強震動觀測儀器面臨的機遇和挑戰(zhàn)1

于海英 周寶峰 王家行 馬新生張同宇 徐 旋 胡振榮

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強震動觀測儀器面臨的機遇和挑戰(zhàn)1

于海英1，2）周寶峰1，2）王家行1，2）馬新生1，2）張同宇1，2）徐 旋1，2）胡振榮1，2）

1）中國地震局工程力學研究所，哈爾濱 150080 2）中國地震局地震工程與工程振動重點實驗室，哈爾濱 150080

本文介紹了國內外強震儀、力平衡加速度計、烈度計、MEMS加速度儀等強震動觀測儀器的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，概述了強震動記錄中典型異常波形產生的原因和力平衡加速度計的儀器響應誤差及校正，建議了解決強震儀器缺陷的措施，分析了強震儀在強震動觀測發(fā)展中面臨的機遇和挑戰(zhàn)。研究結果如下：①進行強震動記錄異常波形的研究是有針對性改進現(xiàn)有強震儀存在問題的很好途徑；②早期數(shù)字強震儀（力平衡加速度計頻帶范圍0至30Hz）獲取的強震動記錄應進行儀器校正；③應跟蹤強震動觀測新方法和相關領域新技術，發(fā)展MEMS加速度儀和光纖加速度儀等新型儀器。

強震儀 力平衡加速度計 烈度計 MEMS加速度儀 強震動記錄異常波形 儀器響應誤差

引言

強震動觀測、震害調查、振動試驗是地震工程研究的3大重要途徑，其中強震動觀測技術是地震工程得以發(fā)展的重要基礎，強震儀是強震動觀測系統(tǒng)的核心儀器，強震儀與強震動觀測技術方法相輔相成，相互促進。強震動記錄是強震儀產出的重要基礎數(shù)據(jù)，對于研究地震動與結構反應特性，確定引起結構破壞的地震動參數(shù)，以及建立這些參數(shù)與震級、距離、場地條件之間的關系，最終為場地的地震動預測和結構抗震設計提供數(shù)據(jù)支撐，尤其是大地震中高質量的強震動記錄對于地震工程學發(fā)展的研究意義重大。通過對這些數(shù)據(jù)的分析研究，能夠推動結構抗震設計、烈度速報及地震預警等方面的研究工作。

本文詳細回顧了國內外強震動觀測儀器的發(fā)展歷史，分析了不同時期強震動觀測的發(fā)展對強震儀的需求，研究了強震動記錄中典型的異常波形及力平衡加速度計的儀器響應誤差及校正，分析了強震儀在強震動觀測發(fā)展中面臨的機遇和挑戰(zhàn)，為改進現(xiàn)有強震儀存在的問題和新型強震儀的研制提供一定的參考。

1 歷史與現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的地震儀器發(fā)展于19世紀并完善于20世紀，用于測量強震動的儀器于20世紀30年代才得以發(fā)展。1929年，日本東京召開了世界地震工程大會，會上美國學者約翰·弗里曼和日本學者末廣恭二教授強烈呼吁設計和制造記錄強震動的儀器。1931年，在美國土木工程學會的報告會上，末廣恭二教授第一次提出了關于“工程地震”的術語，為了有效地設計抗御地震的結構，強調了直接測量強震動記錄的重要性。1931年，美國地質調查局（USGS）得到美國國會科研基金的資助用于完成國家強震動計劃，其中包括加速度計的研發(fā)。1932年，美國研制成功了世界上第一臺強震儀（內置加速度計），這是現(xiàn)代強震儀的開始。第一批儀器布設于洛杉磯地區(qū)，并于1933年3月10日的長灘地震中獲得第一條強震動記錄，這標志著現(xiàn)代地震工程的誕生（Trifunac，2009）。

