作為線性度誤差的測(cè)試結(jié)果。記錄靈敏度和線性度誤差測(cè)量結(jié)果。宜同時(shí)記錄用于線性擬合的數(shù)據(jù)對(duì)。數(shù)字濾波器使用高精度校準(zhǔn)儀輸出交流測(cè)試信號(hào)測(cè)試數(shù)據(jù)采集器的幅頻特性。測(cè)試時(shí)數(shù)據(jù)采集器的采樣率設(shè)為100sps，測(cè)試信號(hào)幅度宜設(shè)置為滿量程的30%，測(cè)試信號(hào)的頻率宜在1Hz～50Hz范圍內(nèi)按照2Hz或3Hz的頻率間隔進(jìn)行選取，并在55Hz～85Hz之間選擇3個(gè)測(cè)試頻點(diǎn)。注：55Hz～85Hz之間的頻點(diǎn)用于測(cè)試數(shù)字濾波器的阻帶衰減。數(shù)據(jù)采集器連續(xù)記錄測(cè)試過(guò)程中的采集數(shù)據(jù)，每個(gè)測(cè)試頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)記錄時(shí)間不少于30s。截取采集器記錄數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)每個(gè)測(cè)試頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)段，分別計(jì)算各頻點(diǎn)正弦信號(hào)振幅值。注：計(jì)算振幅值時(shí)需注意測(cè)試信號(hào)頻率f大于50Hz時(shí)，采樣后的信號(hào)頻率為100-f。記錄測(cè)試頻點(diǎn)、以及對(duì)應(yīng)各頻點(diǎn)的正弦信號(hào)振幅值與輸入信號(hào)電壓值之比得到數(shù)據(jù)采集器的幅頻特性。根據(jù)幅頻特性測(cè)試結(jié)果檢驗(yàn)通帶波動(dòng)和阻帶衰減。使用低失真信號(hào)源或高精度校準(zhǔn)儀輸出50%占空比的方波信號(hào)測(cè)試數(shù)據(jù)采集器的階躍響應(yīng)。測(cè)試時(shí)數(shù)據(jù)采集器的采樣率設(shè)為100sps，測(cè)試信號(hào)幅度宜設(shè)置為滿量程的30%，方波信號(hào)的頻率宜選為0.5Hz。將數(shù)據(jù)采集器的數(shù)字濾波器分別設(shè)為線性相位和最小相位，記錄采集數(shù)據(jù)，繪制數(shù)據(jù)采集器在兩種相位設(shè)置情況下對(duì)方波信號(hào)的響應(yīng)波形圖檢驗(yàn)濾波器的相位特性。輸出采樣率對(duì)數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行幅頻特性測(cè)試，通過(guò)檢查輸出數(shù)據(jù)中正弦信號(hào)頻率和輸入測(cè)試信號(hào)頻率是否相符進(jìn)行采樣率檢驗(yàn)。

臺(tái)站比測(cè)按照《地震監(jiān)測(cè)專(zhuān)業(yè)設(shè)備定型工作管理細(xì)則（試行）》的要求，對(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的設(shè)備，開(kāi)展臺(tái)站比測(cè)，測(cè)試該設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性、自然環(huán)境適應(yīng)性以及各項(xiàng)功能是否達(dá)到技術(shù)要求。比測(cè)原則上至少3套（臺(tái)）設(shè)備，時(shí)間不少于1個(gè)月。選擇振動(dòng)噪聲較小、無(wú)近場(chǎng)強(qiáng)振動(dòng)干擾的場(chǎng)地進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試項(xiàng)目序號(hào)項(xiàng)目基準(zhǔn)值技術(shù)要求備注指標(biāo)類(lèi)型1短周期噪聲短周期地震計(jì)、寬頻帶地震計(jì)：≤3×10-9m/s甚寬頻帶地震計(jì)：≤1×10-9m/s超寬頻帶地震計(jì)：≤5×10-10m/s短周期地震計(jì)、寬頻帶地震計(jì)、甚寬頻帶地震計(jì)：頻帶1Hz～40Hz范圍的噪聲有效值。超寬頻帶地震計(jì)：頻帶1Hz～10Hz范圍的噪聲有效值。B2數(shù)據(jù)一致性同型號(hào)設(shè)備之間標(biāo)稱(chēng)觀測(cè)頻帶內(nèi)波形相關(guān)系數(shù)大于95%。B3數(shù)據(jù)連續(xù)率不小于99%臺(tái)站比測(cè)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸情況。B測(cè)試方法（1）短周期噪聲主要采用兩臺(tái)地震計(jì)測(cè)試法和XX地震計(jì)測(cè)試法。參加比測(cè)的兩臺(tái)或XX地震計(jì)由送檢單位專(zhuān)業(yè)人員完XX裝調(diào)試，安裝在同一個(gè)臺(tái)基上，緊密挨在一起但不相靠，地震計(jì)標(biāo)注的方向必須與擺墩上標(biāo)注的方位線一致。為防止外界環(huán)境的干擾，可統(tǒng)一為地震計(jì)加防護(hù)罩。安置地震計(jì)的比測(cè)墩構(gòu)建在完整的臺(tái)基上，表面平整無(wú)塵。地震計(jì)周?chē)粦?yīng)該放置其他可能產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的設(shè)備，以防止變化的磁場(chǎng)對(duì)地震計(jì)產(chǎn)生干擾，從而影響正常觀測(cè)。用于校對(duì)水平用的水準(zhǔn)氣泡必須嚴(yán)格居中。地震計(jì)安裝完成后需對(duì)地震計(jì)安裝情況與主要指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。將地震計(jì)和數(shù)據(jù)采集器設(shè)置為最小量程，采樣率設(shè)置為100sps，內(nèi)部時(shí)鐘保持與UTC時(shí)間同步，地震計(jì)比測(cè)期間所有數(shù)據(jù)接入數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（J-OPENS）實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，同時(shí)通過(guò)FTP下載數(shù)采集器內(nèi)的原始數(shù)據(jù)備份。待比測(cè)地震計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定后，分別在連續(xù)1個(gè)月內(nèi)多次選取比測(cè)地震計(jì)在正常工作條件下，無(wú)地震事件、無(wú)明顯干擾的記錄波形文件中低背景噪聲時(shí)段連續(xù)3個(gè)小時(shí)（寬頻帶、短周期可選擇1個(gè)小時(shí)）的原始波