地震仪
地震监测仪器的使用方法
地震监测仪器的使用方法地震是一种自然灾害，给人们的生命和财产带来了巨大的威胁。
因此，地震监测仪器的使用方法变得至关重要。
本文将介绍几种常见的地震监测仪器，并探讨如何正确使用它们。
一、地震仪地震仪是一种用于测量地震波的仪器。
它可以记录地震的震级、震源位置和震源深度等重要信息。
地震仪的使用方法相对简单，只需将其放置在平稳的地面上即可。
然后，通过仪器上的控制面板设置相关参数，如采样频率和记录时间等。
当地震发生时，地震仪会自动开始记录并生成地震波形图。
用户可以通过分析这些波形图来了解地震的特征。
二、地震速度仪地震速度仪是一种用于测量地震波传播速度的仪器。
它通过发送一系列震动信号并记录其传播时间来计算地震波的速度。
使用地震速度仪的方法较为复杂。
首先，需要将仪器放置在地震波传播路径上，并确保其与地面接触良好。
然后，通过仪器上的控制面板设置相关参数，如震动信号的频率和强度等。
接下来，启动仪器并等待一段时间，以便它收集足够的数据。
最后，通过分析数据来计算地震波的速度。
三、地震倾斜仪地震倾斜仪是一种用于测量地震引起的地面倾斜的仪器。
它可以帮助人们了解地震对土地结构的影响。
使用地震倾斜仪的方法相对简单。
首先，将仪器放置在需要监测的地面上，并确保其水平。
然后，通过仪器上的控制面板设置相关参数，如采样频率和记录时间等。
当地震发生时，地震倾斜仪会自动开始记录并生成倾斜角度的变化曲线。
通过分析这些曲线，人们可以了解地震引起的地面倾斜情况。
四、地震声仪地震声仪是一种用于测量地震产生的声音的仪器。
它可以记录地震引起的地面振动所产生的声音信号。
使用地震声仪的方法相对简单。
首先，将仪器放置在需要监测的地面上，并确保其与地面接触良好。
然后，通过仪器上的控制面板设置相关参数，如采样频率和记录时间等。
当地震发生时，地震声仪会自动开始记录并生成声音波形图。
通过分析这些波形图，人们可以了解地震的声音特征。
总结起来，地震监测仪器的使用方法可以分为放置、设置参数、记录数据和分析结果几个步骤。
关于地震仪的知识
关于地震仪的知识《聊聊地震仪那些事儿》嘿，大家好呀！今天咱来聊聊地震仪这个神奇的玩意儿。
你们知道不，这地震仪可是个相当厉害的东西呢！它就像是地球的“听诊器”，专门负责听地球肚子里的动静。
想象一下，地球要是哪天肚子不舒服，闹腾了一下，地震仪就能立马捕捉到这个信号，让我们知道：嘿，地球闹脾气啦！以前啊，没有地震仪的时候，人们对地震那简直就是两眼一抹黑，啥都不知道。
只能等地震来了，房子晃了，人才恍然大悟：哎呀妈呀，地震啦！然后就开始惊慌失措。
但是有了地震仪可就不一样咯，它能帮咱提前预警，让我们有足够的时间来做准备。
比如说，赶紧抱起家里的贵重物品啊，或者拉上家人就往外跑。
不过呢，地震仪也不是无所不能的啦。
有时候它也会闹点小脾气，给咱报个假消息。
比如说，可能是一只老鼠在它旁边溜达了一圈，它就误以为是地震了。
这时候可就尴尬啦，人们都急急忙忙跑出来，结果啥事儿都没有，白折腾一场。
我还记得我第一次看到地震仪的时候，心里那个好奇呀！就围着它转了好几圈，心想：这么个小家伙，就能知道地球啥时候发脾气啦？然后我还傻乎乎地对着它喊了几声，看看它会不会有反应，当然啦，它肯定是不理我的。
嘿嘿，其实地震仪的原理还是挺简单的，就是利用一些物理原理来监测地面的震动。
虽然简单，但是作用可大着呢！它能让我们对地震有更多的了解，也能帮助我们更好地应对地震。
不过啊，我有时候就会想，要是这地震仪能再厉害一点就好了。
比如说，它不仅能告诉我们地震来了，还能告诉我们地震有多大破坏力，让我们知道到底该躲在家里还是赶紧跑出去。
当然啦，这只是我的一个小幻想，估计要实现还得等科技再发展发展。