1.1 強震儀

美國、日本對于強震儀的研制工作最為活躍。20世紀70年代，美國先后研制出第一代SMA-1型光記錄式強震儀，第二代SMA-2型和SMA-3型模擬磁帶記錄式強震儀，但是，都存在記錄動態(tài)范圍小、記錄不完整等缺點。20世紀80年代，美國又研制出第三代DSA-1型和PDR-1型數(shù)字磁帶強震儀，但是存在誤觸發(fā)、需要專門回放設備等問題。不久，美國又推出了SSR-1型固態(tài)存儲式數(shù)字強震儀，視為第四代強震儀。該儀器可將地震模擬信號通過A/D轉換為數(shù)字信號存儲在SRAM存儲器里，只需與計算機的串口相連就可以回收數(shù)據(jù)。20世紀90年代，美國又先后推出K2型及大動態(tài)范圍的固態(tài)數(shù)字存儲強震儀（段向勝等，2010）。21世紀初，美國凱尼公司推出ETNA型強震儀，近幾年又先后推出Basalt型、Obsidian型強震儀。這2種型號強震儀較前幾代在系統(tǒng)上有跨越式的發(fā)展，采用嵌入式系統(tǒng)結構，被稱為可進行二次開發(fā)的數(shù)字強震儀。Obsidian型相較于Basalt型其主要升級特性有以下幾方面：①數(shù)據(jù)傳輸方面，Obsidian選擇低延時傳輸模式時可實現(xiàn)最快0.1s一個數(shù)據(jù)包，而Basalt僅能做到1s一個數(shù)據(jù)包；②存儲能力方面，Obsidian最大可升級到32G；③Obsidian采用USB接口，可直接與PC或筆記本電腦連接。

日本在工程領域的強震動觀測始于20世紀50年代。1948年福井地震使研究者深刻意識到進行強震動觀測的必要性。1951年，由教授、研究人員和工程技術人員組成的強震加速度計委員會開始研制強震儀。1953年，SMAC型強震儀研制成功。1995年7月，日本政府頒布實施了《地震災害預防特別法》，根據(jù)該法案規(guī)定，日本政府開始更新地震觀測系統(tǒng)，新安裝了大量強震儀。其中，日本防災科學技術研究所（NIED）布設了1034臺強震儀，構建了全國范圍的地震觀測網(wǎng)絡K-net（Kyoshin network）；NIED同時也在建設Kik-net（KIBAN kyoshin network）強震動觀測網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡是Hi-net（High-sensitivity seismograph network）的子網(wǎng)，由安裝在地表和井下（深度超過100m）的660個強震動觀測臺站組成。為了計算日本氣象廳地震烈度和增強近實時數(shù)據(jù)通信功能，NIED研制了新型強震儀（K-NET02），如果強震儀監(jiān)測到地震發(fā)生，將會自動在幾十秒內與通信數(shù)據(jù)管理中心聯(lián)系。此外，測量范圍由2000gal增加到4000gal，模數(shù)轉換動態(tài)范圍是132dB（Kashima，2000）。

中國地震局工程力學研究所（以下簡稱工力所）是中國強震動觀測的牽頭單位。1962年3月，廣東新豐江水庫誘發(fā)了6.1級強震，為了研究裂縫產生的機理并給出應對措施，工力所于1966年研制成功了RDZ-12-66型多道電流計記錄式強震加速度儀，先后在全國布設了數(shù)百個固定和流動臺，迄今已取得數(shù)百條質量較好的記錄（李沙白，1987）。后來，水利水電科學研究院研制了SG-68型電流計式強震儀。80年代，工力所和地震儀器廠合作研制生產了GQIII和GQIIIA型三分量直接光記錄式強震儀，性能和美國SMA-1相當（謝禮立等，1984）。1988年，工力所成功研制SCQ-1型數(shù)字磁帶記錄式強震儀。90年代末，工力所又成功研制GDQJ-I型和II型數(shù)字強震儀，“九五”大量布設到首都圈強震動臺網(wǎng)以及金沙江梯級水電站強震動臺網(wǎng)。另外，水利水電科學研究院也組織研制生產了適用于水庫大壩結構的EDAS-A型、EDAS-B型三通道和六通道數(shù)字強震儀，布設在十幾個大壩上，并獲得150余條加速度記錄。隨著數(shù)字強震動觀測技術的迅速發(fā)展，強震儀逐漸由傳統(tǒng)膠片模擬記錄方式過渡到數(shù)字記錄式，大大加快了數(shù)據(jù)處理分析的速度，同時也增強了數(shù)據(jù)的可靠性。由于數(shù)字強震儀具有動態(tài)范圍大、頻帶寬、預存能力強、絕對時標精度高等特點，并可遠程控制和實時數(shù)據(jù)通訊（高光伊等，2001），在中國得到了很大的發(fā)展。2008年5月12日發(fā)生的汶川地震更加刺激了數(shù)字強震儀的研制，如北京港震B(yǎng)BAS-2型、珠海泰德TDA-33M型。同時，國際上的一些新品牌也在涌入中國市場。例如美國凱尼的Basalt型、Obsidian型強震儀，美國Reftek公司的130-SMA/9型強震儀。

