專利名稱：利用地震記錄儀的測定傳感器驗證系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種利用地震記錄儀的測定傳感器驗證系統及方法，更詳細地，涉及一種對新穎地震觀測儀器及老化的地震計的地震觀測測定資料或振動臺試驗資料進行時間區域帶通濾波器(Bandpass filter)及希爾伯特變換來提高地震記錄儀的響應譜振幅及相位測定準確度的利用地震記錄儀的測定傳感器驗證系統及方法。
背景技術：
地震監測系統為測定主要使用地震記錄儀來測定地面移動的地震傳感器(seismometer sensor)(速度,加速度)的電壓的裝置,購買新穎地震計時,必須確認制造公司提示的地震記錄儀及傳感器的性能，可能需要驗證設置于地震觀測所的以往老化的地震監測系統的性能。作為地震儀的驗證方法，將地震儀傳感器設置在振動臺(振動產生裝置)之上，通 過激振(產生振動)以絕對基準傳感器為基準來測定要測定的地震計傳感器振動。此時，有一種對測定的振動值單純執行傅立葉變換來使其變換為頻域之后，除以絕對基準傳感器測定值來測定的方法。這種情況下，具有應掌握性能和通過驗證的絕對地震計性能的缺點。并且，激振振動值非常微小時，由于噪音測定多而可能會產生測定錯誤。另一種方法，作為用于驗證地震儀性能的方法，有一種在實際地震觀測所設置兩個傳感器，將從具有已測定的地震計傳感器響應譜的傳感器資料(信息)測定的傳感器的頻率進行變換，利用頻譜比來測定的方法。這種測定的情況，對于具有傳感器本身噪音的部分，就測定傳感器的響應譜部分而言包含很多噪音。并且，如果僅執行上述頻率變換，則就各頻率而言僅存在一個測定值，因此只能放大響應譜的誤差。因此，就求得使用地震計所測量的振動資料的地震計傳感器響應譜而言，低于地震計傳感器本身噪音的成分的譜產生歪曲傳感器響應譜的部分，從而需要一種能夠通過抑制低于地震計傳感器本身噪音的振動資料的譜來提高正確性的方法。并且，在執行地震研究上，會產生需要獲取精密的地震資料的情況、需要修正地震記錄儀的情況或者丟失記錄儀的可測定信息的情況，此時，需要一種可修正地震記錄儀的方法。作為背景技術的一例，公開于作為韓國授權專利0594625號(2006. 06. 30.公開)的“地震波檢測系統”。上述背景技術輸入得到地震波信號并過濾之后，將對于地震波信號的短時間平均(Short Time average)與長時間平均(Long Timeaverage)的比率交換為規定時窗(Timeffindow)的區間值，并測定基于核對值的短時間平均(ST)與長時間平均(LT)區間的地震波信號變化率，對測定的模擬信號進行微分，并且控制地震波變數的代入、存儲、記錄控制、運算等，以便進行微分時利用傾斜率來控制任意的兩個區間。但是,如上所述的背景技術在產生微地震(Micro Earthquake)時,不能區分背景噪音與地震波的振幅(Amplitude)，從而地震波檢測性能顯著地降低，因此具有不可能進行準確的地震因素決定的缺點。現有技術文獻專利文獻(專利文獻I)韓國授權專利0594625(2006. 06. 30)
發明內容
因此，本發明是考慮到如上所述的現有技術的問題而提出的，本發明的目的在于，對新穎地震觀測儀器及老化的地震計的地震觀測測定資料或振動臺試驗資料進行時間區·域帶通濾波器(Bandpass filter)及希爾伯特變換來求得地震傳感器響應譜，由此提高振幅及相位測定準確度。本發明的再一目的在于，可與所要測定的傳感器種類無關地提供傳感器的特性。本發明的另一目的在于，在一般地震觀測所設置兩個傳感器時，不用特別將傳感器帶到實驗室振動臺，利用在地震觀測所得到的資料也可執行傳感器的性能確認及驗證。本發明的又一個目的在于，與激振源無關地，可以僅變更地震記錄儀的頻道也能執行地震記錄儀修正，以便不僅在振動臺試驗，而是在一般地震觀測所均可以僅變更頻道來方便地執行修正工作。為了達到本發明所要解決的問題的目的，根據本發明的一實施例的利用地震記錄儀的測定傳感器驗證系統包括激振裝置200，其對振動臺進行激振；振動臺300，其設置構成有基準傳感器400及測定傳感器45，與上述激振裝置相連接，并在啟動激振裝置時激振；信號線變換器600，其用于測定上述基準傳感器及測定傳感器的振動信號；信號放大器700，其將在上述信號線變換器中變換的振動信號進行放大，并向地震記錄儀傳送放大的振動信號；地震記錄儀800，其用于測定從上述信號放大器傳送的放大振動信號；地震資料處理機構100，其計算在上述地震記錄儀測定的基準傳感器及測定傳感器的響應譜，將基準傳感器的振動信號變換為頻域，并將其修正為響應譜后，對上述計算的響應譜與修正的響應譜進行比較來判斷測定傳感器的正常與否。