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新型光纤加加速度传感器在振动台试验中的应用

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振动与冲击 2024年第19期43卷 43-51页

作者：易杰赵斌张文涛滕云田同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092 中国科学院半导体研究所北京100083 中国地震局地球物理研究所北京100081

目前在结构振动和地震动测量中,主要关注位移、速度和加速度响应,而忽略了加速度的微分(即加加速度)。结构的加加速度响应与舒适度和结构损伤演化密切相关,已经开始受到工程技术人员的重视。在土木工程领域,加加速度传感器尚未被成熟地... 详细信息

目前在结构振动和地震动测量中,主要关注位移、速度和加速度响应,而忽略了加速度的微分(即加加速度)。结构的加加速度响应与舒适度和结构损伤演化密切相关,已经开始受到工程技术人员的重视。在土木工程领域,加加速度传感器尚未被成熟地应用于工程项目或结构试验中。介绍了一种基于微分Mach-Zehnder干涉仪的新型光纤加加速度传感器,可直接测量结构的加加速度响应。将该传感器直接布置于振动台台面进行了0.1~100.0 Hz的正弦扫频校准振动测试,试验结果证明该传感器具有良好的工作性能,由采集的加加速度积分获取的加速度时程与振动输入的相关系数达到了0.976。同时,将该加加速度传感器应用于某超高层模型结构的振动台试验,采集超高层结构加加速度时程响应。试验结果表明该超高层结构顶部的加加速度放大效果超过了6倍,鞭梢效应显著。试验中采集的加加速度响应也为进一步开展该抗震新参量的研究提供了数据支撑。该新型光纤加加速度测量仪器在地震工程领域具有广阔的应用前景。

关键词：加加速度测量光纤传感器振动台试验超高层结构结构抗震

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小江断裂带南端密集综合台阵建设及运行

地震地磁观测与研究 2024年第3期45卷 82-93页

作者：黄家亮滕云田朱传东生迪迪中国地震局第一监测中心天津300180 中国地震局地球物理研究所北京100081

依托国家重点计划研发项目“新型便携式地震监测设备研发”,在小江断裂带南端(滇南玉溪地区、红河州地区)布设密集综合台阵,共计配置110套小型化磁通门传感器、电磁波传感器和温度压力传感器。参照国家与地震行业相关标准、规范及技术规... 详细信息

依托国家重点计划研发项目“新型便携式地震监测设备研发”,在小江断裂带南端(滇南玉溪地区、红河州地区)布设密集综合台阵,共计配置110套小型化磁通门传感器、电磁波传感器和温度压力传感器。参照国家与地震行业相关标准、规范及技术规程,对台阵仪器运行质量进行评估。结果表明,大部分站点观测仪器运行指标能够达到质量评估技术规范要求,可满足综合台阵长期连续观测要求。该成果可为区域密集台阵建设及相关应用研究提供借鉴。

关键词：密集综合台阵磁通门传感器电磁波传感器温度压力传感器质量评估

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子午工程二期自动磁通门经纬仪

地球与行星物理论评（中英文） 2024年第1期55卷 24-30页

作者：王喜珍范晓勇张策滕云田马新欣陈志青中国地震局地球物理研究所北京100081 应急管理部国家自然灾害防治研究院北京100023 中国科学院国家空间科学中心北京100190

地磁台站观测有相对记录和绝对观测2种,相对记录数据需经基线值改正后方可得到地磁场要素的实际值.磁通门经纬仪是获取基线值的基本设备之一,在地磁观测中发挥着重要作用.目前台站采用的磁通门经纬仪需人工操作,人为因素会对观测数据质... 详细信息

地磁台站观测有相对记录和绝对观测2种,相对记录数据需经基线值改正后方可得到地磁场要素的实际值.磁通门经纬仪是获取基线值的基本设备之一,在地磁观测中发挥着重要作用.目前台站采用的磁通门经纬仪需人工操作,人为因素会对观测数据质量产生影响,因在偏远地区和环境恶劣地区无法实现地磁绝对观测,造成地磁绝对观测的空间覆盖空白.子午工程二期将在我国内地地区首次开展自动化磁偏角和磁倾角地磁绝对观测,必将推动地磁绝对观测技术创新与发展.自动磁通门经纬仪是我国自主研发的磁偏角和磁倾角自动化观测设备,采用无磁材料和压电电机,通过优化设计与改进加工工艺,以及引入多参量误差补偿算法,有效克服和消除了系统误差,提高了测量精度.该设备在河北涉县台、吉林合隆台、陕西乾陵台和北京白家疃台等台站开展了长时间的实际观测,并与台站的人工磁通门经纬仪观测结果进行了对比.结果表明,自动磁通门经纬仪的主要性能指标达到了人工磁通门经纬仪水平.该设备也通过了中国地震局前兆设备入网测试,功能和性能指标符合地磁台站地磁绝对观测要求.