1.2 力平衡加速度計

數(shù)字強震儀系統(tǒng)已在世界各國強震動觀測和重大生命線工程監(jiān)測中廣泛使用，數(shù)字強震儀一般都采用力平衡式加速度計，只有少量強震儀采用速度計。早在20世紀80年代初美國凱尼公司就生產了力平衡式加速度計FBA-3型和FBA-13型等；工力所也研制生產了DCJ型伺服式加速度計和RLJ型差容式力平衡加速度計。經過幾十年的發(fā)展，力平衡式加速度計的性能不斷地完善和提高，且體積和重量越來越小。目前中國強震動臺網(wǎng)使用最普遍的加速度計主要有：①20世紀90年代工力所研制生產的SLJ-100型（王家行等，1997），技術指標達到國際先進水平，性能穩(wěn)定可靠，目前國內市場占有率達90%以上；②21世紀后美國凱尼公司生產的ES-T型。以上2種力平衡加速度計頻帶的擴展使得現(xiàn)今的數(shù)字強震儀系統(tǒng)能夠在具有工程意義的頻率范圍內記錄到可靠的地震動信息。一般來說，對于頻帶范圍為0至80Hz或100Hz（如SLJ-100和ES-T）的力平衡式加速度計不作儀器頻率響應特性校正（于海英，2007）就能滿足工程抗震感興趣的頻率范圍要求。然而，早期的力平衡式加速度計頻帶范圍仍較窄（0至30Hz），這種儀器的強震動記錄應該進行儀器校正（于海英，2006），利用該文獻提出的儀器校正方法，經過儀器校正處理的加速度時程在工程抗震感興趣的頻率范圍（0至50Hz）沒有高頻失真現(xiàn)象，滿足了工程抗震的要求。儀器校正對低頻誤差影響不大，低頻誤差校正為糾正數(shù)字強震動記錄中基線漂移，結果可提高強震動記錄的質量和應用價值。

