擺式地震儀:目前在中國的基準地震台上，廣泛使用帶動圈換能器的擺式地震儀。 -百科知識中文網

公元前132年，東漢時期的張衡發明了侯風地動儀，布設在洛陽，138年記錄到發生在甘肅省內的一次地震，可以說這是人類歷史上第一台地震儀。1875年，義大利人FilippoCecchi發明了放大倍數僅2倍的兩分向地震儀。1881年，日本人JohnMilne等研製成功了三分向熏煙式記錄的三分向擺式地震儀，運行期間記錄到1880年11月3日的一次日本地震。1898年維歇爾特研製了了帶阻尼的地震儀，記錄信號的頻寬有了進一步提高。1906年，俄國人B.伽利津成功地研製出第一台電磁式地震儀，並首次引入了電流計記錄。1922年，J.A.Anderson和H.O.Wood設計了伍德.安德森扭力地震儀，擺的自由周期為0.8秒，放大倍數為2800倍。1930年貝尼澳夫研製出變阻地震儀，放大倍數達20萬倍。1935年拉科斯特在長周期垂直向地震儀中發明了零長彈簧。

地震儀器

記錄地面振動的儀器。地面運動是由質點的移動矢量的3個分量和繞質點3個轉動量來確定的。在離震源較遠處，當地震波通過時，由於波長比質點運動的振幅大得多，故轉動量很小。因此到目前為止，通常僅記錄移動的3個分量，而在震源附近，則除記錄移動的3個分量外，尚需記錄3個轉動量。由最弱到最強的天然地震,以及各種人工爆炸和其他干擾所引起的地面運動，其頻率範圍約在 0.0003～100赫之間，振幅變化範圍可達 109 。因此需要設計不同類型的地震儀，以滿足各方面的需要。就基本原理而言，目前廣泛使用的是擺式地震儀。
　

儀器原理

擺式地震儀用來測量大地和一個同大地松耦合的慣性質量間的相對運動。為記錄這種相對運動，在低倍率或低靈敏度的地震儀中，常採用簡單的機械槓桿或光槓桿放大。在高倍率或高靈敏度地震儀中，則利用換能器（動圈式、電容式、磁阻式等）將機械量轉換成電量後，採用電流計放大或電子放大器放大。目前在中國的基準地震台上，廣泛使用帶動圈換能器的擺式地震儀。一個裝在擺上的線圈,可在與機架（固定於地面）相連結的磁系統所形成的氣隙磁場內運動。產生的電動勢，或推動一個帶鏡片的電流計線圈，而後用光學的方法將線圈的偏轉量記錄在照相紙上，或輸入電子放大器內進行電壓的功率放大，以推動記錄裝置進行熱敏記錄或墨水記錄。
擺式地震儀的運動方程是

擺式地震儀地震儀器

式中x為擺的位移；z為地面位移；ε0為擺的阻尼常數；ω0為擺的固有頻率。若已知地面位移z,則當給定擺的參數後，即可由上式算出擺的位移x。反之,可由擺的位移x求得z。例如，設z=Asinωt，A為最大振幅，ω為地面作穩態正弦運動的圓頻率，於是就可得到擺式地震儀的振幅頻率特性

擺式地震儀地震儀器

和相位頻率特性

擺式地震儀地震儀器 ,

選擇不同的ε0和ω0, 就可得到各種所需的振幅頻率特性和相位頻率特性。例如，若取ε0≈0.7ω0，則在ω大於ω0的頻率範圍內，U≈1，該地震計為位移計。在ω小於ω0的頻率範圍內，U將隨ω2而增大，該地震計稱為加速度計。若取ε0=10ω0，則在ω為0.1ω0至10ω0的頻率範圍內，U將隨ω 而增大，該地震計稱為速度計。

地震儀的類型

由於地面運動的頻率範圍很寬，振幅變化範圍也很大，大地常時振動(干擾和脈動)的振幅也隨頻率而異，故不可能用一個地震儀將所有的地面運動都記錄下來。為此就需選用各種不同的記錄頻率、不同的靈敏度或放大倍數的地震儀（見圖）。低放大倍數的加速度計可用於在震源區記錄強震。高放大倍數的短周期地震儀可用於在地震活動區內記錄微震。放大倍數在千、百倍級的寬頻帶中周期地震儀可用於記錄近震。千倍級的長周期地震儀用於記錄遠震。超長周期地震儀用於記錄地球的自由振盪。在鬆軟的沉積層覆蓋很厚的地區，在大工業城市附近，地面上短周期（小於 1秒）干擾很大，但隨深度衰減很快。因此在這類地區，為觀測微震，就需選用高放大倍數的井下短周期地震儀。

