張 凱， 賴見深， 林苗祿

(1. 福建省地震局漳州地震臺， 福建 漳州 363000 ； 2. 福建省地震局東山地震臺， 福建 東山 363400）

0 引言

漳州地震臺PET 型重力儀安裝于2008年2月， 由于此前儀器所處的窿洞進行大規(guī)模改造， 觀測環(huán)境有了很大的提升。 PET 型重力儀經(jīng)過幾年來的穩(wěn)定運行， 產(chǎn)出了大量可靠的前兆觀測數(shù)據(jù)。 目前儀器運行正常， 可以清晰的記錄到固體潮， 對國內(nèi)外的震級較大的遠震也具有良好的映震能力。 但在儀器日常觀測的過程中可能遇到各種各樣的問題， 影響儀器的正常運行， 因此有必要對儀器遇到問題的相應解決辦法做一次總結(jié)， 以提高儀器維護的質(zhì)量。 漳州臺的PET 型重力儀是國家地震局重力臺站十五陸態(tài)網(wǎng)絡項目購置的三十臺儀器其中之一， 由于前期投入運行的臺站數(shù)量少， 運行時間不長， 因此各臺站對儀器運行過程中遇到的問題的解決普遍感到經(jīng)驗不足。 在已投入運行的臺站的經(jīng)驗交流文章中對PET型重力儀在時鐘異常的一般校準、 水準校準、 粘擺的調(diào)節(jié)方法都有詳細的介紹， 本文則從漳州臺所遇到的特殊情況的問題出發(fā)， 對PET 重力儀的硬時鐘調(diào)整、 網(wǎng)絡故障的多方面排查、 雷擊故障的多種情況修復方法以及漳州臺防雷改造的經(jīng)驗交流等方面進行介紹， 以此分享儀器維護方面的經(jīng)驗， 提高儀器維護質(zhì)量。

1 臺站儀器觀測概況

漳州地震監(jiān)測臺位于漳州龍海市九湖鎮(zhèn)衍后村石獅巖， 海拔42.3 m。 基巖為花崗閃長巖， 臺站距長詔斷裂帶幾十公里， 附近有北西向、 近南北向斷裂經(jīng)過。

漳州臺PET 型重力儀安裝于臺站二層觀測辦公樓后的儀器專用窿洞內(nèi)。 該窿道開挖于1976年7月， 寬1.40 m、 高2.07 m、 總長100 m。 窿道內(nèi)建有儀器室5 間， 總面積為71.8 m2， 重力儀安裝于距洞口最內(nèi)側(cè)的觀測室。 2006年11月窿洞完成改造及裝修。 現(xiàn)窿洞內(nèi)有3 道密封式船艙門， 觀測條件較好， 洞室內(nèi)年溫差為0.15℃，日溫差0.05℃， 平均室溫22℃。

漳州臺的PET 型重力儀為國家地震局臺站觀測儀器十五項目， 福建地區(qū)共有2 臺。PET 型相對重力儀由美國勞雷公司生產(chǎn)， 是用于測量地球各點重力隨時間變化的高精度儀器。 該儀器可以檢測周期從秒到若干年的地球物理、 地球動力學效應所導致的微小的重力場變化。 PET 型重力儀共有三部分組成： 裝有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的儀器箱， 裝有UPS 和通信單元的主機箱， 一臺運行控制軟件的筆記本電腦。 重力通信單元通過光纖連接到洞口的交換機， 再通過該交換機與儀器室的核心路由器相連將數(shù)據(jù)上傳至省局臺網(wǎng)中心。

2日常觀測資料與儀器映震效應

漳州臺重力儀日常記錄的應變曲線光滑， 固體潮清晰， 分鐘值曲線噪聲較低，日變規(guī)律明顯， 具有良好的周期特征。 漳州臺近年觀測資料完整連續(xù)， 通過分析儀器測定到的重力場潮汐和非潮汐變化， 可了解構(gòu)造活動信息和全球環(huán)境變遷等重要現(xiàn)象， 為科學研究與應用研究等工作提供基礎資料。

2.1 漳州臺觀測資料連續(xù)、 固體潮清晰

漳州臺重力儀2008年運行至今， 儀器運行情況良好， 重力固體潮曲線記錄清晰，日變周期規(guī)律明顯（圖1）。

圖1 重力儀連續(xù)三日觀測曲線Fig.1 Observation curve of gravimeter for three continuous days

