VS垂直摆倾斜仪常见异常现象的判断及维护*

2011-11-14罗俊秋黎永东郭熙枝孙伶俐蒋幼华

大地测量与地球动力学 2011年6期

关键词：倾斜仪异常现象面板

李明刘可罗俊秋黎永东郭熙枝孙伶俐蒋幼华

(1)湖北省地震局，武汉 430071 2)武汉地震科学仪器研究院，武汉430071)

VS垂直摆倾斜仪常见异常现象的判断及维护*

李明1)刘可1)罗俊秋1)黎永东1)郭熙枝1)孙伶俐1)蒋幼华2)

(1)湖北省地震局，武汉 430071 2)武汉地震科学仪器研究院，武汉430071)

针对地震台站使用的VS垂直摆倾斜仪，对其典型的异常现象进行分析，并给出了维护方法。

VS垂直摆倾斜仪;故障;维修;观测技术;漂移

1 前言

VS垂直摆倾斜仪是我国自行研制的精密的地球物理观测仪器。随着“中国数字地震观测网络”项目的实施，湖北省地震局分别在武汉、宜昌、麻城等地震前兆形变观测台站安装了垂直摆倾斜仪。仪器在连续运行期间，除因地震造成的异常外，还经常出现尖峰、台阶、数字记录噪声背景大、记录数据超量程、漂移大等问题［1-3］。本文将针对一些常见的异常现象进行分析，并提出相应的解决办法。

2 仪器异常的检查

VS型垂直摆倾斜仪由机械与电路控制两部分组成，机械部分主要是由摆系、吊丝、主体支架、电容位移传感器、底座、调平装置组成;电路部分是由主机、电源和IP采集控制器等部分组成。正常情况下应该每天连续不断地、清晰地记录出固体潮汐，当遇见记录资料出现异常时，首先通过直观检查机柜内VS垂直摆倾斜仪电源机箱前面板上的电源指示灯，当电源灯亮时表示交流、直流供电状态正常，标定工作电源灯亮表示标定系统供电状态正常;其次检查EP-Ⅲ型IP采集控制器的机箱，它与垂直摆倾斜仪电源有相同之处，面板上有电源、采集、网络、状态4个指示灯，1个显示屏，3个开关和1个设置键，电源指示灯亮表示供电状态正常，采集、网络指示灯闪烁表示正常工作，状态指示灯闪烁表示采集部分正与网络部分通信，常亮表示仪器处于设置状态，反之为不正常;检查显示屏上显示的输出数据是否在量程范围内，如不在则判断仪器工作状态非正常。最后检查摆体、主机、电源及采集控制器后面板的所有接插件是否连接牢固，连接摆体、主机、电源、UPS电源之间的线路是否完好无损，判断故障是连接线路故障，还是供电电源故障。

VS型垂直摆倾斜仪集成系统比较复杂，从传感器到数据文件的形成，中间连接的仪器设备比较多，过程也比较繁琐，当台管人员发现不能进行正常收数时，首先要准确判断故障范围。根据系统的连接方式，采用图1中的步骤进行检查。

1)在台站微机上通过Ping网内路由器、交换机地址方式检测局域网运行是否正常;

2)通过Ping倾斜仪器IP地址检测设备网络的联通性，并应用该设备的服务来检测设备运行情况。当能Ping通仪器而无数据时，再检查仪器或电源;当Ping不能连接到仪器时，检查路由器或电源。

图1 台站微机与仪器链路图Fig.1 Link chart of the microcomputer at station with the instruments

3 常见异常现象的分析与处理

3.1 尖峰、台阶

当交流电停调换为直流供电，再换成交流供电时记录曲线会出现尖峰现象。这种现象不需要做任何维修就会自行恢复(图2(a))。有时仪器本体底盘上的底脚螺丝状态不稳定也会造成记录曲线出现台阶现象，这种异常不需要做任何处理也能自行恢复(图2(b))。台阶异常只在仪器初装时出现;而零点台阶异常是由于软件处理不当照成的，需用相应的软件进行处理。

3.2 噪声大

气象因素、周边环境、摆体内吊丝及元器件损耗都能影响仪器的工作状态，照成输出曲线噪声增加(图2(c))。如大风、暴雨、气压突变及吊丝接触不良等都会引起噪声加大。这种随气象因素、周边环境的变化而形成的噪声不需要任何维修就会自行恢复。

