VP宽频带倾斜仪器安装运行中应注意的问题

VP宽频带倾斜仪器安装运行中应注意的问题

张璐 李守广 许士超 李垚奇 陈冬柏

陕西省地震局 陕西省 西安市 710068

摘要 对VP宽频带倾斜仪安装中需要注意的问题进行了探讨，对仪器运行过程中常见的故障及干扰特征进行了分析总结，并给出响应的解决方案，以便提高观测资料的可信度。

关键词 倾斜仪；安装；运行；固体潮；故障

一、VP宽频带倾斜仪基本原理

VP宽频带倾斜仪用于测量地球内部运动引起的地面的倾斜变化，是进行地震前兆观测的重要手段之一。该仪器采用摆的铅垂原理：摆体由柔丝、摆杆和重块三部分组成，摆在没有振动的条件下处于铅垂状态，当由于振动发生倾斜变化时，摆平衡位置发生变化，摆和支架之间的相对位置发生变化，电容式位移传感器的动片和定片之间的间距也相应的发生变化，通过传感器将这种变化转换成电信号，从而达到固体潮观测的目的，见图1。垂直摆倾斜仪是观测固体潮、研究地球物理前兆变化的重要手段^[1]。

通过近两年的观测和记录，要使得VP宽频带倾斜仪正常运转，采集到真实可靠的地倾斜变化，除了外界因素外，仪器在安装、运行过程中还需注意以下问题。

图1 VP宽频带倾斜仪机械结构图

二、安装时应注意的问题

（1）仪器的运输

由于仪器摆系结构精密，不宜受振动和冲击，运输前需用锁摆机构将摆锁住。锁摆时按顺时针方向转动丝杆，将摆锁紧，搬运过程中，仪器应小心放入具有减震措施的包装箱中，运输过程中切忌剧烈颠簸，更不允许碰撞或倒置。

（2）确定方位角

VP型垂直摆倾斜仪的两个摆系分别测定东西向和南北向的倾斜变化，仪器在洞室内安装时，其中一个摆系的摆动方向与东西方向平行，另一个摆系的摆动方向与南北方向平等，由于仪器生产安装时，摆系的摆动方向与仪器三角形底盘中心一条边平行，故仪器放置时，只要将仪器底盘中表示摆动方向的这条边分别与东西方向或南北方向平行，放置仪器时的方向误差应小于0.5°

在定位时，有时为了图方便，会使用罗盘来确定正东西向和正南北向，由于磁偏角在各地区的差异，再则由于洞室内的钢筋或其他铁磁性物质会使地磁方向发生变化，进而产生误差，所以不宜用罗盘定向，最好还是用寻北仪来进行定向。

（3）基墩处理

仪器墩为加工粘接而成的岩石墩(花岗岩、大理石岩、灰岩等)或洞室开凿时预留下的原生基岩墩，四周设防振槽，墩顶面水平，高差≤2mm，同分量仪器墩之间无断层或夹层，见图2；亦可开凿壁龛或地槽安放仪器。最小1.2米*0.8米（入网规范基墩标准）。

图2 摆式倾斜仪器墩位图

垫块作为与地面（墩子）耦合的关键部件，必须与地面（墩子）严格接触，所以必须对垫块与墩子结合部进行打磨，以用手指轻触垫块上表面任意角度无声响为标准。如果确实因为墩子条件无法完美的打磨平整，最好用强力胶在垫片周围固定。

（4）仪器置平

在经过定位，观测基墩打磨后，将两个摆体放置于基墩后，通过调节仪器本体上的底脚螺丝，将仪器底盘上两个方向上的水平气泡调平，且务必要同时居中，否则在后期仪器运行时会使系统的漂移量变大，难以稳定。

（5）仪器的连接及松摆

将仪器本体与电路盒之间的电缆线连接好，并将电路盒与外机箱和数采设备之间的电缆线（包括信号线、标定线和自动调零线）连接好，导线全部接好后，就可打开外机箱电源，电源开关在主机箱的前面板上，电源开关按下后电源指示灯即亮。

仪器装妥后打开仪器外罩上的密封盖，沿逆时针方向转动锁摆机构，旋转到转不动时为止，这时摆即松开，松摆后需将密封盖再盖上，并用密封胶进行密封，防止潮气进入，防止密封罩内的干燥剂受潮。

（6）摆体调零

由于垂直摆倾斜仪的量程较小，若电容测微器测量电路的输出电压超出量程，数采仪器量程为±2000毫伏，超出此范围将无法记录，这种状态下仪器无法正常工作。在仪器工作前，首先要进行调零， VP型宽频带倾斜仪支持远程自动调零，当超出量程以后，通过网络访问仪器页面进行远程自动调零操作。

（7）仪器标定

仪器进行正常记录后，需进行一次标定，通过标定算出数采格值，另外可通过标定检查仪器的记录幅度是否正常。当仪器正常运行后，为检查仪器的格值稳定性，半年进行一次标定，标定选择在固体潮的小潮期间进行，亦即选择在农历的初八或农历的二十二日进行，并选择在固体潮的线性部位进行标定时可通过恰当的计算方法将固体潮的变化影响消除掉。

（8）苯板密封

当仪器安装完毕，数据正常记录时，由于温度和气流的微小变化都会对仪器的工作产生干扰，完工后必须对仪器加以苯板覆盖。使用高密度，厚尺寸、阻燃材质的苯板，以铁丝或卡子固定即可。