2.2 觀測曲線的映震效應

漳州臺重力儀運行以來， 有較好的映震能力， 對強遠震能夠較好的記錄到產(chǎn)生的顯著同震應變階躍， 信息量豐富。

2011年3月11日日本MS9.0 大地震， 震中距幾千千米， 大震引起較大的振幅波動，周期長達數(shù)十分鐘， 重力儀在震后出現(xiàn)粘擺現(xiàn)象， 記錄呈一條直線（圖2）。

2012年6月10日臺灣宜蘭附近海域MS5.9 地震， 震中距只有幾百千米， 地震引起較大振幅波動， 映震效應明顯。

圖2 2011年3月11日日本9.0 級大震重力儀大振幅效應曲線Fig.2 The gravimeter large amplitude effect curve of Japan M9.0 earthquake In March 11, 2011

圖3 2012年6月10日臺灣宜蘭5.9 級地震重力儀大振幅效應曲線Fig.3 The gravimeter large amplitude effect of Taiwan Yilan M5.9 earthquake curve In June 10, 2012

3 儀器常見問題及解決方法

3.1 時鐘異常

儀器在運行一段時間后時鐘可能出現(xiàn)偏差較大的情況， 時鐘不準確儀器網(wǎng)頁狀態(tài)欄可能顯示時鐘異常， 解決辦法： 在網(wǎng)絡授時不成功的情況下， 采用手動授時， 授時前先校準本地計算機時間， 在設備參數(shù)管理的設備信息頁面中點擊手動授時按鈕， 然后重啟系統(tǒng)[1]。 漳州臺重力儀曾經(jīng)出現(xiàn)過儀器斷電幾十分鐘恢復供電后時鐘用手動授時多次重啟仍無法恢復正常時間的情況， 這樣的情況可能是系統(tǒng)寫入的硬時鐘故障引起， 具體解決辦法如下： 用與儀器在同一局域網(wǎng)的電腦主機， 在 “運行” 中用cmd 命令進入DOS 窗口， 鍵入telnet，用戶名： root， 密碼： root， 登陸telnet。 先在頁面中進行手動授時， 不要重啟機器， 進入telnet， 運行 “hwclock_-w” ,然后鍵入reboot， 重啟機器。 該命令為linux 設置硬件時鐘命令， 這樣系統(tǒng)會對時間進行修正， 以確保時間準確。

3.2 水準氣泡偏離中心位置

儀器運行一段時間后， 由于外界環(huán)境變化、 震動、 人為干擾等的影響， 儀器主體的水準氣泡會發(fā)生偏離中心位置的現(xiàn)象， 當網(wǎng)頁信息顯示縱水準或橫水準的絕對讀數(shù)＞150 就需要重新進行儀器的水平調(diào)整， 解決方法： 使用儀器自帶的筆記本進行， 調(diào)整時鎖擺， 調(diào)整完成后開擺。 儀器擺體下方有三個底腳旋鈕， 一個固定， 另外2個分別對應橫水準和縱水準，觀察頁面顯示水準的讀數(shù)， 按照 “逆時針減小順時針增加” 的方法進行相應調(diào)整， 調(diào)整為縱水準和橫水準的絕對讀數(shù)＜20[2]。 最后填寫工作日志。

3.3 儀器粘擺

粘擺是金屬彈簧重力儀常見的一個問題。 粘擺出現(xiàn)的原因主要有以下幾種情況： ①外界的強烈撞擊； ②遠距離大震或近距離地震； ③儀器開鎖擺電機故障； ④儀器供電完全中斷超過一定時間。 解決辦法： ①鎖擺后開擺， 利用儀器的震動電機將擺震開； ②如果開鎖擺仍無法解決， 應用重力儀筆記本直接連接儀器主機箱串口， 開啟廠家安裝在筆記本上的重力專用調(diào)試控制軟件TideDaq， 在 “settings” 菜單中點擊 “Set Range” 中的 “auto Range”， 重新設定量程， 這時會聽到儀器箱嗡嗡的調(diào)試音， 如果調(diào)試成功數(shù)值將從超量程值回到正常值， 這時只需在設置量程菜單中點擊加減重力值即可逐步調(diào)節(jié)到粘擺前的接近數(shù)值； ③如果上述方法都無法解決應輕輕敲擊儀器本體的側(cè)面利用外力將其震開； ④當這三種方法都嘗試仍無法解決， 千萬不要自行打開儀器箱， 應及時聯(lián)系廠家， 返廠維修[3]。

