“背景场”强震动台站加速度计零位电压的计算

李垚奇，白若冰

陕西省地震局，陕西 西安 710068

目前，陕西省地震局共有采用EDAS-24GN型数采和SLJ-100型加速度计的台站10个。在日常观测过程中，经过一段时间的运行，加速度计会出现零点飘移，为了保证加速度计正常工作，需要定期检查加速度计的零位电压[1]。在日常工作中发现，该套观测系统无法从软件中直接查询得到加速度计的零位电压，在日常观测中无法准确掌握加速度计工作状态。因此，文章研究了一种能够远程检查加速度计零位电压的方法。

1 零位电压的计算原理

根据数采单位count值对应的电压值和采集到的加速度计输出电压对应的count值，可以通过计算得到加速度计输出的电压值。数采单位count值对应的电压值为数采模数转换器（ADC）的电压最小分辨率，即能引起ADC输出数值变化的最小电压值[2-4]。

利用数采配套的波形显示软件，可以查看到实时波形居中时每道波形的显示幅宽count值，通过简单的计算可以得到居中时波形的中位count值，即采集到的加速度计输出电压对应的count值，或可直接查询当前显示波形的零点修正count值，该数值与实时波形的中位count值相同[5-7]。

2 数采分辨率的计算

数采的分辨率与其采用的ADC位数及量程有关。计算公式为

EDAS-24GN型数采在实用软件查看实时波形时，波形数据的位数为24位，即此时数采的ADC位数为24位。同时，日常观测中，数采的采集量程设置为-10～10V。将相关参数代入式（1），计算可得单位count对应的电压值：。

3 加速度计零位电压的计算

以薛镇的强震动台为例，计算加速度计输出的零位电压方法如下：使用配套的波形显示软件连接数采查看实时波形，并显示每道幅宽的count值。此时，实时显示的波形幅度count值未添加零点修正值。

3.1 计算实时波形中位count值

点击软件“缩小”按钮，并点击波形居中按钮后，软件实时波形如图1所示。从图1中可以看出，垂直（UD）、东西（EW）、北南（NS）3道波形的上下显示幅宽分别为23492count～-9276count、-93531count～-126299count、-4521count～-37289count。居中后波形的中位count值可利用如下计算公式得到：

图1 增大显示幅宽并居中后的实时波形图

式中：count中为波形的中位count值；count上、count下分别为幅宽的上下限。

通过计算可得实时波形的中位count值：UD项为7108count，EW项为-109915count，NS项为-20905count。

3.2 查询实时波形的零点修正值

通过软件查询波形的零点修正值如图2所示。可见，各道的零点修正值如下：UD项7108count，EW项-109917count，NS项-20904count。与第3.1节中计算得到的中位count值基本一致。

图2 各道零点修正值（count）

3.3 计算实时波形对应的零位电压值

通过对数采分辨率的计算，得到该数采的分辨率即单位count值对应的电压值约为1192nV，再结合波形中位count值或波形零点修正值的count值，得到实时波形的零位电压值，即加速度计输出的零位电压，如表1所示。可见，采用实时波形中位count值和零点修正值计算得到的加速度计输出电压值基本一致。

表1 计算所得零位电压值表

4 零位电压计算值的准确性

在不移动和改变加速度计安装状态的情况下，采用专用零位检查线将加速度计连接到数字万用表，使用满足加速度计供电要求的外部电源为加速度计供电[8-9]。此时，通过数字万用表可以读出UD项、EW项、NS项通道输出的零位电压值，即实际测量值分别为9mV、-131mV、-25mV。采用计算得到的零位电压值减去测量值即得到计算值的绝对误差，计算结果如表2所示。对比分析表2的数据可知，计算得到的加速度计零位电压值与实际测量得到测量值之间的绝对误差小于1mV，完全满足日常工作中对强震动加速度计零位检查的需要，即能够满足检查加速度计零位电压值在-50～50mV范围内的要求。

表2 计算得到的零位电压值与测量值误差 单位：mV

5 结论

通过以上论述可知，在不采用专用的零位检查转接线及万用表的情况下，可以通过数采配套的单台实时波形显示软件进行加速度计零位检查。同时，因为所采用的是单台实时波形显示软件，所以可以在远程进行加速度计的零位检查工作，不需要到现场进行检查。当发现加速度计零位超出要求范围后，再进行现场检查和调整，可以节省大量的人力、物力，提高站点的运维效率。