阿克蘇中心地震臺數字地震觀測系統(tǒng)常見故障及處理方法

潘振生,陳向東

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局阿克蘇中心地震臺,新疆阿克蘇 843000)

阿克蘇中心地震臺數字地震觀測系統(tǒng)常見故障及處理方法

潘振生,陳向東

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局阿克蘇中心地震臺,新疆阿克蘇 843000)

論述了阿克蘇中心地震臺數字地震觀測系統(tǒng)的組成部分及各部分的功能和作用,對日常觀測中常見的各種故障進行了總結、分析,并對儀器運行中典型故障的產生原因、解決方法進行了詳細地分析。

觀測系統(tǒng);常見故障;處理方法

0 引言

儀器正常運行是獲得連續(xù)的原始觀測資料的前提[1],因此做好儀器維護工作,確保儀器正常運行是地震監(jiān)測工作中的重要環(huán)節(jié)。阿克蘇中心地震臺記錄和分析阿克蘇、神木園、輪臺、西克爾等8個數字地震臺的地震數據。因儀器供電、數據傳輸方式等的不同,各臺站觀測系統(tǒng)出現的故障也不盡相同。本文對數字記錄以來,觀測系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)出現的各類問題進行了總結和分析,并給出了解決辦法,希望能為同類臺站提供參考。

1 數字地震觀測系統(tǒng)的組成

阿克蘇中心地震臺管理的8個數字地震臺,間距大(東西跨度約600km,南北跨度約230km),儀器型號多,因通訊條件相對較差、有線網絡覆蓋范圍有限,有些臺站只能采用“先用無線方式傳輸到有網絡的地方,再用網絡傳輸”方式[2],這就給儀器維護造成了一定的困難。因此,要做好儀器維護工作,確保地震觀測順利進行,首先要搞清楚觀測儀器的性能、數據傳輸的路徑和整個觀測系統(tǒng)的組成及各個部分的功能。

阿克蘇中心地震臺的8個測震臺,從臺站級別、儀器型號、數據傳輸方式3個方面可進行以下分類:一是從臺站級別分,有1個國家臺和7個區(qū)域臺;二是從儀器型號分 ,有 CTS-1E、CMG-3ESPC、BBVS-60、FSS-3共4種儀器(數據采集器有 EDAS-24L6和EDAS-24IP兩種)。三是因各臺所處位置與阿克蘇的距離遠近和當地通訊條件的不同,其數據傳輸方式有以下3種:①地震數據采集設備采集的地震數據(以下簡稱“采集數據”),通過電信寬帶傳輸到新疆測震臺網中心,轉發(fā)到阿克蘇數據記錄處理中心。②采集數據通過超短波或擴頻微波傳輸到有電信寬帶的地方,再上網傳輸到新疆測震臺網中心,轉發(fā)到阿克蘇數據記錄處理中心。③采集數據通過超短波或擴頻微波,直接傳輸到阿克蘇數據記錄處理中心。各臺的儀器型號、數據記錄、傳輸方式如圖1所示。

2 記錄出現問題后的快速判定和維修

數字地震臺站由拾震器完成地面運動參量到電壓量的轉變,由數據采集器將模擬的電壓量轉變成數字量[3]。數據記錄處理中心發(fā)現記錄出現問題時,首先要判斷是什么故障。一般來說,能在時實監(jiān)控中看到的有2種故障,包括數據中斷和記錄失真。其次要分清是數據直接傳到臺網部的臺站(阿克蘇和神木園),還是經新疆測震臺網中心轉發(fā)數據的臺站(其它6個臺)出現了問題。再次要搞清楚是網絡傳輸出現問題導致數據中斷,還是地震記錄、采集或數據傳輸設備出現問題導致的數據中斷,最后根據上述初步的判定,確定維修方式和辦法。因儀器型號、數據傳輸過程等不同,出現問題后判定儀器故障點的思路和方法也不同,筆者根據近幾年各臺儀器出現的故障種類和維修經驗,總結出以下快速判定和維修的步驟,用圖2方框示意圖表述如下:

