地震科學探測臺陣流動觀測儀器系統的運維及相關問題解決

摘 要：通過對地震科學探測臺陣流動觀測儀器系統的日常運維進行分析， 總結整個運維工作的一些要點，并整理出具有代表性的故障問題及解決方案。

關鍵詞：流動觀測儀器系統 運維 相關問題的解決

中圖分類號：R725 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）07-0-01

引言

中國地震局地球物理勘探中心承擔著中國地震科學探測臺陣當中，大部分流動觀測儀器系統相關設備的運維工作，作為臺陣的核心部分，流動觀測儀器設備的正常運轉，直接關系到國家“十五”重點建設項目—《中國數字地震觀測網絡工程》的順利進行，因而定期進行細致的設備運維工作，就顯得尤為重要。

一、流動觀測儀器系統的組成

中國地震局目前所使用的流動觀測儀器系統是一種高精度、低消耗的三分向地震數據采集系統，它的野外適用能力極強，主要應用于天然地震數據以及大當量炸藥爆破的人工地震數據采集。其構成系統的主要儀器設備有：地震數據采集系統（包括REFTEK公司的130系列數據采集器，Güralp公司的CMG和3ESPC系列三分向地震計）；太陽能供電系統SGSS（包括60瓦太陽能電池板組、12V 100A UPS鉛酸蓄電池組、電源管理器）；無線傳輸系統；GPS全球定位系統以及PDA個人掌上操作系統。

二、流動觀測儀器系統的運維

所謂系統的運維主要是指：針對整個流動觀測儀器系統內所有相關的儀器設備，進行常規保養，通過模擬不同的環境進行不同的參數的設定，進行系統運行并收集測試數據，來完成系統的整體測試，及時發現在系統運行中出現的各類問題，試驗及整理出相關問題的解決方案。

1.常規保養

此項工作是針對系統中各類設備的整體外觀和附屬配件，進行完整性和破損度檢測，電纜風化破損檢測以及清潔、除銹、防水、電池更換等，以保證系統硬件基礎的完好程度，在外部檢測中應重點關注兩部分：

首先，地震計上方標準26針航空接口的銹蝕處理問題。它是由于地震計所處的野工區中，晝夜溫差及降水等環境因素形成的水蒸氣，長期對插頭金屬部分的銹蝕形成的，它會造成針與針之間的連電短路，影響地震計內部元器件和印刷版之間的導通性和連接性，使得地震計的采集到的正常地動信號，在轉化為數字信號并通過擺線傳輸時產生錯誤，不能形成有效的數據采集。

其次，系統內所有儀器設備的完整性和風化破損度檢測。流動觀測儀器系統設計之初就是為了應對野外環境下的長地震觀測，因而儀器設備的技術指標都有著嚴格的要求，可在-20℃～+60℃范圍內正常運行，密封等級到達IP67，最高適應36V電壓，耐磨抗風化等。但不可否認在很大程度上依舊會受到野外環境影響，尤其是連接GPS和太陽能供電系統的各類電纜及其他連接線路，長期風化和遭嚙齒類動物啃食，造成設備損壞的問題最為突出。

對于出現以上兩種情況的設備，都需要我們在常規保養時，按照不達標設備的要求進行分類整理，及時更換或報廢處理不可修復的系統零配件，減少此類情況對野外工作造成的影響。

2.模擬測試

這是整個流動觀測儀器系統運維的核心工作，需要我們定期的對自野外施工回收和庫存的流動觀測系統的相關儀器設備進行統一測試（如左圖）。它是通過PDA對不同設備在不同要求下進行不同的參數設定，來簡易模擬系統的正常運行并記錄采集數據，結合使用RT_View軟件對其分析，從而檢測三分向地震計、數據采集器、GPS等系統內各類儀器設備的工作情況來完成的，并在整個過程中發現故障設備并分類整理，為下一步的維護工作做好準備。在整個模擬測試過程中，我們使用到的最重要參數就是標定參數：sensor calibration signal和sensor calibration schedule（傳感器校準信號和計劃，統稱標定信號參數）。通過對這一參數的修改設定，我們可以命令數據采集器在一定的時間范圍內，按照平均間隔周期性的向地震計發送出特定的標準信號（SINE STEP Random SweepBB等），通過采集到的地震計反饋信號來測試包括地震計的工作狀態、擺線的傳輸狀態、數據采集器的記錄存儲功能和一致性、內置時鐘的校準在內的多項核心技術指標。

