JG(地震)003-20243、地震烈度仪检定规程.docx

NG中国地震局部门计量检定规程JJGCm)0032024地震烈度仪SeismicIntensityInstrument202404-30发布2024-05-01群中国地震局发布JJg（地）0032024地震烈度仪检定规程VerificationRegulationofSeismicIntensityInstrument厂：:打JG（地震）00320241归口单位：全国地震专用计量测试技术委员会主要起草单位：中国地宸局地笈预测研究所中国地震局第一监测中心中国地震局工程力学研究所加起草单位：珠海市泰德企业有限公司北京港震科技股份有限公司本规程委托全国地裳专用计量测试技术委员会负责解释本短程主要起草人:薛兵（中国地震局地震预测研究所）赵立军（中国地震局第一监测中心）刘岸明（中国地震局第监测中心）壬宇欢（中国地震同工程力学研究所）罗新恒（珠海市泰德企业有限公司）周银兴（北京港震科技股份有限公司）刘佳悦（中国地震局第一监测中心）JJG(«)0032024目录引言III范困12引用文件I3术语I4概述25计量性能要求26通用技术要求27计量器具控制3附录A正弦波测试数据处理方法9附录B仪器地震烈度测算功能检查方法IO附录C地震烈度仪使用中检查方法12附录D地震烈度仪时间偏差检查方法14附录E地震烈度仪检定证书内页格式15附录F地震烈度仪检定结果通知书内页格式16引言JJF1002-2010国家计量检定规程编写规则、JJF1001-20”（通用计At术语及定义3共同构成支探本规程编制的基础性系列规范。本规程主要参考DB/T59-2015”也设观测仪器进网技术要求地燕烈度仪等进行编制。本规程为首次发布.地震烈度仪检定规程1范围本规程适用于地震烈度仪的首次检定、后续检定和使用中检查。2 引用文件本规程引用了卜列文件：JJF1156-2006振动冲击转速计量术语及定义GB/T177422020中国地震烈度表GB/T19531.1-2001地震台站观测环境技术要求第1部分：测震DB/T21-2007地质观测仪泯进网技术耍求常用技术参数表述与测试方法DB/T22-2020地震观测仪器进网技术要求地震仪DB/T59-2015地震观测仪器进网技术要求地靛烈度仪凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规程：凡是不注日期的引用文件,其域新版本（包括所有的修改堆）适用于本规程。3柳3 .1地震烈度仪seismicintensityinstrument监测地面振动并测算仪器地震烈度的专用仪器。3. 2仪罂地奏烈度instrumentalseismicintensity根据仪器观测记录得到的地面振动的强弱程度.3.3 地震烈度速报seismicintensityrapidreporting由地震观测数据快速测定和报送仪器地震烈度的过程。3.4 地部预警earthquakeearlywarning地震发生后，对即将到来的破坏性的振动进行预测和售报.3.5地熊动峰值加速度peakgroundaccclcration;PGA地震地步点运动加速度的最大绝对值.3.6地虐动峰值速度peakgroundVelocityiPGV地爬地质点运动速度的最大绝对值。3.7混会.领率分量aliasedfrequencyCOmPonCnt:AFCJJQ(地震)0032024使用比输入信号城高频率分量的2倍低的采样速率对输入信号进行采样时，在输出信号中产生的虚假频率分量。3.8 横向灵敏度transverseSensiiivity传感器在与其灵敏轴垂直的方向被激励时的灵敏度。3.9 横向灵敏度比transversesensitivityratio传感器或振动设备的最大横向灵敏度与沿灵敏轴方向的灵敏度之比，用白分数表示。