	WWW.DISSERS.RU
	БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.

Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.

Добро пожаловать!

Все научные статьи

Гравиров В.В., Кислов К.В. Критичность сейсмометра к вариациям параметров

Научная статья

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 301 http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2008/026.pdf

Критичность сейсмометра к вариациям параметров

Гравиров В.В. (gravirov@rambler.ru), Кислов К.В.

Международный институт теории прогноза землетрясений и математической

геофизики РАН (МНТП РАН)

Введение

Надежность сейсмических моделей, прежде всего, зависит от качества регистрируемых данных. На практике качество сейсмических данных бывает весьма разнообразно. Сейсмическую запись можно представить в общем виде, как Y = HX+Q, где X - перемещение почвы, Н - передаточная функция датчика, Q -шум.

Как нетрудно заметить [16], все три составляющие правой части уравнения влияют на качество записи. Перемещение почвы X включает в себя, помимо исследуемого сейсмического сигнала, помехи, генерируемые изменениями физических полей (атмосферное давление, температура, акустические помехи, осадки и т.д. [14]), антропогенным воздействием [10], резонансными явлениями [18] и тому подобное. В понятие шум Q включаются также помехи, генерируемые изменениями физических полей, но при их воздействии непосредственно на элементы датчиков и каналы связи [9], собственный шум («дрожание системы») [8], электромагнитные помехи, электрические наводки [2], шум оцифровки данных [11, 19] и так далее.

Передаточная функция сейсмического датчика Н тоже не является математической константой и может изменяться при использовании элементов датчика с разбросом параметров в зоне допусков номиналов, а также при значительном уходе от номинальных значений, вызванном старением элементов и под воздействием внешних факторов. Естественно, в таком случае возникает необходимость в определении амплитудной и фазовой характеристик для каждого экземпляра прибора с последующей корректировкой данных [3]. На практике всегда полезно знать, насколько изменение параметров (величин) элементов прибора влияет на передаточную функцию, то есть насколько она критична к изменению параметров. При проектировании приборов необходимо соблюдать следующие условия: изменения амплитудной и фазовой характеристик должны быть в допускаемых пределах при допустимых вариациях параметров и возможных колебаниях внешних воздействий (температура, высота установки над уровнем моря и так далее). Именно поэтому считается необходимым проведение исследования влияния варьирования параметров структуры сейсмометра на его измерительные свойства [12].

Работы подобного рода обычно сложны и трудоемки [13, 18], однако применение современных вычислительных средств существенно упрощает эту задачу [7].

Проведем далее анализ устойчивости (повторимости параметров) передаточной функции широкополосного сейсмометра типа SK-1, разработанного в Международном институте теории прогноза землетрясений и математической геофизики Российской академии наук (МНТП РАН) в ходе выполнения работ по проекту Международного научно-технического центра (МНТЦ) [4].

Методы исследования

Сейсмометр SK-1 включает в себя три унифицированных сейсмодатчика, в состав которых входят механические маятники, подвешенные на упругих крестообразных опорах, электродинамические и емкостные преобразователи, моторы дистанционного управления положением маятников, Все механические узлы, а также платы электроники заключены в металлический кожух, на внутренней поверхности которого укреплен нагреватель активного термостата сейсмометра [4].

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 302 http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2008/026.pdf

В электронной схеме сейсмометра применены цепи обратных связей, по которым осуществляется передача сигналов пропорциональных перемещениям ус маятника, первой

dyc „ d2Yc

Это приводит физически к образованию

и второй производных по времени

dt dt

новых, необходимых для формирования заданной формы передаточной функции

сейсмометра, значений «электронных» момента инерции Кр и момента упругих

вращающих сил Мр, практически независимых от их исходных «механических» значений.

Введение в электронную цепь дополнительной петли обратных связей пропорциональной

ycdt позволяет скорректировать передаточную функцию сейсмометра в области низких

сейсмических частот, не нарушая при этом устойчивости системы.

Следствием реализации достаточно большого значения коэффициента усиления по разомкнутой петле обратных связей системы во всей полосе частот, К„ » 0, 0<f<oo,

является увеличение линейности, долговременной стабильности и динамического диапазона измерений устойчивого широкополосного электронного сейсмометра [17]. Составим блок-схему электронной части сейсмометра (см. рис.1).

U,~Y

-с

Iv Ra

Ґ2~dY,

-с

Ь Rp

-С

U4~jҐ,

JYT\

Рис 1. Блок-схема сейсмометра SK-1.

Сейсмодатчик (маятник).
Емкостной преобразователь.
Усилитель в прямой ветви.
Дифференциатор в ветви обратной связи.
Дифференциатор в цепи обратной связи
Интегратор в цепи обратной связи

7.-8. Низкочастотные антиаллязинговые фильтры.

Rs - Катушка электродинамического преобразователя маятника сейсмометра.

Для определения передаточной функции построим, используя блок- схему, структурную схему (граф) сейсмометра, изображенную на рисунке 2. На этом рисунке передаточные функции отдельных звеньев графа будут представляться следующими выражениями в операторной форме:

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 303 http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2008/026.pdf

t = Ус = *СР__________

01 X ls(p2+2Dsnsp + ns2) '

где X [м] - перемещение почвы,

ус [м] - линейное отклонение маятника (роторной пластины емкостного

преобразователя), 1с [м] - индикаторная длина маятника, Is [м] - приведенная длина маятника,

ns [1/с] - собственная механическая частота колебаний маятника, Ds - постоянная затухания маятника, p=jco.