圖1 阿克蘇中心地震臺測震臺儀器組成及數據傳輸示意圖

圖2 阿克蘇中心地震臺測震臺儀器故障快速判定和維修步驟示意圖

3 儀器故障分類及典型故障處理方法

阿克蘇中心地震臺管理的8個臺站,在4年多的運行過程中,儀器出現過多種問題,總的來說共有4類問題:①因網絡故障和上網設備故障導致數據傳輸中斷。此類問題在近2年出現的頻率最高,解決辦法是先電話詢問新疆局測震臺網中心和儀器所在地電信網絡維護部門,如果網絡正常,問題一般出在上網設備上,上網設備中最常出現問題的是路由器。解決方法是更換路由器,并進行相應設置后數據傳輸恢復正常。②因超短波或擴頻微波傳輸設備故障導致數據傳輸中斷。如超短波傳輸設備出現問題,可查看接收電平或用功率計測場強,如場強過低,要查找原因,必要時更換數據傳輸設備;如擴頻微波出現問題,可用筆記本電腦在收端通過路由器登陸發(fā)端,查看場強是否正常,如場強過低,可查看收端和發(fā)端是否新增遮擋物或干擾源,再采取相應的解決辦法。③因供電不足導致數據記錄和傳輸中斷。此類問題多發(fā)于太陽能加蓄電池供電的臺站,問題的多發(fā)時段為冬季連續(xù)陰、雪天氣和春季連續(xù)沙塵天氣。例如,2009年12月—2010年2月,拜城臺2次因連續(xù)多天的陰、雪天氣,導致數據記錄中斷,解決辦法是更換電量充足的蓄電池。另外,如太陽能充電控制器出現故障,也會使蓄電池電量不足,導致數據記錄和傳輸中斷。④因數據采集器或地震計故障,導致三分向或某一分向數據中斷或記錄失真。如果是數據采集器的問題,且故障發(fā)生在冬季寒冷天氣,則可能是因數據采集器所處環(huán)境溫度過低,超過了其正常工作的溫度范圍所致。例如2007年1月,因氣溫過低,造成拜城臺數據采集器工作不正常,解決此類問題的方法是將數采移到相對保溫的地方或給其加帶有溫控設備的保溫罩[4]。如地震計出現問題,一般情況下經過斷電、重新加電、調零、鎖擺、開擺等操作后仍不能解決問題,就要與省局監(jiān)測部門聯系,請專業(yè)人員維修或更換地震計。

現就幾次典型的故障現象為例,詳細分析和論述幾次故障的產生原因和具體的解決辦法。

(1)2009年9月,阿合奇臺數據中斷,檢查過程為:①咨詢當地電信網絡部門,網絡正常;到現場用筆記本電腦通過路由器上網,網絡不通,將路由器和ADSL設備斷電重啟、重新插拔網線插頭后網絡仍不通,由此判斷可能是上網設備出現了問題。②用筆記本電腦連接數采,記錄數據正常,由此判斷上網設備損壞。解決的辦法為:更換路由器,并對路由器進行正確的設置后數據傳輸恢復正常。

(2)2008年1—4月,庫車臺多次出現供電不足導致數據中斷的問題。數據傳輸中斷期間,正逢冬季陰、雪天氣和春季沙塵天氣,最初的解決辦法是給蓄電池充電,之后到擺房仔細檢查供電設備后發(fā)現,太陽能充電控制器的充電性能明顯降低,不能有效給蓄電池充電,導致蓄電池虧電,造成地震記錄、數據采集、傳輸設備工作中斷。此次維修經歷的教訓是:當出現問題時,必須對所有可能導致問題產生的設備進行全面細致的檢查。

(3)2008年4—5月,神木園臺出現不定時數據中斷故障,斷記時間為2～40min不等。解決的方法為:首先檢查超短波傳輸接收設備的數據線接頭、天線接頭等,均正常。再到擺房用筆記本電腦連接數據采集器,檢查發(fā)現地震計、數據采集器正常,因此判斷問題出在數據傳輸設備上。最后更換超短波數據傳輸設備后,數據傳輸恢復正常。

(4)應用擴頻微波傳輸測震數據的最大優(yōu)點是抗干擾性能強、抗信號衰減及保密性能好[5]。采用擴頻微波傳輸測震數據的拜城臺,2010年8月19日起,地震數據連續(xù)2天在白天上班時段出現數據時斷時續(xù)的故障。到現場檢查發(fā)現,擴頻微波的信道方向在蓋高層住宅,用筆記本電腦通過路由器登陸擴頻微波發(fā)端發(fā)現,接收場強為-95～98db,遠低于正常時的-76db。分析認為施工中的高樓遮擋了一部分信號,而白天施工時段吊塔的吊臂來回移動,不定時的完全遮擋了信號傳輸,造成數據時斷時續(xù)。解決的辦法是移動擴頻微波收端,避開施工中的樓房和吊塔,調整擴頻微波收端的上、下、左、右角度,使接收場強達到正常值。

圖3 庫車臺CTS-1E地震計記錄波形

(5)2010年1月起,庫車臺北南向出現記錄失真問題,脈沖形態(tài)不正常,記錄的遠震振幅明顯小于其它2個分向。檢修的過程為:①到擺房檢查CTS-1E地震計的RCU控制盒,發(fā)現北南向的電壓指示略偏離零點,調整后脈沖形態(tài)基本正常,與其它2個分向的幅度相差不大,但北南向記錄遠震的振幅仍然偏小,且2個月后的脈沖形態(tài)又不正常。②更換地震計北南向的反饋控制電路板,并調整相關參數,波形記錄正常,但10多個小時后,北南向和垂直向出現了“自激”現象,具體表現為2分向規(guī)則的大幅度漂移(圖3a),地震計發(fā)出“自激”噪音。③調整北南向反饋控制電路板的可調電位器,地震計“自激”噪音消失,記錄波形恢復正常(圖3b)。④正常記錄3天后,又出現“自激”現象,再次調整電路板的可調電位器,儀器長時間記錄正常。⑤正常記錄后,調整控制周期、阻尼、振幅的電位器,使阻尼達到0.68～0.72之間,進行脈沖標定和正弦波標定,計算結果與儀器架設初相近。

