嘉峪關(guān)臺(tái)FHD觀測(cè)數(shù)據(jù)噪聲的影響因素及對(duì)策

董海龍，夏　忠，閆萬(wàn)生，張俏麗，程　鵬（.甘肅省地震局嘉峪關(guān)中心地震臺(tái)，甘肅　嘉峪關(guān)　7500；.江蘇省地震局新沂地震臺(tái)，江蘇　新沂　400；.甘肅省地震局蘭州觀象臺(tái)，甘肅　蘭州　70000；）

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嘉峪關(guān)臺(tái)FHD觀測(cè)數(shù)據(jù)噪聲的影響因素及對(duì)策

董海龍1，夏忠2，閆萬(wàn)生3，張俏麗1，程鵬1
（1.甘肅省地震局嘉峪關(guān)中心地震臺(tái)，甘肅嘉峪關(guān)735100；2.江蘇省地震局新沂地震臺(tái)，江蘇新沂221400；3.甘肅省地震局蘭州觀象臺(tái)，甘肅蘭州730000；）

摘要：從2001年架設(shè)FHD質(zhì)子磁力儀器到現(xiàn)在，已經(jīng)運(yùn)行15年了，產(chǎn)出的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量良莠不齊，有時(shí)觀測(cè)資料質(zhì)量較好，有時(shí)觀測(cè)質(zhì)量較差。評(píng)價(jià)FHD觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量無(wú)非是要考察觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度與連續(xù)率，數(shù)據(jù)噪聲是觀測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)精度的反映，噪聲小的數(shù)據(jù)，相對(duì)觀測(cè)精度就高，反之就低；觀測(cè)數(shù)據(jù)的噪聲除了與儀器本身的測(cè)量精度有關(guān)，還與許多因素有關(guān)。從觀測(cè)環(huán)境、交流電磁干擾、儀器工作參數(shù)、信號(hào)線和接地方面來(lái)探討影響嘉峪關(guān)臺(tái)FHD觀測(cè)數(shù)據(jù)噪聲的因素及對(duì)策。

關(guān)鍵詞：觀測(cè)數(shù)據(jù);噪聲；影響因素；對(duì)策

1　觀測(cè)環(huán)境對(duì)背景噪聲的影響

根據(jù)地磁觀測(cè)規(guī)范，地磁觀測(cè)臺(tái)站應(yīng)該勘選在環(huán)境背景噪聲較小的地方，場(chǎng)地梯度均勻的地方。地磁臺(tái)站如果場(chǎng)地背景噪聲較大，精度再高的儀器也不可能觀測(cè)出噪聲小的數(shù)據(jù)。質(zhì)子磁力儀是根據(jù)質(zhì)子旋進(jìn)原理研制的，其探頭內(nèi)部是由一對(duì)線圈，并灌裝航空煤油構(gòu)成，觀測(cè)場(chǎng)地如果勘選在梯度較大的區(qū)域或磁房、觀測(cè)墩的梯度較大，特別是水平梯度較大，會(huì)造成探頭內(nèi)兩只線圈感應(yīng)的信號(hào)不一樣大，使疊加信號(hào)減弱或衰減較快，使觀測(cè)數(shù)據(jù)的重復(fù)性降低，噪聲增大。因此，我們進(jìn)行地磁臺(tái)勘選、建設(shè)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵循地磁臺(tái)站的建設(shè)規(guī)范，將臺(tái)站勘選在背景噪聲較小，場(chǎng)地梯度較小的地區(qū)，磁房建設(shè)應(yīng)選擇無(wú)磁性或弱磁性材料，保證磁房建設(shè)符合有關(guān)規(guī)范[1]。

2　交流電磁干擾的影響及應(yīng)對(duì)措施

2.1交流電磁干擾的影響

交流電磁干擾的影響對(duì)FHD質(zhì)子磁力儀的干擾影響最大，這些影響會(huì)使觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線的線條變粗，記錄數(shù)據(jù)突跳尖峰增多，往往不受重視，卻恰恰是對(duì)FHD觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生噪聲最大、最主要的因素，目前大多數(shù)臺(tái)站的FHD磁力儀都受到此類電磁干擾的影響，嚴(yán)重地將影響儀器的工作參數(shù)丟失，造成數(shù)字化選頻與自動(dòng)跟蹤測(cè)量的失敗，使儀器不能產(chǎn)生有效數(shù)據(jù)。交流電磁干擾主要來(lái)源于儀器與儀器之間，線路與線路之間，當(dāng)距離近時(shí)相互會(huì)形成電磁干擾，影響觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度，未凈化的交流電中存在高頻率的電磁諧波，進(jìn)入儀器電源后疊加到觀測(cè)數(shù)據(jù)中，使得儀器記錄數(shù)據(jù)噪聲變大。圖1為嘉峪關(guān)臺(tái)FHD質(zhì)子磁力儀交流電磁干擾曲線圖，從圖中可以看出，在00-02時(shí)和12-24時(shí)都受到交流電磁干擾，數(shù)據(jù)曲線有明顯突跳尖峰，儀器記錄數(shù)據(jù)噪聲變大。