4雌地爬烈度仪(以下简称烈度仪)以地面振动加速度作为观测量，一般内置将灵敏度微机电加速度计和数据采集器，可安装在地面和墙而使用，并通过网络传输安装场地垂直(UD)、东西(EW)、北南(NS)：.个方向的振动信号，多用手地震烈度速报和地震预警中.烈度仪输出的振动信号一般为数字量。5计量性能要求5.1加速度测量误差：应优于±5*(IHZ20Hz)。5.2 高端截止频率：应不小于40也。5.3 阻带衰减：应不小于46dB.5.4 幅值线性度：应不大2K5.5 横向灵敬度比：应不大于3.5l°5.6 噪声：应不大于IOm/Sl(0.1HZ20Hz)。6通用技术晏求6.1 外观要求烈度仪上应标出型号、出厂编号和安装方向标识，壳体应无明显的机械损伤。6.2 功能要求烈度仪应具有同时采集UD、EWsNS三个方向地振动加速度的能力，采样率可设置为50Hz.100HZ或200Hz,内置最小相位或线性相位泄波器，具备观测波形数据记录和传输、地震事件检测和事件触发信息传输、卫星或网络授时、TCP/IP网络接入等功能，具备运行日志记录和参数设置、运行管理等功能。6.3 测量范围要求烈度仪的测量范围应不小FT9.6ms1'19.6Ms?或-29.4m/s-9.8ms三(仅适用TUD方向)。6.4 烈度测算要求烈度仪应能然实现PGA、PGV及仪器地震烈度的测算和传输。事件触发期间测算地熊烈度，烈度偏差不超过02度。具备在事件触发期间计算不同方向的拟加速度和拟速度反应值（PGA值、PGV（ft.PGDfft、PSAo3、PSAIO、PSA30、PSV03、PSVIO、PSV30）的功能.6.5 时间偏差要求烈度仪应具有通过卫星授时（北斗系统、全球定位系统）或网络授时（NTP）与标准协调世界时（CTC）时间同步的功能，并以UTC时间标识采样数据的时刻。烈度仪与UTC时间的偏差应不大于O.1s。6.6 其他技术要求烈度仪生产厂家应给出测量范圉、频带范围等标称参数。如果输出量不是加速度，则应给出相应的转换因子。计量涔具控制包括：首次检定、后续检定和使用中检查。7.1检定条件7.1.1 检定环境条件7. I.1.1实验室环境条件环境温度:（23±3）C:相对湿度：75%:电源电压的变化不超过额定电压的±10%;检定现场应无强振源、强磁场的干扰及腐蚀性气液体。7.1.1.2噪声检定环境条件在0.01Hz-50Hz频带范围内，环境地动噪声有效值应不大于10，m/s2。7.1.2检定用标准器具7.1. 2.1绝对法振动标准装置绝对法振动标准装巴包括：激光测振仪、振动发生系统（垂直向和水平向振动台八测量系统（数据采集和处理设备）和必要的隔振基础，其测量范围应能覆盖被检烈度仪的测量范围.其不确定度应满足表1要求。表1纶对淘I时柝准装密一回坏名称测员范闱不确定度（k=2理率范第Urel葩时法振动标准装置痢率：0.1HZ120Hz:加速度：0.005ns,'30mst0.1Ik-120Ilz1%7.1.2.2低频振动试验台（选用）a）频率范围：5Hz-I（X）Hz;b）最大输出加速度：>2011sl;c）台面波形失真度：不超过±15%（f2OHz）,±IO%（f>2OHz）;<1）具备地选波模拟输出功能.7. 1.2.3参考加速度计G参考灵敏度误差：±3%:b）灵瞰度幅频误差：-0.3dB03dB（O.IHz-5OHz）;c）幅值线性度：1%:d）横向灵敏度比：2%.7.2检定项目首次检定、后续检定和使用中检杳的项目见表2。表2检定项目一览表序号项目首次检定后续检定使用中检查1外观及功能检告2测fit的国检Ifii3度测算检食-4时间偏差检查5加速度测量误差t6高沏被止频率7阻带衰瞰8幅侪纹性度9横向灵敏度比10啖再注：表中"+”为应检项目,为可不检项目.7.3 检定方法7.4 .1外观及功能检查依据6.1和6.2进行检杳，符合要求后，再进行以下各条的检查和检定.JJe（雉*）00320247.3.2测量范闱检查使用绝对法振动标准装置，将烈度仪刚性安装在振动台台面中心，使烈度仪的传感方向与振动台台面运动方向一致，并使烈度仪处于正常工作状态，采样率不小于100Hz,控制振动台进行正弦激振,在IoHZ频点处输出信号幅值应不小于标称测量范用的最大值。