VP型垂直擺傾斜儀運維技術的高效化改造探究

摘要：針對安徽省VP型垂直擺傾斜儀數量多、故障率高、維修難度大的特點，本置兩個研究重點：一是觀測洞室內VP傾斜儀相關設施全部改用插拔頭；二是兼顧觀測數據質量，通過降低儀器的靈敏度，使經過改造后的儀器零漂減少，運行更加穩定，臺站故障自修率可以大幅提高，避免人為進洞對現場產生干擾，為觀測系統自動化、智能化提供參考。

關鍵詞：VP型垂直擺傾斜儀""數據質量""靈敏度""無人化

Exploration"of"Efficient"Transformation"of"Vp"Type"Vertical"Pendulum"Inclinometer""Operation"and"Maintenance"Technology"for"Vp"Type"Vertical"Pendulum"Inclinometer

YAN"Ji1""CHENG"Wenkun1""LI"Zhang1""FAN"Dong2"""TAN"Bing2

（1."Mount"Huangshan"Earthquake"Monitoring"Center"Station，"Huangshan，"Anhui"Province，"245000"China;"2."Bengbu"Earthquake"Monitoring"Center"Station，"Bengbu，"Anhui"Province，"233000"China）

Abstract："In"response"to"the"characteristics"of"the"large"number，"high"failure"rate，"and"difficult"maintenance"of"VP"type"vertical"pendulum"inclinometers"in"Anhui"Province，"this"article"focuses"onsets"two"aspects"research"focuses："Ffirstly，"all"VP"inclinometers"related"facilities"in"the"observation"tunnel"are"equipped"with"unplugged"plugs;"Secondly，"on"the"premise"of"considering"the"quality"of"observation"data，"research"should"be"conducted"to"reduce"the"sensitivity"of"the"instrument，"so"that"the"zero"drift"of"the"VP"instrument"can"be"reduced"after"modification，"and"the"instrument"operation"will"be"more"stable."The"station's"fault"self"repair"rate"can"be"greatly"improved，"avoiding"human"interference"in"the"tunnel"site，"making"the"instrument"operation"more"stable，"and"providing"reference"for"the"automation"and"intelligence"of"the"observation"system.

Key"Wwords："VP"type"vertical"pendulum"inclinometer;"Data"quality;"Sensitivity;"Unmanned

VP型垂直擺傾斜儀是中國地震局“十一五”期間研制的儀器，"其通過高精度比例放大獨特的電路設計，有效擴展了儀器的觀測頻帶[1]，提高了儀器的高靈敏度。“十二五”、“十三五”期間，該儀器在安徽省被推廣使用，現省內共有7臺該類儀器。該儀器具有精度高、頻度寬等優點[1]，但是也存在頻繁超限、故障率高的問題，且儀器集成情況較高，故維修難度大、運維成本高等問題尤其突出，全省多臺儀器經常處于故障狀態。

本文針對VP型垂直擺傾斜儀數量多、故障率高、維修難度大等特點，注重研究解決實際問題，以提高儀器的運維效率，為未來地震臺站改革后的儀器運維做好準備工作。項目組成員長期從事地震一線監測工作，對VP型垂直擺傾斜儀從選點、安裝、調試、試運行等全程參與，對該儀器較熟悉。本文研究將實際中接頭更換為拔插頭，發生故障后，臺站觀測人員可以直接根據故障選擇更換拔插頭等相關配件，維修更加方便高效，且不需要打開儀器調零盒和信號盒，大大減少了潮濕導致儀器故障發生的概率，將有效提升VP型垂直擺傾斜儀的正常觀測連續率。

1""VP型垂直擺傾斜儀運行現狀

經統計分析發現，在全國范圍內，VP型垂直擺傾斜儀出現零漂過快、頻繁超限、故障率高的問題較多，這與儀器本身的信號系統設置有關。武漢地震科學儀器研究院專家結合VP型垂直擺傾斜儀在全國各臺站運行過程中的故障類型統計與相應的維修過程，總結該型儀器的常見故障特征，并給出了相應的解決方案，為臺站設備維護人員判斷、解決問題提供思路。但此類種種方法未能結合未來地震事業發展需求提出根本性的解決方法。

2""VP型垂直擺傾斜儀的高效化運維改造方案

VP型垂直擺傾斜儀的觀測洞室內，儀器連接現狀是10個線路焊接接頭，密封布設在調零盒和信號處理系統內，集成度較高，維修處理空間小、難度大。只能采用直觀法維修，且維修過后，重新密封可能達不到所需效果，增加了直接暴露在潮濕度較高外部環境中的風險，從而埋下電路芯片類故障隱患[2]。本研究聚焦VP型垂直擺傾斜儀的接頭改造與性能優化，旨在通過技術創新來提升儀器的維護效率與觀測性能。具體而言，研究團隊提出了將原有接頭更換為拔插頭的改造方案[3]。這一改造使在儀器發生故障時，臺站觀測人員能夠迅速識別問題所在，并直接通過更換拔插頭等模塊化配件進行修復[4]。這種模塊化的設計不僅簡化了維修流程、提高了維修效率，還避免了打開儀器調零盒和信號盒的復雜操作，從而有效降低了因潮濕環境而導致的儀器故障概率（見圖1）。這一改進措施預計將在全省范圍內顯著提升VP型垂直擺傾斜儀的正常觀測連續率，為地震監測等科研工作提供更加穩定、可靠的數據支持。