总的来说呢，地震仪就是我们了解地球脾气的好帮手。
虽然它有时候也会犯点小迷糊，但是它的功劳还是不可磨灭的。
希望以后科学家们能发明出更厉害的地震仪，让我们能更好地应对地震这个大麻烦！好啦。
地震仪的原理
地震仪的原理
地震仪是一种测量地震震动的仪器，它的工作原理是基于地震波的传播和接收。
地震波是由地球内部产生的能量释放引起的地震震动，在地震发生时，地震波会以一定的速度传播。
地震仪包括一个质量较大的震源和一个用于记录地震波的探测器。
当地震波通过地震仪时，震源受到地震波的震动，使得仪器产生震动。
探测器可以是一块质量较小的振动传感器，其对振动的敏感程度是地震仪性能的重要指标之一。
当地震波通过地震仪时，传感器会产生电信号，该信号对应着地震波的振幅和频率。
为了获取更准确的测量结果，地震仪通常还配备了一个放大器和一个数据记录器。
放大器可以放大传感器产生的微弱电信号，以增强信号的可测量性。
数据记录器会将地震波的振动信号转化为数字数据，并以图表或波形的形式记录下来。
地震仪的工作原理基于地震波在地壳中传播的特性，通过测量和记录地震波的振动信号，科学家可以研究地震事件的发生、传播和影响范围。
这对于了解地球内部结构、预测地震风险以及提供地震应急响应都具有重要意义。
地震仪的作用和使用
地震仪的作用和使用地震仪是一种用于检测和测量地球上发生的地震活动的仪器。
它可以帮助科学家们了解地震的发生原因、规模和强度，从而提供地震预警和减灾措施的依据。
地震仪的使用非常重要，它可以追踪地震活动，收集数据，并进行地震研究。
地震仪主要由传感器、记录设备和数据分析软件三个部分组成。
传感器是地震仪的核心部件，用于感知地震产生的地面震动，并将其转化为电信号。
记录设备可以记录传感器接收到的信号，并保存为数据文件。
数据分析软件可以对记录的数据进行处理和分析，提取出有关地震的信息。
地震仪的作用主要体现在以下几个方面：1. 地震监测和研究：地震仪可以连续监测地球上的地震活动，记录下每次地震的发生时间、位置和震级等信息。
通过对这些数据的分析，科学家们可以了解地震的规律和趋势，以及地表和地下的地震活动状况。
这对于预测地震、制定地震应对措施以及地震风险评估等方面具有重要意义。
2. 地震预警系统：地震仪可以实时监测地震活动并快速传递数据，让人们在地震发生前得到预警。
地震预警系统可以通过地震仪监测到地震波的传播速度和方向，从而预测地震的来袭时间和地点。
这为居民和救援人员提供了宝贵的时间，可以采取适当的求生和疏散措施，减少人员伤亡和财产损失。
3. 地震学研究：地震仪的使用对地震学研究具有重要意义。
地震学是研究地球内部结构和地震现象的学科，通过使用地震仪可以获取地球内部的信息，并推断出有关地球内部和地壳运动的知识。
例如，地震仪可以帮助科学家们了解地震波的传播路径和速度，研究地球的地幔和核的性质，揭示地壳运动的规律等。
4. 地震教育和公众意识：地震仪不仅可以用于专业研究，还可以用于地震教育和公众意识的提高。
通过展示和解释地震仪的工作原理和数据分析结果，可以让公众了解地震的原理和危害，并增强地震防灾意识。
此外，地震仪还可以用于学校的地理、地球科学等相关学科的教学，帮助学生对地震有更深入的理解。
地震仪的使用需要遵循一定的操作规程，确保数据的准确性和可靠性。
地震仪的原理
地震仪的原理
地震仪是一种用来检测地震活动的仪器，它的原理是基于地震波在地球内部传播的特性。
地震波是在地震发生时由震源处向四面八方传播的能量波动，它们可以通过地震仪来记录和分析，从而帮助科学家研究地震的性质和规律。
地震仪的原理主要包括三个方面，传感器、记录仪和数据分析。