读取烈度仪输出波形，应无明显畸形，且峰值不小于测量范围的屈。对烈度仪的三个方向分别进行检查，检查结果应满足6.3的要求.7.3.3烈度测算检查依据附录B进行检查，检查结果应满足6.4的要求。7.3.4时间偏差检查依据附录D进行检杳，检查结果应满足6.5的要求。7.3.5绝对法低频振动检定7.3.5.1本方法适用于加速度测量误差、高端截止频率、阻带衰减、幅值线性度、横向灵敏度比的检定.a）使用绝对法振动标准装置,将被检烈度仪刚性安装在振动台台面中心，使烈度仪的传感方向与振动台台面运动方向致，并使烈度仪处于正常工作状态。b）按照表3控制振动台进行正弦激振，使用正弦遇近法计算振动台各频率点的振动加速度值.并测量被检烈度仪输出值。对被检烈度仪的UD*EW,NS三个传感方向应分别进行检定。注：本规程所列的振动信号幅度，均为正弦振动的加速度单峰值，正弦波测试数据处理方法见附录A。表3»动台*序号项目激振参数I加速度测盘误差振动频率5、10.20.30,35、60»90振动信号帕度：7ms,高端截止频率阻带衰M2帅位线性度振动频率：10Hz振动信号幅度（ms力：2、4、6、8.10.12、14、16.17.18.53横向灵坡度比振动频率：IOHz：«5动伯号帕度I7ms2注：1进行“加速度测Bt误差”“高端被止嫉率”“阻帝衰谶”检定时.烈度仪采样率一般设置为100Hz.如需对其他来样率进行检定，可根据需锭调整频率点.2“加通度测盘误垄”“高端截止频率”“阻带衰减”在首次检定时应很藕本表列出的全部振动既率,在后续检定时可只选择57个频点进行椅定3振动台输出的振动伯号IB度儡票应控制在±05n铲以内。4”帕值战性度”振动信号帕度可根据被检烈度仪浏求范仲迸行调整，7.3.5.2加速度测量误差、高端极止频率和阻带衰减的检定按照表3对激振参数进行检定，记录各频率点被检烈度仪输出加速度值y;和振动台输出加速度假a,并按照以下方法计克.加速度测量误差、高端被止频率和阻带衰减.a）加速度测量误差在1Hz、5Hz、10HZ和20HZ频率点，计算加速度测量误差见公式（D:中NgX100%1 a式中：C第i个频率点的加速度测量误差；y烈度仪第i个频率点的输出加速度值.m©W振动台第i个频率点的振动加速度值，ms1.IHZx5HzX10HZ和20HZ频率点的加速度测量误差应符合5.1的要求。b）高端截止频率和阻带衰减将各频率点被检烈度仪输出加速度值y;除以振动台输出加速度值ai.得到各频率点的加速度灵敏度系数见公式（2）:Si（2）,式中：S;烈度仪第i个频率点的加速度灵敏度系数：y烈度仪第i个频率点的输出加速度值.11s1;a振动台第i个频率点的振动加速度值，msj.根据公式（2）可进一步计算得到被检烈度仪的归一化灵敏度频率响应，见公式（3）:4=20XIgW式中：g烈度仪第i个猱率点的灵敝度频率响应，dB;S烈度仪第i个叛率点的加速度灵敏度系数：S参考频率点（一般取IOHZ）的烈度仪加速度灵极度系数。对于频率小于5.2要求的高端截止频率下限的频率点，其灵敬度顺率峋应的绝对值如果小于3dB,则认为高端截止频率符合5.2的要求。对于大于被检烈度仪高端截止频率（一般为采样率065倍）的频率点，计算灵敏度频率响应的相反数为阻带衰减.取多个频率点的阻带衰减最小值作为检定结果，检定结果应符合5.3的要求“7. 3.5.3幅值线性度的检定按照表3激振参数进行检定，分别测量各加速度点的烈度仪输出加速度，采用最小二乘法计算幅值线性度。