1.3 烈度計與MEMS加速度儀

為了在破壞性大地震時能夠獲得大量地震動數(shù)據(jù)，需要布設大量的強震儀。但是，強震儀系統(tǒng)價格較高、難以到處布設。因此，地震工程學家很早就提出了研制和布設價格低廉、維護方便，能夠隨處布設的烈度計。早期的烈度計功能簡單，只需提供儀器地震烈度和峰值加速度值等地震動強度的參數(shù)，不需要記錄地震動的全過程。1995年日本兵庫縣南部地震后，日本氣象廳開始將原來的人為判定烈度改變?yōu)橛脙x器來測定烈度，至1996年4月，共布設了約300臺烈度計，2004年布設數(shù)量增加到600臺。日本Rion公司的SM-26型烈度計頻帶為0—40Hz，測量范圍為0.015—2000gal。2006年日本消防廳發(fā)布了新一代烈度計標準，要求測量范圍增大到3000gal，分辨率增加到20位，時間系統(tǒng)采用GPS同步。日本System公司根據(jù)新標準生產了SDP-1000型烈度計，這種烈度計有多個警報輸出接點，可以設定發(fā)布警報的峰值加速度值、烈度值、譜烈度（SI）值或這些參數(shù)的組合，并且還可以與機器、廣播和攝影設備等相連接，用來及時關閉機器、引導人員避難。顯然，這種新型烈度計的技術指標與一般的強震儀已沒有很大差別，價格也失去了低廉的優(yōu)點（周雍年，2011）。隨著微電子機械系統(tǒng)一體化技術（MEMS）的迅速發(fā)展，英國Guralp等公司都設計并推出了新型的MEMS地震儀器。斯坦福大學研究人員設計并委托一家德國公司生產了便攜型MEMS地震加速度儀，用于強震臺網(wǎng)的布設。一些研究提出MEMS技術可以應用于強震觀測。美國USGS的科研人員設計并實現(xiàn)了一個基于MEMS簡易加速儀的觀測臺網(wǎng)（曲明哲，2014）。在我國，珠海泰德公司生產的TAG-33M/53M一體化加速度儀，采用了24位大動態(tài)范圍（>131dB@ 200Hz），頻帶0—200Hz，測量范圍0—2g。臺灣吳逸民教授與三聯(lián)科技公司合作研制出基于MEMS技術、體積輕巧的Palert型地震P波感測儀，吳教授經5年多分析了各國地震資料，研究出地震S波與P波的對應關系，在P波發(fā)生后前3s檢測到地震參數(shù)，在S波危害抵達前即可發(fā)出地震警報達到預警的功能。與傳統(tǒng)的強震儀相比，MEMS加速度儀具有體積小、成本低、可靠性高、易于集成和實現(xiàn)智能化等特點，近年來此技術更多地應用于地震烈度速報和預警。

2 強震動記錄中異常波形分析及解決強震儀器缺陷的建議

部分強震動記錄中存在的數(shù)據(jù)異常值給研究帶來了不利影響，為此，總結分析一些典型的奇異波形，為強震儀的設計、改進、使用提供一定的參考（于海英等，2008；李小軍等，2009；周寶峰，2012）。圖2所示為記錄首部尖刺問題，出現(xiàn)該問題的原因可能是強震儀在記錄事件前緩存內容銜接錯誤或緩存清空不徹底造成，屬于儀器軟件問題，或者由于外部供電出現(xiàn)紋波造成儀器內部供電突變引起毛刺噪聲，建議存在上述問題的廠家完善強震儀軟件和儀器供電單元的性能。圖3所示為記錄尾部尖刺問題，該問題可能是由于強震儀在記錄數(shù)據(jù)結束后，在數(shù)據(jù)尾部寫入了一組多余數(shù)據(jù)造成的，建議存在上述問題的廠家完善強震儀軟件。圖4所示為具有等間距的毛刺現(xiàn)象，通過時間軸對比發(fā)現(xiàn)，毛刺幅值都是12.75/cm·s-2，毛刺頻率在1Hz左右，而且只有垂直向出現(xiàn)毛刺，可能是由于該分量混入1Hz噪聲所引起，建議增強強震儀的抗干擾能力，采取有效的儀器接地措施。圖5的非對稱波形現(xiàn)象可能是由于“蹦床效應”造成，也可能是加速度計“卡擺”所致，建議檢查有非對稱波形現(xiàn)象的臺站儀器墩是否符合建臺要求，同時取回加速度計在低頻振動臺上進行檢測。圖6所示的加速度基線漂移可能是由于“卡擺”造成，或者是地震過程中儀器墩的傾斜造成傳感器零點偏移所致，建議檢查有加速度基線漂移的臺站儀器墩是否在地震中有嚴重傾斜，同時取回加速度計在低頻振動臺上進行檢測。圖7的波形插入式鏡像現(xiàn)象可能來源于儀器軟件缺陷所致，造成該問題的可能原因是強震儀在記錄事件前緩存寫入不正確或保存記錄事件時截取的緩存位置不正確（朱建剛等，2006），建議存在上述問題的廠家完善強震儀軟件。另外，在近年的強震中，存在GPS時鐘失效、記錄儀和加速度計故障、同一個臺站中2個通道有記錄而另一個通道無記錄等現(xiàn)象，建議觀測人員分析故障原因，需到現(xiàn)場解決的及時開展現(xiàn)場巡檢，取回有故障的儀器進行檢查或交與生產廠家排除故障。