由此解決本發明的問題。具有以上結構及作用的本發明的利用地震記錄儀的測定傳感器驗證系統及方法，對新穎地震觀測儀器及老化的地震計的地震觀測測定資料或振動臺試驗資料進行時間區域帶通濾波器(Bandpass filter)及希爾伯特變換來求得地震傳感器響應譜，由此提供用于提高振幅及相位測定準確度的效果。并且，使與所要測定的傳感器種類無關地提供傳感器的特性，從而能夠改善需要引進同種傳感器的不便。并且，在一般地震觀測所設置兩個傳感器時，不用特別將傳感器帶到實驗室振動臺，也可利用在地震觀測所得到的資料執行傳感器的性能確認及驗證，從而提供使用上的便利性。并且，提供如下更好的效果與激振源無關地，僅變更地震記錄儀的頻道也可執行地震記錄儀修正，以便不僅在振動臺試驗，而且在一般地震觀測所也可以僅變更頻道來方便地執行修正工作。
圖I是簡要構成利用根據本發明的一實施例的地震記錄儀的測定傳感器驗證系統的結構圖。圖2是利用根據本發明的一實施例的地震記錄儀的測定傳感器驗證系統的地震資料處理機構框圖。圖3是利用根據本發明的一實施例的地震記錄儀的測定傳感器驗證系統的響應譜計算部框圖。圖4是表示利用根據本發明的一實施例的地震記錄儀的測定傳感器驗證方法的流程圖。
圖5是表示利用根據本發明的一實施例的地震記錄儀的測定傳感器驗證系統的響應譜計算部的處理過程的流程圖。圖6至圖7是用于修正利用根據本發明的一實施例的地震記錄儀的測定傳感器驗證系統的地震記錄儀的試驗執行程序圖。圖8是用于修正利用根據本發明的一實施例的地震記錄儀的測定傳感器驗證系統的地震記錄儀的框圖。圖9是表示利用根據本發明的一實施例的地震記錄儀的測定傳感器驗證系統的地震記錄儀修正方法的流程圖。附圖標記的說明100 :地震資料處理機構200 :激振裝置300 :振動臺400 :基準傳感器450 :測定傳感器600:信號線變換器700 :信號放大器800 :地震記錄儀
具體實施例方式用于達成上述目的的利用根據本發明的一實施例的地震記錄儀的測定傳感器驗證系統，其特征在于，包括激振裝置200，其對振動臺進行激振；振動臺300，其設置構成有基準傳感器400及測定傳感器45，與上述激振裝置相連接，并在啟動激振裝置時激振；信號線變換器600，其用于測定上述基準傳感器及測定傳感器的振動信號；信號放大器700，其將在上述信號線變換器中變換的振動信號進行放大，并向地震記錄儀傳送放大的振動信號；地震記錄儀800，其用于測定從上述信號放大器傳送的放大振動信號；地震資料處理機構100，其計算在上述地震記錄儀測定的基準傳感器及測定傳感器的響應譜，將基準傳感器的振動信號變換為頻域，并將其修正為響應譜后，對上述計算的響應譜與修正的響應譜進行比較來判斷測定傳感器的正常與否。
此時，上述地震資料處理機構100，其特征在于，包括基準傳感器頻域變換部110，其取得基準傳感器的振動信號，利用傅立葉變換使其變換為頻域；響應譜修正部120，其用于將借助上述基準傳感器頻域變換部變換的頻譜除以理論性響應譜或者已知的響應譜來修正響應譜；同種傳感器判斷部130，其用于判斷基準傳感器及測定傳感器是否為相同種類的傳感器；單位變換部140，其用于在基準傳感器與測定傳感器不是相同種類的傳感器時，以測定傳感器為基準，在頻域使用微分運算符或者積分運算符進行變換，以便具備相同的測定單位；響應譜計算部150，其用于在基準傳感器與測定傳感器為相同種類的傳感器時，利用帶通濾波器過濾及希爾伯特變換來計算響應譜；測定傳感器正常與否判斷部160,其用于對借助上述響應譜計算部計算的響應譜與借助響應譜修正部修正的響應譜進行比較來判斷測定傳感器的正常與否；結果值輸出部170，其用于輸出在上述測定傳感器正常與否判斷部判斷的結果值。此時，上述響應譜計算部150，其特征在于，包括實數部及虛數部設定部151，其在設定的帶通頻帶利用測定傳感器信息和基準傳感器信息執行時域帶通濾波器過濾，并執 行希爾伯特變換后，將帶通濾波器過濾信息設定為實數部，將希爾伯特變換信息設定為虛數部；振幅及相位計算部152，其用于合計借助實數部及虛數部設定部而設定的實數部與虛數部后，計算隨時間發生變化的振幅和相位；振幅提取部153，其對于借助上述振幅及相位計算部計算的基準傳感器和測定傳感器的時間序列振幅，用于僅提取高于基準傳感器或者測定傳感器本身的噪音的振幅值；響應振幅譜比計算部154，其對于借助上述振幅提取部提取的振幅，通過合計基準傳感器及測定傳感器的時間序列振幅值計算振幅比(測定傳感器/基準傳感器)來計算響應振幅譜；響應相位譜計算部155,其用于計算基準傳感器與測定傳感器的相位差(測定傳感器相位-基準傳感器相位)，計算相位差的平均值和標準偏差值，在相位差值中，在平均值中計算對于標準偏差范圍內的相位差值的平均值來計算響應相位譜。