Mln次测量的振动加速度a;和烈度仪输出加速度值yi,求出回归直线：Yi=yo+K×a;式中:y第i个振动加速度对应的烈度仪输出加速度值，m/y:8振动台第i个测盘点振动加速度值，ms2;K最小二乘法求出的回归系数：yr用及小二乘法求山的回归常数项，将各加速度点带入拟合公式，计算实测烈度仪输出值与拟合值的偏差，幅值线性度误差为：1.X肾巧1）x10.（5）式中：I福值线性度误差；y第i个测量点的烈度仪输出值，ms1;），：第i个测量点的烈度仪线性拟合值，三s1;FS烈度仪标称输出最大值，ms1.检定结果应符合5.4的要求。7. 3.5.4横向灵敏度比的检定按照表3激振参数进行检定，同时记录被检烈度仪三个正交的输出值，分别计算烈度仪与振动白台面运行方向正交的两个方向的灵敏皮系数,其与烈度仪传感方向的灵敏度系数之比即为该方向横向灵械度比，见公式（6）:TSR=3X100%式中：TSR一一烈度仪横向灵敏度比：Sr烈度仪横向灵敏度；S烈度仪传感方向的加速度灵敏度系数。取其他两个方向中TSR较大值作为检定结果，检定结果应符合5.5的要求。7. 3.5.5啾声的检定JJQQQ32。24聘被检烈度仪固定在环境地动噪声水平符合7.1.1.2要求的检定场地上，采样率不低于100Hz.记录不少于20min的数据，按照烈度仪标称转换因子将其记录数据转化为加速度测量值，单位为m/?。按照以下方法计算噪声：时域方法：对每个方向的数据进行频带为01Hz-20Hz的带通滤波（带通滤波器的倍频程衰减不小ri2dB）,对港波后的数据计算其均方根值作为相应方向的噪声.频域方法：计算每个方向数据的功率谱密度，再计算OjHZ-20HZ频带内噪声功率的有效值作为相应方向的噪声。噪声应符合5.6的要求.7.4 检定结果的处理经检定符合本规程要求的烈度仪发给检定证书，检定证书内页格式见附录E:经检定不符合本规程要求的烈度仪发给检定结果通知书，检定结果通知书内页格式见附录F.注明不合格项。注：器度仪三个传然方向计最性能均应满足本规程要求.7.5 检定周期地震烈度仪的检定周期一般不超过6年。检定周期内，使用堆位应参照附录C的方法，按照台站监测设备运维管理有关规定进行使用中检查，检查不合格的设备重新使用前应进行检定。附录A正弦波测试数据处理方法A.I宜接计兑正弦波振幅值的时域方法设正弦波测试序列为x;(i=O,1.,N-l),采样率为心在信噪比不小于40dB、测试信号频率不大J0.02fs的情况下，查找正弦波测试序列为Xi中的最大值x三x和最小值XnIin,则正弦波测试信号的峰值为(XmaX-Xmin)/2,正弦波的有效值为(XmaX-Xnlin)/J&A2正弦函数拟合方法设正弦波测试序列为X(i=OJ.,N-l).采样率为"在测试信号频率不大于OJfs的情况卜，使用以IqE弦函数模型公式进行最小二乘法拟合。公式凡2)为正弦函数拟合的误差函数定义。Xo(t)=A0sin(wot+0)+d0(A.I)P=iI1k-AOsin(io;+j-d0l2(A.2)式中：厂_采样周期，So拟合的过程就是寻找参数A。、w0so.d0的最佳取值，使误差函数P取极小值(其+可使ffl测试佶号频率，作为已知S)。根据拟合结果，正弦波测试信号的峰值;5o,有效值为A，2,正弦信号的频率为3/(2八)。A.3计算正弦波幅值的频域方法设正弦波测试序列为xn(n=0,1.N-l),采样率为氐测试信号的频率为心。若k=Nfofs为整数，则可使用以下傅里叶变换式直接计算正弦波峰值。4。=：X(k)=W&xne-M(A3)正弦波幅值的有效值为Ao附录B仪器地震烈度涌撑功能检查方法B.1按下列步Il进行烈度窝算检定a)将被检烈度仪与参考加速度计并列，刚性地安装在振动试的台台面上，保持两者的安装方位角一致：b)使用数据采集器记录参考加速度计的输出信号：c)使用由标准信号源产生的地震波模拟信号驱动试验台；d)检查并记录烈度仪的事件检测输出信息、PGA和MV的输出值以及仪泯地质烈度的测算值：e)对由参考加速度计测量的数据进行分析处理，计算仪器地震烈度的参考值。