通過對異常數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)強震儀中數(shù)據(jù)處理、緩存以及存儲部分設計的可靠性將直接影響事件記錄的準確性，對數(shù)據(jù)記錄的質量有重要影響。研究人員在對2013年1月23日遼寧燈塔5.1級地震強震動記錄進行零線調整和儀器校正后，原始加速度峰值平均減小約20%，表明儀器有一定零漂現(xiàn)象存在（梁永朵等，2015）。因此，儀器出現(xiàn)故障或產出異常波形時，首先應分析原因，屬于強震儀軟件或硬件問題的應送回生產廠家檢測，加速度計應定期進行檢查標定，避免儀器由于長期缺乏維護而導致“卡擺”、“零漂”過大等問題造成記錄不準確。

3 機遇和挑戰(zhàn)

30多年來，固態(tài)數(shù)字強震儀在強震動觀測方面取得了巨大成果，日本防災科學技術研究所（NIED）在1995年阪神地震后布設了間隔為25km的K-NET和KIK-NET強震動觀測臺網(wǎng)（Toshihide，2000），在2011年3月11日發(fā)生的日本東海大地震中獲得多條PGA大于1g的加速度記錄。1990年，中國臺灣完成了SMART-1臺陣的布設，并且在1999年9月21日的集集地震中獲得了大量高質量的強震動加速度記錄。國家強震動臺網(wǎng)自場站均使用三通道數(shù)字強震儀，強震動儀分別使用GDQJ-II、GDQJ-1A、GSMA-24IP、Etna、K2、GSR-18、MR-2002等7種型號的數(shù)字強震儀，傳感器大部分使用SLJ-100型力平衡式加速度計，只有少部分Etna內置傳感器采用ES-T型力平衡加速度計（于海英等，2009）。國家強震動臺網(wǎng)專用臺陣均使用多通道數(shù)字強震動儀。上海環(huán)球金融大廈，北京昌平體育路等6個結構臺陣均使用MCMS型64通道中心記錄式數(shù)據(jù)采集器、SLJ-100力平衡加速度計，通海三維場地影響臺陣使用K2型六通道數(shù)字強震動儀和ES-DH（SBEPI）深井加速計（周雍年，2011）。這些臺站（陣）在2008年正式運行以來，特別是在“5·12”汶川大地震中獲得了大批強震動記錄（中國地震局災害防御司，2008）。這些記錄對研究近場地震學及地震工程學具有重要意義。

因地震烈度速報和預警臺網(wǎng)以及不斷涌現(xiàn)的大型建筑結構對于強震動觀測的需要，強震儀迎來了新的發(fā)展機遇。2008年的汶川8.0級特大地震，由于缺乏較為可信的烈度速報系統(tǒng)，延誤了部署搶險救援的最佳時機（喻畑等，2013）。因此，從防震減災的需要出發(fā)，在一次大震發(fā)生時，人們不僅需要盡早知道地震發(fā)生地點和震級大小，而且同時也要知道地震動強度（烈度）的分布情況，正是這些需求刺激并推動了大震快速反應系統(tǒng)的發(fā)展。強震數(shù)字技術的發(fā)展使得在大震發(fā)生時迅速提供大震的全部信息成為可能。幾種儀器的烈度算法在汶川地震與蘆山地震中，其可靠性得到了比較，研究者們認為在未得到更多強震數(shù)據(jù)的檢驗前，建議采用袁一凡（1998）提出的儀器烈度算法，或利用譜烈度值確定儀器烈度的算法，或利用加速度反應譜值確定儀器烈度的算法（王玉石等，2013）。中國地震局于2015年3月1日發(fā)布了《儀器地震烈度計算暫行規(guī)程》，如果將儀器烈度計算方法固化到烈度計中，則會給我國的地震烈度速報工作帶來很大的便利。何先龍等（2010）介紹了一種提高單孔法剪切波速測量精度的新方法——多重互相關函數(shù)法，如果將該算法固化到強震儀中，則可便于為強震動臺站提供場地信息。