要做好地震儀器的日常維護工作,不但要不斷總結維修經驗,還需對可能出現的問題做提前預防。例如,要經?？刺鞖忸A報,如果儀器所在地未來幾天將出現持續(xù)降雪或連續(xù)陰天,可在蓄電池電量即將耗盡前對供電設備進行維護,以預防供電中斷導致儀器停止工作故障發(fā)生。有些儀器故障不需要到現場檢查,通過記錄波形就能對故障原因進行初步的判斷。例如,王曉峰等根據儀器發(fā)生故障后的事件記錄[6],對故障產生的原因進行遠程診斷,快速、順利排除故障。筆者通過對比分析,也發(fā)現根據一些波形記錄圖像,能快速判斷故障原因。例如,數據中斷一段時間后,恢復傳輸的記錄波形與斷記前相同(圖4a),這可能是網絡問題導致的數據中斷。如果數據中斷后,恢復傳輸的波形記錄與斷記前不同(圖4b),則可能是供電不足導致的數據中斷。兩種故障的不同之處是:供電中斷,再恢復正常時,地震計有一個加電恢復位過程,而網絡恢復正常時,傳輸的是正常記錄的地震波形。

圖4 不同原因導致數據中斷后又恢復記錄的波形圖像

4 問題討論與結語

筆者在多年的儀器維護工作中深感如果能解決以下2個問題,就能遠程快速解決很多問題,極大地提高資料的連續(xù)率。(1)如果實現在記錄中心訪問數據采集器,對數據采集器進行設置,并通過數據采集器對地震計進行調零、標定等操作,就能使一部分問題在遠程快速診斷、解決。目前使用擴頻微波直接將數據傳輸到記錄中心的臺站可以做到(例如阿克蘇臺),而使用擴頻微波,再上網絡傳輸數據和采用超短波及通過數采直接上網絡傳輸數據的臺站,還不能實現遠程對數采的操作。這個問題有待通過增加一些必要的硬件設備和相應的軟件來解決。(2)有些儀器故障,只需重起數采或用于網絡傳輸的路由器就能解決。但目前上述簡單的故障,都要到現場去解決。為此,筆者查閱有關資料后認為,可以在數據流的后端增加數據流中斷判別電路,用于檢測和判別數據流是否中斷;再用一個時鐘發(fā)生器用于判斷數據中斷的時間,如數據中斷達到一定時間,通過“與門”電路判斷后,給后續(xù)的繼電器驅動電路一個信號,通過繼電器的吸合,控制供電的通、斷,實現數采和路由器斷電、重新加電操作,以達到自動重起數采和路由器進而排除儀器故障的目的。

文中對各臺的儀器設備、供電系統(tǒng)、數據傳輸方式等進行了分類,分析了各臺觀測系統(tǒng)各部分的功能,在此基礎上給出了快速判定和解決各種儀器故障的思路、步驟和具體的解決方法。同時結合近幾年的儀器維護經驗,論述了幾次典型故障產生的原因和解決方法,經過研究和思考,提出了遠程解決儀器問題的思路和方法,希望能給同類臺站提供一些可借鑒的經驗。

[1] 楊婕,占惠.廈門地震臺RTP-1觀測儀電源故障處理[J].華北地震科學,2009,23(2):174-179.

[2] 袁順,段天山,冉慧敏.新疆數字地震觀測網絡測震系統(tǒng)的構建[J].內陸地震,2009,23(2):174-179.

[3] 閆俊崗,張雙鳳,溫超,等.邯鄲數字地震遙測臺網系統(tǒng)構成[J].華北地震科學,2003,21(3):42-47.

[4] 林毅航,周華根.KS-2000拾震器溫控保溫工作系統(tǒng)[J].地震地磁觀測與研究,2003,24(2):68-70.

[5] 邱英,周華根.擴頻微波通訊在地震遙測數據傳輸中的應用[J].地震地磁觀測與研究,2002,23(6):58-62.

[6] 王曉峰,賈君,楊文東,等.數字地震儀遠程故障分析[J].地震地磁觀測與研究,2004,25(1):98-101.

Common Failure and Solution in Digital Seismological Observation System of Xinjiang Akesu Central Seismostation

PAN Zhen-sheng,CHEN Xiang-dong
(Akesu Central Seismostation,Akesu 843000,China)

This article introduces each parts and their function of digital seismological observation system of Xinjiang Akesu central seismostation,summarizes and analyzes all kinds of common failures and solutions in daily observation,analyzes the causation of typical failure and solutions during the running of the system in detail.

observation system;common failure;solution

P315.63

A

1003-1375(2011)03-0061-04

2010-11-23

潘振生(1976-),男(漢族),甘肅武威人,工程師,主要從事地震監(jiān)測和儀器維護工作.E-mail:pzsaks2007@sohu.com