Сейсмографы с обратной связью

68 
преобразователях используют обратную связь. Принцип обратной связи заключается 
в следующем. Ускорение почвы воздействует на массу маятника, связанного с 
преобразователем смещений. В выходную цепь преобразователя включен контур 
обратной связи, ток в котором генерирует силу, компенсирующую входное 
ускорение, так что маятник почти не смещается из положения равновесия. 
Увеличение входного ускорения приводит к соответствующему увеличению тока в 
цепи обратной связи и соответственно к увеличению компенсирующей силы. Таким 
образом, подвижный элемент сейсмографа – маятник – в результате движения почвы 
остается практически неподвижным. А выходное напряжение будет определяться
током обратной связи. При этом оказывается возможным также существенно 
расширить частотный диапазон регистрируемых колебаний
В сейсмографе Виланда-Штрекайзена STS-1, которым оборудованы многие 
станции глобальной сейсмической сети IRIS, динамический диапазон достигает 140 
дБ, а амплитудно-частотная характеристика имеет столообразный вид в интервале 
периодов 0.1 с – 100 с. 
Чтобы наблюдать движение почвы во всех направлениях, обычно используется три 
сейсмографа, - с вертикальным маятником и двумя горизонтальными, 
ориентированными на восток и на север. Однако, вертикальный и горизонтальный 
маятники различаются по своей конструкции, поэтому оказывается достаточно 
сложным добиться полной идентичности их частотных характеристик. Чтобы 
избежать этой трудности, в сейсмографе STS-2 все маятники ориентированы под 
одним и тем же углом к горизонту, так что они все являются идентичными. В 
каждом из приборов движение происходит в направлении ребер куба, поставленного 
на один из его углов (рис.3.7). Каждое из ребер наклонено по отношению к 
вертикали на угол 54.7
°
.
Поскольку сейсмологи привыкли иметь дело с 
компонентами смещения в направлениях вверх, на север и на восток, смещения 
U,V,W
пересчитываются в компоненты 
E,N,Z
согласно соотношению 




















−
−
=










W
V
U
Z
N
E
2
2
2
3
3
0
1
1
2
6
1
Поскольку запись производится в цифровом коде, такой пересчет осуществляется 
непосредственно в самом приборе, и на выходе мы получаем компоненты 
E,N,Z
. 

69 
Рис.3.7. Ориентация регистрируемых компонент смещения в сейсмографе STS-2/ 
Во всех современных системах регистрации производится преобразование 
механических колебаний в электрические с помощью тех или иных 
преобразователей. Входным сигналом является смещение почвы, а выходным – 
ток или напряжение на выходе системы. В задачах сейсмологии требуется с 
достаточной точностью знать именно сигнал на входе. Входной сигнал может 
быть достаточно точно оценен, если известна частотная характеристика системы. 
Она определяется следующим образом. Поскольку колебания малы, то система 
является линейной, и в общем (в зависимости от преобразователя) уравнение, 
связывающее входной сигнал 
x
(
t
)
 
и выходной
y
(
t
)
 
имеет вид: 
)
(
1
)
1
(
1
)
(
....
k
n
n
n
n
o
Bx
y
a
y
a
y
a
y
a
−
=
+
′
+
+
+
−
−
где 
к
=2 или 3 в зависимости от того, используется ли преобразователь по 
смещению или по скорости. Обычно вместо того, чтобы определять 
характеристику 
n
n
n
k
a
i
a
i
a
i
B
S
...
)
(
)
(
)
(
)
(
1
1
0
+
+
−
=
−
ω
ω
ω
ω
разлагают знаменатель на множители: 
)
)...(
)(
(
...
)
(
)
(
2
1
0
1
1
0
n
n
n
n
z
s
z
s
z
s
a
a
i
a
i
a
−
−
−
=
+
+
−
ω
ω
и определяют характеристику значениями полюсов 
...
,
2
1
z
z
, и количеством 
"нулей" в числителе (2 или 3) и величиной постоянного множителя 
0
/
a
B
("увеличение"). Набор этих чисел полностью описывает частотную 
характеристику и является как бы «паспортом» прибора. Этот набор входит в 
стандартный код цифровой записи на каждой станции. Он используется для 
корректировки записи за характеристику прибора.

70 

жүктеу/скачать 8,05 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: