地震臺站定點形變觀測儀器標定

馮瓊松李 鵬李思瑤趙 琴

1） 中國云南650204昆明基準地震臺

2） 中國貴州550018貴陽基準地震臺

地震臺站定點形變觀測儀器標定

馮瓊松1）李 鵬2）李思瑤1）趙 琴1）

1） 中國云南650204昆明基準地震臺

2） 中國貴州550018貴陽基準地震臺

地震臺站形變儀器標定精度和標定誤差的準確與否，直接影響觀測質量和數據的真實性。對昆明地震臺定點形變儀器近幾年的標定經驗進行總結，以便更好地提高形變資料觀測質量，對同類儀器標定提供參考。

形變儀器；標定；精度；誤差；觀測質量

0 引言

隨著地震監測系統自動化水平的不斷提高，地形變與地震活動的短臨異常變化被地震專家認可，定點形變觀測越來越普及，對資料的觀測質量提出更高要求，其中儀器格值常數的正確與否是影響資料可靠性的重要因素（蔡莉等，2012；馮瓊松等，2016）。昆明地震臺是云南省地震局Ⅰ類觀測臺站，現有2套“十五”期間建設的數字化形變觀測儀器，分別是DSQ型水管儀和SS-Y型伸縮儀。要保證定點形變儀器觀測的長期穩定性、可靠性和工作精度，需保證儀器格值常數的穩定、準確，因為儀器格值常數的真實是日常觀測數據質量保證的有效手段（聶磊等，2001；吳濤等，2010）。多年格值常數標定過程中出現的問題不斷增加，要求我們深入了解標定的重要性和難度，熟練掌握標定程序，以保證儀器正常工作。本文從筆者對昆明地震臺定點形變儀器近幾年的標定要求、標定過程、標定調節及標定時出現的一些問題進行分析探討，以供其他臺站人員借鑒。

1 標定原理

DSQ型水管儀標定原理是，利用連通原理和水的不可壓縮性，采用標定棒增減液體體積，人為改變液面高度進行靜態標定是該儀器的標定方法，通過標定求得液面高度改變值，即為電信號變化量ΔUc在單位數量上的變化值。根據水的不可壓縮性，一個分量兩缽體內液面的高度變化ΔH水可由公式確定：，其中Δh標為標定棒移動量，D為標定棒直徑，D1、D2分別為2個缽體直徑。水管儀標定規范要求，格值常數校準每年4次以上，同一分量兩端的電靈敏度相對誤差≤1%，精度≤1%。DSQ型水管儀格值標定要在小潮時即圖像的線性區域或平緩部分時進行，且儀器檢修時須重新進行格值標定（國家地震局，1986）。

SS-Y型伸縮儀標定器是依據斜塊原理產生位移量，步進電機轉動帶動彈性連軸使測微頭隨之轉動，從而使斜塊方向位移，進而使滑塊產生方向位移量，探頭座與滑塊連接，因而步進電機轉動，使傳感器的探頭產生一定的微位移量，從而達到檢定目的。標定格值可由以下公式確定：（單位1/mV），其中ΔL為檢定器位移常數，單位μm；L為基線長度，單位m；為電壓差的絕對值均值，單位mV。伸縮儀規范要求格值標定每年不少于2次，標定靈敏度優于0.2 μm，標定精度不大于1%。SS-Y型伸縮儀由于標定時間短，可以不在小潮時進行，但儀器檢修時需重新進行格值標定（國家地震局科技監測司，1995）。

2 標定過程

2.1 標定前準備工作

DSQ型水管儀和SS-Y型伸縮儀格值標定前需檢查標定裝置，確定其正常，因標定時用電量較大，需確保交流電源供電正常，不能在停電狀態下進行標定。

DSQ型水管儀啟動標定前需查看實時數據，任何一端讀數超1 V，電腦自動提示無法標定，此時必須進行電靈敏度微調，使兩分量換能器輸出電壓控制在1 V范圍內，且單邊標定啟動不了，只能兩個分量一起標定。昆明地震臺為了提高標定精度，把換能器輸出電壓（電靈敏度）微調在200 mV內。需注意：水管儀調節電靈敏度是調節水槽上的卡齒，且順時針調卡齒換能器輸出電壓減小，逆時針調卡齒換能器輸出電壓增大，調節穩定后實時數據在200 mV內即可同時啟動兩分量標定，此時標定精度一般較高。SS-Y型伸縮儀標定前也要查看實時數據，若讀數超過0.4 V，電腦自動提示無法標定，啟動調零使系統自動調零后再啟動標定。若實時讀數未超限（0.4 V），多次標定不成功，需查看標定電機是否正常轉動。

2.2 儀器自動標定

DSQ型水管儀和SS-Y型伸縮儀格值標定均啟動標定后系統自動標定。做好標定準備工作后，進入水管儀和伸縮儀EP-111型IP采集控制器數采設置狀態主頁頁面，選擇“控制狀態”下的“啟動標定”項，啟動儀器標定，選擇需標定分量，點擊“確定”啟動儀器格值標定，標定過程需10—20 min。選擇“標定狀態查看”，可以查看標定進行狀態，以確定是否可以進行標定或標定是否完成，選擇“標定記錄查看”，以核實電靈敏度相對誤差是否≤1%。對于長度30 m的水管儀，靈敏度一般約20 mV/μm；對于長度20 m的水管儀，靈敏度一般約30 mV/μm。

