地電阻率儀觀測系統(tǒng)故障分析及診斷系統(tǒng)的初步建設(shè)

王 鳳，袁志祥，李 晶

（陜西省地震局，陜西 西安 710068）

0 引言

隨著社會對防震減災(zāi)事業(yè)需求的日益增長，以數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化為基本要求的地震監(jiān)測臺網(wǎng)建設(shè)，推動了地震地電學觀測技術(shù)的極大發(fā)展［1］，與此同時對地震地電學儀器的監(jiān)測質(zhì)量提出了更高的要求。

目前陜西省地震前兆監(jiān)測臺網(wǎng)架設(shè)有5套電阻率觀測儀器，其中有2 套屬于“九五”研制的儀器（ZD8B），3套屬于“十五”研制的儀器（ZD8B－I）。如何保證數(shù)字設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，以提供連續(xù)、準確、可靠的觀測數(shù)據(jù)，是地震監(jiān)測科技工作者的一項重要工作，也是臺站觀測人員面臨的新課題。數(shù)字化地震觀測儀器科技含量高、功能多［2］、電路復(fù)雜，加之臺站人員對“十五”儀器不是很了解，維修難度增大。而儀器正常運行是獲得連續(xù)的原始觀測資料的前提，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)［3］。本文以ZD8B地電阻率儀器為例，總結(jié)了地電阻率觀測系統(tǒng)中各種典型故障的判別和維修經(jīng)驗，并提出地電阻率觀測系統(tǒng)建設(shè)的優(yōu)選方案，建設(shè)一個初步的診斷系統(tǒng)，為地震預(yù)報人員使用地電阻率觀測資料進行地震分析預(yù)報提供必要的參考依據(jù)。

1 地電阻率儀器觀測系統(tǒng)簡介

地電阻率觀測系統(tǒng)分為3大部分［4］，一是裝置系統(tǒng)，包括電極、外線路、室內(nèi)配線及避雷系統(tǒng)；二是測量系統(tǒng)，包括測量儀器，供電設(shè)備及記錄傳輸；三是檢定系統(tǒng)。

圖1 地電阻率儀器觀測系統(tǒng)構(gòu)成

觀測裝置是將信號傳遞或耦合到測量儀器的設(shè)施，串接在觀測系統(tǒng)中，它的變化直接影響觀測結(jié)果。地電阻率裝置系統(tǒng)包括［5］測線方位和極距，電極，外線路，室內(nèi)配線和線路避雷。測量系統(tǒng)包括測量儀器、供電電源和記錄通信設(shè)備。

完成一個通道的地電阻率測量過程如圖2 所示：

圖2 地電阻率儀測量過程示意圖

地電阻率觀測儀器主要包括供電控制和測量控制2大系統(tǒng)，如圖3所示：

觀測裝置穩(wěn)定性檢查原理如圖4所示：

圖3 ZD8B地電儀控制電路原理圖

圖4 ZD8B檢查裝置原理圖

2 地電阻率觀測系統(tǒng)常見故障分析

地電阻率觀測系統(tǒng)的故障分析步驟為：

（1）根據(jù)觀測資料分析確定觀測系統(tǒng)故障的性質(zhì)，首先判斷是裝置系統(tǒng)問題還是測量系統(tǒng)問題，觀測分析主要是分析6道曲線的日變化、日變幅度，共用電極的相關(guān)曲線變化形態(tài)等逐步縮小故障的可能范圍，盡量判別出問題在哪一部分，可采取替換法排除。

（2）進一步確定故障的位置。例如只有1道曲線變化形態(tài)不正常，就可以確定為是觀測儀器問題，2道曲線不正?；旧吓袛酁槭峭饩€路極的問題。

（3）熟悉儀器工作原理，電路結(jié)構(gòu)。多動腦，少動手；先動腦，后動手。

（4）如果判定為裝置系統(tǒng)問題，可通過排查外線、查看接線頭是否氧化、接觸是否牢靠等，采用相應(yīng)的處理辦法解決。

主要故障現(xiàn)象分析及處理如表1所示：

表1 地電阻率觀測儀器故障排除步驟一覽表

續(xù)表

3 地電阻率儀觀測系統(tǒng)故障系統(tǒng)介紹

陜西地電阻率臺站觀測系統(tǒng)建設(shè)成瀏覽器界面形式（圖5），主要包括“臺站介紹”、“儀器簡介”、“儀器標定”、“診斷方法”、“儀器檢查”、“典型故障”6個一級菜單。

圖5 地電阻率儀觀測系統(tǒng)故障診斷主頁面

（1）“臺站介紹”介紹了各個臺站的臺址情況、布極情況、外線情況和儀器基本情況，便于在臺站的觀測系統(tǒng)出現(xiàn)具體故障時，根據(jù)該臺站的特點對故障做出進一步判定。

（2）“儀器簡介”對當前陜西省地電阻率臺站使用的ZD8B－I地電阻儀的主要特點進行了介紹。

（3）“儀器標定”介紹ZD8B－I地電儀標定的操作方法及注意 事項，主要包括儀器的標定和校準。

（4）“診斷方法”介紹了地電阻率觀測系統(tǒng)的形成以及如何診斷儀器故障的所在位置。主要的診斷方法和檢修步驟見文章第2部分。

（5）“儀器檢查”介紹了供電電源和主機的檢查方法。

（6）“典型故障”主要從4個方面對地電觀測中通常會遇到的各類故障進行分類介紹，以便快速做出正確的故障定位。主要包括：地電儀故障、穩(wěn)流源故障、避雷器故障和外線路故障。穩(wěn)流源故障分析網(wǎng)頁示意圖見圖6。

圖6 穩(wěn)流源儀器故障頁面

4 認識與結(jié)論

數(shù)字化地震觀測儀器科技含量高，電路較復(fù)雜［6］，對于基層地震臺站人員儀器的維護檢修是一個新課題，也是一個不斷探索、不斷積累經(jīng)驗和不斷創(chuàng)新的過程。本文對陜西省5個地電阻率臺站實際觀測中出現(xiàn)的各類故障進行深入分析，從電極、外線路、觀測儀器等方面總結(jié)工作中電阻率觀測系統(tǒng)的各種典型故障及排除方法，包括儀器故障檢測、外線路和電極故障的排查，提出有效的解決方案。重點對ZD8B－I地電儀的故障進行總結(jié)，提出地電阻率觀測系統(tǒng)建設(shè)的優(yōu)選方案，建設(shè)一個初步的診斷系統(tǒng)供大家參考。

［1］ 張世中，趙家騮，王燕瓊，等.地電觀測中的系統(tǒng)誤差消除方法及其在地電儀中的應(yīng)用［J］.西北地震學報，2001，23（3）：12－14.

［2］ 曲利，董曉娜，胡旭輝，等.淺談山東“十五”地震前兆儀器的運行維護［J］.華北地震科學，2012，30（2）：56－59.

［3］ 李菊珍，蘭從欣，魯躍，等.北京數(shù)字化地電阻率干擾識別與異常分析［J］.防災(zāi)技術(shù)高等?？茖W校學報，2004，6（4）：9－14.

［4］ 潘振生，陳向東.阿克蘇中心地震臺數(shù)字地震觀測系統(tǒng)常見故障及處理方法［J］.華北地震科學，2011，29（3）：61－64.

［5］ 中國地震局科技監(jiān)測司.地震電磁觀測技術(shù)［M］.北京：地震出版社，1995：39.82.

［6］ 蔡莉，王宗平，張周術(shù)，等.地震前兆觀測儀器的校準與標定辨析［J］.華北地震科學，2012，30（2）：28－32.