VS垂直擺傾斜儀常見(jiàn)異常現(xiàn)象的判斷及維護(hù)*

李 明 劉 可 羅俊秋 黎永東 郭熙枝 孫伶俐 蔣幼華

(1)湖北省地震局，武漢 430071 2)武漢地震科學(xué)儀器研究院，武漢430071)

VS垂直擺傾斜儀常見(jiàn)異常現(xiàn)象的判斷及維護(hù)*

李 明1)劉 可1)羅俊秋1)黎永東1)郭熙枝1)孫伶俐1)蔣幼華2)

(1)湖北省地震局，武漢 430071 2)武漢地震科學(xué)儀器研究院，武漢430071)

針對(duì)地震臺(tái)站使用的VS垂直擺傾斜儀，對(duì)其典型的異常現(xiàn)象進(jìn)行分析，并給出了維護(hù)方法。

VS垂直擺傾斜儀;故障;維修;觀測(cè)技術(shù);漂移

1 前言

VS垂直擺傾斜儀是我國(guó)自行研制的精密的地球物理觀測(cè)儀器。隨著“中國(guó)數(shù)字地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目的實(shí)施，湖北省地震局分別在武漢、宜昌、麻城等地震前兆形變觀測(cè)臺(tái)站安裝了垂直擺傾斜儀。儀器在連續(xù)運(yùn)行期間，除因地震造成的異常外，還經(jīng)常出現(xiàn)尖峰、臺(tái)階、數(shù)字記錄噪聲背景大、記錄數(shù)據(jù)超量程、漂移大等問(wèn)題［1-3］。本文將針對(duì)一些常見(jiàn)的異常現(xiàn)象進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決辦法。

2 儀器異常的檢查

VS型垂直擺傾斜儀由機(jī)械與電路控制兩部分組成，機(jī)械部分主要是由擺系、吊絲、主體支架、電容位移傳感器、底座、調(diào)平裝置組成;電路部分是由主機(jī)、電源和IP采集控制器等部分組成。正常情況下應(yīng)該每天連續(xù)不斷地、清晰地記錄出固體潮汐，當(dāng)遇見(jiàn)記錄資料出現(xiàn)異常時(shí)，首先通過(guò)直觀檢查機(jī)柜內(nèi)VS垂直擺傾斜儀電源機(jī)箱前面板上的電源指示燈，當(dāng)電源燈亮?xí)r表示交流、直流供電狀態(tài)正常，標(biāo)定工作電源燈亮表示標(biāo)定系統(tǒng)供電狀態(tài)正常;其次檢查EP-Ⅲ型IP采集控制器的機(jī)箱，它與垂直擺傾斜儀電源有相同之處，面板上有電源、采集、網(wǎng)絡(luò)、狀態(tài)4個(gè)指示燈，1個(gè)顯示屏，3個(gè)開(kāi)關(guān)和1個(gè)設(shè)置鍵，電源指示燈亮表示供電狀態(tài)正常，采集、網(wǎng)絡(luò)指示燈閃爍表示正常工作，狀態(tài)指示燈閃爍表示采集部分正與網(wǎng)絡(luò)部分通信，常亮表示儀器處于設(shè)置狀態(tài)，反之為不正常;檢查顯示屏上顯示的輸出數(shù)據(jù)是否在量程范圍內(nèi)，如不在則判斷儀器工作狀態(tài)非正常。最后檢查擺體、主機(jī)、電源及采集控制器后面板的所有接插件是否連接牢固，連接擺體、主機(jī)、電源、UPS電源之間的線路是否完好無(wú)損，判斷故障是連接線路故障，還是供電電源故障。

VS型垂直擺傾斜儀集成系統(tǒng)比較復(fù)雜，從傳感器到數(shù)據(jù)文件的形成，中間連接的儀器設(shè)備比較多，過(guò)程也比較繁瑣，當(dāng)臺(tái)管人員發(fā)現(xiàn)不能進(jìn)行正常收數(shù)時(shí)，首先要準(zhǔn)確判斷故障范圍。根據(jù)系統(tǒng)的連接方式，采用圖1中的步驟進(jìn)行檢查。

1)在臺(tái)站微機(jī)上通過(guò)Ping網(wǎng)內(nèi)路由器、交換機(jī)地址方式檢測(cè)局域網(wǎng)運(yùn)行是否正常;

2)通過(guò)Ping傾斜儀器IP地址檢測(cè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通性，并應(yīng)用該設(shè)備的服務(wù)來(lái)檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況。當(dāng)能Ping通儀器而無(wú)數(shù)據(jù)時(shí)，再檢查儀器或電源;當(dāng)Ping不能連接到儀器時(shí)，檢查路由器或電源。