首先，地震仪的传感器是用来感知地震波的设备，它通常由质量较大的振动质量和灵敏的检测器组成。
当地震波通过地面时，地震仪的传感器会受到震动，振动质量会相对于地面保持静止，而检测器则会记录下这种相对位移，从而产生一个与地震波传播特性相关的电信号。
其次，这个电信号会被记录仪记录下来，记录仪通常是一个数据采集和存储设备，它可以将传感器感知到的地震波信号转化为数字信号，并将其存储起来。
这些记录的数据可以反映地震波在时间和空间上的传播特性，科学家可以通过分析这些数据来了解地震的规模、深度和震源位置等重要信息。
最后，科学家可以通过对记录的数据进行分析，从中提取出有用的信息。
他们可以利用地震波的传播速度和路径来确定地震的震源位置和深度，也可以通过地震波的振幅和频率来推断地震的规模和能量释放情况。
这些信息对于地震研究和地震预警都非常重要。
总的来说，地震仪的原理是基于地震波的传播特性，利用传感器感知地震波的振动，记录仪记录和存储地震波的信号，然后科学家通过对这些信号的分析来研究地震活动。
地震仪的发明和使用对于地震研究和地震预警起到了非常重要的作用，它帮助科学家更好地了解地球内部的活动，也为地震灾害的预防和减轻提供了重要的技术手段。
地震仪原理
地震仪原理地震仪是一种用来检测地震活动的仪器，它能够记录地震波的振动情况，帮助科学家们了解地震的发生规律和地壳的运动状态。
地震仪的原理是基于地震波在不同介质中传播速度不同的特性，通过记录地震波的传播路径和振动情况来推断地震的发生位置和规模。
地震波是地震时释放的能量在地球内部传播时产生的波动，它可以分为纵波和横波两种。
纵波是一种沿着传播方向振动的波，而横波则是垂直于传播方向振动的波。
地震仪利用这些地震波的传播特性来进行地震监测和研究。
地震仪的工作原理主要包括三个方面，传感器、记录仪和数据分析。
传感器是地震仪的核心部件，它能够感知地震波的振动并将振动信号转化为电信号。
传感器通常采用的是质量悬浮式的设计，当地震波通过地震仪时，传感器会随之产生微小的振动，这些振动会被转化为电信号并传送给记录仪。
记录仪是用来接收传感器传来的电信号并记录地震波的振动情况的设备。
记录仪会将接收到的信号转化为数字信号，并将其存储起来。
通过记录仪，科学家们可以获取地震波的传播路径、振动频率和振幅等信息，从而推断地震的发生位置和规模。
数据分析是地震仪的最后一个环节，科学家们会通过对记录下来的地震波数据进行分析和研究。
他们会利用地震波在不同介质中传播速度不同的特性，结合地震波的传播路径和振动情况，来推断地震的发生位置、深度和规模。
通过对地震波数据的分析，科学家们可以更好地了解地震活动的规律，为地震预警和地质灾害防范提供重要依据。
总的来说，地震仪是一种重要的地震监测和研究工具，它利用地震波在地球内部传播的特性来推断地震的发生情况。
通过地震仪的工作原理，科学家们可以更好地了解地震活动的规律，为地震预警和地质灾害防范提供重要依据。
地震仪的发展将为人们提供更多关于地震的信息，有助于减少地震带来的损失，保护人们的生命和财产安全。
地震仪的简单介绍
地震仪的简单介绍
地震仪是一种非常重要的地震监测仪器，被广泛应用于地震科学研究、地震工程和地震灾害预防等领域。
它的原理是基于惯性原理，利用悬挂重物的惯性来感应地面的振动，并转化为电信号记录下来。
由于地震仪具有高灵敏度、高精度和高稳定性的特点，因此它可以记录到微小的地震活动，并准确地测定地震的震源位置、震级和震源深度等信息。
同时，地震仪还可以用来研究地球的内部构造和地壳运动规律，为地震预测和预防提供科学依据。
根据不同的应用需求，地震仪的种类也多种多样。
短周期地震仪主要用于监测微震活动和远震P 波初至，长周期地震仪则被用于观测地震面波、研究地壳内部构造和确定地震参数等。
