永安地震臺(tái)SZW-1A數(shù)字溫度計(jì)（V2004）常見(jiàn)故障排除

全建軍 陳美梅 方傳極 鄭志泓劉禮誠(chéng) 賴(lài)見(jiàn)深 龔 薇

1)中國(guó)福建 366000 永安地震臺(tái)

2)中國(guó)福建 353000 福建省地震局儀器維修中心南平分中心

3)中國(guó)福建 363400 東山地震臺(tái)

0 引言

SZW-1系列數(shù)字式溫度計(jì)是為觀測(cè)地下流體溫度變化而設(shè)計(jì)的石英溫度計(jì)，由中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所研制，始于20世紀(jì)80年代初付子忠研究員主持的云南地?zé)釋?shí)驗(yàn)場(chǎng)(李強(qiáng)等，2013）。SZW-1系列數(shù)字式溫度計(jì)具有精度高、分辨率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、量程寬及數(shù)字化自動(dòng)觀測(cè)等特點(diǎn)（中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所，2006），目前廣泛應(yīng)用于全國(guó)地震前兆觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)及地方地震前兆觀測(cè)臺(tái)站。“九五”期間，全國(guó)安裝100多臺(tái)套SZW-1A型數(shù)字溫度計(jì)，數(shù)據(jù)傳輸采用現(xiàn)場(chǎng)總線或RS-232接口的方式實(shí)現(xiàn)，即串口通訊方式。隨著國(guó)家“十五”數(shù)字化地震前兆臺(tái)網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)通訊方式升級(jí)改進(jìn)，采用網(wǎng)絡(luò)通訊方式，發(fā)展為支持網(wǎng)絡(luò)功能的新型數(shù)字溫度計(jì)——SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)（V2004），可存儲(chǔ)3 113個(gè)分鐘值數(shù)據(jù)，不僅支持“九五”地震前兆的通信控制標(biāo)準(zhǔn)，也符合“十五”地震前兆的通信規(guī)則（趙剛等，2007）。“十五”期間，全國(guó)新建或改造152臺(tái)套SZW-1A（2004）型數(shù)字溫度計(jì)。對(duì)數(shù)字溫度計(jì)進(jìn)行有效維護(hù)和管理，可為獲取可靠、穩(wěn)定的觀測(cè)數(shù)據(jù)提供專(zhuān)業(yè)技術(shù)保證。本文以福建省地震局永安地震臺(tái)為例，總結(jié)SZW-1A數(shù)字溫度計(jì)日常觀測(cè)遇到的各類(lèi)故障，分析典型故障的產(chǎn)生原因及排除方法，以供其他地震臺(tái)借鑒與參考。

1 永安觀測(cè)井參數(shù)

永安地震臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)永安臺(tái)）SZW-1A數(shù)字溫度計(jì)（V2004）安裝于永安冷凍廠深井，該井為我國(guó)東南沿海最深的地震地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)井，井深約1 000.44 m，水溫傳感器置深100 m。永安井位于華南斷塊區(qū)內(nèi)NW向張扭性為主的永安—晉江斷裂帶和NE向壓性為主的政和—海豐斷裂帶交匯處附近，觀測(cè)井的地質(zhì)觀測(cè)巖層為火山巖裂隙承壓匯合水，封閉條件比較理想（秦雙龍等，2013）。井孔地層結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，其中：0—5.2 m為第四系砂質(zhì)粘土覆蓋層；5.2—396.3 m是第三系—白堊系上統(tǒng)赤石群，紫紅色砂巖為主要構(gòu)成；396.3—1 000 m是侏羅系上統(tǒng)南園組，凝灰?guī)r層為主要構(gòu)成；70—552 m主要為含水層分布，為混合承壓水，屬福建省A類(lèi)地震觀測(cè)水井（黃躍進(jìn)，2007）。永安臺(tái)水溫觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊接口連接到水溫觀測(cè)房的交換機(jī)，與永安臺(tái)核心路由器相連，將數(shù)據(jù)上傳至福建省地震局臺(tái)網(wǎng)中心。SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)（V2004）連接示意圖見(jiàn)（圖 2）。

圖1 福建永安井地質(zhì)柱狀剖面Fig.1 Geological column profile of Yongan well in Fujian Province