圖1 臺(tái)站微機(jī)與儀器鏈路圖Fig.1 Link chart of the microcomputer at station with the instruments

3 常見(jiàn)異常現(xiàn)象的分析與處理

3.1 尖峰、臺(tái)階

當(dāng)交流電停調(diào)換為直流供電，再換成交流供電時(shí)記錄曲線會(huì)出現(xiàn)尖峰現(xiàn)象。這種現(xiàn)象不需要做任何維修就會(huì)自行恢復(fù)(圖2(a))。有時(shí)儀器本體底盤(pán)上的底腳螺絲狀態(tài)不穩(wěn)定也會(huì)造成記錄曲線出現(xiàn)臺(tái)階現(xiàn)象，這種異常不需要做任何處理也能自行恢復(fù)(圖2(b))。臺(tái)階異常只在儀器初裝時(shí)出現(xiàn);而零點(diǎn)臺(tái)階異常是由于軟件處理不當(dāng)照成的，需用相應(yīng)的軟件進(jìn)行處理。

3.2 噪聲大

氣象因素、周邊環(huán)境、擺體內(nèi)吊絲及元器件損耗都能影響儀器的工作狀態(tài)，照成輸出曲線噪聲增加(圖2(c))。如大風(fēng)、暴雨、氣壓突變及吊絲接觸不良等都會(huì)引起噪聲加大。這種隨氣象因素、周邊環(huán)境的變化而形成的噪聲不需要任何維修就會(huì)自行恢復(fù)。

3.3 漂移

環(huán)境影響包括山洞內(nèi)溫度、地質(zhì)、水文、巖性、地形、地貌等自然條件。如洞室進(jìn)深、旁側(cè)與垂直覆蓋厚度未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)均會(huì)引起漂移加大(圖2(e))。當(dāng)環(huán)境因素改變之后，這種漂移會(huì)隨之消失，不需做任何處理。

3.4 記錄曲線為一條直線

圖2 VS垂直擺傾斜儀異常現(xiàn)象曲線Fig.2 Curves of variant trouble of VS vertical pendulum tiltmeter

1)主機(jī)電源故障。面板電源指示燈不亮，檢查保險(xiǎn)絲是否熔斷，電源線是否斷路，如有更換之即可恢復(fù)。

2)電纜線及插座故障。面板電源指示燈不亮，主機(jī)無(wú)輸入，檢查擺體與主機(jī)連接處電纜線或插頭座有無(wú)短路、插頭松動(dòng)、氧化或斷路接觸不良現(xiàn)象，如有緊固接插件，連接斷線即可。

3)需逐級(jí)檢查振蕩器、前置放大器、主放大器及同步檢波電路，首先檢查振蕩器，若振蕩器的輸出波形不正常，波形或幅度不對(duì)，或輸出為一直線，則需修理振蕩器或更換振蕩電路板，若振蕩器工作正常，則依次檢查前置放大器、主放大器及同步檢波電路的增益和波形是否正常，在逐級(jí)檢查中如發(fā)現(xiàn)故障，則逐級(jí)進(jìn)行修理和排除，若同步檢波輸出的波形不是正弦波的半波，而是正弦波的全波，這種狀況下需檢查整形電路的輸出或模擬開(kāi)關(guān)4066是否正常，若整形電路的輸出為-4.3～+4.3伏的方波，則整形電路正常，這種狀態(tài)下模擬開(kāi)關(guān)4066的“開(kāi)”和“關(guān)”的功能正常。

3.5 記錄數(shù)字超量程

當(dāng)發(fā)現(xiàn)記錄曲線缺損時(shí)，說(shuō)明儀器超過(guò)量程范圍±1.999 V(圖2(d))。此時(shí)臺(tái)站值班人員需要進(jìn)入洞室內(nèi)對(duì)儀器進(jìn)行機(jī)械調(diào)零，轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿帶動(dòng)蝸輪及絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變儀器的姿態(tài)，使擺體處于零位附近。當(dāng)數(shù)字面板顯示表頭數(shù)為正時(shí)，將蝸桿朝正(順時(shí)針)方向轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)顯示表頭數(shù)為負(fù)時(shí)，則將蝸桿朝負(fù)(逆時(shí)針)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示范圍為±1.999 V。若數(shù)字面板表出現(xiàn)閃動(dòng)-1或1時(shí)，說(shuō)明超出量程，當(dāng)經(jīng)過(guò)調(diào)整使數(shù)字面板的讀數(shù)小于100毫伏時(shí)，儀器便可記錄，調(diào)零完畢后關(guān)閉數(shù)字面板表電源開(kāi)關(guān)。