三、常见故障判断与排除

（1）数据畸变

VP型垂直摆倾斜仪在正常运行时，固体潮一般都会比较清晰、光滑，如图3（a）,但运行一段时间后，个别仪器会突然出现畸变现象。主要表现为固体潮夹杂突跳、掉格、记录直线的情况。造成这些数据记录畸变的原因比较复杂，环境因素、供电干扰、电路问题、摆系故障等都可能会影响到观测曲线

^[2]。

西安形变台的数据出现了频繁掉格的现象，如图3（b）所示,经维修人员检查后发现，摆体的底角螺丝下方的垫片与仪器基墩偶尔不够紧密，出现松动，这种细微的变化会被传感器电路成倍放大，就会出现这种不规律的掉格与台阶， 重新用强力胶将底角垫片与基墩固定后恢复正常。

（2）噪声变大

气象原因、环境变化、摆系问题及元器件损耗都会影响仪器的工作状态，造成观测曲线的噪声叠加等。一般来说大风、暴雨、气压骤变等气象因素、环境引起的变化过后，仪器的干扰会自行消除。但是由于电路或元器件造成的问题则需要逐步检查，如陕西汉中形变台VP宽频带倾斜仪东西向出现的噪声变大，曲线加粗，如图3（c）所示,排除了气候干扰外，这时候就需要检查摆体的线路，电线是否完好、各个接口有无生锈、脱焊或虚焊的情况；在检查底角垫块是否生锈、松动；接下来检查同步检波，有则排除仪器本体故障；若无则继续查振荡信号是否正常，正常的话查前放、主放电路是否正常，若无前放信号，则怀疑摆丝断开，或者摆系断裂。检查时发现汉中形变台VP摆的前放板的运放芯片故障，更换后恢复正常。

（3）数据无输出

有时数据会出现一条直线的情况，如图3（d）所示,这时则需逐级检查振荡器、前置放大器、主放大器及同步检波电路。首先检查振荡器，若振荡器的输出波形不正常，波形或幅度不对，或输出为一直线，则需修理振荡器，更换振荡器芯片LM356或者4069芯片。若振荡器工作正常，则依次检查前置放大器、主放大器及同步检波电路的增益和波形是否正常，在逐级检查中如发现故障，则逐级进行修理和排除，若同步检波输出的波形不是方波，则更换同步检波芯片4066。

a b

c d

图3 VP宽频带倾斜仪正常及故障曲线图

四、仪器的日常操作与使用

VP型垂直摆倾斜仪的操作较为简单和方便，主要是数据下载、调零、标定以及日常检查维护三项操作。

(1)数据下载

由于该仪器采用的是秒采样数采，数据量较大，所以需要关注数据存储器的情况，避免数据遗漏丢失。

（2）调零

台站值班人员要定期检查VP型垂直摆倾斜仪的输出电压，当输出的电压值高于+1.9伏，或低于-1.9伏时，表明仪器即将超出数采采集的电压范围，这种情况下可通过网络在仪器的主页面上对仪器进行调零。

（3）标定

为检查仪器的格值稳定性，每两个月进行一次标定，标定选择在固体潮的小潮期间进行，亦即选择在农历的初八或农历的二十二日进行，并选择在固体潮的线性部位进行标定时可通过恰当的计算方法将固体潮的变化影响消除掉。在整点值过后的第10分钟启动标定，标定完后数采会自动计算并生成最新格值。

（4）日常维护

仪器开始工作后，应尽量避免进出仪器洞室，人在洞室内停留或走动时间越长，干扰影响越大，尽量不要点亮白炽灯，因白炽灯产生的热量会干扰仪器的观测和记录。

为防止停电，需定期检查仪器配置的UPS电池电压，并及时对电池充电。

注意检查数采读数，数采当读数超过±1.9伏的范围时，在网上对仪器进行自动调零操作。

插头与接线板的接触必须良好和可靠，若表面严重氧化或接触松动，需及时更换，保证其可靠性。

五、结语

由于VP宽频带倾斜仪采用高精度、秒采样的观测数据，受到的外界干扰相对会比较多，所以为了保证仪器的正常运转，在仪器的安装初期就必须做到严格按照规范要求，保证观测硐室的密闭恒温性，严格控制观测墩的质量及电源系统的稳定性，保证仪器各接口间的连接正确牢固，给仪器运行创造一个良好的条件。此外，台站监测人员也必须要熟练掌握排除故障的方法，能够辨认异常的观测曲线和干扰特征，这样才能在日常仪器的观测运维中达到事半功倍的效果，提高观测资料的准确性和可信度。

作者简介：张璐，1986年，男，陕西省西安市人，本科，高级工程师，从事地震仪器的维护，前兆异常研究以及地震现场流动监测工作。

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地址：陕西省西安市碑林区边家村水文巷4号

参考文献

[1]武汉地震科学仪器研究院有限公司.VP型宽频带倾斜仪原理与使用说明书，2015

[2]李晓东，韩静，高守全.VP宽频带倾斜仪常见故障诊断及维修[J].内陆地震.2018, 32(1)

[3]李惠玲，高云峰，程冬焱，胡玉良.VP宽频带垂直摆倾斜仪观测干扰识别.地震地磁观测与研究.2018,第039卷,第002期