地震观测数据是地震预报的基础,地震计是获取地震观测数据的重要仪器。地震计是一种将地面的机械运动转换为电信号的传感器,其主要性能指标包括:频带宽度、动态范围和分辨率等,这些指标的优劣直接关系到所取得的地震观测数据的精确性。地震观测的现实需求指明了地震计研究的发展方向,即:宽频带,大动态范围,高分辨率。长周期面波、地球自由振荡、慢地震的研究需要获得良好的超长周期地震记录,超长周期地震计是获得高质量观测资料的关键设备。文章阐述了地震计的发展现状以及趋势,系统的分析地震计的工作原理。通过建立地震计的系统功能模块,推导地震计传递函数,论证了电子反馈的引入能够扩展地震计的频带和动态范围,降低地震计的非线性失真。并且通过对系统传递函数的分析,论述了如何设计系统中的技术指标。仪器的固有噪声水平是地震计的关键技术指标,因此如何降低仪器的自噪声是地震计设计中需要解决的重要问题。对于仪器研制者来说,所能做的就是把仪器的自噪声降低到比地面背景噪声低,只有这样,地震计才能记录到真实的地动信号。文中分析了产生地震计自噪声的两个主要噪声源:布朗热噪声和电子噪声(1/f噪声),以及它们对地震计传递函数的影响。分析了三种地震计所记录的地震台台基噪声,并且通过试验来检验仪器噪声对地震计观测数据的影响。基于布朗热噪声对地震计性能影响的研究,当地震计的摆体自振周期越长,重锤质量越大,品质因数越大时,机械摆体的布朗热噪声越小。Erhard Wielandt提出降低布朗热噪声的条件: MTQ>1kgs,MTQ乘积值越大,布朗噪声越低。根据现有的实验条件,选用KS-1型地震计的摆体来进行试验。基于KS-1型中长周期地震计设计了宽频带反馈方案并予以实施,为KS-1型中长周期地震计加装差动电容位移换能部件,将其电磁换能线圈改造为反馈线圈,设计实现换能、反馈和滤波等电路,将开环地震计改造为闭环的力平衡反馈地震计,降低了长周期频段的仪器噪声,拓展了地震计的频带。对样机进行了系统的指标测试,结果基本与设计目标一致。在地下实验室进行了台基噪声功率谱分析,通过同台对比试验,验证了我们所得到的结论:对于MTQ值大的机械摆体,其噪声水平越低。