另一方面，作為本發明的利用地震記錄儀的測定傳感器驗證方法，其特征在于，包括以下步驟通過啟動激振裝置來使振動臺振動的激振裝置振動掃描步驟(SlOO);在地震資料處理機構取得借助地震記錄儀測定的基準傳感器及測定傳感器的振動信號的實驗信息取得步驟(S200);基準傳感器頻域變換部110取得基準傳感器的振動信號，利用傅立葉變換使其變換為頻域的基準傳感器頻域變換步驟(S300);響應譜修正部120在借助基準傳感器頻域變換部而變換的頻域除以基準傳感器的理論性響應譜修正或者已知的響應譜來修正響應譜的響應譜修正步驟(S400);同種傳感器判斷部130判斷基準傳感器及測定傳感器是否為相同種類的傳感器的同種傳感器判斷步驟(S500);在基準傳感器與測定傳感器為相同種類的傳感器的情況下，響應譜計算部150利用帶通濾波器過濾及希爾伯特變換計算響應譜的響應譜計算步驟(S700);測定傳感器正常與否判斷部160通過對借助響應譜計算部計算的響應譜與借助響應譜修正部修正的響應譜進行比較來判斷測定傳感器的正常與否的測定傳感器正常與否判斷步驟(S800);結果值輸出部170輸出在測定傳感器正常與否判斷部判斷的結果值的結果值輸出步驟。此時，其特征在于，上述同種傳感器判斷步驟(S500)中的判斷結果，基準傳感器與測定傳感器不是相同種類的傳感器時，單位變換部140執行以測定傳感器為基準在頻域中使用微分運算符或者積分運算符變換為相同的測定單位的單位變換步驟(S600 )。
此時，上述響應譜計算步驟(S700)，其特征在于，包括以下步驟實數部及虛數部設定部151在設定的帶通頻帶利用測定傳感器信息和基準傳感器信息執行時域帶通濾波器過濾，并執行希爾伯特變換后，將帶通濾波器過濾信息設定為實數部，將希爾伯特變換信息設定為虛數部的實數部及虛數部設定步驟(S710);振幅及相位計算部152對借助實數部及虛數部設定部而設定的實數部和虛數部進行合計后，計算隨時間發生變化的振幅與相位的振幅及相位計算步驟(S720);振幅提取部153對于借助振幅及相位計算部計算的基準傳感器和測定傳感器的時間序列振幅，僅提取高于基準傳感器或者測定傳感器本身的噪音的振幅值的振幅提取步驟(S730);響應振幅譜比計算部154對于借助振幅提取部而提取的振幅，通過合計基準傳感器及測定傳感器的時間序列振幅值計算振幅比(測定傳感器/基準傳感器)來計算響應振幅譜比的響應振幅譜比計算步驟(S740);響應相位譜計算部155計算基準傳感器與測定傳感器的相位差(測定傳感器相位-基準傳感器相位)，并計算相位差的平均值和標準偏差值，在相位差值中在平均值中計算對于在標準偏差范圍內的相位差值的平均值來計算響應相位譜的響應相位譜計算步驟(S750)。另一方面，根據本發明的再一實施例的上述地震資料處理機構，其特征在于，還包括一次響應譜比計算部180，其通過將包括與基于第一次激振的頻道一相連接的基準傳感器的振動信號的頻域變換和響應譜的測定值除以包括與頻道二相連接的測定傳感器的振動信號的頻域變換和響應譜的測定值來計算響應譜比；二次響應譜比計算部185，其通過將包括與基于第二次激振的頻道一相連接的測定傳感器的振動信號的頻域變換和響應譜的測定值除以包括與頻道二相連接的基準傳感器的振動信號的頻域變換和響應譜的測 定值來計算響應譜比；地震記錄儀響應取得部190，其通過將借助上述一次響應譜比計算部與二次響應譜比計算部計算的響應譜比相乘并乘以1/2平方來取得(頻道一的地震記錄儀響應/頻道二的地震記錄儀響應)。此時，其特征在于，將在上述地震記錄儀響應取得部取得的值，從與頻道二相連接的傳感器測定的地基振動值乘以(頻道一的地震記錄儀響應/頻道二的地震記錄儀響應)來修正地震記錄儀。下面，通過利用基于本發明的地震記錄儀的測定傳感器驗證系統及方法的實施例進行詳細說明。圖I是簡要構成利用根據本發明的一實施例的地震記錄儀的測定傳感器驗證系統的結構圖。