新技術在地震儀中的套用

從20世紀60年代中期開始，在地震儀中引入了許多新技術，從而提高了地震儀的各項性能指標。採用電子放大和負反饋相結合的技術，構成一個成閉環的反饋地震儀，不僅能很方便地改變地震儀的各項參數，並能在很大程度上提高這些參數對周圍環境變化的穩定性，擴大了能保證有一定記錄精度的動態範圍。例如在加速度計的擺上安裝差分電容換能器，其輸出經電子放大後反饋到裝在同一擺上的動圈換能器，產生“電彈簧”效應，提高了擺的固有頻率，擴大了記錄頻帶。同時由於負反饋，使擺的零位的變化範圍很小，故提高了線性度和記錄精度。又如採用電子放大將裝在短周期或中周期擺上的動圈換能器的輸出放大後，經微分電路反饋至另一個動圈換能器，這樣就能增長擺的固有周期，延伸了記錄頻帶的長周期部分，同時也避免了在長周期地震儀中所常遇到的零位漂移問題。
70年代以來發展起來一套地震台陣和地震台網所使用的新技術。這套技術是採用有線或無線(包括衛星)通信方法，將台網內無人值守觀測點上的地震儀所拾取的模擬地震信號,經放大或轉換成數字,再經調製後傳輸到一個記錄處理中心,進行模擬可見記錄和磁帶記錄,並送入電子計算機進行自動實時處理或脫機處理，來提取所需要的信息。它為地震學的研究提供了大量的基本數據。在流動地震儀、地震勘探用地震儀和各種海底地震儀（自浮式、拋錨式和電纜式等）中，廣泛使用微處理機、自動調節量程和數字磁帶記錄技術。用微處理機來判別和檢測地震事件並控制數字磁帶機的啟停，將有用的地震信號經模數轉換器轉換成數位訊號，按電子計算機所要求的編排格式記錄在磁帶上，可提高磁帶的利用率，節省保存磁帶的空間和維護費用。自動增益調節和數字磁帶記錄大大地超過了以往各種記錄設備的記錄精度和動態範圍，同時也為進一步輸入電子計算機處理提供了很大的方便。（參見彩圖）

李善邦 (1902～1980)

正文中國現代地震學家。1902年 10月2日生於廣東興寧縣,1980年4月29日卒於北京。1925年畢業於南京東南大學物理系。1930年在北平西北郊鷲峰建成中國自建的第一個地震台──鷲峰地震台，並編輯出版了《鷲峰地震月報》和《鷲峰地震專刊》。抗日戰爭爆發後，李善邦轉到西南地區進行地球物理勘探工作，成為中國物探界少數先行者之一。這時期他曾探測過攀枝花鐵礦，並寫出了最早的正式報告。他還指導了此地區的地磁三要素測量工作,直至50年代,繪製成中國第一幅地磁圖。1943年在四川北碚試製成水平擺式地震儀，並用於觀測，建成中國內地惟一的地震台。中華人民共和國成立後又對水平擺式地震儀進行了改進，用此裝備了西安、包頭等20個城市的地震台,構成台網。以後在他指導下製成基爾諾斯式和哈林式地震儀,使地震台設備達到新的水平。李善邦曾參加中國歷史地震資料的整理工作，編輯了《中國地震目錄》和分縣地震目錄，並總結出一公式把歷史上記載的地震烈度和震級聯繫起來。這項工作獲得1982年自然科學三等獎。他曾主辦地震訓練班，並在高等院校講授地震課，培養了地震幹部和專業人才。他晚年著有《中國地震》一書。劉希強研究員簡介

劉希強研究員

1964年8月生，1988年畢業於山東師範大學物理系，1991年獲國家地震局蘭州地震研究所碩士學位，同年參加工

作。1999年10月獲中國科學技術大學理學博士學位。2003年3至6月期間在英國愛丁堡大學地質與地球物理系開展合作研究。2006年1-7月在台灣國立中正大學攻讀博士後。2005年5月入選“中國地震局優秀人才百人計畫”。現為山東省地震台網中心主任、研究員，中國地震局蘭州地震研究所固體地球物理學專業碩士研究生兼職指導老師，中國地球物理學會信息技術第二屆委員會常委，《華北地震科學》和《災害學》雜誌社編委，中國地震學會地震學專業委員會和構造物理專業委員會委員，山東省地震局科技委員會委員，山東省地球物理學會理事。