温度对甚宽频地震计灵敏度影响的研究

王晓蕾 朱小毅 薛 兵

（中国地震局地震预测研究所，北京 100036）

温度对地震观测仪器等精密测量仪器的影响是普遍存在的，并且对仪器材料性能、元件等参数的影响是不可忽视的。对于台站运行中地震观测仪器，尤其是慢变形变观测仪器，更容易受温度变化的影响。温度、湿度等是地震观测台站非常重要的环境参数，超出正常工作温度范围，仪器则不能正常工作，使得记录中断或失常，严重影响了观测的连续性和完整性。

温度的影响已经得到足够的重视，并在实际台站安装中采用了一些相关的保温措施。然而温度对长周期观测的影响目前只是定性的认识，几乎没有一种地震观测仪器能定量给出仪器的温度特性曲线。为此我们首先选取台网广泛应用的甚宽频地震计BBVS-120为实验研究对象，开展了相关的实验以研究温度对宽频带地震计灵敏度的影响，定量的描述仪器的温度特性曲线，进而科学地评价仪器的温度效应。

温度测量精度和灵敏度测量方法是试验的基础，为此，我们设计了由高精密测温电阻 PT1000电桥组成的低温漂低噪声精密测温电路板，温度测量精度达到了0.001℃，巧妙地将电路板内嵌到BBVS-120机壳内部，并增加了温度电压的输出通道，通过EDAS-24GN的辅助采集通道采集记录温度的变化值。

由于振动台目前很难放入温度测试环境中，确定了静态温度实验的试验方法，并以传感器的灵敏度和幅频特性为指标，研究温度对甚宽频地震计性能影响。通过静态测试实验，利用对比法测量地震计的灵敏度，正弦波电流标定法得到被测地震计的幅频特性。在地震预测所观测技术中心实验室开展了静态测试实验，利用适合于台站观测的低噪声温度可控恒温箱，分别设定－3.5℃、5℃、15℃、25℃4个温度点，温度场平衡后分别进行对比观测及正弦标定测试实验。利用软件 EDAS-ICHECK进行数据处理，得到地震计三分向1 Hz上灵敏度随温度变化曲线（图 1）、各温度点的幅频特性曲线，结合Matlab编程得到全频带各测试频点上的灵敏度随温度变化的情况。

通过实验数据分析，首次绘制出甚宽频带地震计灵敏度的温度影响曲线，总结了温度对1 Hz上3个通道灵敏度影响的规律：被测地震计在 1 Hz上的3个通道的灵敏度随温度的升高而升高。以及温度对其幅频特性的影响：①温度对高频段灵敏度的影响大于对低频段灵敏度的影响；②温度影响了甚宽频地震计幅频特性在通频带的平坦程度，被测地震计幅度响应的形状在大于1 Hz频段随温度升高略微上翘。

图1 被测地震计3通道灵敏度的温度特性曲线

通过分析甚宽频地震计的反馈模型及传递函数，得到影响其反馈灵敏度的关键元件参数：环路增益、反馈回路中的微分电容、磁钢磁场强度；影响幅频特性低频段元件参数：积分器电阻、积分器电容、积分回路电阻、微分回路电容；及影响高频段的元件参数：反馈回路中的微分回路电容、反馈线圈内阻、环路增益。并结合这些元件材料的温度特性，深入讨论了温度对甚宽频地震计灵敏度、幅频特性影响的原因，科学地评价了观测仪器的温度效应。当然本论文的测量方法具有普适性，可拓展应用到其他地震观测仪器的温度特性测量实验中。