如圖I所示，作為本發明的利用地震記錄儀的測定傳感器驗證系統，其特征在于，包括激振裝置200，其對振動臺進行激振；振動臺300，其設置構成有基準傳感器400及測定傳感器45，與上述激振裝置相連接，并在啟動激振裝置時激振；信號線變換器600，其用于測定上述基準傳感器及測定傳感器的振動信號；信號放大器700，其將在上述信號線變換器中變換的振動信號進行放大，并向地震記錄儀傳送放大的振動信號；地震記錄儀800，其用于測定從上述信號放大器傳送的放大振動信號；地震資料處理機構100，其計算在上述地震記錄儀測定的基準傳感器及測定傳感器的響應譜，將基準傳感器的振動信號變換為頻域，并將其修正為響應譜后，對上述計算的響應譜與修正的響應譜進行比較來判斷測定傳感器的正常與否。基準傳感器及測定傳感器充分地與振動臺上表面很好的緊固在一起，從而使在振動臺產生的振動不歪曲地順利進行傳達。參照圖1，為了對許多種類的基準傳感器400及測定傳感器450進行試驗，由信號線變換器600、用于向傳感器供應電源的傳感器電源供應裝置600以及將具有低輸出電壓的傳感器的信號放大成適合于地震記錄儀800的信號放大器700構成。就上述信號線變換器而言，每個制造公司使用不同的端子，因此需要變更配線，使得信號線電纜適合地震記錄儀地進行輸入，作為另一術語可以定義為信號線配線變換器。此時，例如，在基準傳感器或者測定傳感器中知道傳感器的響應譜，或者在此傳感器進行幾乎與理論性響應譜相同的舉動的假設下執行試驗。圖2是利用根據本發明的一實施例的地震記錄儀的測定傳感器驗證系統的地震資料處理機構的框圖。如圖2所示，地震資料處理機構100包括基準傳感器頻域變換部110，其取得基·準傳感器的振動信號，利用傅立葉變換使其變換為頻域；響應譜修正部120，其用于將借助上述基準傳感器頻域變換部變換的頻譜除以理論性響應譜或者已知的響應譜來修正響應譜；同種傳感器判斷部130，其用于判斷基準傳感器及測定傳感器是否為相同種類的傳感器；單位變換部140，其用于在基準傳感器與測定傳感器不是相同種類的傳感器時，以測定傳感器為基準，在頻域使用微分運算符或者積分運算符進行變換，以便具備相同的測定單位；響應譜計算部150，其用于在基準傳感器與測定傳感器為相同種類的傳感器時，利用帶通濾波器過濾及希爾伯特變換來計算響應譜；測定傳感器正常與否判斷部160，其用于對借助上述響應譜計算部計算的響應譜與借助響應譜修正部修正的響應譜進行比較來判斷測定傳感器的正常與否；結果值輸出部170，其用于輸出在上述測定傳感器正常與否判斷部判斷的結果值。上述響應譜修正部120通過將借助基準傳感器頻域變換部變換的頻譜除以制造公司提供的理論性響應譜或者已知的響應譜來修正響應譜。本發明說明的理論性響應譜，是指地震儀傳感器制造公司制造的傳感器所具備的固有特性，通過提供極點(pole)和零點(zero)值來提供響應譜。此外，將制造公司直接測定的各傳感器的響應譜提供給使用者，已知的響應譜是指制造公司供應的響應譜或通過絕對的測定而測定的響應譜，可成為絕對基準傳感器。此時，上述單位變換部140執行能夠具備同一測定單位地進行變換的功能，例如可能會有測定地基運動的加速度的加速度計和測定速度的速度計，因此是統一上述加速度計和速度計的測定單位。并且，本發明的說明書上所說明的地震資料意味著表示根據時間測定的地基振動值的資料。圖4是表示利用根據本發明的一實施例的地震記錄儀的測定傳感器驗證方法的流程圖。如圖4所示，利用地震記錄儀的測定傳感器驗證方法，其特征在于，包括以下步驟通過啟動激振裝置來使振動臺振動的激振裝置振動掃描步驟(SlOO);在地震資料處理機構取得借助地震記錄儀測定的基準傳感器及測定傳感器的振動信號的實驗信息取得步驟(S200);基準傳感器頻域變換部110取得基準傳感器的振動信號，利用傅立葉變換使其變換為頻域的基準傳感器頻域變換步驟(S300);響應譜修正部120在借助基準傳感器頻域變換部而變換的頻域除以基準傳感器的理論性響應譜修正或者已知的響應譜來修正響應譜的響應譜修正步驟(S400);同種傳感器判斷部130判斷基準傳感器及測定傳感器是否為相同種類的傳感器的同種傳感器判斷步驟(S500);在基準傳感器與測定傳感器為相同種類的傳感器的情況下，響應譜計算部150利用帶通濾波器過濾及希爾伯特變換計算響應譜的響應譜計算步驟(S700);測定傳感器正常與否判斷部160通過對借助響應譜計算部計算的響應譜與借助響應譜修正部修正的響應譜進行比較來判斷測定傳感器的正常與否的測定傳感器正常與否判斷步驟(S800);結果值輸出部170輸出在測定傳感器正常與否判斷部判斷的結果值的結果值輸 出步驟。