温度对甚宽带地震计零点及灵敏度的影响

赵龙梅，高业欣，燕 云，卢 山，朱叶琳，赵 雷

温度对甚宽带地震计零点及灵敏度的影响

赵龙梅，高业欣，燕 云，卢 山，朱叶琳，赵 雷

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

根据宽频带地震计在北方寒冷地区运行时受温度变化影响的实际情况，针对温度对宽频带地震计的影响做了定量的分析研究，从而总结出温度对地震计影响的具体指标和相应关系曲线，并得出了温度对地震计影响的初步结论，即随环境温度的降低地震计灵敏度逐渐降低，地震计零点电压值在不断升高，尤其垂直向零点随温度的变化率更加明显。为地震计厂家增加温度补偿功能或台站温度环境的改进提供了相应的数据参考。

温度；甚宽频地震计；灵敏度；零点

0 引言

温度对地震观测仪器有着重要的影响。谢剑波等通过台站实验，很好的说明温度对宽频地震计在长周期频段观测的影响[1]。温度、湿度是地震观测台站非常重要的环境参数，超出正常工作温度范围，仪器则不能正常工作，使得记录中断或失常，严重影响观测的连续性和完整性[2]。

《中国数字测震台网技术规程》规定：宽频带地震计安装的观测室应设有保温防潮密封隔离间或隔离带，湿度小于95% ，扰动气流速度低于5.0km/h，且温度变化小于2℃/日，15℃/年。对于甚宽带地震计的安装环境要求更为严格，湿度小于90% ，扰动气流速度低于3.0 km/h，且温度变化小于1℃/日，10℃/年[3]。但是目前国内的现状，大多数台站都达不到实际要求。据沈阳地震台研究，将沈阳地震台超宽频带地震计垂直向（UD）传感器LP通道2009年11月至2010年10月记录资料通过相应的手段和处理方法,进行固体潮分析研究,得到沈阳地震台超宽频带地震计2009年度数据不存在明显固体潮特征,与仪器本身及环境因素影响有关[4]。

本文针对温度对宽频带地震计的影响做了定量的分析研究，从而总结出温度对地震计影响的具体指标和相应关系曲线，为地震计厂家增加温度补偿功能或台站温度环境的改进提供了相应的参考数据。

1 实验过程

1.1 温度监控系统研制及野外台站架设

研制了针对台站观测系统环境温度监视的温度监控系统，包括温度采集、数据存贮、数据传输等，能够使数据传输并存储在黑龙江省地震局监测中心相关服务的数据库中并为以后的数据分析所用。

在黑龙江省地震局甘南地震台安装了以EDAS-24IP为数据采集器，以BBVS-120为地震计组成的宽频带地震观测系统，并在BBVS-120地震计内部、摆坑内、观测室门口安装了三个温度传感器，以提供详细可靠的温度数据（图1）。

在整个温度监控及地震观测系统运行期间，人工对地震计零点数据进行采集，并形成文档与相应时间段温度相关联以便分析使用。

图1 甘南地震台地震观测系统及温度监测设备连接图Fig.1 Connection diagram of seismic observation system and temperature-monitoring device in Gannan Seismic Station

1.2 实验室温度试验

2014年4月份和8月份进行两次实验室内温度对BBVS-120宽频带地震计灵敏度和零点影响的试验。

实验内容主要是将BBVS-120置于温控箱内，并在地震计及温控箱内分别安装温度传感器，温度从-30oC每隔5oC增加一个测点直至+30oC，并查询相应温度时地震计的零点，并对其进行脉冲标定和正弦标定，并将相关数据及波形进行保存以便进行相关的计算和分析[5]。实验设备连接如图2所示。

图2 实验室地震观测系统及温度监测设备连接图Fig.2 Connection diagram of laboratory seismic observation system and temperature-monitoring device

具体过程分为两部分：第一，升温过程，即在室温情况下，将恒温恒湿试验箱的温度设定为+40℃并开机工作。在加温过程中，温度每升高1℃时查询相应温度值对应的地震计零点电压值并做好原始记录。为了减小恒温恒湿试验箱工作时对地震计的影响，当温度达到设定温度并稳定后关闭恒温恒湿试验箱等温度自然下降，在下降过程中分别在40℃、30℃、20℃温度点对地震计进行脉冲和正弦标定并做好标定时间、波形及相应温度值的相关记录。第二，降温过程，此过程与升温过程相似，将恒温恒湿试验箱内的温度设定为-35℃（为了使传感器的温度达到-30℃）并开机工作。在降温过程中，温度每降低0.5℃时便查询相应温度值对应的地震计零点并做好原始记录。为了减小恒温恒湿试验箱工作时对地震计的影响，当温度达到设定温度并稳定后关闭恒温恒湿试验箱等温度自然上升，在上升过程中分别在-30℃至25℃每隔5℃的温度点对地震计进行脉冲和正弦标定并做好标定时间相应温度值的相关记录，并将相关数据及波形进行保存以便进行相关的计算和分析。