B.2地夏波试验数据a)送验数据可由强震动观测台站记录的强震加速度波形数据乘以增益因子生成：b)应选择不同地微的加速度观测数据和不同震中隹台站的加速度观测数据生成试验数据：C)试验数据应不少于3组，其最大峰值加速度振幅宜在0.2ms22()m2范用内选取不同的值。d)振动试脸台一般应具备：轴向振动输出能力，若为单轴向试脸台，则需对烈度仪的UD、EW、NS方向分别进行测试。若绝对法振动标准装置满足测试要求，可使用绝对法振动标准装置代替振动试验台.8. 3仪器地震烈度的计算流程B.3.I基线校正应对数据记录进行基线校正处理，宜采用地震事件记录时间过程减去地震事件前平静期记录的算术平均值方法，事前记录时间长度宜为10s。B.3.2记录转换加速度数据记录转换得到速度数据记录.B33数字滤波加速度和速度数据记录的每个方向均应采用数字戏波器进行0.1Hz-l()Hz带通源波。宜采用最小相位漉波器，泄波器通带波纹应小于05dB,波波器带外衰减应大于12dB/oct。B.3.4记录合成采用公式(B.1)计算三个方向合成加速度数据记录：a(t)=>a3(t)Ew+a2(0Ns+a2(l)uo(B.1)式中：a(t:)1.时刻点合成加速度值，m2;a(t;)rwI,时刻点灌波后东西方向加速度值.，ms2;a(t)ns-t.时刻点滤波后北南方向加速度值，m/s”砒加一1.时刻点滤波后垂直方向加速度值，单位为Wn采用公式(B.2)计算三个方向合成速度数据记录：v(t)=v2(ti)cw+v1(t)Ns+v2(tl)up(B.2)式中：v(l,)I,时刻点合成速度值，m/s;v()cw1,时刻点波波后东西方向速度值，m/s;v(t：)vsI,时刻点浊波后北南方向速度值，m/s;v(li)up一(.时刻点滤波后垂直方向速度值，in/s。8. 3.5计算三个方向合成数据记录的PGA和PGV采用公式(B.3)计算PGA.采用公式(B.4)计算PGV:PGA=maxa(t,)(B.3)PGV=max(lt)(B.4)式中：PGA合成加速度数据记录的最大值，ms2;PGV合成速度数据记录的最大值，m/s;a(t:)t,时刻点合成加速度值.ms,：V(4)1,时刻点合成速度值，bs.B.3.6烈度值计眯采用公式(B.5)计算IA,采用公式(B.6)计兑Iv:I4=3.17IgPGA+6.59(B.5)h=3.00logPGV+9.77(B.6)按公式(B.7)计算仪器测定的地鹿烈度I.结果可取小数点后一位有效数字。Jva6.0HJv6.0z,"(a+v)24<6.0*<6.0(B7)如11小于1.0,MKl.0：如11大于如.0,取12.0.B.4结果判定a)对由参考加速度计测量的数据进行分析处理，得到PGA、PGV和仪器地震烈度的参考值。b)检查烈度仪输出的事件检测信息，并将烈度仪输出的PGA值、1»GV值、仪器地震烈度测免值与试验过程中相应的参考值进行对比，仪器烈度测算值与参考烈度值的偏差般应不大于0.2。附录C地It测度仪使用中检查方法对于地震台站连续运行的烈度仪，可在台站现场进行加速度测量误差的检杳。可在台站现场临时中断烈度仪观测，使用地球重力法进行（静态）加速度测量误差的检查，或使用振动台比较法进行加速度测量：误差的检查。当有地震事件发生时，可通过观测设备响应波形对地震事件作用范围内的烈度仪加速度测量误差进行检杳。上述方法可视情况选择使用。C.1加速度渊量误差的检查（地球力法）C.1.1测试设备水平测试平台，台面尺寸2200mmX200mm,可进行台面调平，配备刻度不小于10,2n的水准器，C.I.2测试方法将水平测试平台安置在烈度仪观测现场，并调平测试平台台面.临时中断烈度仪观测，将烈度仪拆卸后，在仪器通电工作状态下，分别将烈度仪机壳的六个外接触面紧密能近在水平测试平台台面上，静置并记录六个姿态下各不少于IOs的数据，计算各姿态卜烈度仪各传感方向加速度测量值的平均值作为睁态加速度测量结果。