隨著強震動觀測方法的不斷創(chuàng)新和多樣化發(fā)展，在儀器性能、種類方面提出了更高要求，對新型儀器的需求十分迫切。例如：用于三維地震動理論研究的井下觀測技術需要大動態(tài)、高靈敏度、具備智能定位、密封性很高的井下加速度計；扭轉地震動理論研究需要能夠記錄扭轉分量的觀測技術和設備；結構健康監(jiān)測系統(tǒng)需要強震動觀測系統(tǒng)具有時鐘同步、多通道記錄、無線傳感器等功能，將相關算法固化到儀器中實現(xiàn)系統(tǒng)的高度自動化和智能化的新技術將使得地震后建筑物或構筑物的健康狀況得以快速評估，結構可能遭受的損壞程度可迅速通過布設在建筑關鍵部位的傳感器臺陣獲得記錄并得以判斷；重大工程的地震報警和預警系統(tǒng)需要強震動觀測系統(tǒng)具有高時效性、高可靠性、高準確性等，近年來我國高速鐵路試驗線地震預警監(jiān)測設備大都選擇了低延時傳輸數(shù)據(jù)數(shù)字強震儀（如美國Obsidian型、國產TDE型等），達到快速應急處置的需求。在強震動觀測方法不斷創(chuàng)新及地震工程需求多樣化的刺激下，強震儀也正向多功能、智能化、嵌入式開發(fā)等方向發(fā)展。

國家“十二五”防震減災規(guī)劃體系之GH/2-09——地震科技規(guī)劃就明確提出：開展新型傳感技術和高精度便攜數(shù)字地震觀測技術的研究，提高地震觀測技術水平；開展地震烈度與預警一體化傳感器技術研究，為地震預警能力建設提供技術支撐。開展井下和結構觀測強震動觀測技術研究，為場地與建構筑物的抗震設防研究提供觀測技術支撐。強震儀的發(fā)展進步給強震動觀測注入了新的活力，使之從為科學研究服務為主拓展至為社會防震減災服務。高質量的強震動觀測數(shù)據(jù)不僅僅助力于科學研究的基礎資料，而且將有效地用于減輕地震災害的實踐（李沙白，1998）。鑒于目前使用的強震動觀測儀器還存在著測量靈敏度、帶寬及動態(tài)范圍受限等諸多問題，作者與哈爾濱工程大學苑立波教授合作申請的國家自然科學基金資助項目“光纖地震監(jiān)測機理及其關鍵技術研究”，提出了以光波長作為測量基準，利用光纖干涉位移度量方法代替了傳統(tǒng)的電子位移轉換裝置，實現(xiàn)了無需轉換地質形變和振動的直接測量，具有超高分辨率、超寬測量頻帶和超大動態(tài)范圍。該項目探索研究了一種基于光纖干涉型的地震加速度記錄儀（苑立波等，2008），有望替代傳統(tǒng)加速度計，成為新一代強震動觀測信息獲取和地球物理研究的重要測量手段。光纖地震測試技術能夠突破靈敏度、帶寬、動態(tài)范圍的綜合性能極限，替代傳統(tǒng)的地震監(jiān)測方法。