宽频带和超宽频带地震仪则能够提供更为全面和详细的地壳运动信息，为全球范围内的地震科学研究提供重要数据支持。
总之，地震仪是现代地震学和地震工程学的重要工具，为人类防范地震灾害和深入了解地球科学提供了重要的技术支持。
地震仪工作原理
地震仪工作原理地震仪是一种用于测量地震活动的仪器。
它的工作原理是通过测量地震波在地球内部传播时的传播速度和振动方向来判断地震的性质和规模。
下面将详细介绍地震仪的工作原理。
1.地震波的传播地震波是由地震源释放的能量在地球内部传播所产生的振动。
地震波可以分为两种类型，即纵波和横波。
纵波是一种沿着传播方向震动的波，而横波是一种垂直于传播方向震动的波。
这两种波在地震仪中的检测方式有所不同。
2.地震仪的组成地震仪通常由三个主要部分组成：质量块、弹簧和传感器。
质量块是地震仪的主要部分，用于测量地震波传播时的振动。
弹簧用于支撑质量块并使其恢复到平衡位置，以便能够检测到地震波的振动。
传感器用于转换振动信号为电信号。
3.检测纵波振动当地震波中的纵波振动到达地震仪时，质量块会跟随地震波的振动而产生相应的位移。
弹簧受力使质量块回到平衡位置，并产生一个与位移成正比的力。
这个力被传感器检测到，并转换成相应的电信号。
4.检测横波振动与纵波不同，横波在地震仪中的检测方式稍有不同。
地震仪通过将纵向振动转换为横向振动来检测横波。
通常，地震仪使用一种叫作质量支撑绳的装置将纵向振动转换为横向振动。
这时，质量块会产生横向运动，其位移会被传感器检测到并转换成电信号。
5.转换和记录数据检测到的振动信号通过传感器转换成电信号后，需要通过适当的电子设备来记录和分析。
地震仪通常会配备一台数字转换器来将模拟信号转换为数字信号，并将其存储在计算机中以供分析。
6.数据分析地震仪记录下的地震波数据可以用来研究地震的性质和规模。
根据不同的地震波传播速度和振动方向，可以计算出地震波的传播路径、地震源和地震波的能量释放等重要参数。
这些参数有助于了解地震的原因、地震区的地质特征以及可能的地震危险性。
总结：地震仪通过将地震波的振动转换为电信号来测量地震活动。
通过检测纵波和横波的振动，地震仪能够提供有关地震性质和规模的重要信息。
这些信息对于地震预测、地震监测和地震防灾工作具有重要意义。
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零 点 0 0
极 点 -0.012342±j0.012342 -266.57±j266.57 -333.80±j89.440 -244.36±j244.36 -89.440±j333.80
根据线性动态系统传递函数计算频率特性
已知系统的传递函数H(s)可以直接令s=jω代入H(s)来计算频率特性：
H ( j ) H ( s) s j
标准术语和定义
• 强震动加速度仪：记录地震产生强地面运动的加速度的仪 器。 • 微震仪：用于记录微、小地震的仪器。 • 井下地震仪：将地震计或将地震计和数据采集器安装在地 下钻井中进行地震观测的专用地震仪。 • 流动地震仪：用于地震现场考察等监测前震和/或余震以 及震群等活动，或为某个特定的、临时性的地震观测而使 用的轻便型地震仪器设备。
k b z k k a z k k 0 k 0 N
M
传递函数的零极点表达： H ( z ) A
1 ( 1 c z k ) 1 ( 1 d z k ) k 1 k 1 N
M
离散时间线性时不变系统的传递函数完全由它的零点、 极点及常数A来决定。对于一个稳定系统，其极点应全部位 于z平面单位圆内部。
光杠杆放大
机械杠杆放大 电流计放大
观 测 量 与 观 测 频 带
自振频率
观测地面运动加速度 观测地面运动位移
