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Three-channel correlation analysis: a new technique to measure instrumental noise of digitizers and seismic sensors / Reinoud Sleeman in Bulletin of the seismological society of America, Vol. 96 N° 1 (Fevrier 2006) 

Public ISBD [article]  in Bulletin of the seismological society of America > Vol. 96 N° 1 (Fevrier 2006) . - 258-271 p. Titre : Three-channel correlation analysis: a new technique to measure instrumental noise of digitizers and seismic sensors Titre original : Analyse De Corrélation Des Trois Manche : Une nouvelle technique pour mesurer le bruit instrumental des convertisseurs analogiques/numériques et des sondes séismiques Type de document : texte imprimé Auteurs : Reinoud Sleeman, Auteur ; Arie van Wettum, Auteur Article en page(s) : 258-271 p. Note générale : Génie Civil Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Canal  trois  Séisme Index. décimale : 551.2 Résumé : This article describes a new method to estimate (1) the self-noise as a function of frequency of three-channel, linear systems and (2) the relative transfer functions between the channels, based on correlation analysis of recordings from a common, coherent input signal. We give expressions for a three-channel model in terms of power spectral densities. The method is robust, compared with the conventional two-channel approach, as both the self-noise and the relative transfer functions are extracted from the measurements only and do not require a priori information about the transfer function of each channel. We use this technique to measure and model the self-noise of digitizers and to identify the frequency range in which the digitizer can be used without precaution. As a consequence the method also reveals under which conditions the interpretation of data may be biased by the recording system. We apply the technique to a Quanterra Q4120 datalogger and to a Network of Autonomously Recording Seismographs (NARS) datalogger. At a sampling rate of 20 samples/sec, the noise of the Q4120 digitizer is modeled by superposition of a flat, 23.6-bit spectrum and a 24.7-bit spectrum with 1/f1.55 noise. For the NARS datalogger the noise level is modeled by superposition of a 20.8-bit flat spectrum and a 23.0-bit spectrum with 1/f1.0 noise. The measured gain ratios between the digitizers in the Q4120 datalogger, smoothed over a tenth of a decade between 0.01 Hz and 8 Hz for data sampled with 20 samples/sec, are within 1.6% (or 0.14 dB) of the values given by the manufacturer. Finally, we show an example of seismic background noise observations at station HGN as recorded by both an STS-1 and a STS-2 sensor. Between 0.01 and 0.001 Hz the vertical STS-2 noise levels are 10–15 dB above the STS-1 observations. The Quanterra Q4120 digitizer noise model enables us to exclude the contribution of the digitizer noise to be responsible for this difference. Cet article décrit une nouvelle méthode pour estimer (1) l'art de l'auto-portrait-noise en fonction de la fréquence du canal trois, systèmes linéaires et (2) les fonctions relatives de transfert entre les canaux, basés sur l'analyse de corrélation des enregistrements d'un signal d'entrée commun et logique. Nous donnons des expressions pour un modèle de trois canaux en termes de densités spectrales de puissance. La méthode est robuste, comparé à l'approche à deux voies conventionnelle, comme le bruit d'art de l'auto-portrait et les fonctions relatives de transfert sont extraits à partir des mesures seulement et n'exigent pas des informations a priori sur la fonction de transfert de chaque canal. Nous employons cette technique pour mesurer et modeler le bruit d'art de l'auto-portrait des convertisseurs analogiques/numériques et pour identifier la gamme de fréquence dans laquelle le convertisseur analogique/numérique peut être utilisé sans précaution. Par conséquent la méthode indique également dans quelles conditions l'interprétation des données peut être polarisé par le système d'enregistrement. Nous nous appliquons la technique à un datalogger de Quanterra Q4120 et à un réseau de datalogger de façon autonome d'enregistrement des sismographes (NARS). À un taux de prélèvement de 20 samples/sec, le bruit du convertisseur analogique/numérique Q4120 est modelé par la superposition d'un appartement, du spectre 23.6-bit et d'un spectre 24.7-bit avec le bruit 1/f1.55. Pour le datalogger de NARS le niveau de bruit est modelé par la superposition d'un spectre 20.8-bit plat et d'un spectre 23.0-bit avec le bruit 1/f1.0. Les rapports mesurés de gain entre les convertisseurs analogiques/numériques dans le datalogger Q4120, l'excédent doux un dixième d'une décennie entre 0.01 hertz et 8 hertz pour des données prélevé avec 20 samples/sec, sont à moins de 1.6% (ou 0.14 DB) des valeurs données par le fabricant. En conclusion, nous montrons un exemple des observations au sol arrières séismiques de bruit à la station HGN comme enregistré par un STS-1 et une sonde STS-2. Entre 0.01 et 0.001 hertz les niveaux de bruit STS-2 verticaux sont le DB 10-15 au-dessus des observations STS-1. Le modèle de bruit de convertisseur analogique/numérique de Quanterra