此時，上述同種傳感器判斷步驟(S500)中的判斷結果，基準傳感器與測定傳感器不是相同種類的傳感器時，單位變換部140執行以測定傳感器為基準在頻域中使用微分運算符或者積分運算符變換為相同的測定單位的單位變換步驟(S600 )。參照圖2及圖4進行說明，為了驗證傳感器，地震資料處理機構100包括基準傳感器頻域變換部110、響應譜修正部120、同種傳感器判斷部130、單位變換部140、響應譜計算部150、測定傳感器正常與否判斷部160以及結果值輸出部170。對工作過程進行說明，通過啟動激振裝置來使(S100)振動臺激振，在地震資料處理機構100取得借助地震記錄儀測定的基準傳感器及測定傳感器的振動信號(S200)。此后，地震資料處理機構的基準傳感器頻域變換部110取得基準傳感器的振動信號，利用傅立葉變換使其變換為頻域(S300 )。此時，在振動臺執行激振時，激振源包括所要得到的振動范圍的頻率成分。例如,振動進行O. IHz至50Hz的振動掃描(sweep)時,執行激振約20秒。其后，確認試驗資料是否從地震記錄儀傳送并在地震資料處理機構取得。其后，在基準傳感器頻域變換部利用傅立葉變換將基準傳感器資料變換為頻域。此后，響應譜修正部120在借助基準傳感器頻域變換部變換的頻域除以基準傳感器的理論性響應譜修正或者已知的響應譜來修正響應譜(S400 )。此后，同種傳感器判斷部130判斷基準傳感器及測定傳感器是否為相同種類的傳感器(S500)，基準傳感器與測定傳感器不是相同種類的傳感器的情況下，單位變換部140執行以測定傳感器為基準，在頻域使用微分運算符或者積分運算符變換為同一測定單位的單位變換步驟(S600)。S卩，以測定傳感器為基準，在頻域使用微分運算符(iw)或者積分運算符(1/iw)變換為同一測定單位。此時，w表示各頻率，i表示復數。特別是，在基準傳感器為速度、測定傳感器為加速度的情況下，在基準傳感器資料的頻域進行微分，在基準傳感器為加速度、測定傳感器為速度的情況下，在基準傳感器資料的頻域進行積分。并且，就響應譜計算部150而言，在基準傳感器與測定傳感器為相同種類的傳感器的情況下，利用帶通濾波器過濾及希爾伯特變換計算響應譜(S700)。參照圖3及圖5再對此進行具體說明。此后，測定傳感器正常與否判斷部160通過對借助響應譜計算部計算的響應譜與借助響應譜修正部修正的響應譜進行比較來判斷測定傳感器的正常與否(S800)。
此后，結果值輸出部170輸出在測定傳感器正常與否判斷部判斷的結果值，如果輸出測定傳感器不正常的結論，則決定傳感器的矯正或者修理。此時，還可以取得計算的響應譜的結果本身。圖3是利用根據本發明的一實施例的地震記錄儀的測定傳感器驗證系統的響應譜計算部的框圖。如圖3所示，上述響應譜計算部150包括實數部及虛數部設定部151，其在設定的帶通頻帶利用測定傳感器信息和基準傳感器信息執行時域帶通濾波器過濾，并執行希爾伯特變換后，將帶通濾波器過濾信息設定為實數部，將希爾伯特變換信息設定為虛數部；振幅及相位計算部152，其用于合計借助實數部及虛數部設定部而設定的實數部與虛數部后，計算隨時間發生變化的振幅和相位；振幅提取部153，其對于借助上述振幅及相位計算部計算的基準傳感器和測定傳感器的時間序列振幅，僅提取高于基準傳感器或者測定傳感器·本身的噪音的振幅值；響應振幅譜比計算部154，其對于借助上述振幅提取部提取的振幅，通過合計基準傳感器及測定傳感器的時間序列振幅值計算振幅比(測定傳感器/基準傳感器)來計算響應振幅譜比；響應相位譜計算部155，其用于計算基準傳感器與測定傳感器的相位差(測定傳感器相位-基準傳感器相位)，計算相位差的平均值和標準偏差值，在相位差值中，在平均值中計算對于標準偏差范圍內的相位差值的平均值來計算響應相位譜。圖5是表示利用根據本發明的一實施例的地震記錄儀的測定傳感器驗證系統的響應譜計算部的處理過程的流程圖。參照圖3及圖5，說明上述響應譜計算步驟(S700)，就響應譜計算步驟而言，其特征在于，包括以下步驟實數部及虛數部設定部151在設定的帶通頻帶利用測定傳感器信息和基準傳感器信息執行時域帶通濾波器過濾，并執行希爾伯特變換后，將帶通濾波器過濾信息設定為實數部，將希爾伯特變換信息設定為虛數部的實數部及虛數部設定步驟(S710);振幅及相位計算部152對借助實數部及虛數部設定部而設定的實數部和虛數部進行合計后，計算隨時間發生變化的振幅與相位的振幅及相位計算步驟(S720);振幅提取部153對于借助振幅及相位計算部計算的基準傳感器和測定傳感器的時間序列振幅，僅提取高于基準傳感器或者測定傳感器本身的噪音的振幅值的振幅提取步驟(S730);響應振幅譜比計算部154對于借助振幅提取部而提取的振幅，通過合計基準傳感器及測定傳感器的時間序列振幅值計算振幅比(測定傳感器/基準傳感器)來計算響應振幅譜比的響應振幅譜比計算步驟(S740);響應相位譜計算部155計算基準傳感器與測定傳感器的相位差(測定傳感器相位-基準傳感器相位)，并計算相位差的平均值和標準偏差值，在相位差值中在平均值中計算對于在標準偏差范圍內的相位差值的平均值來計算響應相位譜的響應相位譜計算步驟(S750)。