DSQ 水管傾斜儀標(biāo)定數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用

陳慧杰 舒德亮 徐久晟

（湖北省地震局，湖北 武漢430071）

DSQ 水管傾斜儀是根據(jù)連通管內(nèi)水面保持自然水平的原理設(shè)計，安裝于長約20～30 米山洞洞室內(nèi)。儀器兩端缽體通過多節(jié)玻璃管連通，標(biāo)定系統(tǒng)位于基線中點處，位移傳感器安裝于缽體上。地傾斜導(dǎo)致缽體內(nèi)水的流動在缽體兩端產(chǎn)生垂直向高度變化，能夠被觀測系統(tǒng)監(jiān)測并合成為角度信息。本文使用武漢中心地震臺轄區(qū)內(nèi)分布于武漢、麻城、黃石、黃梅四套DSQ水管傾斜儀的標(biāo)定數(shù)據(jù)表進行分析。

1 水管傾斜儀標(biāo)定流程

儀器標(biāo)定采用單向定量標(biāo)定，Uc 電壓值為標(biāo)定過程中5 次等間隔電壓采樣值，分別為T0（09:04）初始時刻；T1（09:09）和T3（09:19）標(biāo)定棒完成下降且等待兩端水體穩(wěn)定，T2（09:14）和T5（09:24）標(biāo)定棒回位上升至初始位置且等待兩端水體穩(wěn)定。

端點標(biāo)定精度?（%）為max（abs（ΔUc-ΔUc））/ΔUc，使用表1 中數(shù)據(jù)可計算東西端分別為（979.5-977.9）/977.9=0.16%、（976.7-975.2）/975.2=0.15%。

兩端相對誤差R（%）為abs（ΔUcE-ΔUcW）/ΔUc'，使用表1中數(shù)據(jù)為（977.9-975.2）/976.61=0.27%。

安裝于DSQ 水管傾斜儀兩端缽體上的傳感器能夠?qū)⑺娴母叨茸兓疕（t）轉(zhuǎn)換為電壓值的變化信號U（t），在儀器量程內(nèi)兩者近似呈線性關(guān)系，可表達為：U（t）=K* H（t），K 為線性系數(shù)。水管儀兩端的線性系數(shù)應(yīng)保持一致，通過調(diào)節(jié)前置盒側(cè)面的電位器實現(xiàn)，此操作在儀器維護中稱為水管儀的線性度調(diào)節(jié)。

2 水管傾斜儀標(biāo)定數(shù)據(jù)分類

形變評比規(guī)范要求，合格的標(biāo)定結(jié)果應(yīng)滿足端點標(biāo)定精度和相對誤差均不超過1%，超限應(yīng)重新標(biāo)定。依據(jù)規(guī)范對端點標(biāo)定精度和相對誤差的要求的可將水管儀標(biāo)定數(shù)據(jù)分為三類，第一類A 兩者均優(yōu)于1%，標(biāo)定合格；第二類B 端點標(biāo)定精度均優(yōu)于1%，相對誤差>1%，標(biāo)定不合格；第三類C 端點標(biāo)定精度中存在>1%，標(biāo)定不合格。

2.1 標(biāo)定合格A 類

表1 黃石臺水管傾斜儀東西分量標(biāo)定表（20191119）

2.2 標(biāo)定不合格B 類

當(dāng)標(biāo)定數(shù)據(jù)中兩個端點標(biāo)定精度均優(yōu)于1%，相對誤差超過1%，則標(biāo)定結(jié)果可劃分為B 類。在穩(wěn)定的觀測系統(tǒng)中，調(diào)整線性度不會影響端點標(biāo)定精度，選擇合適的系數(shù)K 滿足K1*ΔUN-K2*ΔUS=0 時，調(diào)整后可使相對誤差R 的結(jié)果<1%。實際操作中可選一端為標(biāo)準(zhǔn)，僅對另一端進行調(diào)整。

表2 黃梅臺水管傾斜儀北南分量標(biāo)定表（20191119，20191202）

表3 武漢臺水管傾斜儀北南分量標(biāo)定表（20191202,20191217）

2.3 標(biāo)定不合格C 類

當(dāng)標(biāo)定數(shù)據(jù)中兩個端點標(biāo)定精度中存在超過1%，則標(biāo)定結(jié)果劃分為C 類。由于調(diào)整線性度不改變端點的標(biāo)定精度，此時僅通過調(diào)一致性不能夠使標(biāo)定數(shù)據(jù)合格。表3 為武漢臺水管儀東西分量2019 年11 月19 日標(biāo)定結(jié)果，其中E 端、W 端端點標(biāo)定精度分別為1.72%和1.69%，超限屬于C 類情形的不合格標(biāo)定。

C 類不合格標(biāo)定的主要影響因素為端點標(biāo)定精度超限，通常與整個觀測系統(tǒng)有關(guān)，包括水質(zhì)變質(zhì)、導(dǎo)向簧片變形、鐵芯是否居中、傳感器性能是否良好等多因素。實際維修中通過排除法進行檢查，端點標(biāo)定精度超限是否受后三者的影響可通過現(xiàn)場排查和對比連續(xù)2 個標(biāo)定表中電壓變化幅度是否一致進行排除。針對武漢臺的標(biāo)定結(jié)果，初步排除了后三項影響因素，技術(shù)人員12 月4 日對東端觀測裝置進行了拆解，檢查缽體水質(zhì)是否良好。

此過程發(fā)現(xiàn)鐵芯居中良好，浮子頂部未碰觸蓋板可自由浮動，缽體內(nèi)水質(zhì)良好，無霉變，但儀器在長期運行中水面上浮有部分灰塵，使用紗布對側(cè)壁和水面灰塵進行了清理，并進行了蒸餾水的適量補償，之后重新進行了導(dǎo)向簧片、微調(diào)機構(gòu)的安裝恢復(fù)。

待儀器穩(wěn)定后，于12 月17 日進行了標(biāo)定，由表3 下層數(shù)據(jù)可見此次標(biāo)定合格。

3 總結(jié)與分析

本文按形變評比規(guī)范對合格的標(biāo)定結(jié)果的要求，依據(jù)端點精度、相對誤差將水管傾斜儀標(biāo)定結(jié)果數(shù)據(jù)進行了分類分析，其中當(dāng)標(biāo)定結(jié)果屬于A 類和B 類時，可以通過調(diào)整兩端測微系統(tǒng)的一致性使標(biāo)定結(jié)果滿足規(guī)范。當(dāng)標(biāo)定結(jié)果屬于C 類時，則需仔細排查多個影響因素，應(yīng)重點關(guān)注是否是缽體內(nèi)水質(zhì)變質(zhì)導(dǎo)致的端點標(biāo)定精度超限。

DSQ 水管傾斜儀在投入觀測后，由于長期運行，不可避免雜質(zhì)進入缽體內(nèi)部，導(dǎo)致蒸餾水變質(zhì)。兩端缽體水質(zhì)發(fā)生的同步、異步變質(zhì)，都將引起標(biāo)定中水面穩(wěn)定耗時的增長，當(dāng)所需的耗時超過固定采樣間隔時，將導(dǎo)致標(biāo)定采樣值包含偏差。當(dāng)系統(tǒng)偏差超過某一閾值時，將導(dǎo)致標(biāo)定數(shù)據(jù)中端點精度超限。水體變質(zhì)產(chǎn)生的標(biāo)定系統(tǒng)偏差如何影響標(biāo)定結(jié)果的分類還待定量分析。