Q4120 nous permet d'exclure la contribution du bruit de convertisseur analogique/numérique pour être responsable de cette différe DEWEY : 551.2 ISSN : 0037-1106 En ligne : sleeman@knmi.nl [article] Three-channel correlation analysis: a new technique to measure instrumental noise of digitizers and seismic sensors = Analyse De Corrélation Des Trois Manche : Une nouvelle technique pour mesurer le bruit instrumental des convertisseurs analogiques/numériques et des sondes séismiques [texte imprimé] / Reinoud Sleeman, Auteur ; Arie van Wettum, Auteur . - 258-271 p. Génie Civil Langues : Anglais (eng) in Bulletin of the seismological society of America > Vol. 96 N° 1 (Fevrier 2006) . - 258-271 p. Mots-clés : Canal  trois  Séisme Index. décimale : 551.2 Résumé : This article describes a new method to estimate (1) the self-noise as a function of frequency of three-channel, linear systems and (2) the relative transfer functions between the channels, based on correlation analysis of recordings from a common, coherent input signal. We give expressions for a three-channel model in terms of power spectral densities. The method is robust, compared with the conventional two-channel approach, as both the self-noise and the relative transfer functions are extracted from the measurements only and do not require a priori information about the transfer function of each channel. We use this technique to measure and model the self-noise of digitizers and to identify the frequency range in which the digitizer can be used without precaution. As a consequence the method also reveals under which conditions the interpretation of data may be biased by the recording system. We apply the technique to a Quanterra Q4120 datalogger and to a Network of Autonomously Recording Seismographs (NARS) datalogger. At a sampling rate of 20 samples/sec, the noise of the Q4120 digitizer is modeled by superposition of a flat, 23.6-bit spectrum and a 24.7-bit spectrum with 1/f1.55 noise. For the NARS datalogger the noise level is modeled by superposition of a 20.8-bit flat spectrum and a 23.0-bit spectrum with 1/f1.0 noise. The measured gain ratios between the digitizers in the Q4120 datalogger, smoothed over a tenth of a decade between 0.01 Hz and 8 Hz for data sampled with 20 samples/sec, are within 1.6% (or 0.14 dB) of the values given by the manufacturer. Finally, we show an example of seismic background noise observations at station HGN as recorded by both an STS-1 and a STS-2 sensor. Between 0.01 and 0.001 Hz the vertical STS-2 noise levels are 10–15 dB above the STS-1 observations. The Quanterra Q4120 digitizer noise model enables us to exclude the contribution of the digitizer noise to be responsible for this difference. Cet article décrit une nouvelle méthode pour estimer (1) l'art de l'auto-portrait-noise en fonction de la fréquence du canal trois, systèmes linéaires et (2) les fonctions relatives de transfert entre les canaux, basés sur l'analyse de corrélation des enregistrements d'un signal d'entrée commun et logique. Nous donnons des expressions pour un modèle de trois canaux en termes de densités spectrales de puissance. La méthode est robuste, comparé à l'approche à deux voies conventionnelle, comme le bruit d'art de l'auto-portrait et les fonctions relatives de transfert sont extraits à partir des mesures seulement et n'exigent pas des informations a priori sur la fonction de transfert de chaque canal. Nous employons cette technique pour mesurer et modeler le bruit d'art de l'auto-portrait des convertisseurs analogiques/numériques et pour identifier la gamme de fréquence dans laquelle le convertisseur analogique/numérique peut être utilisé sans précaution. Par conséquent la méthode indique également dans quelles conditions l'interprétation des données peut être polarisé par le système d'enregistrement. Nous nous appliquons la technique à un datalogger de Quanterra Q4120 et à un réseau de datalogger de façon autonome d'enregistrement des sismographes (NARS). À un taux de prélèvement de 20 samples/sec, le bruit du convertisseur analogique/numérique Q4120 est modelé par la superposition d'un appartement, du spectre 23.6-bit et d'un spectre 24.7-bit avec le bruit 1/f1.55. Pour le datalogger de NARS le niveau de bruit est modelé par la superposition d'un spectre 20.8-bit plat et d'un spectre 23.0-bit avec le bruit 1/f1.0. Les rapports mesurés de gain entre les convertisseurs analogiques/numériques dans le datalogger Q4120, l'excédent doux un dixième d'une décennie entre 0.01 hertz et 8 hertz pour des données prélevé avec 20 samples/sec, sont à moins de 1.6% (ou 0.14 DB) des valeurs données par le fabricant. En conclusion, nous montrons un exemple des observations au sol arrières séismiques de bruit à la station HGN comme enregistré par un STS-1 et une sonde STS-2. Entre 0.01 et 0.001 hertz les niveaux de bruit STS-2 verticaux sont le DB 10-15 au-dessus des observations STS-1. Le modèle de bruit de convertisseur analogique/numérique de Quanterra Q4120 nous permet d'exclure la contribution du bruit de convertisseur analogique/numérique pour être responsable de cette différe DEWEY : 551.2 ISSN : 0037-1106 En ligne : sleeman@knmi.nl