Uqut

Рис. 2. Структурная

схема (граФ)

сейсмометра SK-1, где

X - Перемещение почвы.

Yc - Линейное

отклонение маятника

(роторной пластины

емкостного преобразователя). Uc - Приращение

напряжения на выходе емкостного преобразователя.

Ui - Приращение напряжения на выходе усилителя 3 в прямой цепи контура.

Иг - Приращение напряжения на выходе дифференциатора 4 в цепи обратной связи.

U3 - Приращение напряжения на выходе дифференциатора 5 контура обратной связи.

U4 - Приращение напряжения на выходе интегратора 6 контура обратной связи.

Uqut - Приращение напряжения на выходе сейсмометра.

Ус

У [В/м],

где Uc [В] - напряжение на выходе емкостного преобразователя,

у [В/м] - коэффициент преобразования по напряжению емкостного преобразователя,

.и,

и,

где Ui - напряжение на выходе усилителя Ki в прямой цепи усиления с коэффициентом усиления Ki;

. U2 _ р

Uj C0j

где U2 - напряжение на выходе дифференциатора К2 в цепи обратной связи

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 304 http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2008/026.pdf

СО, =-------------- ,

t45=^ = — [1/Ом],

U2 Rv

где iy - ток, протекающий через цепь сопротивления R

iv К (p'+2Dsnsp + iO

t51= —=т, , 2 " ""------------- ^ [м/А],

где G [В-с] - постоянная электродинамического преобразователя, К [кг-м ] механический момент инерции маятника,

t = U3 = Р2

Uj c0jC02

где из - выходное напряжение на второго дифференциатора в цепи обратной связи.

со2 =------------- ,

R2C2

iA 1

t56=^ = — [1/Ом],

U3 RA где iA - ток, протекающий в цепи сопротивления Ra,

Ul= tsi,

iN 1

U, RN

t36=Tf = ^ [1/Ом],

где iN - электрический ток, протекающий в цепи сопротивления Rn .

_U±_coA

37 тт '

Ui Р где U4 - выходное напряжение интегратора,.

со.

R3C3

^=^г = ^- [1/0н

U4 Кр где ip - ток, протекающий в цепи сопротивления Rp,

t81=t51-

Выражение для полной передаточной функции, системы в соответствии с ее графом, записывается так:

Uout toitl2t23 , .

А 1 + t12t23 (^t 34145 ^ 51 """1-35^56^61 "^ ^Зб1-71 """ l37l78l8lJ

Подставляя в (1) выражения для отдельных контуров tiK графа, записанные выше, получаем:

ук^сР2

ук:1

р р 1 со,

—------ + —-— + — + —-

vco!Co2RA соДу RN pRvy

X / AYK 1 С-2 ~лт \

ls р2 +2Dsnsp + n 1 1+ . \^с------------ п

I Ks(p2+2Dsnsp + n2)

Или после преобразований:

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 305 http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2008/026.pdf

ffl2RA

v J

и.

p3(l + A0) + p:

2Dsns+A0

yKjicP3

+ P

n2 AqCOjCO^a

S TJ

V ^N J

A0cOjCo2co3RA R^

oX1 + Ao)

_ co,R,A„

2D.n. + 2 A °

R„

s"s

(1 + A„)

:к^р3 . . ч [в/м],

U„

X ls(p3+a2p"+a:p + a yK^cG

где A

К c0jC02Ra

2 AqCOjCOjRa

Ils -r-

A0cOjCo2co3RA RP(l + A0)

1_ (1 + A0) ' "°

Запишем выражение для передаточной функции сейсмометра в случае разомкнутой ветви обратной связи системы с сигналом U4 « ycdt, t7i=0. Для этого случая частотная характеристика сейсмометра в операторной форме упрощается и записывается как:

outp

toitl2t23

А 1 + t12t23t51 (J34t45 ~"~ ^35^56 ~"~ ^36/

Подставим выражения для передаточной функции tiK отдельных звеньев графа:

p + ns +

уКДсО

yKJcG K2Dsns

outp

ук^сР2

yKJcG

1 +

Р2 +

2Dsns +

yKVcG

К C0jRv

К (0,(02RAJ

При выполнении условий: yKVcG

К c0jC02RA

yKVcG

Kc0jRv

yK^G

К R.T

А0 »1 или c0jC02RA «

А0 » 2Dsiis или C0jRv «

yK^cG

А0 » ns или RN «

К п^

yK^cG К R.T

Y +

получим

outp

yK^cG К c0jC02R^

уКУсР

1ХС'

К R,

Р +

yKVcG yK^cG

К ©jR,

К c0jC02RAp

2 , К'г^-А

Р +

c0jC02RA

N J

Uoutp _ Np2

(2),

X (p2+2Denep + ne2)

1 R^

c0jC02RA

Kc0jC02R;

2D.

