王曉蕾 朱小毅 薛 兵

（中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所，北京 100036）

溫度對(duì)地震觀測(cè)儀器等精密測(cè)量?jī)x器的影響是普遍存在的，并且對(duì)儀器材料性能、元件等參數(shù)的影響是不可忽視的。對(duì)于臺(tái)站運(yùn)行中地震觀測(cè)儀器，尤其是慢變形變觀測(cè)儀器，更容易受溫度變化的影響。溫度、濕度等是地震觀測(cè)臺(tái)站非常重要的環(huán)境參數(shù)，超出正常工作溫度范圍，儀器則不能正常工作，使得記錄中斷或失常，嚴(yán)重影響了觀測(cè)的連續(xù)性和完整性。

溫度的影響已經(jīng)得到足夠的重視，并在實(shí)際臺(tái)站安裝中采用了一些相關(guān)的保溫措施。然而溫度對(duì)長(zhǎng)周期觀測(cè)的影響目前只是定性的認(rèn)識(shí)，幾乎沒(méi)有一種地震觀測(cè)儀器能定量給出儀器的溫度特性曲線。為此我們首先選取臺(tái)網(wǎng)廣泛應(yīng)用的甚寬頻地震計(jì)BBVS-120為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，開(kāi)展了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)以研究溫度對(duì)寬頻帶地震計(jì)靈敏度的影響，定量的描述儀器的溫度特性曲線，進(jìn)而科學(xué)地評(píng)價(jià)儀器的溫度效應(yīng)。

溫度測(cè)量精度和靈敏度測(cè)量方法是試驗(yàn)的基礎(chǔ)，為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了由高精密測(cè)溫電阻 PT1000電橋組成的低溫漂低噪聲精密測(cè)溫電路板，溫度測(cè)量精度達(dá)到了0.001℃，巧妙地將電路板內(nèi)嵌到BBVS-120機(jī)殼內(nèi)部，并增加了溫度電壓的輸出通道，通過(guò)EDAS-24GN的輔助采集通道采集記錄溫度的變化值。

由于振動(dòng)臺(tái)目前很難放入溫度測(cè)試環(huán)境中，確定了靜態(tài)溫度實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)方法，并以傳感器的靈敏度和幅頻特性為指標(biāo)，研究溫度對(duì)甚寬頻地震計(jì)性能影響。通過(guò)靜態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，利用對(duì)比法測(cè)量地震計(jì)的靈敏度，正弦波電流標(biāo)定法得到被測(cè)地震計(jì)的幅頻特性。在地震預(yù)測(cè)所觀測(cè)技術(shù)中心實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展了靜態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，利用適合于臺(tái)站觀測(cè)的低噪聲溫度可控恒溫箱，分別設(shè)定－3.5℃、5℃、15℃、25℃4個(gè)溫度點(diǎn)，溫度場(chǎng)平衡后分別進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)及正弦標(biāo)定測(cè)試實(shí)驗(yàn)。利用軟件 EDAS-ICHECK進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到地震計(jì)三分向1 Hz上靈敏度隨溫度變化曲線（圖 1）、各溫度點(diǎn)的幅頻特性曲線，結(jié)合Matlab編程得到全頻帶各測(cè)試頻點(diǎn)上的靈敏度隨溫度變化的情況。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，首次繪制出甚寬頻帶地震計(jì)靈敏度的溫度影響曲線，總結(jié)了溫度對(duì)1 Hz上3個(gè)通道靈敏度影響的規(guī)律：被測(cè)地震計(jì)在 1 Hz上的3個(gè)通道的靈敏度隨溫度的升高而升高。以及溫度對(duì)其幅頻特性的影響：①溫度對(duì)高頻段靈敏度的影響大于對(duì)低頻段靈敏度的影響；②溫度影響了甚寬頻地震計(jì)幅頻特性在通頻帶的平坦程度，被測(cè)地震計(jì)幅度響應(yīng)的形狀在大于1 Hz頻段隨溫度升高略微上翹。

圖1 被測(cè)地震計(jì)3通道靈敏度的溫度特性曲線

通過(guò)分析甚寬頻地震計(jì)的反饋模型及傳遞函數(shù)，得到影響其反饋靈敏度的關(guān)鍵元件參數(shù)：環(huán)路增益、反饋回路中的微分電容、磁鋼磁場(chǎng)強(qiáng)度；影響幅頻特性低頻段元件參數(shù)：積分器電阻、積分器電容、積分回路電阻、微分回路電容；及影響高頻段的元件參數(shù)：反饋回路中的微分回路電容、反饋線圈內(nèi)阻、環(huán)路增益。并結(jié)合這些元件材料的溫度特性，深入討論了溫度對(duì)甚寬頻地震計(jì)靈敏度、幅頻特性影響的原因，科學(xué)地評(píng)價(jià)了觀測(cè)儀器的溫度效應(yīng)。當(dāng)然本論文的測(cè)量方法具有普適性，可拓展應(yīng)用到其他地震觀測(cè)儀器的溫度特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)中。