潘振生,陳向東

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局阿克蘇中心地震臺,新疆阿克蘇 843000)

阿克蘇中心地震臺數(shù)字地震觀測系統(tǒng)常見故障及處理方法

潘振生,陳向東

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局阿克蘇中心地震臺,新疆阿克蘇 843000)

論述了阿克蘇中心地震臺數(shù)字地震觀測系統(tǒng)的組成部分及各部分的功能和作用,對日常觀測中常見的各種故障進行了總結(jié)、分析,并對儀器運行中典型故障的產(chǎn)生原因、解決方法進行了詳細地分析。

觀測系統(tǒng);常見故障;處理方法

0 引言

儀器正常運行是獲得連續(xù)的原始觀測資料的前提[1],因此做好儀器維護工作,確保儀器正常運行是地震監(jiān)測工作中的重要環(huán)節(jié)。阿克蘇中心地震臺記錄和分析阿克蘇、神木園、輪臺、西克爾等8個數(shù)字地震臺的地震數(shù)據(jù)。因儀器供電、數(shù)據(jù)傳輸方式等的不同,各臺站觀測系統(tǒng)出現(xiàn)的故障也不盡相同。本文對數(shù)字記錄以來,觀測系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)出現(xiàn)的各類問題進行了總結(jié)和分析,并給出了解決辦法,希望能為同類臺站提供參考。

1 數(shù)字地震觀測系統(tǒng)的組成

阿克蘇中心地震臺管理的8個數(shù)字地震臺,間距大(東西跨度約600km,南北跨度約230km),儀器型號多,因通訊條件相對較差、有線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有限,有些臺站只能采用“先用無線方式傳輸?shù)接芯W(wǎng)絡(luò)的地方,再用網(wǎng)絡(luò)傳輸”方式[2],這就給儀器維護造成了一定的困難。因此,要做好儀器維護工作,確保地震觀測順利進行,首先要搞清楚觀測儀器的性能、數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂胶驼麄€觀測系統(tǒng)的組成及各個部分的功能。

阿克蘇中心地震臺的8個測震臺,從臺站級別、儀器型號、數(shù)據(jù)傳輸方式3個方面可進行以下分類:一是從臺站級別分,有1個國家臺和7個區(qū)域臺;二是從儀器型號分 ,有 CTS-1E、CMG-3ESPC、BBVS-60、FSS-3共4種儀器(數(shù)據(jù)采集器有 EDAS-24L6和EDAS-24IP兩種)。三是因各臺所處位置與阿克蘇的距離遠近和當?shù)赝ㄓ崡l件的不同,其數(shù)據(jù)傳輸方式有以下3種:①地震數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集的地震數(shù)據(jù)(以下簡稱“采集數(shù)據(jù)”),通過電信寬帶傳輸?shù)叫陆疁y震臺網(wǎng)中心,轉(zhuǎn)發(fā)到阿克蘇數(shù)據(jù)記錄處理中心。②采集數(shù)據(jù)通過超短波或擴頻微波傳輸?shù)接须娦艑拵У牡胤?再上網(wǎng)傳輸?shù)叫陆疁y震臺網(wǎng)中心,轉(zhuǎn)發(fā)到阿克蘇數(shù)據(jù)記錄處理中心。③采集數(shù)據(jù)通過超短波或擴頻微波,直接傳輸?shù)桨⒖颂K數(shù)據(jù)記錄處理中心。各臺的儀器型號、數(shù)據(jù)記錄、傳輸方式如圖1所示。

2 記錄出現(xiàn)問題后的快速判定和維修

數(shù)字地震臺站由拾震器完成地面運動參量到電壓量的轉(zhuǎn)變,由數(shù)據(jù)采集器將模擬的電壓量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量[3]。數(shù)據(jù)記錄處理中心發(fā)現(xiàn)記錄出現(xiàn)問題時,首先要判斷是什么故障。一般來說,能在時實監(jiān)控中看到的有2種故障,包括數(shù)據(jù)中斷和記錄失真。其次要分清是數(shù)據(jù)直接傳到臺網(wǎng)部的臺站(阿克蘇和神木園),還是經(jīng)新疆測震臺網(wǎng)中心轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的臺站(其它6個臺)出現(xiàn)了問題。再次要搞清楚是網(wǎng)絡(luò)傳輸出現(xiàn)問題導致數(shù)據(jù)中斷,還是地震記錄、采集或數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備出現(xiàn)問題導致的數(shù)據(jù)中斷,最后根據(jù)上述初步的判定,確定維修方式和辦法。因儀器型號、數(shù)據(jù)傳輸過程等不同,出現(xiàn)問題后判定儀器故障點的思路和方法也不同,筆者根據(jù)近幾年各臺儀器出現(xiàn)的故障種類和維修經(jīng)驗,總結(jié)出以下快速判定和維修的步驟,用圖2方框示意圖表述如下:

圖1 阿克蘇中心地震臺測震臺儀器組成及數(shù)據(jù)傳輸示意圖

圖2 阿克蘇中心地震臺測震臺儀器故障快速判定和維修步驟示意圖

3 儀器故障分類及典型故障處理方法

阿克蘇中心地震臺管理的8個臺站,在4年多的運行過程中,儀器出現(xiàn)過多種問題,總的來說共有4類問題:①因網(wǎng)絡(luò)故障和上網(wǎng)設(shè)備故障導致數(shù)據(jù)傳輸中斷。此類問題在近2年出現(xiàn)的頻率最高,解決辦法是先電話詢問新疆局測震臺網(wǎng)中心和儀器所在地電信網(wǎng)絡(luò)維護部門,如果網(wǎng)絡(luò)正常,問題一般出在上網(wǎng)設(shè)備上,上網(wǎng)設(shè)備中最常出現(xiàn)問題的是路由器。解決方法是更換路由器,并進行相應設(shè)置后數(shù)據(jù)傳輸恢復正常。②因超短波或擴頻微波傳輸設(shè)備故障導致數(shù)據(jù)傳輸中斷。如超短波傳輸設(shè)備出現(xiàn)問題,可查看接收電平或用功率計測場強,如場強過低,要查找原因,必要時更換數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備;如擴頻微波出現(xiàn)問題,可用筆記本電腦在收端通過路由器登陸發(fā)端,查看場強是否正常,如場強過低,可查看收端和發(fā)端是否新增遮擋物或干擾源,再采取相應的解決辦法。③因供電不足導致數(shù)據(jù)記錄和傳輸中斷。此類問題多發(fā)于太陽能加蓄電池供電的臺站,問題的多發(fā)時段為冬季連續(xù)陰、雪天氣和春季連續(xù)沙塵天氣。例如,2009年12月—2010年2月,拜城臺2次因連續(xù)多天的陰、雪天氣,導致數(shù)據(jù)記錄中斷,解決辦法是更換電量充足的蓄電池。另外,如太陽能充電控制器出現(xiàn)故障,也會使蓄電池電量不足,導致數(shù)據(jù)記錄和傳輸中斷。④因數(shù)據(jù)采集器或地震計故障,導致三分向或某一分向數(shù)據(jù)中斷或記錄失真。如果是數(shù)據(jù)采集器的問題,且故障發(fā)生在冬季寒冷天氣,則可能是因數(shù)據(jù)采集器所處環(huán)境溫度過低,超過了其正常工作的溫度范圍所致。例如2007年1月,因氣溫過低,造成拜城臺數(shù)據(jù)采集器工作不正常,解決此類問題的方法是將數(shù)采移到相對保溫的地方或給其加帶有溫控設(shè)備的保溫罩[4]。如地震計出現(xiàn)問題,一般情況下經(jīng)過斷電、重新加電、調(diào)零、鎖擺、開擺等操作后仍不能解決問題,就要與省局監(jiān)測部門聯(lián)系,請專業(yè)人員維修或更換地震計。

現(xiàn)就幾次典型的故障現(xiàn)象為例,詳細分析和論述幾次故障的產(chǎn)生原因和具體的解決辦法。

(1)2009年9月,阿合奇臺數(shù)據(jù)中斷,檢查過程為:①咨詢當?shù)仉娦啪W(wǎng)絡(luò)部門,網(wǎng)絡(luò)正常;到現(xiàn)場用筆記本電腦通過路由器上網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)不通,將路由器和ADSL設(shè)備斷電重啟、重新插拔網(wǎng)線插頭后網(wǎng)絡(luò)仍不通,由此判斷可能是上網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)了問題。②用筆記本電腦連接數(shù)采,記錄數(shù)據(jù)正常,由此判斷上網(wǎng)設(shè)備損壞。解決的辦法為:更換路由器,并對路由器進行正確的設(shè)置后數(shù)據(jù)傳輸恢復正常。

