獅泉河地震臺(tái)VP垂直擺傾斜儀故障解決方法

格桑尼瑪

（西藏自治區(qū)地震局拉薩地磁臺(tái)，西藏 拉薩 850000）

獅泉河地震臺(tái)VP垂直擺傾斜儀于2014年7月安裝、試運(yùn)行，同年9月正式運(yùn)行觀測(cè)。同時(shí)架設(shè)了DSQ水管傾斜儀、伸縮儀共3套形變儀器，這也是當(dāng)時(shí)西藏所有地震臺(tái)站里唯一的形變儀器設(shè)備。因此對(duì)該儀器運(yùn)行期間的基本狀況，所遇到的故障以及對(duì)應(yīng)解決措施進(jìn)行了總結(jié)。

1 臺(tái)址概況

獅泉河地震臺(tái)的地理位置非常優(yōu)越，其地處西藏自治區(qū)阿里地區(qū)噶爾縣獅泉河鎮(zhèn)東北。在這里，可以觀察到從前寒武紀(jì)到新生代不同構(gòu)造背景下形成的多種沉積類型和代表性地層剖面，以及中生代以來(lái)在大陸裂解，聚合構(gòu)造演化過(guò)程中保留下來(lái)的蛇綠巖、火山巖、中酸性侵入巖、變質(zhì)巖等方面的物質(zhì)記錄和構(gòu)造變形形跡。獅泉河地震臺(tái)儀器洞室進(jìn)深60多米，洞內(nèi)的常年平均溫度約為7.5℃，濕度約為60%.擬用于前兆觀測(cè)山洞，常年恒溫6℃左右，覆蓋層平均厚度30多米。

2 儀器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與性能

VP型垂直擺傾斜儀主要由四個(gè)部分構(gòu)成，分別是電源系統(tǒng)、垂直擺機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及信號(hào)處理系統(tǒng)[1]。垂直擺機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1，分別是垂直擺機(jī)械結(jié)構(gòu)、擺系結(jié)構(gòu)。

圖1 垂直擺及擺系結(jié)構(gòu)圖[1]

VP型寬頻帶傾斜儀是由中國(guó)地震局地震研究所在VS型垂直擺傾斜儀基礎(chǔ)上研發(fā)的新型地震前兆觀測(cè)設(shè)備，其優(yōu)于萬(wàn)分之二角秒的分辨力和拓寬的頻帶不但滿足了對(duì)地傾斜固體潮的觀測(cè)，并且也能記錄到緩慢地震和長(zhǎng)周期地震等更多的地震信息。

3 VP垂直擺傾斜儀洞室介紹及技術(shù)要求指標(biāo)

VP垂直擺傾斜儀放置在山洞內(nèi)部25m處側(cè)耳洞，為新開(kāi)鑿，面積為6m2，耳洞為鋼筋磚混結(jié)構(gòu)，內(nèi)墻乳膠漆涂料噴涂。內(nèi)吊頂，不設(shè)窗戶，外面為密封防盜門。技術(shù)要求，室溫日變化≤50℃；年最低室溫≤50℃；年最高室溫≤200℃；濕度≤60%.按要求新建基墩，基墩長(zhǎng)1.6m，寬1m，距地面高24cm。

主要技術(shù)指標(biāo)為：分辨力優(yōu)于0.0002″，位移傳感器精度0.0001μm，頻帶寬度2 s至 1 y，儀器量程±2000mv，儀器日漂移≤0.005″，儀器擺長(zhǎng)120mm，擺重280g，自振周期0.6s。

4 獅泉河VP垂直擺傾斜儀記錄情況

2014年7月21日，VP垂直擺傾斜儀在獅泉河臺(tái)完成安裝、調(diào)試、試運(yùn)行，同年9月進(jìn)入正式運(yùn)行、并做預(yù)處理等相關(guān)工作。

圖2為2015年9月19日VP垂直擺傾斜儀分鐘值觀測(cè)曲線，雖然曲線不是很平滑但從圖中可以看出，其能夠清楚的觀測(cè)到固體潮，同時(shí)能夠全面反映出潮波的變化情況。

