编制说明
1、制定的必要性
近年来，我国在地震烈度速报与预警技术研究与示范应用方面取得了重要进展。在国家科技支撑项目“地震预警与烈度速报系统的研究与示范应用”支持下，研发了地震预警、烈度速报、地震参数自动速报、大震烈度速报等四大系统，并在福建省和首都圈地区进行了试验示范。“国家地震烈度速报与预警工程”已进入立项评审阶段，可行性研究正在有序推进。工程拟利用5年左右时间建成由5000余个地震台站组成地震烈度速报与预警系统，实现全国范围地震烈度速报和覆盖华北地区、南北地震带地区、东南沿海地区和新疆西北部地区的地震预警，将显著提高我国的地震监测能力。
地震烈度速报与预警系统包括强震动信号观测和宽频带微震信号观测，涉及多个层次的震动观测仪器：地震烈度仪、加速度计、宽频带地震计和数据采集器。即将建设的“国家地震烈度速报与预警工程”新建和改造的地震观测台站较多，需要装备大量的观测设备。 在国家地震烈度速报与预警工程中，所有专业观测台站，包括基准站和基本站，均计划配置加速度计。目前存在的问题主要是：不同生产厂家生产的加速度计性能相近，但标准不统一，不能直接代换。行业
标准DB/T 10－2001对加速度传感器的主要技术性能和功能要求作了规定，其中部分技术指标，如灵敏度、测量范围等列出了可选项，频率响应缺少误差控制，输出信号允许单端和平衡差分两种方式，这些因素虽然在技术上是合理的，但在应用中将导致符合行业标准但存在差异的不同加速度计不能直接代换使用，应用于“国家地震烈度速报与预警工程”，将对系统的运行维护带来运行参数维护的技术复杂性、备机储备的多样性等困难，导致维护技术要求的提高和维护成本增加。
宽频带地震计应用于国家地震烈度速报与预警工程中的基准站。目前存在的主要问题是：参数离散性大，导致每个观测台站都要维护自己的传递函数和灵敏度参数；接口连接器和信号定义不一致。这些因素不仅影响观测质量的提高，也对台站建设和运行维护产生影响。目前我国测震观测系统中应用较多的有港震公
司的BBVS-60（120）、英国Guralp公司的CMG-3ESPC等国内外厂家生产的宽频带地震计。这些地震计均采用了位移换能力平衡反馈技术，输出信号与地动速度成正比，观测频带典型值为0.0083Hz～50Hz（甚宽频带），或者0.0167Hz～50Hz （宽频带），其中低频拐点频率只与反馈电路参数有关，与机械摆参数几乎无关，且低频端的频率特性呈现为典型的2阶高通特性。由于测震观测中的实际观测频带在长周期频段远远超出了所用宽频带地震计的低频端拐点频率，在应用测震数据时，常常需要进行传递函数扣除，对低于地震计低频拐点频率频带的记录信号进行校正。另外，该类型地震计还具有摆锤零位监控信号输出——实际上是从反馈环中引出的另一个具有严格传递函数的长周期加速度观
测量，只是一般应用中，由于该信号输出受环境温度变化影响较大而不作为观测信号进行记录，超宽频带地震计，例如STS-1、JCZ-1，则作为LP信号进行记录；在地震计控制方面，这类地震计大多具有四项控制功能：锁摆、开锁、摆锤平衡位置调零、标定信号电路通断控制。因此，对位移换能力平衡反馈宽频带地震计来说，在1mHz至40Hz的主要观测频带内规定地震计频率特性的标准值是可行的，统一地震计的观测参数和控制方式也是合理的，如此，则可实现具有等同性能不同来源的宽频带地震计的直接互换，将降低未来国家地震烈度速报与预警系统中测震台站维护的技术复杂性和备机的多样性，减轻测震台站维护的负担。
远震观测和区域地震观测的要求有所不同。远震观测一般由台间距较大的、长周期地震波记录能力更好的台站承担，对宽频带地震计的长周期噪声和稳定性有更高的要求。区域地震的观测侧重于地方微震，宽频带地震计的长周期噪声的要求可以放宽一些，以降低设备费用和台站建设费用。因此，根据不同的用途对宽频带地震计提出不同的技术要求，更能够适应应用需求。在行业标准DB/T22—2007中，对地震计的技术要求没有进行分级，对地震计低频端的频率特性要求也没有提出确定的参数。因此，有必要为国家地震烈度速报与预警系统测震台站建设制定宽频带地震计的技术要求。
“国家地震烈度速报与预警工程”涉及测震和强震观测两类仪器。测震观测方面，我国在固定观测台站使用较多的数据采集器有港震公司的EDAS-24IP、珠海泰德公司的TDE-324CI等，在强震观测方面使用较多的数据采集器有美国凯尼公司的ETNA以及工力所的GDQJ-2等。在国家地震烈度速报与预警系
统中，
无论测震观测、还是强震观测，均需要实时传输观测数据，且对从信号采样到台网中心数据接收的延时有严格要求，最好控制在1秒以内，而目前测震和强震观测中所用的数据采集器实时数据流输出延时均比较大，一般在2秒以上，从信号采样到台网中心数据接收的延时可达3～８秒。数据采集技术近年来发展较快，基于24位AD转换技术和网络技术的数据采集器已经得到了广泛应用，且基于网络的观测数据传输已经普及，其它数据传输方式正在逐渐消失。而行业标准DB/T10-2001对数字强震仪的数据采集单元提出的技术要求还是基于16位ADC 的，数据传输是基于RS-232接口和电话线MODEM技术的，没有考虑基于网络的数据传输。行业标准DB/T22-2007对测震数据采集器提出的技术要求虽然基于24位ADC，但功能要求较为简单，没有针对位移换能力平衡反馈宽频带地震计提出摆锤零位监控要求及地震计控制功能要求。DB/T22-2007中虽然提到了数据采集器应具有网络接口和TCP/IP联网功能，但缺少有关网络数据传输和远程控制的进一步约束。综上所述，现有技术标准有关数据采集器方面的技术要求已经不能满足“国家地震烈度速报与预警工程”建设需要。
