1 研究背景

受地震台站周围环境（例如温度）影响，地震计元器件的实际特性与理想特性之间会出现一定偏差（王晓蕾，2012），使用者往往关心这一变化，因此需要定期对地震计各项参数进行标定。一般情况下，待测地震计无法脱离振动台或标准地震计得到灵敏度的值。加速度计可利用地球重力场对仪器灵敏度进行静标定，将三轴向加速度计分别左右翻转90°，对输出信号加以分析即可求得灵敏度值（中国地震局监测预报司，2003）。但这种方法需要台站操作人员手动进行角度调换。电测法机动性强，操作受地点限制较小，常用于台站地震计参数标定。基于阶跃信号输入，采用高斯-牛顿逐次逼近法拟合非线性模型，能得到地震计的阻尼和自振角频率（李海亮，2000），通过正弦标定可求得地震计相对幅频与相频特性，但无法得到灵敏度值。针对电磁换能地震计，将线圈内电流与加速度间的转换常数假定为字符“E”，记为a = EI。电测法求灵敏度时需已知标定常数E，而实际情况下，标定常数也会受环境影响而偏离出厂标准值，因此由该方法得到的灵敏度值误差较大。

2 研究内容

文中提出一种线圈标定常数E的测定方案，并给出计算公式，量化分析其误差。

电容位移换能加速度地震计原理见图 1所示。输入信号X_a为地动加速度，从输出处采集信号V_O，经反馈后生成反馈电流I_FB，同时于反馈线圈前输入一个激励电流I_C，故流经反馈线圈的总电流为I_FB+C，转换后得到反馈加速度。

输出信号V_O对输入地动加速度X_a与激励电流I_C的传递函数如下

$ V_{\mathrm{O}}=\frac{K}{s^{2}+\left(2 D \omega_{0}+K E C_{1}\right) s+\omega_{0}^{2}+\frac{K E}{R_{1}}} X_{a}-\frac{K E}{s^{2}+\left(2 D \omega_{0}+K E C_{1}\right) s+\omega_{0}^{2}+\frac{K E}{R_{1}}} I_{\mathrm{C}} $

得到

$ \begin{aligned} &E \approx \frac{V_{\mathrm{O}} \omega^{2}}{K I_{\mathrm{C}}} \quad \omega^{2} \gg \omega_{0}^{2}+\frac{K E}{R_{1}} \\ &E \approx \frac{V_{\mathrm{O}} \omega_{0}^{2}}{K I_{\mathrm{C}}} \quad \omega^{2} \ll \omega_{0}^{2} \end{aligned} $

3 研究结果

经量化分析误差后可知，当输入激励电流的频率取值合适时，可通过上述公式得到较精确的线圈电流转换标定常数E。该标定常数可作为摆锤特性、转动惯量及电学性质等地震仪运行质量的判断依据，也可作为电测标定法的代入计算标准参数。