此外，針對VP型垂直擺傾斜儀因靈敏度高而頻繁出現的漂移過快、超限等問題，本研究在保證觀測信息豐富性和觀測精度的基礎上，對儀器進行了進一步的性能優化。通過在調零電路上串接一個100"KΩ的電阻，并調整信號處理系統的放大倍數[5]，研究團隊成功提高了儀器的穩定性，并有效降低了儀器的噪聲。這一創新性的解決方案不僅解決了VP型垂直擺傾斜儀在實際應用中遇到的難題，還為同類儀器的性能優化提供了有益的參考。本研究通過接頭改造與性能優化兩方面的創新，有效提升了VP型垂直擺傾斜儀的維護效率和觀測性能，為地震監測等科研工作的深入開展奠定了堅實基礎。

3""改造成果

經過對涇縣臺VP型垂直擺傾斜儀的改造（見圖2）及靈敏度調整措施[5]的實施，實際運行數據的觀測結果顯示出了顯著的改進效果（見圖3），根據研究成果研發了一款專用于VP型垂直擺傾斜儀的高效化運維裝置（見圖4），并申請了實用新型發明專利（第16573822號），具體而言，這些改進措施帶來了以下積極影響。

（1）延長調零間隔時間：儀器的調零間隔時間從原先的7～13"d成功延長至15～18"d。這意味著在更長的時間段內，儀器能夠保持穩定的運行狀態，無需頻繁進行調零操作。

（2）減少調零次數：預計全年可減少調零次數達15次。這一減少不僅降低了維護成本，還減少了因調零操作可能帶來的數據中斷或誤差。

（3）降低人為干預：通過優化和調整，人為干預操作的比例降低了50%。這有助于減少因人為因素而導致的操作失誤或數據誤差，從而提升整體觀測的準確性和可靠性。

（4）縮短干擾時間：調零校準等干擾時間得到了有效縮短。這對提高數據質量、確保數據的連續性和完整性具有重要意義。

（5）提升數據質量：有效數據的質量得到了顯著提升。這得益于儀器穩定性的增強和干擾因素的減少，使觀測數據更加準確、可靠。

（6）提高儀器運行穩定性及數據連續性：這些改進措施大大提高了VP型垂直擺傾斜儀的運行穩定性與數據的連續性。這對地震監測、預警等科研和應用領域具有重要意義，能夠為相關研究和決策提供更為準確、可靠的數據支持。

綜上所述，涇縣臺VP型垂直擺傾斜儀的改造與靈敏度調整措施取得了顯著成效，不僅提升了儀器的運行穩定性和數據質量，還降低了維護成本和人為干預，為地震監測和研究提供了更為可靠的數據支持。

4""結語

經前期試驗驗證，測試該裝置在VP型垂直擺傾斜儀故障維修中可以解決儀器運維難度大、自修率低的問題。主要用途如下：

（1）洞內接頭改造更換為拔插頭，在儀器檢修時，可直接根據故障選擇更換拔插頭等相關配件，維修更加方便高效；

（2）減少了皖南山區洞內潮濕導致儀器故障發生的概率；

（3）通過推廣運用，積累的數據可以為地震臺站無人化、智能化、自動化提供參考。

參考文獻

[1]"龐聰，馬武剛，李查瑋，等."基于CEEMDAN多尺度模糊熵和SSA-BP神經網絡的VP型垂直擺傾斜儀故障辨識[J]."科學技術與工程，2022"，22（35）：15612-15616.

[2]"呂品姬，李正媛，耿麗霞，等，等.VP型垂直擺傾斜儀觀測頻帶的分析及改進[J].大地測量與地球動力學，2020，40（5）：540-545.

[3]"沈魏乾，李惠玲，高龍飛，等.忻州地震監測中心站VP型垂直擺傾斜儀典型故障及維護方法[J].山西地震，2022（3）：39-42.

[4] 馬武剛.河北VP型寬頻帶垂直擺傾斜儀映震效能及時頻特征分析[J].大地測量與地球動力學，2022，42（6）：643-649.

[5]"張小艷，趙星，熊峰，等."內蒙古VP垂直擺傾斜儀背景噪聲水平[J].華北地震科學，2023，"41（2）：108-112.