三、流動觀測儀器系統的問題及解決

在整個流動觀測儀器系統的運維過程中，會出現各類常規以及其他代表性的問題，對此我們通常會通過實驗來嘗試解決并整理出相關問題的正確解決方案，用以服務于中國數字地震觀測網絡工程的順利進行，就目前而言，我們已經發現并解決的問題主要有以下幾點：

1.130系列數據采集器系統丟失問題

數據采集器的有效工作電壓范圍是10～36V，而長時間的低電壓工作（低于12V，一般是由于太陽能采光不足造成供電系統持續虧電造成的）會導致用于保持系統的內置3.3V電池耗損殆盡，此后在系統運行期間若遭遇斷電情況的發生，就會造成數據采集器的系統丟失問題。解決方案：拆解數據采集器，使用特定的恢復電路板替換AD電路板，再接通電源使原始系統自動儲存進數據采集器，之后使用SF儲存卡進行系統升級處理。

2.地震計開解鎖異常問題

目前我們所使用的Güralp公司的三分向地震計都安裝有擺錘鎖定裝置，以保證地震計在不使用和長途運輸的情況下，擺錘能穩固在機械腔內，不會因晃動撞擊而損壞。而開解鎖異常的問題通常是由于運輸不當造成擺錘偏離質心卡死、或內置電機故障以及在溫度低于-20℃的工區環境中使用造成機械腔內部分金屬元器件粘連而造成的。解決方案：在溫暖干燥的環境內，使用電源變壓器提高輸入電壓至20～30V之間，人為提升開解鎖電機的輸出功率，嘗試解除地震計開解鎖異常問題。在沒有專業人員的情況下，杜絕拆解地震計，防止地震計整體損毀情況的發生。

3.PDA標定信號定時參數設定問題

主要表現為我們在使用PDA進行參數設定時，不能將數據采集器的標定信號定時啟動參數設定為每個月的1～10號（如右圖），它是由于PDA操作程序自身的系統BUG造成的。由于技術封鎖，在沒有PDA程序源代碼的情況下無法對操作程序作出修改，目前我們找出的臨時性解決方案是：統一將標定信號的啟動時間設定為前一個月的最后一天23點，并將標定信號的間隔時間控制在2～4小時以內，以求在有效的時間范圍內最大限度的獲取更多的有效標定數據。

4.無線傳輸系統異常問題

無線傳輸系統主要用于監控已經在野外環境中完成架設并開始正常的數據采集工作的流動觀測儀器系統，目前并不用于數據傳輸，但是對工區通信環境要求同樣很高，必須要架設在通訊運營商的信號塔輻射范圍以內，并且至少達到3G信號標準。無線傳輸系統的常見問題主要是監控信息因為通信信號衰減不能及時傳輸，從而不斷堆積占用數據采集器內部緩存，堵塞正常的數據采集轉存通道，導致緩存功能失效，數據采集器停止工作。解決方案：流動觀測儀器系統外部加裝信號放大器，增強信號搜索和傳輸功率，同時設置數據采集器的Auto—wrap功能，保證內部緩存的Threshold（臨界點）在達到66%以后，自動轉存到SF數據存儲卡，避免數據采集器停止工作的情況發生。在通信環境未達到3G的區域，不建議建設無限傳輸系統。

作者簡介：李程，男，（1984.12-），畢業于吉林大學地質工程專業 現就職于中國地震局地球物理勘探中心，從事地震科學探測臺陣設備的運維工作。