圖1　嘉峪關(guān)臺(tái)FHD質(zhì)子磁力儀交流電磁干擾曲線

2.2交流電磁干擾的應(yīng)對(duì)措施

交流電磁干擾來(lái)源于外部空間環(huán)境、觀測(cè)室內(nèi)的交流供電、儀器信號(hào)線間的電磁干擾，應(yīng)采取不同的應(yīng)對(duì)措施，對(duì)于外部空間交流電磁干擾的干擾，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照地磁臺(tái)站建設(shè)規(guī)范進(jìn)行勘選、建設(shè)；對(duì)于觀測(cè)室內(nèi)的電磁干擾，在布設(shè)交流電路時(shí)要避免形成環(huán)狀電路，避免在探頭上方安裝用電設(shè)備，最好是在向磁房供電的地方安裝雙向閘刀，在需要供電時(shí)，合上閘刀，離開時(shí)關(guān)掉閘刀，交流線與信號(hào)線不要并行，各套儀器的信號(hào)線要分開布設(shè)，避免形成相互電磁干擾；對(duì)于儀器集成產(chǎn)生的電磁干擾，在儀器集成時(shí)，要將供電線與信號(hào)線分開走線，切不可將交流電線與信號(hào)線綁到一起，儀器的接地一定要良好；對(duì)于通過(guò)電源耦合到儀器的電磁干擾，可以在儀器供電的前面，通過(guò)交流凈化電源或在線式UPS進(jìn)行凈化[2]。

3　儀器工作參數(shù)偏離

FHD的調(diào)諧參數(shù)在設(shè)定以后，儀器將根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行調(diào)諧測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如果與設(shè)定值或上一次測(cè)量結(jié)果相差不超過(guò)±100nT，將自動(dòng)跟蹤存入調(diào)諧值存儲(chǔ)單元，作為下一次測(cè)量選頻的參考值，反之，則不作跟蹤，始終以存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的調(diào)諧值進(jìn)行調(diào)諧測(cè)量，如果存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的調(diào)諧參數(shù)與需要的調(diào)諧參數(shù)相差較多，調(diào)諧的共振頻率將較多地偏離實(shí)際需要的共振頻率，造成頻率特性降低，產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，使數(shù)據(jù)曲線出現(xiàn)毛刺、突跳、線條變粗的現(xiàn)象[3]。圖2為嘉峪關(guān)臺(tái)2010年3月18日的FHD質(zhì)子磁力儀分鐘值曲線圖，從圖中可以看出，在16時(shí)之后，由于調(diào)諧參數(shù)錯(cuò)誤，造成儀器記錄數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯突跳，數(shù)據(jù)曲線變粗，產(chǎn)生錯(cuò)誤記錄數(shù)據(jù)。當(dāng)出現(xiàn)類似故障時(shí)，應(yīng)檢查儀器的調(diào)諧值、補(bǔ)償電流值、探頭方向、觀測(cè)方位角參數(shù)是否正確，確保儀器運(yùn)行正常。

圖2　嘉峪關(guān)臺(tái)2010年3月18日FHD質(zhì)子磁力儀分鐘值曲線

4　信號(hào)線及接地對(duì)數(shù)據(jù)噪聲的影響

信號(hào)線的長(zhǎng)度、接地線也能對(duì)數(shù)據(jù)噪聲產(chǎn)生影響。信號(hào)線中存在分布電容與電阻，如果信號(hào)線較長(zhǎng)，信號(hào)線中的分布電容和電阻就比較大，分布電容可以通過(guò)修正儀器工作參數(shù)方法加以修正，但是信號(hào)線電阻較大時(shí)，會(huì)降低選頻共振的幅頻特性，降低信噪比，另一方面，信號(hào)線電阻較大時(shí)，還會(huì)降低探頭的極化電流，降低質(zhì)子旋進(jìn)信號(hào)的強(qiáng)度，使測(cè)量數(shù)據(jù)的噪聲增大。良好的接地，對(duì)儀器的工作至關(guān)重要，能夠很好地屏蔽交流電中的高頻諧波和電磁耦合干擾，大幅度降低儀器數(shù)據(jù)的噪聲，在實(shí)際工作中應(yīng)該將儀器的機(jī)箱和信號(hào)線的屏蔽層按照規(guī)范接地。

5　綜述

FHD質(zhì)子磁力儀觀測(cè)數(shù)據(jù)噪聲的影響因素雖然較多，但只要我們?cè)诘卮排_(tái)勘選、建設(shè)時(shí)，注意觀測(cè)環(huán)境與背景噪聲的影響，注意直流供電和傳輸干擾的影響；在觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，注意交流電磁干擾的影響，信號(hào)線長(zhǎng)度的影響，接地裝置的影響；在日常觀測(cè)時(shí)，注意工作參數(shù)偏離的影響，探頭性能的影響，就可以有效降低觀測(cè)數(shù)據(jù)噪聲，提高觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊又陵，鄭黎明，李曉東，等.新疆?dāng)?shù)字化地磁臺(tái)站的場(chǎng)地勘選、建設(shè)、運(yùn)行及其資料評(píng)價(jià)［J］.內(nèi)陸地震，2009,23 (2):116-126.

[2]全建軍，夏忠，張凱，等.永安地磁臺(tái)FHD-2B質(zhì)子磁力儀觀測(cè)數(shù)據(jù)干擾分析［J］.地震地磁觀測(cè)與研究，2015,36 （1）:120-126.

[3]賴愛(ài)京，徐衍剛，馮英，等.烏什地震臺(tái)FHD-2型質(zhì)子磁力儀觀測(cè)資料干擾分析［J］.地震地磁觀測(cè)與研究，2012, 33（Z1）:140-144.

中圖分類號(hào)：P3

*基金項(xiàng)目：甘肅省地震局科技發(fā)展基金（編號(hào)：2013_Y02）。