и n

где N

Q2RARN

' CO,

'Su ^V 4 1 N

Как видно из (2), чувствительность электронного сейсмометра N, его собственная частота колебаний пе и коэффициент затухания De не зависят от коэффициента усиления yKi в прямой цепи электронной схемы и исходных механических собственной частоты ns и коэффициента затухания Ds маятника, подверженных изменениям во времени. Они определяются фиксированными величинами момента инерции К маятника, коэффициента

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 306 http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2008/026.pdf

G электродинамического преобразователя и параметрами пассивных элементов RC цепей обратной связи.

Физическое объяснение трансформации параметров сейсмометра с данными цепями обратных связей его электронной схемы состоит в формировании ими нового

и, наконец, электрического момента восстанавливающих

электронного момента инерции Ке

yKJcG К C0jRv

коэффициентом de

сил с

yKJcG К R.T

уКДсО К c0jC02RA

момента электрических сил затухания с

Фактически данный электронный сейсмометр представляет собой систему с глубокими обратными связями, коэффициент усиления которой по разомкнутому контуру обратной связи намного больше единицы во всей полосе частот.

Для дальнейшего анализа устойчивости передаточной функции сейсмометра к изменениям величин параметров основных комплектующих сейсмометра было проведено дополнительное компьютерное исследование [1]. При моделировании была использована эквивалентная базовая формула передаточной функции сейсмометра с обратными связями [20], которая в общем случае описывает функциональную схему сейсмометра SK-1 (см. рис.3). Таким образом, передаточную функцию сейсмометра можно записать в общем виде:

и„

(jco)2-(l+j«-C-Rf)

X GC MRf

a-G

(3)

¦G®)+

X-R

•(j®)4+—— -0)3+Сш)2 +

X-R-C

a-G-C

где:

a - константа преобразования, являющаяся выходом инверсного фильтра, [В/м] G - константа электродинамического преобразователя, [Н/А], С - конденсатор обратной связи, [мкФ], Rf - сопротивление катушки преобразователя, [Ом],

Rp - пропорциональный резистор обратной связи по постоянному току, [Ом], R; - резистор интегратора обратной связи, [Ом], Т; - постоянная времени интегратора, [с], М - масса маятника, [кг].

Датчик смещений

м т0 a

Катушка

Обратной

связи

Rf G

^^>

Выходной

сигнал сейсмометра

интегратор

о-

-лллг-

Рис. 3.Базовая функциональная схема сейсмометра с катушкой обратной связи

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 307 http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2008/026.pdf

Основные физические параметры маятника сейсмометра были взяты из текста финального технического отчета по проекту МНТЦ [4]: масса маятника равна М = 0.46 кг, электромагнитная константа преобразования - G = 320 Н/А, сопротивление катушки преобразователя - Rf = 2250 Ом, механический период свободных колебаний маятника Т0 = 5 сек и константа кажущегося электромагнитного преобразователя равна - S = 2500 В-с/м.

Далее рассчитаем значения компонентов входящих в формулу (3) и участвующих в формировании характеристики. Рассчитаем значение конденсатора обратной связи:

G-y2320 -250у2

Если принять частоту кажущегося гальванометра равной fh = 5 Гц, можно найти

значение константы преобразователя: -------- = 2к ¦ fh = 2к ¦ 5 [Гц], следовательно

a=2.-ft-M= 2.-5-0.5 ,1()4

GC 320-1.15-Ю"6

На больших периодах, сейсмометр характеризуется постоянной чувствительностью к ускорениям «8000 В-с /м, откуда вычислим величину резистора обратной связи, определяющего смещение сейсмометра

Mi = 8000 [В-с2/м]

R= 8000^8000.320^

М 0.46

Выберем ближайшее значение номинала резистора из стандартного набора

возможных значений Rj =5.6-10 [Ом].

Величина демпфирования должна быть меньше критической

Jt-R, -с

h9 = ^------ '--- = 0.707,

2-Rp-C

откуда найдем величину пропорционального резистора обратной связи по постоянному току

л/т-Ri-C 1 |t-R, 1 I19-5.6-106 „„ , ,гл п

RD =^---------- =-------- J------ L=----------- J----------- — «3.52-107 [Ом].

р 2-h2-C 2-h2 V С 2-0.707 V 1.15-10 6

Собственная частота кажущегося гальванометра будет равна

т2 =Rf -С = 2.25-103 -1.15• 10 6 = 2.58-10 3 [с].

'¦¦^¦]=Ж1^"Ш1'^

G-C V 320-1.15-10-6

со2 110,19

следовательно 19 = -^- =----------- « 17.53 [Гц].

2 2тг 2-3.1415

Для анализа устойчивости передаточной функции разработанных датчиков была

составлена специализированная программа [6], автором которой является научный

сотрудник Международного института теории прогноза землетрясений и математической

геофизики РАН В.В.Гравиров. Графики, полученные с помощью данной программы,

показаны на рисунках 4а-4ж.