S卩，實數部及虛數部設定部151在設定的帶通頻帶利用測定傳感器信息和基準傳感器信息執行時域帶通濾波器過濾，并執行希爾伯特變換后，將帶通濾波器過濾信息設定為實數部，將希爾伯特變換信息設定為虛數部(S710)。作為通過帶通過濾器(最小相位延遲過濾器或者零相位過濾器)的過濾及利用希爾伯特變換的響應譜制作程序，最低頻率從1/τ(τ :整體記錄時間)開始計算到最大頻率I/(2XXt)，將各頻帶增減頻率設定為1/T在理論上最為適當，但是考慮到計算時間，例如，在帶通帶小于IHz時將帶設定為I. 5/T，在IHz以上時將帶設定為O. 25Hz，從最低頻率到最大頻率反復地執行帶通過濾器及希爾伯特變換步驟。此后，振幅及相位計算部152合計借助實數部及虛數部設定部設定的實數部與虛數部后，計算隨時間發生變化的振幅和相位(S720)。此后，振幅提取部153相對于借助振幅及相位計算部計算的基準傳感器與測定傳感器的時間序列振幅，僅提取高于基準傳感器或者測定傳感器本身的噪音的振幅值(S730)，響應振幅譜比計算部154相對于借助振幅提取部提取的振幅，合計基準傳感器及測定傳感器的時間序列振幅值來計算振幅比(測定傳感器/基準傳感器)并計算響應振幅譜比(S740)。
此后，響應相位譜計算部155計算基準傳感器與測定傳感器的相位差(測定傳感器相位-基準傳感器相位)，計算相位差的平均值和標準偏差值，在相位差值中計算對于平均值中標準偏差范圍內的相位差值的平均值來計算響應相位譜(S750)。通過如上所述的步驟，按不同頻率取得根據頻率的響應譜。如上所述求得傳感器響應譜的方法同樣適用于對于一般地震觀測所噪音和地震觀測地震資料。圖6至圖7是用于修正利用根據本發明的一實施例的地震記錄儀的測定傳感器驗證系統的地震記錄儀修正的試驗執行程序圖。首先，頻道一連接基準傳感器，頻道二連接測定傳感器，執行第一個激振源的為圖6，頻道一連接測定傳感器，頻道二連接基準傳感器，執行第二個激振源的為圖7。圖8是用于修正利用根據本發明的一實施例的地震記錄儀的測定傳感器驗證系統的地震記錄儀的框圖。圖9是表示利用根據本發明的一實施例的地震記錄儀的測定傳感器驗證系統的地震記錄儀修正方法的流程圖。連接頻道一與基準傳感器，連接頻道二與測定傳感器后執行第一次激振(S1000)，一次響應譜比計算部180通過將包括基于第一次激振的與頻道一相連接的基準傳感器的振動信號的頻域變換和響應譜的測定值除以包括與頻道二相連接的測定傳感器的振動信號的頻域變換和響應譜的測定值來計算響應譜比(S1100 )。此后，相互變更傳感器頻道后執行激振(S1200)，二次響應譜比計算部185通過將包括與基于第二次激振的頻道一相連接的測定傳感器的振動信號的頻域變換和響應譜的測定值除以包括與頻道二相連接的基準傳感器的振動信號的頻域變換和響應譜的測定值來計算響應譜比(S1300)。此后，地震記錄儀響應取得部190將借助一次響應譜比計算部和二次響應譜比計算部計算的響應譜比相乘并進行1/2平方取得(頻道一的地震記錄儀響應/頻道二的地震記錄儀響應)(S1400)。對此進行詳細說明，如下。可以利用W-RA m 導出 Ζ x z=_此時，Z11 (W)=R1SaU1 (W):在基于第一次激振的頻道一測定的頻域值Z21 (W)=R2SbU1 (W):在基于第一次激振的頻道二測定的頻域值Z12 (W)=R1SaU1 (W):在基于第二次激振的頻道一測定的頻域值Z22 (W)=R2SbU1 (W):在基于第二次激振的頻道二測定的頻域值
但，R1 :一號頻道記錄儀響應，R2 :二號頻道記錄儀響應Sa :A傳感器響應，Sb :B傳感器響應U1 :第一次激振，U2 :第二次激振此時，將在上述地震記錄儀響應取得部取得的值，在從與頻道二相連接的傳感器測定的振動值乘以(頻道一的地震記錄儀響應/頻道二的地震記錄儀響應)來修正地震記錄儀。S卩，如果在上述導出的值乘頻道二的記錄值( / ),則可以執行對地震記錄儀的修正。
