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摘要：地震模拟振动台是真正意义上的地震模拟试验，是目前研究结构抗震性能最直接也是较准确的试验方法。本文在专利数据统计的基础上，分析了地震模拟振动台专利申请的分布情况，梳理了该领域的专利申请分布情况和技术发展路线，并对其发展趋势作了预测，以期为日后进一步研究地震模拟振动台技术提供参考资料。
关键词：地震模拟振动台；驱动机构；振动控制技术；专利分析
一、概述
地震模拟振动台是真正意义上的地震模拟试验，是目前研究结构抗震性能最直接也是较准确的试验方法。地震模拟振动台可以很好地再现地震产生的运动过程和进行人工地震波试验，试验过程中通常将试验对象放在一个足够刚性的台面上，通过动力加载设备使台面再现各种类型地震波，并使试验对象随之产生类似地震作用下的振动，这就是地震模拟振动台试验的基本原理。
二、专利分析
1、专利申请量趋势分析
据专利数据统计，早在20世纪50年代就出现了首个地震模拟振动台技术专利；自1960年至1980年，全球地震模拟振动台技术申请量均很小；自1980年开始至2004年，地震模拟振动台技术进入发展期，并在1985至1989年一度增速较快；自2005年以后专利申请数量较大且发展平稳，呈现逐步上升的趋势，尤其是在2015-2018年增速大幅跃升（图1）。
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图1 地震模拟振动台技术国内外专利申请量的年度分布图
2、专利申请地域和申请人分布情况分析
专利申请产出国的统计分析，不仅能使我们了解该技术在世界范围内的分布状况，还能使我们明了中国的这项技术在世界范围内的发展水平，清楚的知道我国的优势在哪儿，劣势在哪儿，如何更加针对性的提高我国在某些领域的不足。根据检索结果对全球专利申请产出国进行分析，参考图2可知，相关专利申请的产出国按照申请量排序前三的依次为中国、日本、奥地利，其次是苏联、俄罗斯、美国和韩国，其在一定程度上体现了基于地震模拟振动台技术在全球的发展状况。
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图2 全球专利申请产出国分析
另外，统计发现地震模拟振动台技术全球专利申请人分布主要集中在日本的公司和中国的高校及中国的企业，其中日本三菱重工株式会社和日本三立公司申请量较大，而且起步早、被引用频次高、同族专利数量也较多，在本技术领域的研究处于较领先地位。
3、地震模拟振动台技术技术路线梳理
通过分析整理可以发现，地震模拟振动台大致可以分为四类，即机械法、电磁法、电液法及其他方法，且地震模拟振动台早期多为机械式或爆炸冲击式、压电式等其他简单方法，而后逐渐向电磁式、电液式等可靠性更高、测试精度更高的振动台测试方法发展。此外，虽然各种方法提出的时间不同，但是各种方法均处于不断发展的阶段，测试精度均在不断提升。
通过整理地震模拟振动台技术自1950年至今的专利申请，并对该领域的代表性专利申请进行了分析，梳理总结了一张地震模拟振动台技术发展的路线图，具体内容如图3所示。
（1）第一阶段（1950-1979年）
早在20世纪50年代年便有学者开始研究地震模拟振动台试验技术。苏联人（ALIEV G A O）于1950年提出了地震试验平台，为首个涉及将振动台试验技术应用于地震模拟中的专利申请，该试验平台是一个机械式单向振动台，试验时将测试土壤模型放置在测验台上，在与模型的距离合适的位置放置一个电子引爆的炸药，通过炸药的爆炸力引发地震平台弹性振动，并通过安装电子感应仪器，可以测试不同的应力和变形以及模型的振荡。
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图3 地震模拟振动台技术发展路线图
（2）第二阶段（1980-2004年）
早期的设计中地震模拟振动台技术存在振动频率范围小且振动不稳定、运动行程小、波形失真、承载试件负荷小等诸多缺点。自1980年至2004年，地震模拟振动台技术进入发展期，这一时期地震模拟振动台试验技术领域的专利申请量稳定增长，对地震模拟振动台的振动波形、自由度数和控制方式都逐渐进步，测试技术不断日趋成熟。
（3）第三阶段（2005年-至今）
自2005年以来，随着科学技术的进一步发展，全球地震模拟振动台试验技术日趋成熟，不断优化，向更大型、更高精度、自动化控制方向稳健发展。值得一提的是，在这一时期中国在地震模拟振动台技术领域的专利申请量逐渐提高，呈现蓬勃发展的态势，这反映了国内近年来对地震模拟振动台技术领域的研究愈加关注和重视。
三、地震模拟振动台技术发展趋势
地震模拟振动台是真正意义上的地震模拟试验，是目前研究结构抗震性能最直接也是较准确的试验方法。随着我国经济建设持续高速发展，对地震工程领域研究的深入和各类工程项目的建设需求逐渐增大，对地震模拟振动台试验的精度、可靠性的要求也越来越高。对于地震模拟振动台的发展趋势，归纳起来主要包括以下两方面：
（1）向高精度、全数字控制技术方向发展
地震模拟振动台的控制系统一般由数字控制和模拟控制两部分进行混合控制。模拟控制是控制系统的基础，主要保证系统的稳定性、精准性，并且有运动频带宽、灵敏度高、抗干扰性强和线性好等特性。数字控制是模拟控制系统的补充和完善，主要体现在对控制信号的补偿方面。随着数控技术的发展，20世纪90年代中期开发了全数字控制技术，全数字控制技术是在地震模拟振动台液压伺服控制系统中，除了反馈传感器在进入闭环系统前采用模拟电路放大归一信号和伺服阀的阀控制器采用模拟信号外，其他部分全采用数字软件来实现。全数字控制技术有利于提高控制自动化程度及振动台控制精度，是未来的发展趋势。
（2）应用领域不断扩大
地震模拟振动台技术经过这些年的发展，已经取得了诸多成果，现已被广泛应用于研究结构物的动力特性、设备抗震性能、检验结构抗震措施等方面，同时在原子能反应堆、海洋结构工程、水工结构、桥梁工程等领域也起着重大作用，而且其应用的领域仍在不断扩大。相信在未来，地震模拟振动台可以延伸到诸多领域，发挥更大的作用。
参考文献
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