影響DSQ型水管傾斜儀資料的蒸餾水問(wèn)題研究

張璐+李奇+韓曉飛+陳冬柏

摘 要：傾斜儀是一種以觀測(cè)地殼傾斜變形為基礎(chǔ)，研究地震物理過(guò)程和地球動(dòng)力學(xué)的儀器，它在大地測(cè)量和地球物理領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。文章分析總結(jié)了水管儀鉑體內(nèi)蒸餾水的各類問(wèn)題對(duì)觀測(cè)資料的影響情況，并提出了相應(yīng)的解決方法，對(duì)提高水管儀觀測(cè)精度、數(shù)據(jù)質(zhì)量有較大幫助。

關(guān)鍵詞：水管儀；蒸餾水；漂移；干擾因素

中圖分類號(hào)：TH762.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）19-0189-02

引言

DSQ型水管傾斜儀是自動(dòng)測(cè)量地殼傾斜變化的精密儀器，可以用來(lái)測(cè)定傾斜變化、固體潮與獲取地震前兆信息，還可用于地球動(dòng)力學(xué)與精密工程測(cè)量等方面[1]。該儀器采用差動(dòng)變壓器式位移傳感器，具有結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定可靠、功能全、使用范圍廣等特點(diǎn)。

水管儀正常觀測(cè)時(shí)，每日生成分鐘值、整點(diǎn)值采樣數(shù)據(jù)，能夠記錄到清晰的傾斜、應(yīng)變固體潮汐以及震前異常信息[2]。DSQ型水管傾斜儀從“十五”時(shí)期觀測(cè)至今，積累了很多儀器維護(hù)方面的經(jīng)驗(yàn)，也歸納了各類儀器故障和干擾因素情況。水管儀觀測(cè)系統(tǒng)中的蒸餾水蒸發(fā)問(wèn)題，水質(zhì)變化情況等，對(duì)觀測(cè)資料的精度和質(zhì)量也有很大影響，通過(guò)分析這些現(xiàn)象，提出以解決該問(wèn)題，提高觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的方法。

1 儀器原理及影響觀測(cè)資料的因素

DSQ 型水管儀工作基本原理是根據(jù)連通管內(nèi)水面保持自然水平的原理（水管儀工作原理見(jiàn)圖1）。當(dāng)臺(tái)基出現(xiàn)相對(duì)垂直位移時(shí)，兩端液面便會(huì)相對(duì)儀器缽體發(fā)生變化，通過(guò)浮子、位移傳感器等變成電信號(hào)輸出自動(dòng)記錄，最后將△h換算成相應(yīng)的地傾斜角△=（L為儀器兩端點(diǎn)的跨距）[3]。

目前數(shù)字化DSQ水管傾斜儀已經(jīng)在全國(guó)范圍內(nèi)廣泛安裝使用，已經(jīng)累計(jì)觀測(cè)十余年，觀測(cè)曲線除記錄到清晰的固體潮外，伴有突跳、臺(tái)階、缺數(shù)等常見(jiàn)異常形態(tài)，另一種常見(jiàn)現(xiàn)象就是儀器漂移，影響漂移的原因主要包括環(huán)境影響和觀測(cè)系統(tǒng)自身因素。環(huán)境影響有山洞內(nèi)溫度、地質(zhì)、水文、巖性、地形、地貌等自然條件。儀器觀測(cè)系統(tǒng)、儀器墩等也存在系統(tǒng)性漂移。另一個(gè)重要的因素就是長(zhǎng)水管內(nèi)的蒸餾水蒸發(fā)、變質(zhì)、漏水對(duì)觀測(cè)曲線的影響。

2 蒸餾水蒸發(fā)對(duì)儀器的影響

數(shù)字化DSQ水管傾斜儀存在自身的漂移，且負(fù)向漂移的主要原因是由于鉑體內(nèi)以及長(zhǎng)水管內(nèi)的水分蒸發(fā)，有些洞室比較干燥的臺(tái)站水分蒸發(fā)速度更快，所以當(dāng)數(shù)據(jù)快要漂出有效測(cè)量范圍-2V～+2V時(shí)，則需要人為進(jìn)行儀器調(diào)零。有的臺(tái)站需要頻繁的進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)零，這樣過(guò)于頻繁，尤其是臺(tái)站位置偏遠(yuǎn)，進(jìn)行一次儀器調(diào)零費(fèi)時(shí)費(fèi)力，人為手動(dòng)調(diào)零的過(guò)程也對(duì)觀測(cè)儀器的記錄曲線影響很大，而常常由于水分蒸發(fā)會(huì)導(dǎo)致儀器觀測(cè)曲線異常（見(jiàn)圖2）。

由于水分蒸發(fā)，2013年8月，乾縣地震臺(tái)水管儀NS向出現(xiàn)大幅度向N傾斜的異常，EW向曲線正常（見(jiàn)圖3）。經(jīng)臺(tái)站人員檢查，N端浮子底部接近落底臨界狀態(tài)，浮子出現(xiàn)傾斜且觸碰鉑體邊緣。

臺(tái)站人員向N端加入提前放置在山洞內(nèi)的蒸餾水，加水量約為20mL；加水完畢后，浮子抬起，調(diào)節(jié)浮子位置、線圈位置，并調(diào)節(jié)量程。加水后NS向趨勢(shì)逐漸恢復(fù)正常。