圖3 吊絲故障形成的異常圖像Fig.3 Anomaly caused by the trouble of the hang silk

4 實(shí)例

垂直擺傾斜儀及IP數(shù)據(jù)采集控制器損壞后，其故障表現(xiàn)一般比較復(fù)雜，維修時(shí)要特別注意。對(duì)缺少專(zhuān)用測(cè)試設(shè)備的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，要修復(fù)這類(lèi)技術(shù)密集型產(chǎn)品是很困難的，若處理不當(dāng)可能會(huì)增加新的故障。

4.1 吊絲故障

武漢中心地震臺(tái)獅子山站點(diǎn)VS垂直擺傾斜觀測(cè)儀北南分量在2009年2月11日開(kāi)始出現(xiàn)記錄曲線加粗異常現(xiàn)象，但是固體潮形態(tài)依然正常(圖3 (a))，經(jīng)多日的觀測(cè)，分析認(rèn)為是吊絲故障。廠家于2009年2月18日重新裝配吊絲后異常現(xiàn)象消失(圖3(b))。

4.2 環(huán)境因素

圖4 環(huán)境因素影響產(chǎn)生的異常圖像Fig.4 Trouble caused by the environment factor

受環(huán)境因素影響現(xiàn)象比較常見(jiàn)。2009年4月麻城地震臺(tái)VS垂直擺傾斜儀因降雨、氣壓的變化受到干擾，固體潮趨勢(shì)雖然存在，但測(cè)量數(shù)據(jù)隨著降雨量、氣壓上、下波動(dòng)，記錄曲線產(chǎn)生抖動(dòng)(圖4 (a))，這種現(xiàn)象與測(cè)量墩和固定墩之間的基巖有裂隙和夾層及洞體的覆蓋層薄有一定的關(guān)系，于是采用在洞內(nèi)加裝密封門(mén)減少氣流干擾，目前異常現(xiàn)象有所緩解。同年8月，宜昌地震臺(tái)VS垂直擺傾斜儀遭遇雷擊(圖4(b))，曲線噪聲明顯增加，雖然固體潮趨勢(shì)依然存在，但是這種現(xiàn)象說(shuō)明儀器已經(jīng)受到損傷。更換主機(jī)后，異常現(xiàn)象消失。

4.3 標(biāo)定、調(diào)零引起的異常

為保證測(cè)量精度，按照學(xué)科中心要求，形變儀器每年都必須進(jìn)行標(biāo)定，每次間隔不得超過(guò)180天。2010年3月麻城地震臺(tái)對(duì)垂直擺傾斜儀進(jìn)行標(biāo)定，從曲線形態(tài)上看有類(lèi)似“脈沖”現(xiàn)象(圖5(a))。武漢中心臺(tái)獅子山觀測(cè)站2010年10月對(duì)垂直擺傾斜儀進(jìn)行調(diào)零，測(cè)量曲線好似有一個(gè)臺(tái)階(圖5(b))。這類(lèi)干擾均屬人為因素造成，只采用中國(guó)地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理即可。

5 建議

為了使儀器更加穩(wěn)定，數(shù)據(jù)可靠，建議首先在運(yùn)行環(huán)境上盡可能地做到保溫、密封;二是采用隔離電源阻斷震擊干擾;三是在儀器的制作上采用自動(dòng)化調(diào)零方式。

圖5 儀器標(biāo)定、調(diào)零產(chǎn)生的異常圖像Fig.5 Troubles caused by the calibration and zero adjusting

1 蔣幼華.VS垂直擺傾斜儀說(shuō)明書(shū)［S］.2006.

2 中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司.中國(guó)地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)使用手冊(cè)［S］.2008.

3 劉可，等.如何在湖北省地震局網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中架構(gòu)VPDN平臺(tái)［J］.大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2010，(增刊)：157-160.

JUDGMENT AND MAINTENANCE OF TROUBLES OF VS VERTICAL PENDULUM TILTMETER

Li Ming1)，Liu Ke1)，Luo Junqiu1)，Li Yongdong1)，Guo Xizhi1)，Sun Lingli1)and Jiang Youhua2)

(1)Earthquake Administration of Hubei Province，Wuhan 430071 2)Wuhan Seismic Science Instrument，Wuhan 430071)

The typical troubles of the VS vertical pendulum tiltmeter working at seismostations are analyzed and the maintenance method are given.

VS vertical pendulum tiltmeter;trouble;maintenance;observation technique;drift

1671-5942(2011)Supp.-0178-04

2011-04-17

中國(guó)地震局震情跟蹤合同制項(xiàng)目(2011020205)

李明，女，1964年生，高級(jí)工程師，主要從事地震前兆儀器研制及維修工作.E-mail：hbjczx2010@163.com

TH762

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