关键词：子午工程地磁监测自动磁通门经纬仪测量误差

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绝对重力测量异常值的局部异常因子检测算法

中国惯性技术学报 2019年第4期27卷 533-537,560页

作者：吴琼滕云田王晓美中国地震局地球物理研究所

自主研发绝对重力仪的测量结果中出现的离群程度不同的异常值会直接影响测量结果的准确度和测量精度。目前一般采用的一元正态分布异常值检测算法漏检率高,容易造成测量结果的偏差和测量精度的下降。利用人工智能算法中的局部异常因子... 详细信息

自主研发绝对重力仪的测量结果中出现的离群程度不同的异常值会直接影响测量结果的准确度和测量精度。目前一般采用的一元正态分布异常值检测算法漏检率高,容易造成测量结果的偏差和测量精度的下降。利用人工智能算法中的局部异常因子异常值检测算法,可以在线、快速、高效地完成自主研发绝对重力测量数据的异常值检测。首先,根据实测数据构建测试数据集,利用数值模拟确定局部异常因子算法邻域宽度参数的取值;然后,基于实测数据进行异常值检测并进行结果评估。评估结果表明,局部异常因子异常值检测算法对离群程度不同、连续出现异常值等情况检测效果明显优于一元正态分布异常值检测算法,组测量精度平均提高9.37μGal,可以作为自主研发绝对重力仪异常值检测的通用算法完成组测量结果的异常值检测。

关键词：绝对重力测量异常值检测局部异常因子人工智能

激光干涉绝对重力仪数据采集与处理的时间优化方法

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仪器仪表学报 2021年第8期42卷 130-136页

作者：张旸吴琼滕云田黄家亮中国地震局地球物理研究所北京100081

激光干涉绝对重力仪作为高精度绝对重力测量中的典型测量仪器,单次测量的常规流程一般是电机驱动、数据采集、重力加速度绝对值计算和结果的显示与存储。这种顺序控制过程中,存在耗时长、结果输出时间误差较大的问题。本文创新性地提出... 详细信息

激光干涉绝对重力仪作为高精度绝对重力测量中的典型测量仪器,单次测量的常规流程一般是电机驱动、数据采集、重力加速度绝对值计算和结果的显示与存储。这种顺序控制过程中,存在耗时长、结果输出时间误差较大的问题。本文创新性地提出一种时间优化方法,通过建立数据采集前电机驱动与采集后数据处理两个过程时间复用机制的时间优化模型,对顺序控制方式中的各步骤进行优化与重新配置,实现缩短常规测量的测量时长,减少结果输出时间误差的目的。实测结果表明,时间优化方法将单次测量时间从原来的34.3±0.3 s,精确控制为22 s,误差5 ms,大幅提高测量效率的同时实现了单次测量时间的精准控制,也增加了与同类观测数据的融合分析的可行性。

关键词：激光干涉绝对重力测量时间优化

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系统自振对绝对重力仪的影响模式分析

武汉大学学报（信息科学版） 2012年第8期37卷 980-983页

作者：吴琼郝晓光滕云田郭有光中国地震局地球物理研究所中国科学院测量与地球物理研究所武汉市徐东大街340号430077

隔振问题是绝对重力仪研制中的关键技术难题之一。在自主研制"小型mGal级绝对重力仪"过程中发现,除了需要克服地面振动的影响之外,系统自振的影响也不容忽视,最大能达到mGal量级。通过对研制样机实验观测结果的分析,研究了系统自振产生... 详细信息

隔振问题是绝对重力仪研制中的关键技术难题之一。在自主研制"小型mGal级绝对重力仪"过程中发现,除了需要克服地面振动的影响之外,系统自振的影响也不容忽视,最大能达到mGal量级。通过对研制样机实验观测结果的分析,研究了系统自振产生的原因以及对系统偏差与观测内符合精度的影响模式,并给出了改进方案,以消除"系统自振"的影响,提高研制仪器的观测精度。