圖3為（2015年4月25日14時(shí)11分26秒，尼泊爾8.1級(jí)地震）VP垂直擺傾斜儀記錄下的地震事件曲線圖。

圖2 VP垂直擺傾斜儀分鐘值觀測(cè)曲線

圖3 地震事件曲線圖

5 VP垂直擺傾斜儀常見(jiàn)故障及解決方法

5.1 零漂

由于受到儀器工作環(huán)境等因素的影響，儀器在運(yùn)行時(shí)會(huì)有“零漂”的問(wèn)題，所以要采取對(duì)應(yīng)的措施。這種現(xiàn)象也是這類儀器設(shè)備普遍存在的一個(gè)問(wèn)題（圖4可以看出零漂現(xiàn)象）。導(dǎo)致產(chǎn)生這種問(wèn)題的原因有：一是設(shè)備受到外部作用力的強(qiáng)力沖撞；二是從開(kāi)測(cè)以來(lái)儀器漂移較大，超出儀器量程±1.999V[2]；三是設(shè)備出現(xiàn)故障。解決辦法:如果發(fā)生這類問(wèn)題時(shí)，首先要利用遠(yuǎn)程操控的方式對(duì)設(shè)備的量程進(jìn)行調(diào)整。如果未能實(shí)現(xiàn)，則需要工作人員進(jìn)洞手動(dòng)調(diào)擺改變儀器狀態(tài)。具體步驟為：輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)，同時(shí)觀察數(shù)字面板顯示器，如果顯示器上的數(shù)值閃動(dòng)出現(xiàn)-1或1時(shí)，則該儀器已超出量程。需要繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)直至顯示器讀數(shù)在100毫伏左右時(shí)記錄曲線恢復(fù)正常。當(dāng)采用上述方法都沒(méi)有解決問(wèn)題的情況下，要及時(shí)的聯(lián)系廠家技術(shù)人員上門維修。

圖4 2015年11月18日出現(xiàn)零漂現(xiàn)象

5.2 放大板故障

當(dāng)儀器擺體未發(fā)生擺動(dòng)時(shí)，垂直擺會(huì)處于鉛垂?fàn)顟B(tài)，一旦傾斜出現(xiàn)，那么這種狀態(tài)就會(huì)被打破，垂直擺就會(huì)出現(xiàn)擺動(dòng)，那么位置也相應(yīng)的發(fā)生改變，這就導(dǎo)致其傳感器上的電壓值發(fā)生改變，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)[3]。從中可以發(fā)現(xiàn)，儀器的信號(hào)輸出，在很大程度上需要依靠放大板將電信號(hào)進(jìn)行放大處理。

如圖5，2016年8月20日07時(shí)15分，EW向曲線出現(xiàn)零漂問(wèn)題，導(dǎo)致無(wú)法遠(yuǎn)程調(diào)零，只有人工進(jìn)洞檢修。而同期NS向數(shù)據(jù)正常。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，故障源為放大板，將EW向放大板內(nèi)部集成塊進(jìn)行更換，故障得以解除。

5.3 雷擊造成數(shù)據(jù)傳輸控制模塊損壞

雷電最大的危害是導(dǎo)致電壓、電流瞬時(shí)的升高，進(jìn)而引起儀器中的各種電子原件被擊穿。為了解決該問(wèn)題及避免雷害，要認(rèn)真調(diào)查當(dāng)?shù)氐乩?、地質(zhì)、氣候、環(huán)境等條件和雷電活動(dòng)規(guī)律，對(duì)儀器運(yùn)行的環(huán)境進(jìn)行充分的調(diào)查，并建立一些防雷的措施，比如確保儀器接地良好，接入儀器網(wǎng)線安裝不同的光收發(fā)器等，有效的避免雷擊所帶來(lái)的影響。

圖5 2016年8月20日、EW向放大板故障。

6 其它故障

6.1 地震

當(dāng)?shù)卣鸺?jí)別較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致儀器出現(xiàn)粘擺的問(wèn)題，進(jìn)而產(chǎn)生了較大的臺(tái)階，引起垂直擺無(wú)法歸位的現(xiàn)象，這時(shí)可以通過(guò)調(diào)零的方式解決這類問(wèn)題，一般情況下，通過(guò)調(diào)擺、調(diào)零后，儀器需要通過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行曲線才能恢復(fù)正常。

6.2 網(wǎng)絡(luò)中斷

由于臺(tái)站所在阿里地區(qū)供電不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)停電情況，繼而導(dǎo)航UPS不間斷系統(tǒng)出現(xiàn)故障，電力供應(yīng)中斷后儀器互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址會(huì)丟失，當(dāng)電力恢復(fù)后，網(wǎng)絡(luò)都無(wú)法正常連接。此時(shí)可以建立備用網(wǎng)口的方式，利用雙絞線將專用筆記本與儀器進(jìn)行連接，對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置。

6.3 電源

電源突然中斷，會(huì)導(dǎo)致信息的缺失，為此需要配備UPS供電的設(shè)施來(lái)杜絕這類問(wèn)題的發(fā)生。在日常巡查工作中，要對(duì)UPS電源的狀況進(jìn)行核實(shí)，定期測(cè)試其性能，確保其處于正常工作狀態(tài)。其中檢查UPS電瓶的工作狀態(tài)尤為重要，因?yàn)樗鼘儆趹?yīng)急電源系統(tǒng)，UPS不間斷電源出現(xiàn)問(wèn)題最多的就是蓄電池的能力下降，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間被充電，電解液會(huì)慢慢地干涸，這樣一來(lái)，電池的壽命也就隨之降低，最后導(dǎo)致失效，造成儀器斷記。

7 結(jié)語(yǔ)

作為一名地震監(jiān)測(cè)崗位工作人員，深知科研工作的基礎(chǔ)就是觀測(cè)數(shù)據(jù)，保證地震資料的可靠性與連續(xù)性是首要任務(wù)。通過(guò)日常工作中積累的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)儀器故障的防范和排除，對(duì)以后地震臺(tái)站觀測(cè)資料質(zhì)量、連續(xù)性提高有十分重要的意義，尤其今后對(duì)西藏其它臺(tái)站儀器維護(hù)也有一定的參考價(jià)值。