圖3 SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)(V2004)結(jié)構(gòu)Fig.3 The structure of SZW-1A digital thermometer (V2004)

圖2 SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)（V2004）連接示意Fig.2 The SZW-1A digital thermometer (V2004)connection diagram

2 數(shù)字式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)及功能

SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)（V2004）由探頭（傳感器）、主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通訊模塊3部分組成（圖3）。

（1）主機(jī)為系統(tǒng)核心中樞部分。RS-32C通訊控制接口是控制主機(jī)通訊的重要元器件，儀器主機(jī)通過(guò)RS-232C接口與網(wǎng)絡(luò)通訊模塊相連，接收外部指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（2）SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)（V2004）采用石英測(cè)溫探頭，由測(cè)溫諧振器和變換電路組成，封裝在一個(gè)外徑30 mm，長(zhǎng)約300 mm的紫銅管內(nèi)，探頭電纜由一芯一屏蔽構(gòu)成，即負(fù)責(zé)由主機(jī)向探頭內(nèi)的變換電路供電，又將探頭的信號(hào)送回主機(jī)，探頭具有良好的密封特性，可長(zhǎng)期在1 000 m深水中可靠工作。

（3）網(wǎng)絡(luò)通訊模塊(簡(jiǎn)稱(chēng)協(xié)議轉(zhuǎn)換器)外接12 V直流電源，滿足國(guó)家“十五”通信規(guī)程，具備儀器監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集的日志記錄功能，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及儀器控制功能。

3 常見(jiàn)故障及排除

永安臺(tái)SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)(V2004)在日常運(yùn)行過(guò)程中常見(jiàn)故障主要有水溫傳感器雷擊故障、網(wǎng)絡(luò)通訊接口及主機(jī)故障。

3.1 傳感器雷擊故障

由于地震臺(tái)站多地處山區(qū)，一旦遭遇強(qiáng)對(duì)流雷電天氣，雷害頻發(fā)，不利于儀器設(shè)備的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。福建省地震局多臺(tái)數(shù)字式溫度計(jì)在儀器安裝初期，因近雷感應(yīng)造成傳感器探頭損壞、儀器主機(jī)內(nèi)部芯片遭雷擊損壞，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的SD卡燒毀等儀器故障。

3.1.1 雷擊故障。SZW-1A（V2004）水溫傳感器與主機(jī)之間，用特殊結(jié)構(gòu)的專(zhuān)用電纜連接，中間無(wú)任何限流和限壓保護(hù)措施，且水溫傳感器直接放置井水中，接地電阻小，在雷雨天氣時(shí)，溫度傳感器容易代替避雷地網(wǎng)，成為雷電泄流的主要途徑而受損。溫度儀水溫傳感器工作電壓為12 V，當(dāng)波動(dòng)電壓超過(guò)24 V時(shí)，就會(huì)造成水溫傳感器損壞。通常，水溫傳感器因雷擊損壞后，主機(jī)面板上的“信號(hào)”燈熄滅，溫度測(cè)值顯示為A0。

解決方法為：水井管壁通常是鐵器材質(zhì)，可以將儀器主機(jī)后面板上的黃色地線接線柱焊接在管壁上，儀器遭到雷擊后，強(qiáng)電流沿水井管壁向大地放電，避免了水溫傳感器替代避雷地網(wǎng)的情況。為防止電纜把感應(yīng)浪涌電壓波引入設(shè)備內(nèi)部，破壞芯片和接口，在傳感器和數(shù)據(jù)采集器之間加裝信號(hào)浪涌保護(hù)器，其耐壓等級(jí)應(yīng)小于保護(hù)對(duì)象，即24 V。由于儀器具有交直流供電自動(dòng)切換功能，雷雨季節(jié)可采用直流供電，防止雷電經(jīng)由交流電進(jìn)入。

圖4 防雷改造后水溫觀測(cè)房供電技術(shù)系統(tǒng)Fig.4 The level housing supply technical systems after transformation by lightning

3.1.2 防雷。永安臺(tái)儀器設(shè)備防雷改造措施為：①進(jìn)行防雷三級(jí)改造：臺(tái)站總電源及各大樓分電源加裝專(zhuān)業(yè)防雷器，儀器供電端接入插座具有防雷功能；②確保儀器主機(jī)良好接地，在水溫觀測(cè)房附近鋪設(shè)避雷地網(wǎng)，設(shè)備接入該地網(wǎng)；③水溫觀測(cè)房?jī)?nèi)電源線纜和通信線纜均采用鍍鋅合金套管進(jìn)行防雷屏蔽，金屬管接地良好且表面連接完好（圖4）。

