Литвинова Э.В. Инструментальный анализ задачи

.
8, 2003 .
75
УДК 699.841
Э.В. Литвинова Крымский государственный инженерно-педагогический университет
Инструментальный анализ задачи восстановления входного сигнала
Л
В
и
Э
в
ти
.н
в
оа Рассмотрены конкретные примеры практического решения задачи восстановления входного сигнала методом
Линза и результаты численного решения, полезные для практического применения при измерениях. Анализ
проводился для сейсмоприемника СМ3-КВ. Используемые в работе сейсмометрический комплекс и пакет
программ многомерного анализа были разработаны в ходе выполнения научно-исследовательской работы по
математическому решению обратной задачи восстановления входного сейсмического сигнала. Данный способ
восстановления истинного движения почвы применим к записям отклика на импульс и сейсмического сигнала,
полученным с помощью любого сейсморегистрирующего устройства, с любым способом записи. Поэтому, при
изучении сейсмических воздействий на конструкции зданий и сооружений необходимо знать характеристики
сейсмических движений, которые определяются путём обработки сейсмограмм и акселерограмм землетрясений
обратная задача, входной сигнал, истинное движение почвы, алгоритм, сейсмоприемник, аналого-цифровой преобразователь, единичный скачек
Обратные задачи имеют определяющее значение для измерительной техники. Методы их решения разнообразны. Рассмотрим конкретные примеры практического решения задачи восстановления
входного сигнала методом Линза [1] и результаты
численного решения, полезные для практического
применения при измерениях.
Проанализируем результаты восстановления
входного сигнала, полученные с помощью сейсмометрического комплекса. Сигнал зарегистрирован
сейсмоприемником СМ3-КВ. В данном случае отклик на единичный скачок и велосиграмма были записаны сейсмоприемником (рис.1, 2), а входной сигнал («истинная сейсмограмма») - ёмкостным датчиком калибровочного стенда [2].
Рис. 1. Отклик на единичный скачок,
записанный сейсмоприемником СМ3-КВ (а)
и соответствующий ему спектр (б)
Рис. 2. Велосиграммы №№ 1-3, записанные
сейсмоприемником СМ3-КВ
Для рассматриваемого решения обратной
задачи сейсмометрии используются отклики на
импульсы, без опоры на значения отдельных
параметров приборов, т. е. применяется более
непосредственная схема, чем в других известных способах восстановления истинного движения почвы.
На рис. 3-5 приведены примеры применения данного алгоритма, которые дают представление о характере искажений, вносимых сейсмоприемником в исходный сигнал.
Сравнение рассчитанных спектров для
входного и восстановленного сигналов (рис. 3б,
5б ) дает основание полагать, что найденные
решения достаточно хорошо аппроксимируют
«истинные».
Но, при восстановлении сигнала с преобладающими высокими частотами (рис. 2 – сигнал № 2), был получен «плохой» результат
(рис. 4). Это объясняется тем, что часть спектра
данного сигнала лежит вне полосы пропускания сейсмоприемника СМ3-КВ (рис. 1б).
76
.
8, 2003 .
Рис. 3. Решение обратной задачи для сигнала
№1
Рис. 5. Решение обратной задачи для сигнала
№3
а) – em – исходная сейсмограмма №1, vz –
восстановленный сигнал; б) – соответствующие
спектры
а) – em – исходная сейсмограмма №3, vz –
восстановленный сигнал; б) – соответствующие
спектры
Рис. 4. Решение обратной задачи для сигнала
№2
а) – em – исходная сейсмограмма №2, vz –
восстановленный сигнал; б) – соответствующие
спектры
Используемые в работе сейсмометрический
комплекс и пакет программ многомерного анализа были разработаны в ходе выполнения научно-исследовательской работы по математическому решению обратной задачи восстановления входного сейсмического сигнала.
Особенность рассматриваемого пакета состоит в том, что он дает возможность получать
результаты решения прямой и обратной задач
сейсмометрии (интеграл свертки). Такой пакет
можно применять и в других областях, где необходим многомерный анализ экспериментальных данных.
Достоинства сейсмометрического комплекса:
1. Возможность обработки информации, полученной непосредственно от сейсмоприемников с помощью подключения аналогоцифрового преобразователя.
2. Оперативная корректировка и дополнение
программного обеспечения.
3. Возможность перехода на машинную обработку сейсмологической информации.
.
77
8, 2003 .
ВЫВОДЫ
1. Применение данной сейсмометрической методики анализа сейсмических записей и определение на основе
этого анализа входного сейсмического сигнала [3] является перспективным направлением в связи с внедрением в практику импульсной калибровки сейсмометрических каналов.
2. Экспериментальные расчёты показали хорошую работоспособность данного метода и принципиальную возможность его применения для обработки реальных
сейсмограмм с целью определения «истинного» движения почвы. При этом достаточно располагать только табулированным откликом на стандартный импульс
и табулированной исследуемой сейсмограммой. В этом
случае нет необходимости переопределять численные
значения параметров аппаратуры.
3. Данный способ восстановления истинного движения
почвы применим к записям отклика на импульс и сейсмического сигнала, полученным с помощью любого
сейсморегистрирующего устройства, с любым способом записи. Поэтому при изучении сейсмических воздействий на конструкции зданий и сооружений необходимо знать характеристики сейсмических движений,
которые определяются путём обработки сейсмограмм
и акселерограмм землетрясений.
4. В связи с этим актуальной становится задача получения
объективных энергетических оценок: энергии землетрясения, энергии колебаний в районе их расположения. В случае успеха это дало бы возможность добиться
максимальной эффективности решения комплексных,
межрегиональных проблем, обеспечивающих безопасность населенных пунктов, промышленных зон и ответственных сооружений при сейсмических воздействиях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бугаевский Г.Н., Литвинова Э.В. Универсальный метод
решения обратной задачи сейсмометрии // Геофизический журнал. – 2002. - № 1. Т. 24 – Киев - С. 120123.
2. Бугаевский Г.Н., Белов В.П., Смертенко З.Я., Балашов
Ан.В., Геращенко А.А. Стенд для испытаний и калибровки сейсмометрической аппаратуры // Доповiдi науково-технiчноi конференцii «Будiвництво в
сейсмiчних районах Украiни» 18-21 травня 1999 р. 1999 – Ялта - С. 221-226.
3. Литвинова Э. В. Разработка обоснованной сейсмометрической методики анализа сейсмических записей. В
сб. научных трудов: Строительство и техногенная безопасность. – 2002 - Вып. 6 – КАПКС - С. 249-259.