具體地說明，在從頻道二得出的地震記錄儀的值乘(頻道一的地震記錄儀響應/頻道二的地震記錄儀響應)，則在頻道一和頻道二得到的傳感器值計算為同一頻道一的記錄響應。記錄在各頻道的記錄儀值在頻域看,可視為“(頻道記錄儀響應譜X傳感器響應譜)X (地基振動譜)”。因此，如果求得與頻道記錄儀相關的響應譜比，取得實際頻道一的記錄儀響應則也可知頻道二的響應譜。—般地，記錄儀大部分提供為電壓/比特(voltage/bit)或者電壓/計數(voI tage/count),如果求得響應譜比則按不同頻率表示為規定的常數值。如上的內容的本發明所屬的技術領域的普通技術人員可以理解不對本發明的技術思想或必須的特征進行變更也能夠以其他具體的形態來實施。因此，應理解為以上記述的實施例是在所有方面例示的，而不局限于此。本發明的范圍比上述詳細的說明更取決于所附的權利要求書，應解釋為從權利要求書的意思及范圍以及其等價概念導出的所有變更或者變形的形態均包括于本發明的范圍。
權利要求
1.一種利用地震記錄儀的測定傳感器驗證系統，其特征在于，包括 激振裝置(200)，其對振動臺進行激振； 振動臺(300)，其設置有基準傳感器(400)及測定傳感器(45)，與上述激振裝置相連接，并在啟動激振裝直時激振； 信號線變換器(600)，其用于測定上述基準傳感器及測定傳感器的振動信號， 信號放大器(700)，其對在上述信號線變換器中變換的振動信號進行放大，并向地震記錄儀傳送放大的振動信號； 地震記錄儀(800)，其用于測定從上述信號放大器傳送的放大振動信號； 地震資料處理機構(100)，其計算在上述地震記錄儀中所測定的基準傳感器及測定傳感器的響應譜，將基準傳感器的振動信號變換為頻域，并將其修正為響應譜之后，對上述計 算的響應譜與修正的響應譜進行比較來判斷測定傳感器的正常與否。
2.根據權利要求I所述的利用地震記錄儀的測定傳感器驗證系統，其特征在于，上述地震資料處理機構(100)包括 基準傳感器頻域變換部(110)，其取得基準傳感器的振動信號，利用傅立葉變換將其變換為頻域； 響應譜修正部(120)，其用于通過將借助上述基準傳感器頻域變換部來變換的頻譜除以理論性響應譜或者已知的響應譜來修正響應譜； 同種傳感器判斷部(130)，其用于判斷基準傳感器及測定傳感器是否為相同種類的傳感器； 單位變換部(140)，其用于在基準傳感器與測定傳感器不是相同種類的傳感器時，以測定傳感器為基準，在頻域使用微分運算符或者積分運算符進行變換，以便具備相同的測定單位； 響應譜計算部(150)，其用于在基準傳感器與測定傳感器為相同種類的傳感器時，利用帶通濾波器過濾及希爾伯特變換來計算響應譜； 測定傳感器正常與否判斷部(160)，其用于對借助上述響應譜計算部計算的響應譜與借助響應譜修正部修正的響應譜進行比較來判斷測定傳感器的正常與否； 結果值輸出部(170)，其用于輸出在上述測定傳感器正常與否判斷部判斷的結果值。
3.根據權利要求2所述的利用地震記錄儀的測定傳感器驗證系統，其特征在于，上述響應譜計算部(150)包括 實數部及虛數部設定部(151)，其在設定的帶通頻帶利用測定傳感器信息和基準傳感器信息執行時域帶通濾波器過濾，并執行希爾伯特變換后，將帶通濾波器過濾信息設定為實數部，將希爾伯特變換信息設定為虛數部； 振幅及相位計算部(152)，其用于合計借助實數部及虛數部設定部而設定的實數部與虛數部后，計算隨時間發生變化的振幅和相位； 振幅提取部(153)，其對于借助上述振幅及相位計算部計算的基準傳感器和測定傳感器的時間序列振幅，僅提取聞于基準傳感器或者測定傳感器本身的噪首的振幅值； 響應振幅譜比計算部(154)，其對于借助上述振幅提取部提取的振幅，通過合計基準傳感器及測定傳感器的時間序列振幅值計算振幅比即測定傳感器/基準傳感器來計算響應振幅譜；響應相位譜計算部(155)，其用于計算基準傳感器與測定傳感器的相位差即測定傳感器相位-基準傳感器相位，計算相位差的平均值和標準偏差值，在相位差值中，在平均值中計算對于標準偏差范圍內的相位差值的平均值來計算響應相位譜。
4.根據權利要求I所述的利用地震記錄儀的測定傳感器驗證系統，其特征在于，上述地震資料處理機構還包括 一次響應譜比計算部(180)，其通過將包括與基于第一次激振的頻道一相連接的基準傳感器的振動信號的頻域變換和響應譜的測定值除以包括與頻道二相連接的測定傳感器的振動信號的頻域變換和響應譜的測定值來計算響應譜比； 二次響應譜比計算部(185)，其通過將包括與基于第二次激振的頻道一相連接的測定傳感器的振動信號的頻域變換和響應譜的測定值除以包括與頻道二相連接的基準傳感器的振動信號的頻域變換和響應譜的測定值來計算響應譜比； 地震記錄儀響應取得部(190)，其通過將借助上述一次響應譜比計算部與二次響應譜比計算部計算的響應譜比相乘并乘以1/2平方來取得頻道一的地震記錄儀響應/頻道二的地震記錄儀響應。