因此，在日常的儀器維護(hù)過(guò)程中，對(duì)于某些儀器水分蒸發(fā)較快的臺(tái)站，為了減少加水調(diào)節(jié)量程造成的人為干擾，使水管儀觀測(cè)精度、數(shù)據(jù)質(zhì)量得到較大提高，洱源地震臺(tái)字承柱等人做了在蒸餾水中加入二甲基硅油和石蠟油做對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)得出，石蠟油能有效控制水管儀水蒸發(fā)速度[4]。此外，也可以設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)控制的自動(dòng)補(bǔ)水裝置，利用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，將補(bǔ)水容器與水管儀的鉑體連接，根據(jù)水分蒸發(fā)情況調(diào)節(jié)補(bǔ)水量，有效提高傾斜觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性與完整率，大大提高對(duì)有些偏遠(yuǎn)無(wú)人臺(tái)站的數(shù)據(jù)監(jiān)控和校準(zhǔn)工作，減少對(duì)于儀器維護(hù)中的人為影響與效率低的情況。

3 蒸餾水質(zhì)對(duì)標(biāo)定情況的影響

隨著數(shù)字化水管儀在地震臺(tái)站中的不斷應(yīng)用、自動(dòng)化水平的提高，在儀器標(biāo)定過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題也不斷增加。DSQ水管傾斜儀利用連通管原理和水的不可壓縮性，采用標(biāo)定棒增減液體體積人為改變液面變化來(lái)進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定是該儀器的標(biāo)定方法，即通過(guò)標(biāo)定求得液面改變單位高度時(shí)，電信號(hào)的變化量△UC在數(shù)量上的變化。

由于儀器要在山洞中觀測(cè)十年甚至幾十年，所以長(zhǎng)水管中的水質(zhì)會(huì)因?yàn)樯蕉磧?nèi)的情況發(fā)生不同情況的霉變。當(dāng)蒸餾水發(fā)生變質(zhì)、產(chǎn)生絮狀物時(shí)，往往會(huì)對(duì)儀器的正常標(biāo)定產(chǎn)生影響，導(dǎo)致的結(jié)果是標(biāo)定時(shí)水位不穩(wěn)，或者標(biāo)定棒活動(dòng)時(shí)，由于在鉑體內(nèi)部的絮狀物、雜質(zhì)增多，影響傳感器的電壓變化△UC讀數(shù)，導(dǎo)致標(biāo)定精度超標(biāo)，相對(duì)誤差增大，儀器無(wú)法采用新的格值。此時(shí)需要及時(shí)的清洗長(zhǎng)水管及鉑體，更換水管內(nèi)的蒸餾水。

4 漏水對(duì)觀測(cè)曲線的影響

DSQ型水管傾斜儀的兩個(gè)主體安放在山洞洞室基巖主墩上，兩主墩中央安置標(biāo)定裝置，用玻璃管一根接一根的銜接，接頭用硅膠管使它們連通，再將長(zhǎng)水管接入水管儀的鉑體部分。在安裝過(guò)程中，一般會(huì)對(duì)各個(gè)接口部分進(jìn)行檢查，一是避免水管中有氣泡進(jìn)入，二是防止硅膠管連接部分漏水。

當(dāng)水管儀的水槽或者長(zhǎng)水管出現(xiàn)開(kāi)裂、漏水等現(xiàn)象時(shí)，則NS向或者EW向產(chǎn)出的固體潮曲線會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漂移，比水分的蒸發(fā)更快，曲線會(huì)嚴(yán)重的傾斜。觀測(cè)人員應(yīng)該進(jìn)洞室仔細(xì)檢查水管儀各部分的玻璃管和硅膠管接觸面，以及水槽和各密封處。如果是長(zhǎng)水管有破裂，那么應(yīng)當(dāng)及時(shí)更換新的水管；如果是硅膠管和水管連接處有問(wèn)題，那么應(yīng)當(dāng)更換硅膠管重新進(jìn)行連接；如果水槽破損，那么應(yīng)當(dāng)用密封膠進(jìn)行處理，或者更換新的水槽。

5 結(jié)束語(yǔ)

DSQ型水管儀受元器件故障、環(huán)境干擾、人為干擾、水蒸發(fā)等因素影響，觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量會(huì)受到不同程度的影響。本文主要針對(duì)水管儀的水蒸發(fā)問(wèn)題，蒸餾水變質(zhì)、儀器漏水等現(xiàn)象進(jìn)行了分析總結(jié)，希望能夠提高數(shù)據(jù)觀測(cè)質(zhì)量，產(chǎn)出符合要求的真實(shí)、連續(xù)、完整、可靠的形變資料。

參考文獻(xiàn)：

[1]武漢地震科學(xué)儀器研究院.DSQ型水管傾斜儀說(shuō)明書[Z].2006.

[2]李永振.鐵嶺地震臺(tái)數(shù)字化水管儀資料分析[J].形變學(xué)科通訊，2007（2）：45-50.

[3]中國(guó)地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司.地殼形變數(shù)字觀測(cè)技術(shù)[M].北京：地震出版社，2003.

[4]字承柱.洱源地震臺(tái)水管儀水蒸發(fā)問(wèn)題實(shí)驗(yàn)[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2016，37（5）：120-125.