ю4	Velocity Responce of Broadband Sensor
ю4	------ -I------------- LUX----------- I— -I- -I- I— -I—I M---------- 1 _ I- I- -I- -I- I------------ -I------------- LUX-------- p p p p J4 p--------------------- p p p p \|----------------- у---------- LUP T ГПТ ГТТГПГ I ~ Г Г T T I T ГПТ ГТТГПГ ГГТТ Г ГПТ
	____ 1________ Г1_Г_Г____ LllLLIti_____________ LLL11_____________ 1________ L LL _L_____ LllLLIti_______________ LLllI______________ L______ LUX ____ 1________ LUX_______ UXXULIX________ 1 _ l_ l_ X J_ 1_______ X________ LUX_____ UXXULIX___________ UUX1I____________ L______ LUX


т"	i jrf-iH i i 11 i TT ' 'I *4^^
т"	------ +------------- LUX----------- l~f + !~HI4--------------------- 1 - 4 4 + + 1-------------- +------------- LUX-------- P + -Р*Ч Hl4------------------------ 4 4 + + 1---------------- r----------- LUX
^ю2	____ X________ LUX_______ iVx XUJJX_________ 1 _ С С I + 1_________ X________ LUX_____ UXX L-TiLL______________ UUX1I____________ L______ LUX ------ +------------- LUX----------- / + + 4 4 1+------------------ 1-ГГ + -Г-1-------------- +------------- Ш1------------ 4 + + 4 hX----------------------- 4 4 + + 1---------------- h---------- LUX T Г П T ~ ~j\~ ТТГПГ 1 ~ Г Г T T 1 T ГПТ ГТТГП г\ ГГТТ1 Г ГПТ ------ T------------- ГПТ~Г ГТТГПГ------------ ГГГТП-------------- Т------------- ГПТ-------- ГТТГПГ ^^ -ГГТГ1------------------------------ г---------- ГПТ ------ 4------------- L 4 4 -/- 1- Р Р Р П Р------------------------ I-PP4-4-I-------- 4------------- L 4 Р----------- Р Р Р Р П Р - -S^ PPX4-I----------------------------- У---------- L 4 Р 1 II 1 / 1 1 1 1 III 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II \ 1 1 1 1 1 1111 ------ +------------- t Н 1 A -1-llr-HH---------------------------- 1-ГГ + -Г-1-------------- +------------- гН-г--------- hllr-HH-------------------------- \ 4 + + 1----------------- Г---------- t Н 1 1 Mil/ 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II \|\ 1 1 1 1 1111 1 III/ 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 l\l II 1 1111 ------ I-------------- УuA----------- С I I С U Р------------------- -UU-IJ--------------- I-------------- LUX-------- U-L-LUJ4U---------------- СС Vp 1---------------- У---------- LUX
"3 CL	------ I-------------- L PF X--------- UXXCJ-IX----------- I-UU-LJ-I----------- I-------------- LUX-------- С I I С U Р----------------------- СС l\ 1------------------ У---------- LUX — т---------------- г/т — гттгпг —гггтг — т---------------------------------------------------- гпт — гттгпг---------------------------- ггт т\г ~ т---------------------------- ГПТ
-^	1 _\|/\| 1 1 1 1 1 11II 1 1 1 1 1 1 1 1111 1 1 1 1 11II 1 1 1 1 \|\\| 1111
О	____ X______ JUX_________ LXXLJJX_______ LLL11___________ X________ LUX______ CXXUJJX____________ LL11 L\-L_______________ L u -1
	/ iii i i \.
ш1	/ i i i i i V
ш1	------ -UC _4\|44------------------ 1— —1- —1- 1— -1—1 1—P--------- l-PPXPI------------ X------------- LUX-------- p p p p J4 p--------------------- p p p p \|----------------- у---------- у\p
1П°	____ JJ_______ LUX_______ LXXUJJX________ LLL11I____________ X________ LUX_____ CXXUJJX__________ LLllI______________ L______ L uV ------ /-------------- XI-------------- 1- X X 4 4 X------------------ 1-Ы- + + 1— +------------------------- XI-------------- 4 X X 4 4 X----------------------- hhll---------------------- V---------- LUX ----- fX------------- ГПТ----------- ГТТГПГ------------ 1 - Г Г T T 1-------------- T------------- ГПТ-------- ГТТГПГ---------------- ГГТТ1------------------ г---------- ГПТ -Yt----------------- LUX----------- ГТТГП1Т------------ l-CCTll------------ T------------- LUX-------- CTTCtlX------------------ CCT1I------------------ L---------- LUX - A P--------------- LUX----------- p p p p J4 p----------------- l-ppppi------------ p------------- LUP-------- pppppp------------------- ppppi-------------- у---------- LUP / 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 / - +---------------- LUX----------- 1- X X 4 4 X------------------ 1-Ы- + + 1--------------- +------------- LUX-------- 4 X X 4 4 X----------------------- 4 4 X + 1---------------- h---------- LH4 ' 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ........................................................ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ............................................................ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

10 10

Frequency, [Hz]

Рис. 4a. Скоростная характеристика широкополосного датчика SK-1.