关键词：绝对重力仪隔振问题系统自振

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绝对重力仪研制中仪器测量高度的计算

武汉大学学报（信息科学版） 2017年第12期42卷 1773-1778页

作者：吴琼滕云田张兵黄大伦中国地震局地球物理研究所北京100081 防灾技术学院河北廓坊065201

在激光干涉绝对重力仪的研制中,每次测量落体都要自由下落7~20cm的距离,在此过程中地表重力垂直梯度引入的误差最高可达60×10-8 m/s2。因此,需要计算出每次测量值对应的测量高度,即在该位置时,落体运动的距离内重力垂直梯度对绝对重力... 详细信息

在激光干涉绝对重力仪的研制中,每次测量落体都要自由下落7~20cm的距离,在此过程中地表重力垂直梯度引入的误差最高可达60×10-8 m/s2。因此,需要计算出每次测量值对应的测量高度,即在该位置时,落体运动的距离内重力垂直梯度对绝对重力测量值的综合误差为零。基于对落体下落运动方程的分析,提出一了种新的绝对重力仪测量高度的计算方法。对比发现,当起始计算时间较小并接近于0(小于0.015s)时,该算法与已有的算法结果具有较好的一致性,最大偏差不大于3 mm,梯度归算误差不大于1×10-8 m/s2(μGal)。在仪器自主研发的过程中,当起始计算时间较长(大于0.015s)时,该算法可以更合理地计算绝对重力测量值对应的测量高度。

关键词：绝对重力仪有效高度激光干涉重力垂直梯度

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基于神经网络的地磁观测数据重构研究

地球物理学报 2018年第6期61卷 2358-2368页

作者：姚休义滕云田杨冬梅姚远云南省地震局昆明650224 中国地震局地球物理研究所北京100081 川滇国家地震预报实验场云南分中心昆明650224

在距离数据缺失台站一定范围内选取参考台作为输入,构建非线性BP神经网络并进行地磁观测数据重构研究.数据仿真结果显示,重构数据和原始记录数据吻合程度较高,重构残差较小,磁静日重构平均残差仅为0.11nT,磁扰日平均重构残差为0.23nT.... 详细信息

在距离数据缺失台站一定范围内选取参考台作为输入,构建非线性BP神经网络并进行地磁观测数据重构研究.数据仿真结果显示,重构数据和原始记录数据吻合程度较高,重构残差较小,磁静日重构平均残差仅为0.11nT,磁扰日平均重构残差为0.23nT.重点对磁场活动最剧烈时段内的数据进行了短时重构,平均残差由0.4nT降低到0.2nT,重构效果得到较大改进.计算了原始数据与重构数据的功率谱密度,除部分高频信号外,二者变化特征基本相同,相关性高达1.0.从时域和频域验证了BP神经网络在地磁相对记录数据重构上的有效性,并将其运用于实际缺失数据重构,取得较好效果.

关键词： BP神经网络数据重构地磁观测检验

基于对称悬臂梁的小型化低频FBG加速度传感器研究

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半导体光电 2022年第5期43卷 873-880页

作者：黄家亮滕云田中国地震局地球物理研究所北京100081

提出了一种基于对称悬臂梁的小型化低频光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器。首先根据传感器结构的力学模型,推导出传感器的灵敏度和固有频率表达式;然后对传感器进行结构参数优化,采用ANSYS Workbench对传感器进行静应力与模态分析;最后... 详细信息

提出了一种基于对称悬臂梁的小型化低频光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器。首先根据传感器结构的力学模型,推导出传感器的灵敏度和固有频率表达式;然后对传感器进行结构参数优化,采用ANSYS Workbench对传感器进行静应力与模态分析;最后根据分析结果制作传感器,并实验研究了传感器的幅频响应、灵敏度特性、横向抗干扰能力和冲击响应。结果表明,该传感器固有频率为72 Hz,灵敏度为681.7 pm/g,抗横向干扰度小于4.9%,且体积仅为6.48 cm^(3),可用于50 Hz以下的低频微弱振动信号的实时监测。

关键词：加速度传感器光纤布拉格光栅对称悬臂梁低频振动