2.3 標定后調節

（1）DSQ型水管儀標定調節。昆明臺山洞由于濕氣嚴重，影響儀器穩定性，所以形變儀器標定一般需啟動多次才能成功。需注意：若DSQ型水管儀兩端多次標定后電靈敏度相對誤差≥1%，無需進行電靈敏度微調，將萬用表接入換能器電位器接口，微調電位器旋鈕，使被調端與要靠攏端輸出電壓值一致即可。微調電位器時需注意，約 1 000 mV精度較高，應從精度低端向高端靠攏，輸出電壓順時針調增大，逆時針調減小，與調電靈敏度相反。以昆明臺DSQ型水管儀NS分量標定記錄為例，具體標定結果見表1，表中N端和S端不一致，兩端電靈敏度相對誤差13.8%≥1%，標定不合格，電位器需微調后重新啟動標定。此時NS向實時數據為：(Uc)N=163.4 mV，(Uc)S=184.5 mV。由表1可知，，可見S端精度更高，N端需向S端微調，微調數值可按下式計算：，在此只需將N端數據微調至約187.6 mV即可。

表1 昆明地震臺DSQ型水管儀NS分量標定不合格記錄Table1 List of NS Component calibration unqualifed record of DSQ type instrument at Kunming Seismic Station

為了可靠起見，DSQ型水管儀微調后需重新標定。根據標定結果進一步精調，以確保同一分量兩端電靈敏度相對誤差≤1%。表2為NS分量換能器電位器精調后重新標定記錄表，可見標定精度和標定誤差均小于1%，標定成功，無需重新啟動標定。DSQ型水管儀位移換能器的調節是儀器是否正常工作、標定是否成功的關鍵因素。因換能器電位器的調整旋鈕無標準刻度，且觀測數據本身時刻發生變化，調整幅度大小難以掌握，需認真細致地對待。

表2 昆明地震臺DSQ型水管儀NS分量標定合格記錄Table 2 List of NS Component calibration qualifed record of DSQ type instrument at Kunming Seismic Station

（2）SS-Y型伸縮儀標定調節。SS-Y型伸縮儀標定沒有水管儀標定復雜，只要實時讀數不超過0.4 V，一般均能標定成功。如果多次標定后精度仍不合格，需查看標定電機是否正常轉動，或者標定儀器前對標定電機進行手動運轉，使各部件靈活后再進行標定。SS-Y型伸縮儀既支持各分量的同時標定，也支持單獨標定。

3 結束語

地震臺站必須按觀測規范要求加強儀器格值校準（標定）工作，以使觀測儀器產出資料正確反映背景物理場的變化（蘇愷之等，1997）。標定格值常數的正確與否是影響觀測資料可靠性的重要因素，定點形變儀器的正確標定是提高儀器維護水平和觀測資料質量的有效保證。地震臺站可以觀測日變幅作為自查標準，一般臺站（非海潮臺站）傾斜和應變觀測的日變幅應為幾十毫秒（或10-10）。日變幅和標定前后資料對比檢查，可以較快查出使用的格值是否正確。啟用新格值后，需要密切關注觀測曲線形態，出現問題及時解決。在實際工作中，出現一次標定不達標，不代表儀器出現故障，需進行多次標定，判斷并解決問題。格值標定可以保障觀測儀器正常、穩定工作，產出符合要求的真實、連續、完整、可靠的觀測資料，為地震研究提供基礎數據。

蔡莉，王宗平，張周術，等.地震前兆觀測儀器的校準與標定辨析[J].華北地震科學，2012，30（2）：28-31.

國家地震局.地傾斜臺站觀測規范[S].北京：地震出版社，1986.

國家地震局科技監測司.地震地形變觀測技術[M].北京：地震出版社，1995.

馮瓊松，楊仁華，鄧存華，等.昆明地震臺前兆儀器雷害故障分析與檢修[J].防災減災學報，2016，32（2）：83-86.

聶磊，溫興衛，易治春，等.DSQ型短基線水管傾斜儀及標定裝置的研制[J].地殼形變與地震，2001，21（3）：74-81.

蘇愷之，劉瑞民.地震前兆觀測儀器標定問題的探討[J].地震地磁觀測與研究，1997，18（5）：87-89.

吳濤，周云耀，楊江，等.SS-Y伸縮儀標定裝置的標定測試[J].大地測量與地球動力學，2010，30（17）：136-137.

Discussion on calibration of fxed point deformation instrument for seismic station

Feng Qiongsong1)，Li Peng2)，Li Siyao1)and Zhao Qin1)
1)Kunming Seismic Station,Yunnan Province650204,China
2)Guiyang Seismic Station,Guizhou Province550018,China

In order to ensure the stability and reliability of the instrument, it is necessary to keep instrument sensitivity consistency and is particularly important to keep instrument calibration accuracy.In the paper, the experience of the calibration of the fxed point deformation instrument of Kunming Seismic Station in the past several years are analyzed and summarized, in order to improve the quality of regular calibration.This work will be useful for reference in the calibration of similar instruments.

deformation instrument，calibration，precision，error，quality of observation

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.06.021

馮瓊松（1976—），女，本科，工程師，主要從事地震前兆形變觀測技術研究工作。

E-mail：779773296@qq.com

地震行業科研專項（項目編號：201208018）

本文收到日期：2015-09-10