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188宝金博页面版: 惯性式传感器性能特点及原位测试实验分析

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第 !" 卷第 # 期! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !水 利 水 电 科 技 进 展!$$" 年 %$!月基金项目 : 水利部科技创新项目 (&’(!$$$!#))作者简介: 朱德兵 (%*)+ —),男,湖北仙桃人,博士,从事无损检测基础理论及无损检测方法和技术研究,惯性式传感器性能特点及原位测试实验分析朱德兵,任青文(河海大学土木工程学院,江苏 南京!%$$*+)摘要: 结合工程实践中的传感器安装固定方式,通过理论模型论证了检波器附加质量、 接地弹性支撑系数、检波器尾锥长度等给检波器的幅频特性或相频特性带来的改造或歪曲;通过原位测试实验数据,系统分析获得的振动记录,从实验上证实了理论模型分析结果的正确性,关键词: 超浅层地震勘探;惯性式传感器;频响特征中图分类号: -).% ,"/!#文献标识码: 0文章编号:%$$)!1)"1 (!$$")$#!$$.$!$"常规超浅层反射波地震勘探以反射波的走时特征为依据,从波动学的角度分析地下介质赋存状态和物性参数,通过提高主频频率来提高分辨率, 然而地表记录的振动信号是一种多振相的强干涉信号,多数条件下,当浅部介质横向变化或地下界面起伏较大时,单纯从提高主频频率来提高分辨率是不够的 ,各种超浅层地震勘探技术对地表获取的响应记录保真性有较高的要求, 保真内容同时包括频率响应特性、相位特性和空间分布特性等,作为直接记录信号的传感器,研究其在特定安置环境下的响应特征极为关键,对于常用的插入式传感器, 在接地不稳时, 加压固定或加长传感器的插入头是最常见的方式, 从弹性力学的角度理解,加压固定方式对传感器的影响机理可以归结为提高传感器的接地刚度或附加质量, 研究表明,加长传感器的插入头,对原位测试记录也有一定的影响[%],本文考虑到超浅层地震勘探所需要的高频特性以及道间信号的相位一致性,对各种固定方式对传感器频响特性的影响进行分析,并通过原位测试实验,验证了惯性式传感器的性能特点,!惯性式传感器的频响特征从图 % 可以看出, 惯性式传感器是数字地震采集系统中的关键环节, 它是振动信号传入采集系统的门户,其自身硬件性能的优劣和检地耦合的性能直接关系到地震勘探的效能,由于传感器和地震仪生产厂家往往属于不同的公司,地震仪上所给出的传感器频响特征是一个模图 %与惯性式传感器相关作用糊的概念,如 !+ 23 或 %$$ 23 传感器, 并不能明确表述传感器的响应特征, 对于工程物探工程师来说,只有系统了解惯性式传感器的频响特性, 才能保障原始数据的保真性,!! !附加质量与增大弹性支撑系数 " 的影响通过两自由度模型可以对传感器频响特性进行相关分析[!],本文目 的是讨论安装因素对给定传感器的频响特性影响, 而不去考虑传感器内部结构因素对传感器频响特性的影响! 用角频率! %和! !作为表征传感器频率响应的特征参数, 通常所说的传感器的使用频率下限认为与! %相当, 而上限往往要低于! !, 在两值之间形成频率响应通带, 如图 !所示! 建立两自由度微分方程, 通过谐波分析, 可以解析出! %和! !的计算表达式:!!%,! #%![ $!% % $!! %!!& "( $!% % $!! ’!!&)!% "$!%!!#&](%)式中:!&4(# ); $%4(# *; $!4"# *;其中 ( 为传感器惯性体与外壳之间的等效弹性系数; " 为传感器与安装表面之间的弹性支撑系数; * 为传感器整体质量; ) 为传感器内部惯性体质量! 以上分析中忽?$.?

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