嘉峪關臺FHD觀測數據噪聲的影響因素及對策

董海龍，夏　忠，閆萬生，張俏麗，程　鵬（.甘肅省地震局嘉峪關中心地震臺，甘肅　嘉峪關　7500；.江蘇省地震局新沂地震臺，江蘇　新沂　400；.甘肅省地震局蘭州觀象臺，甘肅　蘭州　70000；）

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嘉峪關臺FHD觀測數據噪聲的影響因素及對策

董海龍1，夏忠2，閆萬生3，張俏麗1，程鵬1
（1.甘肅省地震局嘉峪關中心地震臺，甘肅嘉峪關735100；2.江蘇省地震局新沂地震臺，江蘇新沂221400；3.甘肅省地震局蘭州觀象臺，甘肅蘭州730000；）

摘要：從2001年架設FHD質子磁力儀器到現在，已經運行15年了，產出的觀測數據質量良莠不齊，有時觀測資料質量較好，有時觀測質量較差。評價FHD觀測數據質量無非是要考察觀測數據的精度與連續率，數據噪聲是觀測數據相對精度的反映，噪聲小的數據，相對觀測精度就高，反之就低；觀測數據的噪聲除了與儀器本身的測量精度有關，還與許多因素有關。從觀測環境、交流電磁干擾、儀器工作參數、信號線和接地方面來探討影響嘉峪關臺FHD觀測數據噪聲的因素及對策。

關鍵詞：觀測數據;噪聲；影響因素；對策

1　觀測環境對背景噪聲的影響

根據地磁觀測規范，地磁觀測臺站應該勘選在環境背景噪聲較小的地方，場地梯度均勻的地方。地磁臺站如果場地背景噪聲較大，精度再高的儀器也不可能觀測出噪聲小的數據。質子磁力儀是根據質子旋進原理研制的，其探頭內部是由一對線圈，并灌裝航空煤油構成，觀測場地如果勘選在梯度較大的區域或磁房、觀測墩的梯度較大，特別是水平梯度較大，會造成探頭內兩只線圈感應的信號不一樣大，使疊加信號減弱或衰減較快，使觀測數據的重復性降低，噪聲增大。因此，我們進行地磁臺勘選、建設時，應嚴格遵循地磁臺站的建設規范，將臺站勘選在背景噪聲較小，場地梯度較小的地區，磁房建設應選擇無磁性或弱磁性材料，保證磁房建設符合有關規范[1]。

2　交流電磁干擾的影響及應對措施

2.1交流電磁干擾的影響

交流電磁干擾的影響對FHD質子磁力儀的干擾影響最大，這些影響會使觀測數據曲線的線條變粗，記錄數據突跳尖峰增多，往往不受重視，卻恰恰是對FHD觀測數據產生噪聲最大、最主要的因素，目前大多數臺站的FHD磁力儀都受到此類電磁干擾的影響，嚴重地將影響儀器的工作參數丟失，造成數字化選頻與自動跟蹤測量的失敗，使儀器不能產生有效數據。交流電磁干擾主要來源于儀器與儀器之間，線路與線路之間，當距離近時相互會形成電磁干擾，影響觀測數據的精度，未凈化的交流電中存在高頻率的電磁諧波，進入儀器電源后疊加到觀測數據中，使得儀器記錄數據噪聲變大。圖1為嘉峪關臺FHD質子磁力儀交流電磁干擾曲線圖，從圖中可以看出，在00-02時和12-24時都受到交流電磁干擾，數據曲線有明顯突跳尖峰，儀器記錄數據噪聲變大。

圖1　嘉峪關臺FHD質子磁力儀交流電磁干擾曲線

2.2交流電磁干擾的應對措施

交流電磁干擾來源于外部空間環境、觀測室內的交流供電、儀器信號線間的電磁干擾，應采取不同的應對措施，對于外部空間交流電磁干擾的干擾，應當嚴格按照地磁臺站建設規范進行勘選、建設；對于觀測室內的電磁干擾，在布設交流電路時要避免形成環狀電路，避免在探頭上方安裝用電設備，最好是在向磁房供電的地方安裝雙向閘刀，在需要供電時，合上閘刀，離開時關掉閘刀，交流線與信號線不要并行，各套儀器的信號線要分開布設，避免形成相互電磁干擾；對于儀器集成產生的電磁干擾，在儀器集成時，要將供電線與信號線分開走線，切不可將交流電線與信號線綁到一起，儀器的接地一定要良好；對于通過電源耦合到儀器的電磁干擾，可以在儀器供電的前面，通過交流凈化電源或在線式UPS進行凈化[2]。

3　儀器工作參數偏離

FHD的調諧參數在設定以后，儀器將根據設定值進行調諧測量，測量結果如果與設定值或上一次測量結果相差不超過±100nT，將自動跟蹤存入調諧值存儲單元，作為下一次測量選頻的參考值，反之，則不作跟蹤，始終以存儲單元中存儲的調諧值進行調諧測量，如果存儲單元中存儲的調諧參數與需要的調諧參數相差較多，調諧的共振頻率將較多地偏離實際需要的共振頻率，造成頻率特性降低，產生較大的測量誤差，使數據曲線出現毛刺、突跳、線條變粗的現象[3]。圖2為嘉峪關臺2010年3月18日的FHD質子磁力儀分鐘值曲線圖，從圖中可以看出，在16時之后，由于調諧參數錯誤，造成儀器記錄數據出現明顯突跳，數據曲線變粗，產生錯誤記錄數據。當出現類似故障時，應檢查儀器的調諧值、補償電流值、探頭方向、觀測方位角參數是否正確，確保儀器運行正常。

圖2　嘉峪關臺2010年3月18日FHD質子磁力儀分鐘值曲線

4　信號線及接地對數據噪聲的影響

信號線的長度、接地線也能對數據噪聲產生影響。信號線中存在分布電容與電阻，如果信號線較長，信號線中的分布電容和電阻就比較大，分布電容可以通過修正儀器工作參數方法加以修正，但是信號線電阻較大時，會降低選頻共振的幅頻特性，降低信噪比，另一方面，信號線電阻較大時，還會降低探頭的極化電流，降低質子旋進信號的強度，使測量數據的噪聲增大。良好的接地，對儀器的工作至關重要，能夠很好地屏蔽交流電中的高頻諧波和電磁耦合干擾，大幅度降低儀器數據的噪聲，在實際工作中應該將儀器的機箱和信號線的屏蔽層按照規范接地。

5　綜述

FHD質子磁力儀觀測數據噪聲的影響因素雖然較多，但只要我們在地磁臺勘選、建設時，注意觀測環境與背景噪聲的影響，注意直流供電和傳輸干擾的影響；在觀測系統設計時，注意交流電磁干擾的影響，信號線長度的影響，接地裝置的影響；在日常觀測時，注意工作參數偏離的影響，探頭性能的影響，就可以有效降低觀測數據噪聲，提高觀測數據質量。

參考文獻：

[1]楊又陵，鄭黎明，李曉東，等.新疆數字化地磁臺站的場地勘選、建設、運行及其資料評價［J］.內陸地震，2009,23 (2):116-126.

[2]全建軍，夏忠，張凱，等.永安地磁臺FHD-2B質子磁力儀觀測數據干擾分析［J］.地震地磁觀測與研究，2015,36 （1）:120-126.

[3]賴愛京，徐衍剛，馮英，等.烏什地震臺FHD-2型質子磁力儀觀測資料干擾分析［J］.地震地磁觀測與研究，2012, 33（Z1）:140-144.

中圖分類號：P3

*基金項目：甘肅省地震局科技發展基金（編號：2013_Y02）。