另外，便于攜帶、體積小、高度智能化，達到成本與系統(tǒng)觀測性能指標之間的最佳平衡，如用于地震烈度速報和預警的MEMS加速度計的研究、批量生產以及臺網(wǎng)布設是強震儀器的發(fā)展重要方向。未來強震儀應該保證現(xiàn)場設備具有自診斷與簡單故障處理的能力，加速度計能夠自動調平和指北，減小強震儀器放置的方向誤差，同時便于操作，并可以將相關診斷維護信息送至強震動臺網(wǎng)中心，便于用戶查詢、診斷并掌控強震儀的運行狀態(tài)，便于快速排除儀器故障，縮短維護、停測時間，減少維護工作量并節(jié)約維護成本，保證強震動臺網(wǎng)的高效運行。

4 結論

本文綜述了強震儀器由模擬到數(shù)字化的演變過程，表明強震儀器正在由單一功能到多功能智能化發(fā)展，同時，近年我國將投入大量經費建設國家烈度速報與預警臺網(wǎng)，這對強震動觀測儀器研發(fā)來說既是機遇也是挑戰(zhàn)。抓住這一難得的機遇，研制出適應我國臺網(wǎng)建設需求的可靠性、時效性和智能化都很高的儀器，以滿足重大工程監(jiān)測、烈度速報和預警等方面的需求是推動我國強震動觀測發(fā)展的必然趨勢。為此，研究表明：①進行強震動記錄中異常波形的研究能夠發(fā)現(xiàn)和有針對性地改進現(xiàn)有強震儀存在的問題；②早期數(shù)字強震儀頻帶范圍較窄（0至30Hz），強震動記錄應進行儀器校正，結果可提高強震動記錄的質量和應用價值；③應跟蹤強震動觀測新方法和相關領域新技術，研制適合我國強震動觀測應用所需要的新型儀器，如加強MEMS加速度儀和光纖強震儀的研制，提高強震動觀測技術水平，迎接強震動觀測發(fā)展中面臨的機遇和挑戰(zhàn)。

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Opportunities and Challenges of Strong Motion Observation Instruments

Yu Haiying1, 2)，Zhou Baofeng1, 2)，Wang Jiahang1, 2)，Ma Xinsheng1, 2)Zhang Tongyu1, 2)，Xu Xuan1, 2)and Hu Zhenrong1, 2)

1) Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration, Harbin 150080, China 2) Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, China Earthquake Administration, Harbin 150080, China

The development history of strong motion instruments, force-balance accelerometers, seismic intensity meter and MEMS accelerometers is described, and typical abnormal waveforms in strong motion records and instrument response errors correction for force-balance accelerometers are analyzed in brief, then challenges and opportunities of strong motion instruments are studied. The measures to solve the defects of strong motion instruments are suggested. The results are showed as following: (1) it is a good way to promote the development of strong motion instruments by studying abnormal waveforms in strong motion records; (2) for force-balance accelerometers with the band range from 0 to 30Hz, strong motion records obtained by early digital strong motion instruments should be corrected by instrument response; (3) new methods and technology in strong motion observation should be tracked, and new instruments (MEMS accelerometers and Opticalfibre accelerometers) should be developed to meet the demands of our country.

Strong motion instruments; Force-balance accelerometers; Seismic intensity meter; MEMS accelerometers; Strong motion records abnormal waveforms；Instrument response errors

1基金項目 中央級公益性研究所所長基金項目（2014B02）、國家科技支撐計劃項目（2014BAK03B01-06）、黑龍江省自然科學基金面上項目（E2015069，E2015070）和國家自然科學基金項目（51308517，41174161）

2016-08-08

于海英，男，生于1962年。研究員。主要從事強震動觀測與數(shù)據(jù)處理技術等方面研究。E-mail：haiyingyu@126.com

周寶峰，男，生于1978年。博士，副研究員。主要從事強震數(shù)據(jù)處理與地震動特性等方面研究。E-mail：zbf166@126.com

于海英，周寶峰，王家行，馬新生，張同宇，徐旋，胡振榮，2017．強震動觀測儀器面臨的機遇和挑戰(zhàn)．震災防御技術，12（1）：68—77．doi：10.11899/zzfy20170107