以當(dāng)前地震臺(tái)站雷電防護(hù)技術(shù)，雷擊故障不能完全避免，若防雷措施到位，將有效降低水位儀遭雷擊概率，對(duì)儀器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，獲得連續(xù)、可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)提供保障。

3.2 通訊故障

SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)(V2004)通訊故障多由網(wǎng)絡(luò)通訊鏈路故障導(dǎo)致。因此，在進(jìn)行故障診斷時(shí)應(yīng)首先排查是否屬于網(wǎng)絡(luò)通訊鏈路故障（龔永儉，2013）。對(duì)溫度計(jì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行防雷優(yōu)化改造，具體步驟如下：在溫度計(jì)通信單元端用網(wǎng)線與光貓連接，通過(guò)光纖傳輸至永安臺(tái)信息節(jié)點(diǎn)室與另一臺(tái)光貓連接，該光貓通過(guò)網(wǎng)線與小交換機(jī)連接，將數(shù)據(jù)傳輸至觀測(cè)室核心路由器，與福建省地震局內(nèi)網(wǎng)連接。此通信連接方式比較復(fù)雜，判斷網(wǎng)絡(luò)故障需逐一排查：檢查光纖和網(wǎng)線頭是否松動(dòng)，具體可以觀察光貓和路由交換機(jī)的端口狀態(tài)燈是否正常閃爍；檢查通信鏈路中是否有光貓或交換機(jī)死機(jī)故障等，可以用筆記本進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)PING測(cè)試，將筆記本IP與通信設(shè)備IP設(shè)置為同一網(wǎng)段，用網(wǎng)線將筆記本與通信設(shè)備相連，使用PING指令，查看是否與儀器連通，觀察該通信設(shè)備的狀態(tài)指示燈閃爍是否正常，如果異常，設(shè)備進(jìn)行斷電重啟，若仍無(wú)法恢復(fù)，則檢查是否設(shè)備故障，直到網(wǎng)絡(luò)連通恢復(fù)（張凱等，2013）。

通過(guò)上述手段進(jìn)行排查，如果仍無(wú)法解決網(wǎng)絡(luò)故障，則可能是儀器主機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊接口發(fā)生故障。因近雷感應(yīng)造成網(wǎng)絡(luò)通信接口損壞，表現(xiàn)為通過(guò)網(wǎng)頁(yè)可以正常登錄儀器，但查看狀態(tài)時(shí)彈出無(wú)法連接窗口（圖5），用筆記本無(wú)法PING通。溫度計(jì)網(wǎng)絡(luò)通信接口損壞應(yīng)及時(shí)返廠維修，無(wú)法自行修理。

圖5 網(wǎng)絡(luò)通訊接口異常網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)Fig.5 Network communication interface

3.3 網(wǎng)絡(luò)通訊模塊故障

3.3.1 供電電源故障。網(wǎng)絡(luò)通訊模塊供電采用12 V直流電源，日常工作通常使用電源適配器供電。因?yàn)殡娫催m配器長(zhǎng)時(shí)間接在交流電源插座上，夏季經(jīng)常因自身散熱不良等問(wèn)題導(dǎo)致電源適配器燒毀；電源適配器插頭也可能接觸不良，導(dǎo)致無(wú)法供電。可以將萬(wàn)用表旋轉(zhuǎn)至直流電壓檔，對(duì)網(wǎng)絡(luò)通訊接口電源輸入端或電源適配器輸出端電壓進(jìn)行檢測(cè)，若電壓顯示不是12 V，則說(shuō)明供電電源有故障發(fā)生。