10'

4	Velocity Responce of Broadband Sensor with taking in account Capacitor change
	--------- Г------- ГТТ1---------------- 1------ ГТТ1----------------- 1------ 1------ ГП1------------- Г 1-------- 1П IT------------- Г 1-------- 1ПТ-------------- rrnrn-------------------- ТТГГГ
	--------- L------- l-PPI----------------- 1------ \|_pp]----------------- 1------ \|------- UJ---------------- p\|--------- \|Ц \|p-------------- p\|--------- 1 J4 p------------ ppppp------------------ ppppj- --------- г------- I--T- + I-------------- 1------ ГХХ1----------------- 1------ 1------ Ш----------------- Г1-------- 1 41+------------- hi--------- ШХ--------------- 4 4 4 4 H--------------------- + + 4 4 1 --------- L------- I--L- + I-------------- 1------ ГХХ1----------------- 1------ 1------ Ш----------------- Г1-------- 1 4 1+------------ hi--------- ШХ--------------- 4 4 4 4 4--------------------- + + 4 4 1 ______ L____ l_ 1 1 1_________ 1____ LIU____________ 1____ LIU_______________ LLJLII1_______________ LLJJJ1____________ 1 1 J 1 LI______________ llLtl 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ______ L____ Lll_____________ 1____ l_ 1 1 )__________ 1____ 1____ UJ__________ С 1_____ IUI1__________ LI______ Ш1__________ 11U1U_______________ 11CU1
з	1 1 1 1 1 1 jJ^'TT............................................................. 1 IIм ' """ГГГГТ..................................... +—*V. 1 III 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1

	--------- г —i- + + i— -xp1 -i-xxi------------------------------------- 1 — i—m------------------------ l-i—ihi+ — -ьТ>5^ч------------------------------------- 4 4 4 4 4--------------------- + + 4 4 f Г 1~ Т Т 1 # Г Т Т 1 1 ГТ11 ГПП1Т ГСП гггЧ ГТ1ГП ТТГГГ
	1 1 1 1 1 Jfi 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1111 1 1 1 11 1 '-^ 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1
2	1 1 1 1 1 /1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1111 1 1 1 11 1 "V 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 --------- г —\|-тт \-$- -1 —гтх!---------------------------------------- 1 — 1—1- —1- -1-------------- I- 1—iiTiT------------------ м—шх —\и- -1— —1 -1— 1—г--------------------------- Т Т С t Г 1 1 1 1 \? 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11111 1 1 111 1 ^sl i i i i i 1 1 1 1 1 Г ГТт\| 1 ГТТ1 1 1 ГП1 Г 1 f ГТ IT" Г 1 ПТ "fV" ПТП ТТГГГ 1 1 1 1f 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 ?Ы 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 Jf 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1111 1 1 1 11 1 1 1 \ 1 II 1 1 1 1 1 --------- г------- 1-+/\|----------------- 1------ I-XXI------------------ 1------ 1------ LUH------------ 1- 1------- 1 И-14----------- Ы--------- ^ГНХ------------- +- +- PV Н------------------- + + L--b4
	--------- L------- 1 - +?+ 1------------ 1------ I-XXI------------------ 1------ 1------ LUH------------ 1- 1------- 1 И-14----------- ы—ШХ---------------------- f f ч +-\н---------------------- + + 1- -Ь f
	1 1 f 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 и м i; i i i i i
	--------- L------- 1-Х 11--------------- 1------ I-XXI------------------ 1------ 1------ LPJ------------ С 1------- 1 1411----------- PI--------- 1144------------- J-J-4J- UlV----------------- 1 1 С P 1 --------- L------- 1 -Vl 11-------------- 1------ UXXI----------------- 1------ 1------ LPJ------------ С 1------- 1С 11------------ PI--------- 1141 РР-1РЦ _'-- _ P P С P 1 1 \ЈII 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 \^ 1 1 1 1 1
	1 f II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 '',11111 1 / II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 '-Jill
1	1 /l II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 l\l 1 1 1 1 f 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 \j 1 1 1 / 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II \l 1

+50% С
+30% С
+15% С

¦ Nominal

-15% С

-30% С

Рис. 46. Изменение передаточной функции сейсмометра при вариациях величины конденсатора обратной связи.

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 309 http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2008/026.pdf

Velocity Responce of Broadband Sensor with taking in account R change

¦Ё1 ¦s"

10 10

Frequency, [Hz]

Рис. 4в. Изменение передаточной функции сейсмометра при вариациях величины пропорционального резистора обратной связи.

i з

Velocity Responce of Broadband Sensor with taking in account R. change

::i:::rrt:i ziziz znbzizzdzizlzzizzzznlzzizzzLnlzzzzzzLidlzziziziLdi±

-------- L---------- -Li------------- h-l-MHtil-------- h--------- 1 Ll------------ h--------- ML ti------- +------------ IHLI----------- h--------- IHLt-------- J- H-------- 1 H tt

1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1

4 LL_L 1 IJLJJL _L LLIL _L ULL 1 JLL _L LLU LI4ULL II 1 1 1 1 1 1

II 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1

II 1 1 1 1 1 1

1 I-—a-*................ II ............. 1

____ L_____ LJ_______ L _ I^^TLJ 1______ L_____ ILU______ L_____ ILL _^T_SU LL___________ L_____ ILU_____ L _l _ 4 U LL

IZZZZZZZZZ Х~Ж- IZZZILZZZZZZIZZZZZZZZDZZZZZ 4'?: DZZZZZZLUZZZZIZZDEZ

-------- r----------- r i----------- Jr l_n rr11------------------------ r---------- ' rM------------- r---------- ' r п — T------------------ ' r'p~----------- r ' r n — r_l —rnrr