3.3 漂移

环境影响包括山洞内温度、地质、水文、岩性、地形、地貌等自然条件。如洞室进深、旁侧与垂直覆盖厚度未达到标准均会引起漂移加大(图2(e))。当环境因素改变之后，这种漂移会随之消失，不需做任何处理。

3.4 记录曲线为一条直线

图2 VS垂直摆倾斜仪异常现象曲线Fig.2 Curves of variant trouble of VS vertical pendulum tiltmeter

1)主机电源故障。面板电源指示灯不亮，检查保险丝是否熔断，电源线是否断路，如有更换之即可恢复。

2)电缆线及插座故障。面板电源指示灯不亮，主机无输入，检查摆体与主机连接处电缆线或插头座有无短路、插头松动、氧化或断路接触不良现象，如有紧固接插件，连接断线即可。

3)需逐级检查振荡器、前置放大器、主放大器及同步检波电路，首先检查振荡器，若振荡器的输出波形不正常，波形或幅度不对，或输出为一直线，则需修理振荡器或更换振荡电路板，若振荡器工作正常，则依次检查前置放大器、主放大器及同步检波电路的增益和波形是否正常，在逐级检查中如发现故障，则逐级进行修理和排除，若同步检波输出的波形不是正弦波的半波，而是正弦波的全波，这种状况下需检查整形电路的输出或模拟开关4066是否正常，若整形电路的输出为-4.3～+4.3伏的方波，则整形电路正常，这种状态下模拟开关4066的“开”和“关”的功能正常。

3.5 记录数字超量程

当发现记录曲线缺损时，说明仪器超过量程范围±1.999 V(图2(d))。此时台站值班人员需要进入洞室内对仪器进行机械调零，转动蜗杆带动蜗轮及丝杆转动，从而改变仪器的姿态，使摆体处于零位附近。当数字面板显示表头数为正时，将蜗杆朝正(顺时针)方向转动;当显示表头数为负时，则将蜗杆朝负(逆时针)方向转动，显示范围为±1.999 V。若数字面板表出现闪动-1或1时，说明超出量程，当经过调整使数字面板的读数小于100毫伏时，仪器便可记录，调零完毕后关闭数字面板表电源开关。

图3 吊丝故障形成的异常图像Fig.3 Anomaly caused by the trouble of the hang silk

4 实例

垂直摆倾斜仪及IP数据采集控制器损坏后，其故障表现一般比较复杂，维修时要特别注意。对缺少专用测试设备的用户来说，要修复这类技术密集型产品是很困难的，若处理不当可能会增加新的故障。

4.1 吊丝故障

武汉中心地震台狮子山站点VS垂直摆倾斜观测仪北南分量在2009年2月11日开始出现记录曲线加粗异常现象，但是固体潮形态依然正常(图3 (a))，经多日的观测，分析认为是吊丝故障。厂家于2009年2月18日重新装配吊丝后异常现象消失(图3(b))。

4.2 环境因素

图4 环境因素影响产生的异常图像Fig.4 Trouble caused by the environment factor

受环境因素影响现象比较常见。2009年4月麻城地震台VS垂直摆倾斜仪因降雨、气压的变化受到干扰，固体潮趋势虽然存在，但测量数据随着降雨量、气压上、下波动，记录曲线产生抖动(图4 (a))，这种现象与测量墩和固定墩之间的基岩有裂隙和夹层及洞体的覆盖层薄有一定的关系，于是采用在洞内加装密封门减少气流干扰，目前异常现象有所缓解。同年8月，宜昌地震台VS垂直摆倾斜仪遭遇雷击(图4(b))，曲线噪声明显增加，虽然固体潮趋势依然存在，但是这种现象说明仪器已经受到损伤。更换主机后，异常现象消失。

4.3 标定、调零引起的异常

为保证测量精度，按照学科中心要求，形变仪器每年都必须进行标定，每次间隔不得超过180天。2010年3月麻城地震台对垂直摆倾斜仪进行标定，从曲线形态上看有类似“脉冲”现象(图5(a))。武汉中心台狮子山观测站2010年10月对垂直摆倾斜仪进行调零，测量曲线好似有一个台阶(图5(b))。这类干扰均属人为因素造成，只采用中国地震前兆台网数据处理软件进行处理即可。