3.3.2 程序缺陷。早期產(chǎn)出的SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)(V2004)網(wǎng)絡(luò)通訊模塊程序存在一個(gè)缺陷，易造成儀器主機(jī)復(fù)制到網(wǎng)絡(luò)通訊模塊的數(shù)據(jù)文件內(nèi)容的部分空缺。數(shù)字式溫度計(jì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集并非直接從儀器主機(jī)接收數(shù)據(jù)，而是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊模塊完成數(shù)據(jù)文件采集，如果從儀器主機(jī)復(fù)制到網(wǎng)絡(luò)通訊模塊的數(shù)據(jù)文件存在空缺，那么遠(yuǎn)程采集的數(shù)據(jù)文件也必然存在空缺。如果數(shù)據(jù)文件內(nèi)容存在部分空缺，特別是數(shù)據(jù)文件的后半段時(shí)間存在空缺，則可以判斷本次故障為網(wǎng)絡(luò)通訊模塊程序缺陷所致。

解決辦法為：①打開(kāi)FTP客戶(hù)端，登錄SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)（V2004）的網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，在dataqzh目錄下對(duì)該日分鐘值與整點(diǎn)值數(shù)據(jù)文件進(jìn)行刪除，在dataorg目錄下對(duì)該日原始數(shù)據(jù)文件進(jìn)行刪除，最后在datashiwu目錄下對(duì)該日“十五”數(shù)據(jù)文件進(jìn)行刪除；②通過(guò)IE瀏覽器登錄水溫計(jì)主頁(yè)，在“系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置”中輸入超級(jí)用戶(hù)名與密碼，點(diǎn)擊“重啟儀器”（實(shí)際重啟網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，而非儀器主機(jī)）；③儀器網(wǎng)絡(luò)通訊模塊重啟后，打開(kāi)中國(guó)地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，對(duì)該日數(shù)據(jù)文件重新收取，此時(shí)為完整文件。

3.3.3 com口通訊檢查。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通訊模塊軟件系統(tǒng)正常啟動(dòng)，數(shù)據(jù)采集仍不正常時(shí)，可更換com1、com2與主機(jī)串口通訊進(jìn)行檢測(cè)判斷，還可將備用網(wǎng)絡(luò)通訊模塊接入測(cè)試檢查。排除com口故障后，檢查儀器主機(jī)通訊部件，可通過(guò)更換支持RS-232接口通訊的芯片進(jìn)行排除。

3.4 主機(jī)故障

3.4.1 電源故障。（1）開(kāi)機(jī)后LED顯示器無(wú)法正常顯示。當(dāng)主機(jī)前面板的LED顯示器不亮?xí)r，應(yīng)檢查儀器背板上的顯示開(kāi)關(guān)是否開(kāi)啟，儀器的交流保險(xiǎn)絲是否完好（交流保險(xiǎn)絲為l A），開(kāi)蓋檢查儀器內(nèi)主板至液晶顯示器的帶狀電纜及接插件是否插牢。若正常，檢查交流電是否停電、直流電壓是否下降至11 V以下，因?yàn)樵诮涣鞴╇娬r(shí)，只有電瓶未接或嚴(yán)重缺電，同時(shí)交流保險(xiǎn)絲燒斷，才可能導(dǎo)致開(kāi)機(jī)后顯示器無(wú)法正常顯示。若非以上原因，應(yīng)該是主機(jī)運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，出現(xiàn)電源線接觸不良或主板故障，可以將數(shù)采打開(kāi)，重新固定電源線或聯(lián)系廠家更換主板。

（2）通過(guò)儀器主機(jī)前面板檢查電源狀態(tài)指示燈。前面板15 V、13.6 V、12 V、9 V、5 V指示燈亮表示主機(jī)電源正常工作。若15 V指示燈燈不亮，則需檢查：①外部交流供電是否正常；②主機(jī)交流保險(xiǎn)絲是否正常；③主機(jī)內(nèi)電源板上的AC/DC變換器工作指示燈是否亮起。若其他電壓指示燈不亮，則需查看主機(jī)內(nèi)電源板相應(yīng)的DC—DC模塊輸入輸出是否正常。

主機(jī)電源檢查流程及故障處理見(jiàn)表1。

表1 主機(jī)電源常見(jiàn)故障檢查與處理Table1 Judgment and treatment of frequent failures in the power supply of main frame

3.4.2 序列號(hào)或儀器號(hào)配置錯(cuò)誤。SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)(V2004)主機(jī)命令燈亮起，未接收到觀測(cè)數(shù)據(jù)，此類(lèi)故障現(xiàn)象主要由序列號(hào)或儀器號(hào)配置錯(cuò)誤所致，對(duì)儀器號(hào)、序列號(hào)進(jìn)行重新配置即可解決。