(2)2008年1—4月,庫車臺多次出現(xiàn)供電不足導致數(shù)據(jù)中斷的問題。數(shù)據(jù)傳輸中斷期間,正逢冬季陰、雪天氣和春季沙塵天氣,最初的解決辦法是給蓄電池充電,之后到擺房仔細檢查供電設(shè)備后發(fā)現(xiàn),太陽能充電控制器的充電性能明顯降低,不能有效給蓄電池充電,導致蓄電池虧電,造成地震記錄、數(shù)據(jù)采集、傳輸設(shè)備工作中斷。此次維修經(jīng)歷的教訓是:當出現(xiàn)問題時,必須對所有可能導致問題產(chǎn)生的設(shè)備進行全面細致的檢查。

(3)2008年4—5月,神木園臺出現(xiàn)不定時數(shù)據(jù)中斷故障,斷記時間為2～40min不等。解決的方法為:首先檢查超短波傳輸接收設(shè)備的數(shù)據(jù)線接頭、天線接頭等,均正常。再到擺房用筆記本電腦連接數(shù)據(jù)采集器,檢查發(fā)現(xiàn)地震計、數(shù)據(jù)采集器正常,因此判斷問題出在數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備上。最后更換超短波數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備后,數(shù)據(jù)傳輸恢復正常。

(4)應用擴頻微波傳輸測震數(shù)據(jù)的最大優(yōu)點是抗干擾性能強、抗信號衰減及保密性能好[5]。采用擴頻微波傳輸測震數(shù)據(jù)的拜城臺,2010年8月19日起,地震數(shù)據(jù)連續(xù)2天在白天上班時段出現(xiàn)數(shù)據(jù)時斷時續(xù)的故障。到現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),擴頻微波的信道方向在蓋高層住宅,用筆記本電腦通過路由器登陸擴頻微波發(fā)端發(fā)現(xiàn),接收場強為-95～98db,遠低于正常時的-76db。分析認為施工中的高樓遮擋了一部分信號,而白天施工時段吊塔的吊臂來回移動,不定時的完全遮擋了信號傳輸,造成數(shù)據(jù)時斷時續(xù)。解決的辦法是移動擴頻微波收端,避開施工中的樓房和吊塔,調(diào)整擴頻微波收端的上、下、左、右角度,使接收場強達到正常值。

圖3 庫車臺CTS-1E地震計記錄波形

(5)2010年1月起,庫車臺北南向出現(xiàn)記錄失真問題,脈沖形態(tài)不正常,記錄的遠震振幅明顯小于其它2個分向。檢修的過程為:①到擺房檢查CTS-1E地震計的RCU控制盒,發(fā)現(xiàn)北南向的電壓指示略偏離零點,調(diào)整后脈沖形態(tài)基本正常,與其它2個分向的幅度相差不大,但北南向記錄遠震的振幅仍然偏小,且2個月后的脈沖形態(tài)又不正常。②更換地震計北南向的反饋控制電路板,并調(diào)整相關(guān)參數(shù),波形記錄正常,但10多個小時后,北南向和垂直向出現(xiàn)了“自激”現(xiàn)象,具體表現(xiàn)為2分向規(guī)則的大幅度漂移(圖3a),地震計發(fā)出“自激”噪音。③調(diào)整北南向反饋控制電路板的可調(diào)電位器,地震計“自激”噪音消失,記錄波形恢復正常(圖3b)。④正常記錄3天后,又出現(xiàn)“自激”現(xiàn)象,再次調(diào)整電路板的可調(diào)電位器,儀器長時間記錄正常。⑤正常記錄后,調(diào)整控制周期、阻尼、振幅的電位器,使阻尼達到0.68～0.72之間,進行脈沖標定和正弦波標定,計算結(jié)果與儀器架設(shè)初相近。