3.4 網(wǎng)絡故障

工作機有時無法正常連接到重力儀下載觀測數(shù)據(jù)， 主要表現(xiàn)為儀器IP 無法PING 通，網(wǎng)頁查看儀器工作狀態(tài)無法登陸頁面。 重力儀網(wǎng)絡連接出現(xiàn)中斷的原因主要有以下幾種情況： ①網(wǎng)線插頭松動； ②交換機光貓死機或故障； ③儀器主機箱中的通信單元工控機故障。 解決辦法： 由于通信連接的問題包括各個方面， 因此要判斷具體故障位置， 應對通信線路的各個環(huán)節(jié)進行排查。 漳州臺重力儀網(wǎng)絡進行過防雷優(yōu)化改造， 在重力通信單元端用網(wǎng)線與光貓連接， 再通過光纖傳輸至儀器窿道洞口與另一臺光貓連接， 然后該光貓通過網(wǎng)線與洞口一小交換機連接再將數(shù)據(jù)傳輸至觀測室核心路由器與省局內(nèi)網(wǎng)連接。 這樣的連接方式較為復雜， 因此網(wǎng)絡故障判斷要逐一排查， 首先檢查網(wǎng)線或光線頭是否松動， 具體可以觀察路由交換機或者光貓的端口狀態(tài)燈是否正常。 如果傳輸鏈路中有交換機或者光貓死機故障等則可以用筆記本進行網(wǎng)絡測試， 將筆記本的網(wǎng)段設置成與儀器IP 同網(wǎng)段， 然后將網(wǎng)線插入筆記本使用PING 命令看是否連通， 這樣逐級排查就可以發(fā)現(xiàn)是從哪一級開始就無法連通的， 再觀察該設備狀態(tài)是否正常， 進行斷電重啟看是否恢復， 如仍無法恢復則應進行設備檢查是否設備故障， 直到網(wǎng)絡連通恢復。

在進行了上述方法排查后仍無法解決網(wǎng)絡故障則應考慮是否為源頭的儀器通信單元故障。 漳州臺曾經(jīng)因雷電近雷感應造成通信單元工控機UC7112 損壞， 表現(xiàn)為網(wǎng)頁可以登陸儀器但查看儀器狀態(tài)時會彈出無法連接的窗口， 具體表現(xiàn)如圖4 所示。

這樣儀器的通信單元直接與筆記本連接都無法PING 通。 如果判斷是通信單元工控機損壞則無法自行修理， 應及時返廠維修。

3.5 雷擊故障

雷擊故障包括多種形式， 最有可能的情況是近雷感應造成： ①通信單元工控機內(nèi)存儲數(shù)據(jù)的SD 卡燒毀； ②工控機完全故障損壞； ③儀器擺體箱內(nèi)主機電路板芯片損壞， 后兩種情況相對比較嚴重。

解決辦法： 如果是通信單元工控機UC7112 內(nèi)的存儲卡燒毀則在網(wǎng)頁上可以連接到儀器， 也不會提示無法連接到服務器， 只是在數(shù)據(jù)下載頁面無法看到任何數(shù)據(jù)， 這時應將通信單元所在的主機箱拆開， 取出UC7112 工控機， 將其內(nèi)部的SD 插入讀卡器連接電腦看是否損壞， 如果無法讀取則將該SD 卡進行更換即可恢復。 如果連工控機的源頭端都無法連接上， 工控機的狀態(tài)燈又異常說明雷擊后通信單元完全損壞， 這種情況無法自行維修應及時返廠維修。 第三種情況較為少見， 但漳州臺在一次大型雷暴天氣過后， 曾出現(xiàn)儀器擺體箱內(nèi)主機電路板芯片MAX232 損壞的情況， 具體的表現(xiàn)見圖5。 用筆記本通過串口跟儀器直連后狀態(tài)欄中的儀器參數(shù)信息包括儀器內(nèi)外溫度壓力重力潮汐數(shù)值等都無法正常顯示（圖中黑圈部分）， 通過調(diào)試軟件也無法重新設置量程， 連接調(diào)試時沒有聽到儀器箱發(fā)出嗡嗡調(diào)試聲。 這種情況可能為儀器箱內(nèi)部控制芯片MAX232 損壞， 嘗試使用儀器廠家配送的專用英制六角螺絲刀打開儀器擺體箱， 在最上層可以看到主機電路板， 找到MX232，由于該芯片直接插在焊好的芯片座上可以直接取下更換即可。 如果更換該芯片后故障依舊，應及時聯(lián)系儀器廠家返廠維修。

