关键词：机械摆;;固有频率;;频带范围;;有限元建模;;拓扑设计
摘 要：力平衡反馈式地震计是地震观测系统的重要组成部分,有效频带范围是其关键性能指标。为了获得更多的有用地震信号,拓展地震计有效频带范围成为研究热点。地震计的频带范围由机械摆固有频率和反馈电路共同决定。本文主要研究采用降低机械摆固有频率的方法拓展地震计的频带范围。将有限元建模与仿真引入到地震计机械摆固有频率研究中,建立了力平衡反馈式地震计机械摆的有限元模型,仿真分析了机械摆敏感元件对其一阶固有频率和二阶固有频率的影响规律,明确了敏感元件几何尺寸与机械摆固有频率之间的数值关系。基于拓扑计算对机械摆结构进行了拓扑设计,并对新型拓扑结构的地震计进行了固有频率测试与频带范围测试。与传统结构机械摆地震计相比较,新型拓扑结构机械摆地震计一阶固有频率从6Hz降低到5Hz,二阶固有频率从46Hz提高到88Hz,频率差值从40Hz增到83Hz;在0.5cm/s的速度激励下,新型拓扑结构机械摆地震计在0.5Hz处输出电压响应4.58V,相同激励下传统结构地震计在0.5Hz处输出电压响应为3.59V,在1Hz处输出电压响应为4.64V,对比频带测试曲线表明,新型拓扑结构机械摆地震计的有效频带范围起点降低了50%,频带范围拓宽了0.5Hz。
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