Page 211 - 《应用声学》2023年第3期

第 42 卷 第 3 期 靳伯骜等： 地表振动传感器质量对水平耦合谐频的影响 649

3.2 针对传感器质量的对比实验 凸出，此外，图6(b)中LC0161的相位谱在800 Hz处
为了对比传感器质量对水平耦合谐振频率的 陡然下降，这些现象表明 LC0161 的耦合谐振频率
影响，使用了 LC0161 与 PCB353 两种不同质量的 约为 800 Hz。实际应用中，若使用 LC0161 采集高
加速度计，在相同条件下进行了两组实验，如图 5所 于 800 Hz 的信号，需要使用更长的尾锥进行固定。
示。两组实验中，测点与振源的距离均为 25 cm，并 考虑到实验场地地表为冻土，其剪切模量远大于非
在该位置插入三齿的铝制工装。实验 1 中，LC0161 冻土情况 [13] 。因此，非冻土情况下土壤与工装之间
通过螺钉与铝制工装连接，如图 4(b) 所示。实验 2 的等效水平刚度 K e 更低，其耦合谐振频率将低于
中，将 PCB353 通过双面胶与铝制胶带安装于铝制
800 Hz。
工装上，以此采集m = 2 g时的本地加速度。
图 6(a) 中所有谱线在 600 Hz 附近均出现类似
初步实验表明，激振器、功率放大器以及土壤
共振峰的形状，该共振峰与图 3(a) 中的共振峰出现
均存在不同程度的非线性行为，因此使用不同频率
的频率较为接近，需结合实验中的现象进行分析。在
的正弦信号进行激励，激励频率为 25∼1600 Hz，步
单频激励实验过程中，当激励频率小于 550 Hz 时，
长 25 Hz，单频信号持续时间为 4 s。与仿真部分相
现场均无显著可听声。但当激励频率超过 550 Hz
同，激振器磁芯位移与传感器本地位移分别记为 u s
与 u a ，所对应的加速度记为 ¨u s 与 ¨u a 。为了消除功 时，激振器发出十分显著的可听声。自750 Hz起，可
放与激振器的频响特性的影响，对比了两组实验中 听声的强度随激励频率增加而减小。这表明振源在
¨ u a /¨u s 的幅度与相位差，分别绘制于图6。 600 Hz 附近发生共振，致使图 6 中各曲线在 600 Hz
图 6(a) 中，LC0161 的幅度比在 800 Hz 处明显 附近发生波动。

Ch. 1 PCB353 Ch. 1 PCB353
Ch. 2 LC0161-y Ch. 2 PCB353
u s

7 cm 7 cm
u a
z z
25 cm x 25 cm x
19 cm y 19 cm y

(a) ࠄᰎ1 (b) ࠄᰎ2
图 5 实验 1 与实验 2 的示意图
Fig. 5 The diagram of the Experiment 1 and Experiment 2

10 -1 0

10 -2 -4
|u a/u s| 10 -3 ⊲⊲ arg(u a/u s)/rad
⊲⊲ -8
⊲⊲
⊲⊲
10 -4 -12
ࠄᰎ1 LC0161-y ࠄᰎ1 LC0161-y
ࠄᰎ2 PCB353 ࠄᰎ2 PCB353
10 -5 -16
0 400 800 1200 1600 0 400 800 1200 1600
ᮠဋ/Hz ᮠဋ/Hz
(a) ࣨएඋ (b) ᄱͯࣀ

图 6 实验 1 与实验 2 中，x = 25 cm 处加速度计与参考加速度计的幅度比与相位差
Fig. 6 Amplitude ratio and phase difference between the accelerometer at x = 25 cm and the
reference accelerometer in Experiment 1 and Experiment 2