要做好地震儀器的日常維護工作,不但要不斷總結(jié)維修經(jīng)驗,還需對可能出現(xiàn)的問題做提前預防。例如,要經(jīng)?？刺鞖忸A報,如果儀器所在地未來幾天將出現(xiàn)持續(xù)降雪或連續(xù)陰天,可在蓄電池電量即將耗盡前對供電設(shè)備進行維護,以預防供電中斷導致儀器停止工作故障發(fā)生。有些儀器故障不需要到現(xiàn)場檢查,通過記錄波形就能對故障原因進行初步的判斷。例如,王曉峰等根據(jù)儀器發(fā)生故障后的事件記錄[6],對故障產(chǎn)生的原因進行遠程診斷,快速、順利排除故障。筆者通過對比分析,也發(fā)現(xiàn)根據(jù)一些波形記錄圖像,能快速判斷故障原因。例如,數(shù)據(jù)中斷一段時間后,恢復傳輸?shù)挠涗洸ㄐ闻c斷記前相同(圖4a),這可能是網(wǎng)絡(luò)問題導致的數(shù)據(jù)中斷。如果數(shù)據(jù)中斷后,恢復傳輸?shù)牟ㄐ斡涗浥c斷記前不同(圖4b),則可能是供電不足導致的數(shù)據(jù)中斷。兩種故障的不同之處是:供電中斷,再恢復正常時,地震計有一個加電恢復位過程,而網(wǎng)絡(luò)恢復正常時,傳輸?shù)氖钦Ｓ涗浀牡卣鸩ㄐ巍?/p>

圖4 不同原因?qū)е聰?shù)據(jù)中斷后又恢復記錄的波形圖像

4 問題討論與結(jié)語

筆者在多年的儀器維護工作中深感如果能解決以下2個問題,就能遠程快速解決很多問題,極大地提高資料的連續(xù)率。(1)如果實現(xiàn)在記錄中心訪問數(shù)據(jù)采集器,對數(shù)據(jù)采集器進行設(shè)置,并通過數(shù)據(jù)采集器對地震計進行調(diào)零、標定等操作,就能使一部分問題在遠程快速診斷、解決。目前使用擴頻微波直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接涗浿行牡呐_站可以做到(例如阿克蘇臺),而使用擴頻微波,再上網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)和采用超短波及通過數(shù)采直接上網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的臺站,還不能實現(xiàn)遠程對數(shù)采的操作。這個問題有待通過增加一些必要的硬件設(shè)備和相應的軟件來解決。(2)有些儀器故障,只需重起數(shù)采或用于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)穆酚善骶湍芙鉀Q。但目前上述簡單的故障,都要到現(xiàn)場去解決。為此,筆者查閱有關(guān)資料后認為,可以在數(shù)據(jù)流的后端增加數(shù)據(jù)流中斷判別電路,用于檢測和判別數(shù)據(jù)流是否中斷;再用一個時鐘發(fā)生器用于判斷數(shù)據(jù)中斷的時間,如數(shù)據(jù)中斷達到一定時間,通過“與門”電路判斷后,給后續(xù)的繼電器驅(qū)動電路一個信號,通過繼電器的吸合,控制供電的通、斷,實現(xiàn)數(shù)采和路由器斷電、重新加電操作,以達到自動重起數(shù)采和路由器進而排除儀器故障的目的。

文中對各臺的儀器設(shè)備、供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸方式等進行了分類,分析了各臺觀測系統(tǒng)各部分的功能,在此基礎(chǔ)上給出了快速判定和解決各種儀器故障的思路、步驟和具體的解決方法。同時結(jié)合近幾年的儀器維護經(jīng)驗,論述了幾次典型故障產(chǎn)生的原因和解決方法,經(jīng)過研究和思考,提出了遠程解決儀器問題的思路和方法,希望能給同類臺站提供一些可借鑒的經(jīng)驗。

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Common Failure and Solution in Digital Seismological Observation System of Xinjiang Akesu Central Seismostation

PAN Zhen-sheng,CHEN Xiang-dong
(Akesu Central Seismostation,Akesu 843000,China)

This article introduces each parts and their function of digital seismological observation system of Xinjiang Akesu central seismostation,summarizes and analyzes all kinds of common failures and solutions in daily observation,analyzes the causation of typical failure and solutions during the running of the system in detail.

observation system;common failure;solution

P315.63

A

1003-1375(2011)03-0061-04

2010-11-23

潘振生(1976-),男(漢族),甘肅武威人,工程師,主要從事地震監(jiān)測和儀器維護工作.E-mail:pzsaks2007@sohu.com