4 L L -ЖIILLLILL LLIL _L ULL 1 ULL'-.-L LLU LIUULL U L L J§L 1 1L L Ll L _L LLIL _L ULL 1 JLU ''•,! LLU LIUULL 1 1 1 /Ш1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 V 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1Ш1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 V 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1

____ L_____ J_ JJrtf_ J____ l_l_l L. U 1____ L_____ IHIJ______ L_____ ILL____ _L______ ILL______ L _V^ ULU_____ J_ _l___ L U LL

1 1 /r 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 \ 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1

i i jm i i i i i 111 i i i i i i i i 11 i i i 11 i Vim ii i i i 11 1 j/pi 1 1 1 1 1 111 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 11 1 '"-.II II 1 1 1 11

Z 7M 1 ZIIZZZIZZ ZZIZ Z ZZD Z ZLD Z Z Ш Z 1 IDI

-------- r — ~Jmv '--------------- г -1 -14 r n i------------ г---------- 1 "HI i-------------- г---------- irn — т------------------ inn-------------- г IH hV— т -i —Г HI rr

U XjF11 -LIULLILL LLIL _L ULL 1 ULL _L ULu\lIUULL U 4Ш- L\ LIULLILL LLIL _L ULL X ULL X ULU \l 1 U U LL 1 jm 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 \ 1 1 1 1 1 1 1 \jS 1 III 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1*4 1 1 1 1 1 1 U _/вГ LLI 1 1 IJLJJL J_ LLIL _L ULL 1 ULL J_ ULU 1 V- U U LL 1 1Ш\ III 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 l\ 1 1 1 1 1 i/jr III 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II \ 1 1 1 1 JM L 11 1 1 IJLJJL I JLIL _L ULL J_ ULL _L ULU J_l uVl LL /p. 4-4-1 -LII4HHIH4- -4 4 4- 4- 4HJ-I 4- 4HJ-I X 4НЦ _UI4 |ZrJ4-_jM ГГ Т114ГГНТ 4 П Г T 4ГП T 4НП T 4НГТ Т14ПГ\

_ УШ______ LLI______ L-LULLI_________ L_____ 1 -Ll J______ L_____ ILL____ X______ ILL_______ L_____ ILU_____ L_l_____ IUL

/Ш± L L\ LIIJHJJLL JLIL J_ ULL _L ULL _L ULU LIUULL M&\ III 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1

'gf 1 III 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1

F_U_______ LLI______ L-I-ULLI_____ L_____ 1 -Ll J______ L_____ ILL____ X______ ILL_______ L_____ ILU_____ L_l_____ LULL

.; \ III 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1

' 1 III 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1

I ill ill........................................................................................................... I I I I I I I I I I I I I I I I I 11 ll I I I I I

10"

10 10

Frequency, [Hz]

¦	+50%	Ri
¦	+30%	Ri
¦	+ 15%	Ri

.........	-15%	R
--------	-30%	Ri

Рис. 4г. Изменение передаточной функции сейсмометра при вариациях величины резистора интегратора обратной связи.

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 310 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2008/026.pdf