3.4.3 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置錯(cuò)誤。網(wǎng)絡(luò)鏈路無(wú)異常，IE瀏覽器無(wú)法登錄SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)（V2004）主頁(yè)，可能是儀器網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置錯(cuò)誤所致。解決辦法為：按照說(shuō)明書(shū)及相關(guān)約定，重新配置儀器網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

3.4.4 程序故障。SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)（V2004）主機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，有時(shí)出現(xiàn)主機(jī)程序跑飛現(xiàn)象（“死機(jī)”），儀器正常通訊受到影響，值班人員無(wú)法正常收取觀測(cè)數(shù)據(jù)。程序跑飛故障主要表現(xiàn)為：SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)（V2004）主機(jī)前面板狀態(tài)指示燈常亮。

解決方法是：按主機(jī)主板的復(fù)位鍵或主機(jī)斷電5 s重新上電。需注意，交流電源和直流電源均應(yīng)斷電。因?yàn)镾ZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)（V2004）不會(huì)因儀器斷電重啟而造成內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)缺失，主機(jī)時(shí)鐘重啟后從23∶59∶13走時(shí)，需要利用網(wǎng)絡(luò)通訊模塊進(jìn)行對(duì)時(shí)，如果主機(jī)斷電重啟后，時(shí)鐘未及時(shí)恢復(fù)，可以嘗試對(duì)網(wǎng)絡(luò)通訊模塊斷電重啟；如果時(shí)鐘仍不能恢復(fù)，則可以確定網(wǎng)絡(luò)通訊模塊發(fā)生故障，需人工及時(shí)恢復(fù)主機(jī)時(shí)鐘，修復(fù)儀器網(wǎng)絡(luò)通訊模塊。

4 維護(hù)措施

根據(jù)近幾年SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)（V2004）故障種類(lèi)及維修經(jīng)驗(yàn)，永安臺(tái)儀器維修人員總結(jié)出以下維護(hù)措施：①詳讀“SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)使用說(shuō)明書(shū)”，特別是有關(guān)使用操作、儀器結(jié)構(gòu)及故障檢查等內(nèi)容，熟悉并掌握儀器故障的檢查流程與檢查方法，避免非故障儀器進(jìn)行返廠維修，耽誤水溫日常觀測(cè)；②按照地下流體學(xué)科要求，定期巡檢水溫觀測(cè)房，主要檢查觀測(cè)房供電和防雷接地情況，同時(shí)查看儀器信號(hào)線路及接頭是否破損；③對(duì)故障發(fā)生率較高的器件進(jìn)行適當(dāng)備份，特別是對(duì)主機(jī)電源板及主機(jī)通訊部分芯片，如對(duì)RS232適當(dāng)備份，可以提高基層地震臺(tái)站自我維修能力，加快故障儀器恢復(fù)運(yùn)行；④減少誤操作導(dǎo)致的儀器損壞；⑤注意儀器工作環(huán)境影響，雷電災(zāi)害是臺(tái)站儀器損壞的主要因素，雷雨天氣時(shí)，斷開(kāi)外部交流供電；溫度測(cè)值出現(xiàn)難以判定原因的異常變化時(shí)，切斷交流供電，采用純直流供電。

5 結(jié)束語(yǔ)

了解并解決SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)（V2004）運(yùn)行故障，為儀器穩(wěn)定觀測(cè)提供保障。除本文所列舉的故障外，在實(shí)際觀測(cè)中，溫度計(jì)還會(huì)受許多干擾因素影響，如人為干擾、環(huán)境因素、天氣因素及其他不明原因的干擾。因此，每天如實(shí)填寫(xiě)觀測(cè)日志，特別是對(duì)天氣變化、數(shù)據(jù)預(yù)處理、儀器工作狀態(tài)做詳細(xì)記錄，可為地震異常與干擾信息識(shí)別提供可靠依據(jù)。設(shè)備維護(hù)工作與日常觀測(cè)日志是臺(tái)站監(jiān)測(cè)工作的重要環(huán)節(jié)，只有保證儀器的穩(wěn)定、正常運(yùn)行，才能為地震監(jiān)測(cè)提供得連續(xù)、可靠的前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)。

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