机械摆对地面运动的响应
电流计放大地震仪仍然记录地面运动位移
电流计
动圈换能地震计 阻尼0.7 阻尼2.1
地震计 自振频率 电流计 自振频率
电流计+地震计
积分特性
观测量
• 位移
– 机械放大地震仪 – DD-1短周期地震仪（记录器中有积分电路）
n 0
N 1
根据线性时不变离散时间系统的传递函数计算频率特性
传递函数示例
FIR数字滤波器：
H ( z ) h( k ) z
k 0
M
k
上图为线性相位系统； 下图为最小相位系统。
FIR数字滤波器示例
传递函数示例
（机械摆传递函数的z域表达）
冲激响应不变法
1 1 s 1 eTs z 1
k H ( s) 2 s 6s 1600 2 9.42477796 j125.309779
•
•
•
描述地震计测量能力的主要指标
测量范围的图形化表示
用加速度功率谱密度表示限幅电平、噪声、NLNM、NHNM，绘制 在一张图中，并用不同线型或颜色区分，采用双对数坐标，纵轴 2 4 以分贝表示时，0dB对应 1m /s /Hz ；
用1/3倍频程带宽的速度有效值表示限幅电平、噪声、NLNM、NHNM。
自由振荡
地核 地幔 地震面波
体波
非均匀性 各向异性 全球地震活动性 地方地震活动性
近地震波勘探
标准术语和定义
• • • •
• • • •
地震仪：记录地面运动（位移、速度、加速度）的仪器。 模拟地震仪：以模拟量记录地面运动的地震仪。 数字地震仪：以数字量（数字数）记录的地震仪。 长周期地震仪：固有周期大于90s的地震仪。用以记录全 球范围地震的各种长周期地震波。 短周期地震仪：工作频带的低频端在0.5Hz～1Hz内，高频 端在20Hz或20Hz以上的地震仪。 宽频带地震仪：工作频带的低频端在0.01Hz～0.05Hz内， 高频端在20Hz或20Hz以上的地震仪。 甚宽频带地震仪：工作频带的低频端在0.003Hz～0.01Hz 内，高频端在20Hz或20Hz以上的地震仪。 超宽频带地震仪：工作频带的低频端小于在0.003Hz，高 频端在20Hz或20Hz以上的地震仪。
• 根据线性动态系统传递函数计算频率特性 • 线性时不变离散时间系统传递函数的表达方式 • 根据线性时不变离散时间系统的传递函数计算频 率特性
线性动态系统传递函数的表达方式
示例：JCZ-1型超宽频带地震计BB通道的传递函数
Kms2 H ( s) 2 ( s K11s K12 )( s 2 K 21s K 22 )( s 2 K 31s K 32 )( s 2 K 41s K 42 )( s 2 K 51s K 52 )
线性动态系统和传递函数
• 线性动态系统的概念
• 傅立叶变换与拉普拉斯变换 • 线性动态系统传递函数 • 离散时间系统 • Z变换
• 线性、时不变离散时间系统的传递函数
线性动态系统的概念
• 动态系统（即时系统，无记忆系统）
• 线性系统
– 叠加性
– 放大性
• 时不变特性 • 时不变线性动态系统的特征
• 时不变系统：系统的变换关系不随时间变化
• 线性性质：满足叠加原理
• 因果性：系统n时刻的输出仅取决于n时刻和n时刻 以前的输入
Z变换
序列x(n)的z变换定义为
X ( z)
n
x ( n) z
n
n
收敛的充分必要条件为
n
x ( n) z
线性、时不变离散时间系统的传递函数
– 微分特性 – 因果性
傅立叶变换
如果f(t)在区间（0，∞）上满足狄利克里条件（即f(t)存在有限 个间断点和极限值），并且积分 可积），则
收敛（或称f(t)绝对 f (t ) dt
F () f (t )e
jt
dt
为f(t)的傅立叶变换。并有
1 2
在连续点 f (t ), F ( )e d f (t 0) f (t 0), 在间断点