ю4	Velocity Responce of Broadband Sensor with taking in account a, change
ю4	r f fil f i ~r ~ri I r ttI I г "ill ' riil I i г ~H i - г г t z -
	--------- i------------ -h -hi------------ i —i- + +-i i------------------- r----------- t- + i-------------- 1------------- h -hi----------- 1 — i-4-ri-------------------- 1 — i—i -t -i------------------ i-MM-r-f- Г T Til Г l"TTII Г TTI I Г Til I ПТТ1 1 1 Г T 1 1 " Г Г T Z ~
	i i i и i i 111 i ill i i i и i i i i i i i i i i i
ю3	i i i и i i 111 i ill i i i и i i i i i i i i i i i --------- 1----------- -H-HI------------ 1------ I- + -HI--------------- 1---------- -H + 1------------ 1------------- 1-4-11-------- 1------ 1- 4- -H------------- 1------ 1----- 1 -Ы----------- 1-HH-rH- 1 1 1II 1 1 111 1 III 1 1 1II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 --------- г----------- -г- -HI----------- 1------ I- + -HI--------------- г----------- -Г--Г-1---------- 1------------- h 111--------- 1------ M 1 1 1-------------- 1------ 1----- 1 1 -1--------- 1-HH-rH- 1 1 1II 1 1 111 1 III 1 1 1II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ______ L_______ J_J_II_______ l_ ^f_ _LJ_II___________ L_______ J__L1_______ 1_________ LJ.IL Ej^&gSJZ 1__________________ 1____ 1___ I _L J______ l_LL_L_L_L :zzzzzzzizzz z-ziz zzizzzzzzzzzzzzzzz* ziz z z z zr3^SNc* z zzzzzzzzzzzzzz: --------- г----------- -H-MI----------- ~\f- — 1------------- h -I-I 1--------- 1------------ -H -f 1------------ 1------------- h-HI--------- 1------ 1- ^tt^"1---------------------- 1----- 1- —I" -1---------- l-HHH-H-
	1 1 1 11 J 1 1 1 1 1 1 III 1 1 1 11 1 II !"14j&kV 1 1 1 1 1 1 1 1 1
	i i i и Гi i 111 i iii i i i и i ii ;**5v^4 i i i i i i i i i
ю2	1 IMI** 1 1 1 1 1 1 III 1 1 1 11 1 III ^«ГЧ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 --------- {------------ t+lr-.M---------------- I- + -HI---------------- {----------- -Г--Г-1---------- 1------------- h-HI--------- 1------ M-h-hl----------- %v\K 111----------------------- 1 - H H 1 1 - i i 111 / i i 111 i iii i i 111 i iii '>!«Л ' i i i i i --------- \------------ -H-Hlh--------- 1------ I- + -HI--------------- \----------- -H + l------------- 1------------- h-HI--------- 1------ M-h-hl--------------- 1 "^TO^ "+ "1---------------- Mhh-M- 1 1 l/ 1 1 III 1 III 1 1 III 1 III 1 VWlX1 ' 1 1 1 1 1 1 1 \t\ 1 1 1 1 1 1 III 1 1 1 II 1 III 1 ^M\|\ ' 1 1 1 1 1 ______ L_______ J_/l_________ 1____ 1_ _l_ _l_l 1________ L_______ J__LI______ 1_________ LJ.II_______ 1____ L_L_LJ_________ 1____ МГ^йДн____________ L L J Ji. : z z z z z z/bz zzzzizzzizzzzzzzzzzzzzzzzizzzzzizzzzzzzzz т^вЛт: z z z z z z: --------- \------------ -j/-Hi------------- 1 —I- + -HI------------------ \----------- -H + i------------- 1------------- h-Hi----------- 1 — i--h-hi------------------ 1 — i—i a\\-i -hh-n- Г / Til 1 Г T Tl 1 Г TTI 1 Г Til 1 Г TTI 1 ГТ ''f^VLV* ~r r T ~f "
	i f\ 111 i i i 111 i iii iii i i i i i 111 'vG^V i i i i
ю1	l /1 i и l l l 111 l ill ill l l l l l 111 ^o\j 1 1 1 --------- 1------- i- -H -HI------------- 1------ I- + -HI--------------- \----------- -H + 1------------ 1------------- h -til----------- 1------ M-h-hl--------------- 1 — 1—1 -hit- 'VbV i- -+ H- - i / i ii i i i i 111 i iii iii i i i i i 111 ''"^viV ' ' --------- I-/--H-HII---------------- 1------ I- + -HI--------------- 1---------- t t 1--------------- 1------------- h -til----------- 1------ M-h-hl--------------- 1------ 1----- 1 -tH---------- 1 ^^яЛ^!- M - i ; i 111 i i i 111 i iii iii i i i i i 111 ii "»&?V ______ if_______ _L -LI 1______ I_____ 1_ _l_ _l_l 1________ L_______ L-LI________ 1_________ L _LM______ 1____ LL-LI___________ 1____ 1___ I _LM______ l_L l-1^\|\
	______ L;_______ _L_LII_______ I_____ l_J__LII_________ L_______ _LJ_I______ 1_________ LJ.II_______ 1____ L_L_LJ_________ 1____ 1___ 1 _L 1J________ ^_L Ll^^j^ - - ~f---------------- i" "Ml 1----------- 1------ 1- T 1-1 1----------- \----------- 1-1-1------------ 1------------- h ill------------ 1------ 1— -I" —I" 1--------- 1------ 1----- 1" —I-I-I----------- l-MMi^
	/ 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 III 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7
	- 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 III 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 T«
-т0	/ 1 II1 1 1 1 1 II 1 III 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 II1 1 1 1 1 1 1 -/--h---------------- -H-HI------------ 1------ 1- -1- Ii 1------------ 1---------- -H -1- 1---------- 1------------- h-HI--------- 1------ I- -h -1- 1------------ 1------ 1----- 1111---------- 1 - M M i" -Ц- ; I I I II I I I I I I I III I I I II I I I I I I I I I I I I I I I I I /-------- \------------ 1- Mil------------ 1------ I — -M -Ml I---------- \----------- ttl-------------- 1------------- 1" "til---------- 1------ H111---------------- 1------ 1----- h -1-11----------- M\|-h11\|- 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 III 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 III 1 1 1 II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I I I II I I I I I 1 I III I I I II I I I I 1 I I I I I 1 I I I I I I

+50% a
+30% a, -+15% a
Nominal '¦'-15% a '¦' -30% a

10'

10" 10

Frequency, [Hz]

Рис. 4д. Изменение передаточной функции сейсмометра при вариациях величины константы перемещений преобразователя.

10 p^

Velocity Responce of Broadband Sensor with taking in account M change

10 10

Frequency, [Hz]

Рис. 4e. Изменение передаточной функции сейсмометра при вариациях величины массы маятника.

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 311 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2008/026.pdf

Velocity Responce of Broadband Sensor with taking in account parameters change

+ 15% All Parameters

Nominal

-15% All Parameters

Top Limit

Low Limit

10"4 10"3 10"2 10"1 10° 101 102 103

Frequency, [Hz]

Рис. 4ж. Наихудший случай. Изменение передаточной функции сейсмометра при уходе всех параметров сейсмометра на ± 15%. Допуск передаточной функции +/- 20% обозначен красными линиями.

Выводы

В результате анализа приведенных графиков можно утверждать, что разработанный сейсмометр обладает устойчивой передаточной функцией в рабочей области скоростей [20]. Характеристики прибора практически не зависят от собственного периода маятника и сопротивления катушки преобразователя.