圖4 查看儀器狀態(tài)時彈出無法登陸服務器的提示Fig.4 Check the instrument status when the pop-up cannot login prompt

圖5 儀器信息無法正常顯示的狀態(tài)圖Fig.5 Instrument information cannot normal display

4 關(guān)于臺站PET 重力儀的防雷問題

由于地震臺站多處于山區(qū)， 一旦遭遇雷電強對流天氣， 雷害頻發(fā)， 不利于儀器設備的長期安全運行。 漳州臺PET 重力儀在儀器安裝初期就曾經(jīng)多次因為近雷感應造成UC7112工控機損壞， 儀器擺體內(nèi)部芯片雷擊損壞， 存儲數(shù)據(jù)的SD 卡燒毀等儀器故障。 因此要保證儀器安全正常運行， 提高儀器連續(xù)率和觀測質(zhì)量， 臺站的設備防雷改造十分必要。

下面分享一下漳州臺在儀器防雷方面的一些經(jīng)驗： ①進行三級防雷改造， 在臺站主供電電源處加裝專業(yè)防雷器， 在分電源各個大樓電源處加裝專業(yè)防雷器， 在儀器供電端更換具有防雷功能的插座； ②進行通信線路的防雷改造， 將重力儀原先的網(wǎng)線直連方式改成利用光纖傳輸， 在光纖兩端安裝兩個光貓， 漳州臺將儀器山洞內(nèi)長距離傳輸?shù)耐ㄐ啪€路改成光纖傳輸后， 工控機無一雷擊故障； ③確保儀器主機接地良好， 在大樓附近建設防雷地網(wǎng)， 設備接入該地網(wǎng)； ④漳州臺儀器山洞內(nèi)所有電源線纜通信線纜均采用鍍鋅合金套管進行防雷屏蔽， 金屬管表面要連接完好并良好接地。 由于雷擊故障無法避免， 但是如果做好上述防雷措施， 重力儀遭遇雷擊的幾率將大大減少， 有利于保證儀器長期正常運行并獲得長期穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語

漳州臺的PET重力儀在運行了一段時間后， 也遇到了各種各樣的問題， 通過對儀器問題的解決， 可以積累一些儀器維護方面的經(jīng)驗， 以便更好的為儀器穩(wěn)定觀測服務。 在觀測過程中除了文中提到的故障外， 還會出現(xiàn)其它的干擾因素， 如氣象因素、 人為干擾等， 其中溫度濕度變化影響較為常見， 臺風、 大風降溫等影響也較為明顯， 還有一些其它不明原因造成的干擾等。 所以在提高臺站觀測質(zhì)量的同時， 臺站的工作人員也要如實填寫觀測日志， 對儀器工作情況、 數(shù)據(jù)預處理情況、 天氣變化情況進行詳細的記錄， 為分析預報人員正確識別干擾與地震異常信息提供可靠依據(jù)。 臺站做好重力儀的設備維護工作和日常觀測日志的記錄十分重要， 在保證儀器正常穩(wěn)定運行的前提下， 可以獲得長期可靠的觀測數(shù)據(jù)，為地震監(jiān)測提供第一手的資料。

[1] 包秀敏， 劉長生， 馬莉， 等. 沈陽臺PET 型重力儀運行概況及故障解決方法[J]. 防災減災學報，2010， 26（3）： 77-80

[2] 李國斌， 馬禾青， 李春貴， 等. 氣壓對銀川基準臺重力觀測的影響[J]. 高原地震， 2008， 20（1）： 48-31.

[3] 劉仕錦， 李杰， 陽光， 等. 姑咱臺DZW 型微伽重力儀數(shù)字觀測資料分析[J]. 四川地震， 2008， 22（1）：22-31.