2 数据分析

2.1 野外台站数据分析

对野外台站宽频带地震计的零点数据，与对应的温度数据进行了整理和分析，根据数据绘制了零点-温度曲线，从曲线形态看来地震计的零点电压值是随温度的升高而降低，随温度的降低而升高。但是由于零点数据是由人工进行采集的，所以其连续性稍差，因而数据结果说服力不强。具体曲线如图3所示。

图3中间部分温度突然下降是由于此时间段仪器设备故障而使数据不连续造成的。

图3 甘南地震台地震计零点-温度关系图Fig.3 The diagram between zero -temperature of Gannan Seismic Station

2.2 实验室数据分析

对实验室测试数据进行了整理、计算和分析，首先是用I-CHECK软件依次对不同温度点的脉冲和正弦标定数据进行了计算并得出了不同温度值下地震计相应的灵敏度值，并绘制灵敏度-温度曲线。地震计正弦标定参数如表1所示。

表1 BBVS-120地震计配EDAS-24IP数采正弦标定参数表

整理不同温度值下相对应的地震计电压值，并形成零点电压值与相应温度曲线图并得出结论。由灵敏度-温度曲线可知，随着温度的增加地震计灵敏度在不断变大。由零点-温度曲线可知，随温度逐渐下降，地震计零点电压值在不断升高。灵敏度-温度及零点-温度曲线分别如图4、图5所示。

图4 BBVS-120宽频带地震计灵敏度-温度关系图Fig.4 The sensitivity characteristic diagram of the broadband seismometer BBVS-120 effected by temperature

图5 BBVS-120宽频带地震计零点-温度关系图Fig.5 The diagram between zero - temperature of broadband seismometer BBVS-120

3 结论

通过以上分析得出以下两个主要结论：

（1）宽频带地震计BBVS-120各分向零点电压值在-30℃到+30℃之间，随温度降低而增大，幅度尤其以UD向最为明显。

（2）宽频带地震计BBVS-120各分向电压灵敏度在-30℃到+30℃之间随温度升高而增大，灵敏度变化率在2～3%左右，尤其在-15℃和+15℃温度点左右变化率最大。

[1] 谢剑波，何寿清，吕金水，等. 宽频带地震计的安装[J]. 地震地磁观测与研究，2007，28（1）：57-62.

[2] 郭金华，刘宁，池建军. 台站环境实时监测的重要性及其作用[J]. 地震地磁观测与研究，2003，24（3）：81-86.

[3] 王晓蕾,朱小毅,薛兵,等. 温度对甚宽频地震计性能的影响[J]. 地震地磁观测与研究，2012，3（3）：257-263.

[4] 马莉,刘利,王艳艳,等. 沈阳地震台超宽频带地震计垂直向LP通道固体潮特征分析[J]. 防灾减灾学报，2015，31（1）：59-64.

[5] 延海军,蔡黎明,杜文勇. 银川台地电仪断线装置改造实验[J]. 防灾减灾学报，2016，32（1）：47-50.

The Influence of Temperature on the Sensitivity and Zero of the Very Broadband Seismometer

ZHAO Long-mei，GAO Ye-xin，YAN Yun，LU Shan，ZHU Ye-lin， ZHAO Lei
（Earthquake Administration of Liaoning Province，Liaoning Shenyang 110034，China）

According to the practical situation of the influence on temperature changes of broadband seismometer in the north cold area，we did quantitative analysis on this paper. Thereby we summed up the specific indexes and corresponding relational curves of the influence of temperature on the broadband seismometer. The sensitivity of the seismometer decreased with the decreasing temperature，and zero voltage value raised with the decreasing temperature. Especially the vertical zero voltage rate of change was more obvious. Through analysis of the researching，we increase temperature compensation function for seismometer manufacturer and provided the corresponding reference date to seismic stations.

temperature；very broadband seismometer；sensitivity；zero

P315.62

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.01.006

1674-8565（2017）01-0036-04

2016-12-02

2017-01-22

赵龙梅（1988-），女，安徽省阜阳市人，毕业于防灾科技学院，助理工程师，现主要从事仪器维修研究方面的工作。E-mail：359799571@qq.com