基于MEMS技术的加速度传感器近年来发展迅速，动态范围已达100dB，测量范围接近DB/T10-2001对加速度传感器的要求，采用MEMS加速度计的强震动观测仪器已经应用于大地震预警观测和地震烈度估计。这类观测仪器具有成本低、安装要求不高、维护简单等特点，适合于高密度布设，提高区域地震预警和地震烈度速报的能力。由于MEMS加速度计应用面非常广泛，面向不同应用的MEMS加速
度计具有不同的技术参数，测量范围有很大的差别，对于观测大地震引起的地面震动观测来说，目前的MEMS加速度计动态范围不够大，自身噪声较高。为了保障该类观测仪器能够在区域地震预警和地震烈度速报方面发挥出积极的作用，保证不同来源的观测仪器的数据产出具有一致性和可比性，需要对该类观测仪器提出统一的技术要求。在本标准中，该类仪器定义为地震烈度仪。
2、国内外概况
在强震动观测方面，我国已建成了布设在21个地震重点监视防御区内的1,154个固定自由场强震动观测台，布设在北京、天津、兰州、乌鲁木齐、昆明五个大城市、由310个速报子台组成的地震动强度（烈度）速报台网，布设在国
家地震重点监视防御区内的12个强震动观测专用台阵。福建地区已初步建成由125个台站组成的地震烈度速报与预警示范系统。
威廉姆斯上述系统中应用的加速度计主要有美国凯尼公司的ES-T型力平衡加速度计、中国地震局工程力学研究所SLJ-100型力平衡加速度计等。表1列出了国内外常见的力平衡加速度计的部分主要技术指标，这些加速度计大多也用于我国的自由场强震动观测。
表1 几种力平衡加速度计部分主要技术指标
法律关系本座说
型号生产厂家频带范围量程动态范围灵敏度供电方式
ES-T 美国凯尼0～200Hz 0.25g、0.5g、
1g、2g、4g
＞140dB
1.25V/g～
40V/g
±12V
msdn
SLJ-100 工力所0～80Hz 2g ＞130dB 1.25V/g
互联网信息服务管理办法2.5V/g
±12V
BBAS-2 港震0～100Hz 2g ＞130dB 2.5V/g
5V/g
9V～18V
CMG-5T 英国
Guralp
0～100Hz
0.1g、0.5g、1g、
2g
＞120dB 5V/g 10V～36V
TDA-33M 泰德0～200Hz 2g ＞140dB 2.5V/g 9V～18V
表1所示各厂家的加速度计的量程、灵敏度和供电方式并不统一，部分厂家提供了用户可选的量程设置，部分厂家声称可根据用户需求提供不同量程和灵敏度的产品。
除常规的力平衡加速度计之外，为石油勘探开发的高灵敏度MEMS加速度计的主要技术指标也基本符合DB/T 10－2001对加速度传感器的要求，如SF1500和SF1600，其动态范围120dB，量程3g，频带上限大于1000Hz；我国中科院上海微系统与信息技术研究所传感技术重点实验室也在研发类似的MEMS传感器。
在测震观测方面，我国已建成了由国家测震台网和区域测震台网构成的测震观测网，共有152个国家测震台站和800个左右的区域测震台站。除个别采用井下观测的台站外，其余测震台站均装备了宽频带地震计和深宽频带地震计，部分国家测震台站装备了超宽频带地震计。所用地震计的型号主要有：JCZ-1型超宽
频带地震计、CTS-1型甚宽频带地震计、BBVS-60（120）宽频带地震计、CMG-3ESPC宽频带地震计等。表2列出了几种宽频带地震计的主要技术指标。
表2 几种宽频带地震计主要技术指标
型号生产厂家频带范围灵敏度限幅电平结构特点痔血胶囊
STS-2.5 美国凯尼 120s～50Hz 2×750Vs/m 13mm/s 采用三个相同结构的倾斜悬挂的摆，需坐标变换到EW、NS、UD
CTS-1 武汉力泉 120s～50Hz 2×1000Vs/m10mm/s EW、NS、UD三分项一
体
药膳论文BBVS-60
BBVS-120 港震60s～40Hz
120s～40Hz
2×1000Vs/m10mm/s EW、NS、UD三分项一
体
CMG-3ESP CMG-3T 英国
Guralp
60s～50Hz
100s～50Hz
2×1000Vs/m10mm/s EW、NS、UD三分项一
体
T-120 T-240 加拿大
Nanometrics
120s～175Hz
240s～200Hz
2×600Vs/m 15mm/s
采用三个相同结构的倾
斜悬挂的摆，需坐标变换
到EW、NS、UD
如何降低长周期噪声，提高温度稳定性是位移换能力平衡反馈宽频带地震计的设计难点，长周期噪声
指标好的宽频带地震计的制造成本和市场价格相对较高。图1为2010年美国USGS对目前国际上几种常见宽频带地震计进行噪声测试的结果——各个地震计噪声加速度功率谱（垂直向），可见，不同型号地震计的噪声不同，各地震计的噪声加速度功率谱在0.1Hz～1Hz呈现出低值，且噪声功率谱随频率的升高或降低均增加。图1的测试结果和各个厂家给出的地震计噪声指标，以及我国在用宽频带地震计的自噪声测试结果，将是本标准制定地震计分级技术要求的依据。
（a）测试得到的最小值（b）平均值
图1 地震计的加速度噪声功率谱
