DSQ 水管倾斜仪标定数据分析及应用

陈慧杰 舒德亮 徐久晟

（湖北省地震局，湖北 武汉430071）

DSQ 水管倾斜仪是根据连通管内水面保持自然水平的原理设计，安装于长约20～30 米山洞洞室内。仪器两端钵体通过多节玻璃管连通，标定系统位于基线中点处，位移传感器安装于钵体上。地倾斜导致钵体内水的流动在钵体两端产生垂直向高度变化，能够被观测系统监测并合成为角度信息。本文使用武汉中心地震台辖区内分布于武汉、麻城、黄石、黄梅四套DSQ水管倾斜仪的标定数据表进行分析。

1 水管倾斜仪标定流程

仪器标定采用单向定量标定，Uc 电压值为标定过程中5 次等间隔电压采样值，分别为T0（09:04）初始时刻；T1（09:09）和T3（09:19）标定棒完成下降且等待两端水体稳定，T2（09:14）和T5（09:24）标定棒回位上升至初始位置且等待两端水体稳定。

端点标定精度∂（%）为max（abs（ΔUc-ΔUc））/ΔUc，使用表1 中数据可计算东西端分别为（979.5-977.9）/977.9=0.16%、（976.7-975.2）/975.2=0.15%。

两端相对误差R（%）为abs（ΔUcE-ΔUcW）/ΔUc'，使用表1中数据为（977.9-975.2）/976.61=0.27%。

安装于DSQ 水管倾斜仪两端钵体上的传感器能够将水面的高度变化H（t）转换为电压值的变化信号U（t），在仪器量程内两者近似呈线性关系，可表达为：U（t）=K* H（t），K 为线性系数。水管仪两端的线性系数应保持一致，通过调节前置盒侧面的电位器实现，此操作在仪器维护中称为水管仪的线性度调节。

2 水管倾斜仪标定数据分类

形变评比规范要求，合格的标定结果应满足端点标定精度和相对误差均不超过1%，超限应重新标定。依据规范对端点标定精度和相对误差的要求的可将水管仪标定数据分为三类，第一类A 两者均优于1%，标定合格；第二类B 端点标定精度均优于1%，相对误差>1%，标定不合格；第三类C 端点标定精度中存在>1%，标定不合格。

2.1 标定合格A 类

表1 黄石台水管倾斜仪东西分量标定表（20191119）

2.2 标定不合格B 类

当标定数据中两个端点标定精度均优于1%，相对误差超过1%，则标定结果可划分为B 类。在稳定的观测系统中，调整线性度不会影响端点标定精度，选择合适的系数K 满足K1*ΔUN-K2*ΔUS=0 时，调整后可使相对误差R 的结果<1%。实际操作中可选一端为标准，仅对另一端进行调整。

表2 黄梅台水管倾斜仪北南分量标定表（20191119，20191202）

表3 武汉台水管倾斜仪北南分量标定表（20191202,20191217）

2.3 标定不合格C 类

当标定数据中两个端点标定精度中存在超过1%，则标定结果划分为C 类。由于调整线性度不改变端点的标定精度，此时仅通过调一致性不能够使标定数据合格。表3 为武汉台水管仪东西分量2019 年11 月19 日标定结果，其中E 端、W 端端点标定精度分别为1.72%和1.69%，超限属于C 类情形的不合格标定。

C 类不合格标定的主要影响因素为端点标定精度超限，通常与整个观测系统有关，包括水质变质、导向簧片变形、铁芯是否居中、传感器性能是否良好等多因素。实际维修中通过排除法进行检查，端点标定精度超限是否受后三者的影响可通过现场排查和对比连续2 个标定表中电压变化幅度是否一致进行排除。针对武汉台的标定结果，初步排除了后三项影响因素，技术人员12 月4 日对东端观测装置进行了拆解，检查钵体水质是否良好。

此过程发现铁芯居中良好，浮子顶部未碰触盖板可自由浮动，钵体内水质良好，无霉变，但仪器在长期运行中水面上浮有部分灰尘，使用纱布对侧壁和水面灰尘进行了清理，并进行了蒸馏水的适量补偿，之后重新进行了导向簧片、微调机构的安装恢复。

待仪器稳定后，于12 月17 日进行了标定，由表3 下层数据可见此次标定合格。

3 总结与分析

本文按形变评比规范对合格的标定结果的要求，依据端点精度、相对误差将水管倾斜仪标定结果数据进行了分类分析，其中当标定结果属于A 类和B 类时，可以通过调整两端测微系统的一致性使标定结果满足规范。当标定结果属于C 类时，则需仔细排查多个影响因素，应重点关注是否是钵体内水质变质导致的端点标定精度超限。

DSQ 水管倾斜仪在投入观测后，由于长期运行，不可避免杂质进入钵体内部，导致蒸馏水变质。两端钵体水质发生的同步、异步变质，都将引起标定中水面稳定耗时的增长，当所需的耗时超过固定采样间隔时，将导致标定采样值包含偏差。当系统偏差超过某一阈值时，将导致标定数据中端点精度超限。水体变质产生的标定系统偏差如何影响标定结果的分类还待定量分析。