“背景場”強震動臺站加速度計零位電壓的計算

李垚奇，白若冰

陜西省地震局，陜西 西安 710068

目前，陜西省地震局共有采用EDAS-24GN型數采和SLJ-100型加速度計的臺站10個。在日常觀測過程中，經過一段時間的運行，加速度計會出現零點飄移，為了保證加速度計正常工作，需要定期檢查加速度計的零位電壓[1]。在日常工作中發現，該套觀測系統無法從軟件中直接查詢得到加速度計的零位電壓，在日常觀測中無法準確掌握加速度計工作狀態。因此，文章研究了一種能夠遠程檢查加速度計零位電壓的方法。

1 零位電壓的計算原理

根據數采單位count值對應的電壓值和采集到的加速度計輸出電壓對應的count值，可以通過計算得到加速度計輸出的電壓值。數采單位count值對應的電壓值為數采模數轉換器（ADC）的電壓最小分辨率，即能引起ADC輸出數值變化的最小電壓值[2-4]。

利用數采配套的波形顯示軟件，可以查看到實時波形居中時每道波形的顯示幅寬count值，通過簡單的計算可以得到居中時波形的中位count值，即采集到的加速度計輸出電壓對應的count值，或可直接查詢當前顯示波形的零點修正count值，該數值與實時波形的中位count值相同[5-7]。

2 數采分辨率的計算

數采的分辨率與其采用的ADC位數及量程有關。計算公式為

EDAS-24GN型數采在實用軟件查看實時波形時，波形數據的位數為24位，即此時數采的ADC位數為24位。同時，日常觀測中，數采的采集量程設置為-10～10V。將相關參數代入式（1），計算可得單位count對應的電壓值：。

3 加速度計零位電壓的計算

以薛鎮的強震動臺為例，計算加速度計輸出的零位電壓方法如下：使用配套的波形顯示軟件連接數采查看實時波形，并顯示每道幅寬的count值。此時，實時顯示的波形幅度count值未添加零點修正值。

3.1 計算實時波形中位count值

點擊軟件“縮小”按鈕，并點擊波形居中按鈕后，軟件實時波形如圖1所示。從圖1中可以看出，垂直（UD）、東西（EW）、北南（NS）3道波形的上下顯示幅寬分別為23492count～-9276count、-93531count～-126299count、-4521count～-37289count。居中后波形的中位count值可利用如下計算公式得到：

圖1 增大顯示幅寬并居中后的實時波形圖

式中：count中為波形的中位count值；count上、count下分別為幅寬的上下限。

通過計算可得實時波形的中位count值：UD項為7108count，EW項為-109915count，NS項為-20905count。

3.2 查詢實時波形的零點修正值

通過軟件查詢波形的零點修正值如圖2所示。可見，各道的零點修正值如下：UD項7108count，EW項-109917count，NS項-20904count。與第3.1節中計算得到的中位count值基本一致。

圖2 各道零點修正值（count）

3.3 計算實時波形對應的零位電壓值

通過對數采分辨率的計算，得到該數采的分辨率即單位count值對應的電壓值約為1192nV，再結合波形中位count值或波形零點修正值的count值，得到實時波形的零位電壓值，即加速度計輸出的零位電壓，如表1所示。可見，采用實時波形中位count值和零點修正值計算得到的加速度計輸出電壓值基本一致。

表1 計算所得零位電壓值表

4 零位電壓計算值的準確性

在不移動和改變加速度計安裝狀態的情況下，采用專用零位檢查線將加速度計連接到數字萬用表，使用滿足加速度計供電要求的外部電源為加速度計供電[8-9]。此時，通過數字萬用表可以讀出UD項、EW項、NS項通道輸出的零位電壓值，即實際測量值分別為9mV、-131mV、-25mV。采用計算得到的零位電壓值減去測量值即得到計算值的絕對誤差，計算結果如表2所示。對比分析表2的數據可知，計算得到的加速度計零位電壓值與實際測量得到測量值之間的絕對誤差小于1mV，完全滿足日常工作中對強震動加速度計零位檢查的需要，即能夠滿足檢查加速度計零位電壓值在-50～50mV范圍內的要求。

表2 計算得到的零位電壓值與測量值誤差 單位：mV

5 結論

通過以上論述可知，在不采用專用的零位檢查轉接線及萬用表的情況下，可以通過數采配套的單臺實時波形顯示軟件進行加速度計零位檢查。同時，因為所采用的是單臺實時波形顯示軟件，所以可以在遠程進行加速度計的零位檢查工作，不需要到現場進行檢查。當發現加速度計零位超出要求范圍后，再進行現場檢查和調整，可以節省大量的人力、物力，提高站點的運維效率。