Возможные изменения передаточной функции при использовании стандартных компонентов с 15% точностью не превышают максимально допустимого изменения передаточной функции принятого на уровне ±20% (см. рис.4ж). Из этого следует, что в сейсмометре типа SK-1 возможно в принципе использование комплектующих с разбросом параметров (номиналов) вплоть до 15%, что является хорошим результатом для такого типа приборов. Влияние места установки и средней температуры в месте эксплуатации сейсмометра будет сказываться на передаточной функции прибора крайне незначительно.

Однако следует особо отметить, что полученные здесь результаты напрямую зависят от выбранной схемы прибора, и во многих конструкциях достичь подобной устойчивости передаточной функции будет весьма не просто [12, 13, 20]. В связи с этим, следует еще раз подчеркнуть, что при создании каждой новой конструкции сейсмометра необходимо проводить анализ критичности передаточной функции к вариациям параметров.

Литература

Ануфриев И.Е., Смирнов А.Б., Смирнова Е.Н. MATLAB 7. СПб.: БХВ-Петербург. 2005. С. 1104.
Гольдштейн В.Л., Турлов П.А., Ямпольский A.M. Эксплуатация цифровых сейсморазведочных станций «Прогресс». М.: Недра. 1986. С. 144.

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ» 312 http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2008/026.pdf

3. Гравиров В.В., Кислов К.В. Легкий сейсмометрический стенд для определения АЧХ

вертикальных сейсмодатчиков. // Активный геофизический мониторинг литосферы

Земли. Материалы 2-го Международного симпозиума 12 - 16 сентября 2005 г.

Академгородок, Новосибирск. Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2005. С.446-449.

Гравиров В.В., Кислов К.В., Колесников Ю.А., Серегин В.Н Использование научно-исследовательского потенциала в области авиационных систем в проблеме мониторинга сейсмичности: создание подспутниковой малоапертурной группы сейсмических станций для оперативного мониторинга региональной сейсмичности с целью прогноза землетрясений. // Итоговый технический отчет по проекту №1539. М.:МНТЦ. 2003. С. 210.
Гущин В.В., Чернов В.В. Особенности установочного резонанса сейсмических приборов. // Материалы Пятой научной конференции по радиофизике, посвященной 100-летию со дня рождения А.А. Андронова. 7 мая 2001 г. Нижний Новгород. Н.Новгород. 2001. С. 252-253.
Дьяконов В.П. MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6R в математике и моделировании. // Серия «Библиотека профессионала». М.: СОЛОН-Пресс. 2005. С. 576.
Кетков Ю.Л., Кетков А.Ю., Шульц М.М. MATLAB 7: программирование, численные методы. СПб.: БХВ-Петербург. 2005. С. 753.
Козлов В.А., Сафронов М.В. Собственные шумы молекулярно-электронных преобразователей. //Журнал технической физики. М. 2003. Т. 73. вып. 12. С.81-84.
Колесников Ю.А., Мациевский С.А. Шумы вертикальных длиннопериодных сейсмометров и методы их устранения. // Теория и анализ сейсмологических наблюдений//Вычислительная сейсмология: Вып. 12. М.: Наука. 1979. С.125-144.

10. Линьков Е.М. Сейсмические явления. Л.: Изд-во ЛГУ. 1987. С. 248.

Мейкин Дж., Хаттон Л., Уэрдингтон М. Обработка сейсмических данных. Теория и практика. М.: «Мир». 1989. С. 216.
Рыков А.В. Моделирование сейсмометра. М.: ОИФЗ. 1996. С. 109.
Рыжов А.В. Способы уменьшения зависимости параметров электродинамических сейсмоприемников от температуры. // В кн. «Прикладная геофизика». Вып. 129. М.: «Недра». 1995.С.64-69.
Феофилактов В.Д. Помехи в длиннопериодной сейсмометрии. М.: Наука. 1977. С. 100.
Holcomb L.G., Hutt C.R. Test and Evaluation of the GURAPL Systems CMG - 3S Broadband Borehole Deployable Seismometer System. // Open-File Report 91-282 Albuquerque. New Mexico. 1991. P.25.

Kolesnikov Yu.A., Kislov K.V., Paquet P., Snissaert M. Development of new very broadband seismometer type KSP // Proc. Of Fall AGU Meeting. San Francisco. USA. 1997. P. 15.
Peterson J., Hutt C.R., Holcomb L.G. Test and Calibration of the Seismic Research Observatory. // Open-File Report 80-187 Albuquerque, New Mexico, 1980, P. 86.

18. Ruscak S., Singer L. Using Histogram Techniques to Measure A/D Converter Noise. //

Analog Dialogue. Vol. 29-2. 1995. P. 25-42.

19. Standard for Seismometer Testing // A Progress Report. USGS Albuquerque

Seismological Laboratory. New Mexico. USA. 1990. P. 79.

20. Wi eland E., Stein J.M. A digital very-broad-band seismograph // Ann. Geophys. Ser. B.

1986. Vol. 4. N3. P. 227-232.

Все научные статьи

наверх

© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

Гравиров В.В., Кислов К.В. Критичность сейсмометра к вариациям параметров