地震仪
薛 兵 2014年12月
地 震 仪
• 地震仪是记录地面运动的仪器，由地震计（拾震 器）和记录器构成。 • 地震计：基于摆的惯性原理 • 技术发展
– – 尽可能记录更小的地面振动信号 尽可能记录真实的地面振动信号
模拟地震仪
放大倍数：1500—2000（水平） 150—200（垂直） DD-1地震仪
• •
频率特性的图形化表示
幅频特性
相频特性
描述地震计测量能力的主要指标
灵敏度
•
地震计输出电压与地动速度之比。 不同频点的灵敏度有差异——幅频特性。一般在1Hz、5Hz、0.16Hz测量 地震计的灵敏度。特别是0.16Hz，对应于海洋噪声的峰值，有利于采 用对比观测法检验两台或多台宽频带地震计灵敏度的差异。
幅频特性：
2f
H ( j )
相频特性：
argH ( j )
线性时不变离散时间系统传递函数的表达方式
IIR数字滤波器传递函数的一般表达：
k b z 1
k 0 M
FIR数字滤波器传递函数的一般表达：
H ( z ) h( n) z n
• 速度
– 采用动圈换能器的地震计 – 各种宽频带反馈地震计
• 加速度
– 各种力平衡加速度计
观测频带
部分地震计、地震仪的幅频特性
STS-2HG CMG3
STS-2 加速度计
部分地震计、加速度计的幅频特性
地震波频谱
剪切震源的地面位移（左）和速度（右）的震源谱
现代地震学的频率范围， 以及有关研究对象的带宽 和动态范围。
伍德-安德森地震仪 放大倍数：2800 基本特点： • 机械杠杆放大 • 光杠杆放大 • 电流计放大 • 电子放大 • 记录地面运动位移
数字地震仪
数字地震仪 = 宽频带、大动态反馈地震计 + 高分辨数字化记录器
STS-2
Q330HR
记录波形对比
模拟记录： • 笔绘记录（熏烟、墨水） • 照相记录 • 模拟磁带记录
jt
式中ω为角频率，傅立叶变换建立了时域和频域的对应关系。
拉普拉斯变换
正变换
F (s) f (t )e dt
st 0
逆变换
1 j st f (t ) F ( s ) e ds 2j j
线性动态系统传递函数
对于一个稳定的线性动态系统，它的传递函数可以用 一个有理分式形式的函数来表达：
式中，K=1000Vs/m，m=2.4206×1020，K11=0.024682，K12=0.00030462， K21=533.15，K22=142122，K31=667.60，K41=488.72，K51=178.88， K32=K42=K52=119422。
传递函数的零点、极点表达：
常数项 2.4206×1023
– 摆的自振频率：20Hz – 摆的阻尼：0.15 – 采样率：20000
Ts 1 20000
k1 H ( z) 1 2 1 1.9990185065 z 0.9990579662 z
fr
dB
幅频特性
dB
Hz
Hz
传递函数的表达方式与频率特性计算
• 线性动态系统传递函数的表达方式
数字记录： • 在台站进行模拟数字转换 • 在线存储、离线存储 • 硬盘、光盘、磁带等 • 动态范围大、波形失真小 • 按指定比例绘图 • 数字滤波等后续处理技术
地震仪的放大能力
地震仪放大倍数的提高，经历 了机械杠杆放大、光杠杆放大、 电流计放大、电子放大几个阶 段，直到电子放大技术的应用 才很好地解决。
用常系数线性差分方程来 表示系统的输入输出关系：
a y ( n k ) b x( n k )
k 0 k k 0 k
N
M
当系统初始状态 为零时，取z变换： Y ( z )
k k a z X ( z ) b z k k k 0 k 0
N
M
系统的传递函数为：
Y ( z) H ( z) X ( z)