5.根據權利要求4所述的利用地震記錄儀的測定傳感器驗證系統，其特征在于，將在上述地震記錄儀響應取得部取得的值乘以從與頻道二相連接的傳感器測定的地基振動值即頻道一的地震記錄儀響應/頻道二的地震記錄儀響應來修正地震記錄儀。
6.一種利用地震記錄儀的測定傳感器驗證方法，其特征在于，包括以下步驟 通過啟動激振裝置來使振動臺振動的激振裝置振動掃描步驟(SlOO); 在地震資料處理機構取得借助地震記錄儀測定的基準傳感器及測定傳感器的振動信號的實驗信息取得步驟(S200)； 基準傳感器頻域變換部(110)取得基準傳感器的振動信號，利用傅立葉變換使其變換為頻域的基準傳感器頻域變換步驟(S300)； 響應譜修正部(120)在借助基準傳感器頻域變換部而變換的頻域除以基準傳感器的理論性響應譜修正或者已知的響應譜來修正響應譜的響應譜修正步驟(S400)； 同種傳感器判斷部(130)判斷基準傳感器及測定傳感器是否為相同種類的傳感器的同種傳感器判斷步驟(S500)； 在基準傳感器與測定傳感器為相同種類的傳感器的情況下，響應譜計算部(150)利用帶通濾波器過濾及希爾伯特變換計算響應譜的響應譜計算步驟(S700)； 測定傳感器正常與否判斷部(160)通過對借助響應譜計算部計算的響應譜與借助響應譜修正部修正的響應譜進行比較來判斷測定傳感器的正常與否的測定傳感器正常與否判斷步驟(S800)； 結果值輸出部(170)輸出在測定傳感器正常與否判斷部判斷的結果值的結果值輸出步驟。
7.根據權利要求6所述的利用地震記錄儀的測定傳感器驗證方法，其特征在于，在上述同種傳感器判斷步驟(S500)判斷的結果，基準傳感器與測定傳感器不是相同種類的傳感器時，執行單位變換部(140)以測定傳感器為基準在頻域中使用微分運算符或者積分運算符來變換為相同的測定單位的單位變換步驟(S600 )。
8.根據權利要求6所述的利用地震記錄儀的測定傳感器驗證方法，其特征在于，上述響應譜計算步驟(S700)包括以下步驟 實數部及虛數部設定部(151)在設定的帶通頻帶利用測定傳感器信息和基準傳感器信息執行時域帶通濾波器過濾，并執行希爾伯特變換后，將帶通濾波器過濾信息設定為實數部，將希爾伯特變換信息設定為虛數部的實數部及虛數部設定步驟(S710)； 振幅及相位計算部(152)對借助實數部及虛數部設定部而設定的實數部和虛數部進行合計后，計算隨時間發生變化的振幅與相位的振幅及相位計算步驟(S720)； 振幅提取部(153)對于借助 振幅及相位計算部計算的基準傳感器和測定傳感器的時間序列振幅，僅提取高于基準傳感器或者測定傳感器本身的噪音的振幅值的振幅提取步驟(S730)； 響應振幅譜比計算部(154)對于借助振幅提取部而提取的振幅，通過合計基準傳感器及測定傳感器的時間序列振幅值計算振幅比即測定傳感器/基準傳感器來計算響應振幅譜比的響應振幅譜比計算步驟(S740)； 響應相位譜計算部(155)計算基準傳感器與測定傳感器的相位差即測定傳感器相位-基準傳感器相位，并計算相位差的平均值和標準偏差值，在相位差值中在平均值中計算對于在標準偏差范圍內的相位差值的平均值來計算響應相位譜的響應相位譜計算步驟(S750)。
全文摘要
本發明涉及一種利用地震記錄儀的測定傳感器驗證系統及方法，更詳細地，涉及一種對新穎地震觀測儀器及老化的地震計的地震觀測測定資料或振動臺試驗資料進行時間區域帶通濾波器及希爾伯特變換來想要提高地震記錄儀的響應譜振幅及相位測定效率的利用地震記錄儀的測定傳感器驗證系統及方法。通過本發明對新穎地震觀測儀器及老化的地震計的地震觀測測定資料或振動臺試驗資料進行時間區域帶通濾波器過濾及希爾伯特變換來求得地震傳感器響應譜，由此提供用于提高振幅及相位測定準確度的效果。并且，可與所要測定的傳感器種類不相關地提供傳感器的特性，從而能夠改善需要引進同種傳感器的不便。
文檔編號G01V13/00GK102901994SQ20121017546
公開日2013年1月30日 申請日期2012年5月30日 優先權日2011年7月28日
發明者曺昌洙, 申寅撤, 樸廷昊 申請人:韓國地質資源研究院