对丁烈度仪UD、EW、NS：个传感方向，分别计尊传感方向与测试平台台面垂直的两个姿态下烈度仪该方向群态加速度测量结果绝对值的平均值,该值与地球重力加速度（取98ms2）的相对误差即为烈度仪该传感方向的（静态）加速度测量误差测试结果。C.I.3测成结果判别使用地球全力法进行加速度测量误差检杳时，被测烈度仪的（静态）加速度测量误差应优于±8C.2加速度制量误差的检查（振动台比较法）C.2.I测试设备a）低频振动台（便携式）：频率范国不小于1Hz20Hz1最大位移2100mm,最大峰值加速度I9.6ms2,振动台总质RW30kg,最大负载能力25kg,台面尺寸2200mm×200mmb）（参考）加速度计:频率范用不小于1Hz-20Hz,最大峰值加速度219.6m®.参考灵敏度误差优于±3%,参考灵敏度年稔定度C.2.2测试方法将参考加速度计和被测烈度仪刚性地安装在低频振动台台面中心，保证被测烈度仪、参考加速度计的传感方向与振动总台面运动方向一致。控制振动台在1Hz、5Hz,1（）Hz.20HZ频率点分别进行正弦激振，每个频率激振时间不少于10s,激振加速度幅度一般为被测烈度仪最大加速度测量范围的"2（当振动台输出不足时，可减小激振幅度），计算各频率点被测烈度仪的输出加速度测量值与参考加速度计的输出加速度测量值的相对误差，即为该频率点的加速度测量误差.时于烈度仪的三个传感方向，应分别进行测试。C.2.3测试结果判别使用振动台比较法进行加速度测量误差检查时，被测烈度仪的加速度测量误差在】Hz、5Hz.IOHz、20HZ顺率点应优于±8%。C3加速颇!1谀差的检查电访怫应计算方法）当地避事件（含人工熊源、天然地段）发生时，可对作用范围内的观测设备响应波形进行处理,判断仪器是否正常工作，并分析观测设备的安装误差（方位角等）和响应偏差（灵敏度、相位等），估计加速度测盘误差。附录D地震烈度仪时间偏差检查方法D.1时间偏差的检查使用绝对法振动标准装置和参考加速度计进行测试，振动信号频率范用为5Hz15Hz,信号幅度宜为5m&2。a）将烈度仪和参考加速度计同时固定在振动台上，参考加速度计的模拟输出连接到数据采集器。b）数据采集器采用标准时钟授时；烈度仪采用标准时钟、NTP时间服务器或卫星授时接收机等授时。c）烈度仪的采样率和滤波器应与数据采集罂同样设置。待烈度仪和数据采集器均与标准时间同步后，启动振动台输出正弦测试信号。C）设置烈度仪记录采集数据，同时记录数据采集器的采集数据。D.2数据处理与判定a）数据截取。分别按照烈度仪和数据采集活记录数据中的时间信息，截取包含扫频信号的相同时间段的数据，截取数据段的长度不少于10s。b）计党它们的互相关。读取互相关最大峰值偏离中心位置的采样点数，该采样点数与采样周期的乘枳即为烈度仪和数据采集涔之间的时间偏差，可视为烈度仪的时间偏差测试结果.C）测试结果应不大rois.JJQ(*)0032024附录E地Xl烈度仪检定证书内页格式送检单位检定地点制造厂型号规格出厂编号检定项目1 .外观及功般检查2 .测量范用、烈度测算、时间偏差检查3 .加速欧测量误差4.高端频率/Hz加速度(ms2”度仪输出/(ms?)加速度测Tft说炬N我止频率和阻带衰域频率/Hz加速度/(/£?烈度仪输出nb归化频率响应dB高端截止频率2Hz阻带衰减(1B5.幅值线性度%频率/Hz加速度/(msl响应阴值戏性偏差6.横向灵敏度比频率/Hz传咯方向灵敏度正交方向灵敏度横向灵敏度比/%7.噪声ms2(0.1Hz20HZ)检定环境条件：温度：相对湿度：其他：注：烈度仪冬传感方向检定结果应分别列出。酎录F地震烈度仪检定结果通知书内页格式送枪单位检定地点制造厂型号规格出厂编号经检定，该地凝烈度仪具仃以下不合格项：序号检定项目规程指标实测指标需注检定环境条件：温段：相对®度：其他：Ie