自由振盪

地球自由振盪的研究已成為探查地球內部結構的重要手段之一.影響地球自由振盪的因素有很多,如地球物理學結構橫向不均勻性及徑向不均勻性、地球自轉、地球橢率、地球內部各向異性、非彈性性以及震源機制性質,還有地球外界如引潮力等.

中文名稱	自由振盪
英文名稱	free oscillation
定　　義	完全由儲存在系統中的能量產生的振盪。
套用學科	電力（一級學科），通論（二級學科）

基本介紹

• 中文名：自由振盪
• 外文名：free oscillation
• 定義：由儲存在系統中的能量產生的振盪
• 套用學科：電力一級學科，通論二級學科

地球自有振盪

許多理論研究結果表明,地球自由振盪可以變換分解為一些特定的頻率,稱為地球的本徵頻率.與它對應於兩種本徵振盪:(1)球型振盪,地球作球型振盪時,其質點位移既有徑向分量,也有水平分量.這種振盪能引起地球內部物質密度的變化,從而能引起重力位勢的變化,所以重力儀、應變地震儀和長周期地震儀等均可記錄到這種振動,並且這種振盪能在整個地球內部傳播.(2)環型振盪,地球作環型振盪時,各質點只在以地心為球心的同心球面上振動,位移無徑向分量,地球介質只產生剪下形變,無體積變化,由於地球的重力場不受其擾動,所以重力儀一般是記錄不到這種振盪的,但是能記錄到一些特殊地震(如2004年印尼大地震等)激發的環型振盪,並且這種振盪不能在液核中傳播.

影響地球自由振盪的各種因素

地球內部很多因素都會影響到地球自由振盪譜形態,如地球結構橫向不均勻性及徑向不均勻性、地球旋轉、地球橢率、地球內部各向異性、物質衰減(與品質因子倒數有關)以及震源機制性質等因素.由於地球自轉和橢率的影響,地球自由振盪的本徵頻率不是簡併的,會出現地球自由振盪譜線(或譜峰)分裂現象.總之,這些因素會導致地球自由振盪譜的分裂、耦合及譜峰變化以及譜異常分裂等很多效應.

1. 地球結構的不均勻性對地球自由振盪的影響

2. 地球的自轉和非球對稱性對地球自由振盪的影響：旋轉橢球體效應造成了地球自由振盪譜峰值分裂.由於地球自轉,使得波沿著自轉的方向傳播較快;而地球的橢率存在,也使得波在地球兩極之間傳播路徑要比沿赤道傳播路徑短,這些效應都會導致地球自由振盪譜的分裂耦合等現象.

3. 核心各向異性對地球自由振盪的影響：地球自由振盪分裂不僅僅是由於地球自轉和橢率引起的,其它很多因素都可以導致地球自由振盪譜的異常分裂,而這些因素往往是還不為人們所重視的一些地球內部結構因素,因此對地球自由振盪的研究可以揭示地球核心特性,Dziewonski等從地球自由振盪信息研究中得出核心的固體特性

4.地球介質衰減性對地球自由振盪譜的影響：理論上來講,地球自由振盪譜是由很多獨立的譜峰組成的,每個峰都對應著一個或多個地球自由振盪模式,在能正確識別譜峰的情況下,地球自由振盪頻率則可以用來探測地球內部結構,從而改進和修正地球內部結構的理論模型[30].但是由於地球自由振盪譜間存在分裂,頻率域與時間域信號都非常複雜,簡單的品質因子測量不能做,則對介質品質因子評估要依賴大量由於衰減而導致的頻譜譜峰間距變寬.

5. 震源性質與地球自由振盪之間的關係：對於地球自由振盪的特性研究可以歸於兩類:(1)對地球自由振盪譜頻率的研究;(2)對地球自由振盪譜振幅的研究.前者與地球的內部結構有關,因為地球結構橫向不均勻性及徑向不均勻性、地球旋轉、地球橢率、地球物質各向異性及物質非彈性性等地球內部結構各種性質都可能影響到地球自由振盪譜的形態.後者與引起地球自由振盪的震源特性有關,即與震源機制等有關,這就意味著對地球自由振盪頻譜振幅和相位的計算值與觀測值對比研究能得到很多關於震源機制信息.反過來,很好的對地球自由振盪的研究,離不開對震源特性的分析.

電路自激振盪的產生

放大器增益過高,多級放大器負反饋網路產生的附加相移,電路分布電容等都影響放大器工作的穩定性,而產生的振盪現象稱為自激振盪.這時不加任何輸入信號,放大器也會產生一定頻率的信號輸出.放大器性能指標和自激振盪的克服是一對矛盾.

電路自激振盪的特點

自激振盪和噪聲的區別是,自激振盪的頻率一般為比較高或極低的數值,而且頻率隨著放大器元件參數不同而改變(甚至撥動一下放大器內部導線的位置,頻率也會改變),振盪波形一般是比較規則的,幅度也比較大,往往使三極體處於飽和和截止工作狀態,使輸出信號嚴重失真.檢查放大器是否發生自激振盪,可以把輸入端短路,用示波器(或毫伏表)接在放大器的輸出端進行觀察.

電路自激振盪的消除

1.電路安裝合理布局:高頻自激振盪主要是由於安裝、布線不合理引起的.例如輸入和輸出線靠的太近,產生正反饋作用.對此應從安裝工藝方面解決,如元件布置緊湊,接線要短等.也可以用一個小電容(例如左右)一端接地,另一端逐級接觸管子的輸入端,或電路中合適部位,找到抑制振盪的最靈敏的一點(即電容接此點時,自激振盪消失),在此處外接一個合適的電阻電容或單一電容(一般由試驗決定),進行高頻濾波或負反饋,以壓低放大電路對高頻信號的放大倍數或移動高頻電壓的相位,從而抑制高頻自激振盪,

2.用去耦電路消除內阻引起的寄生反饋:低頻自激振盪是由於各級放大電路共用一個直流電源所引起的.因為電源總是有一定的內阻Ro,特別是電池用的時間過長或穩壓電源質量不高,使得內阻Ro比較大時,則會引起U′cc處電位的波動,U′cc的波動作用到前級,使前級輸出電壓相應變化,經放大後,使波動更厲害,如此循環,就會造成振盪現象.最常用的消除辦法是在放大電路各級之間加上“去耦電路”如圖4中的R和C,從電源方面使前後級減小相互影響.R的值一般為幾百Ψ,C的值一般選幾十μF或更大一些.

3.犧牲增益,控制負反饋放大器的級數:或接入“相移校正網路”(一般運放都帶有頻率校正端子).