陳珊樺，蔡佩蕊，林立峰，尤宇星，黃圣棕

（1.福建省地震局泉州基準(zhǔn)地震臺(tái)，福建 泉州362000；2.福建省地震局莆田地震臺(tái)，福建 莆田351100；3.福建省地震局廈門地震臺(tái)，福建 廈門361000）

DSQ水管傾斜儀廣泛應(yīng)用于地震臺(tái)站的傾斜觀測(cè)，除用來(lái)測(cè)定緩慢傾斜變化、傾斜固體潮與捕捉臨震前兆信息外，還可用于地球動(dòng)力學(xué)與精密工程測(cè)量等方面[1]。儀器觀測(cè)精度很大程度上取決于儀器格值標(biāo)定的準(zhǔn)確性，為使儀器的靈敏度保持一致，保證儀器的長(zhǎng)期工作精度[2]，必須對(duì)儀器的格值定期進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)定，通過(guò)標(biāo)定對(duì)儀器的工作狀態(tài)是否正常進(jìn)行判斷，及時(shí)對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)整，保證觀測(cè)資料長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠。根據(jù)《地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)傾斜應(yīng)變觀測(cè)與運(yùn)行管理工作細(xì)則》（中國(guó)地震局，2015）每半年（間隔≤195天）或者在進(jìn)行維修時(shí)均需進(jìn)行標(biāo)定。

選用合適的方法調(diào)整儀器，用盡可能少的次數(shù)完成標(biāo)定，可以減少對(duì)儀器的影響，提高數(shù)據(jù)的完整率和連續(xù)率，本文總結(jié)了泉州地震臺(tái)DSQ水管傾斜儀2015年1月1日正式運(yùn)行以來(lái)儀器標(biāo)定中遇到的問(wèn)題和解決的方法，以及標(biāo)定中的注意事項(xiàng)進(jìn)行小結(jié)，可以為其他臺(tái)站提高標(biāo)定效率提供參考。

1 泉州地震臺(tái)DSQ水管傾斜儀觀測(cè)概況

泉州地震臺(tái)DSQ水管傾斜儀安裝于福建省泉州市豐澤區(qū)清源山人防1號(hào)洞形變觀測(cè)區(qū)內(nèi)，山洞地處長(zhǎng)樂(lè)-詔安斷裂帶中段，洞體基巖為新鮮花崗巖，巖體完整致密。洞口坐標(biāo)東經(jīng)118.6°、北緯24.9°，海拔高程約78m，洞頂覆蓋厚52.5-95.5m。觀測(cè)環(huán)境優(yōu)良無(wú)干擾，洞內(nèi)安裝有多道不銹鋼隔門，可以防止空氣對(duì)流，洞內(nèi)溫度極為恒定，水管傾斜觀測(cè)區(qū)位于山洞內(nèi)段進(jìn)深108m左右，水管儀基線長(zhǎng)度為23.18m，儀器槽用泡沫板和塑料布覆蓋，槽內(nèi)年溫差約0.1℃，日溫差約0.01℃，相對(duì)濕度大于90%。泉州地震臺(tái)DSQ水管傾斜儀臺(tái)2015年1月1日正式運(yùn)行以來(lái)工作穩(wěn)定，固體潮清晰，數(shù)據(jù)連續(xù)、可靠，多次在省內(nèi)評(píng)比中獲獎(jiǎng)。

2儀器標(biāo)定的原理及相關(guān)規(guī)范要求

DSQ水管傾斜儀采用標(biāo)定棒增減液體體積、人為改變液面變化來(lái)進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定，通過(guò)標(biāo)定是為了求得液面改變單位高度時(shí)，電信號(hào)的變化量ΔU在數(shù)量上是多少。根據(jù)水的不可壓縮特性，對(duì)一個(gè)分量?jī)蓚€(gè)缽體內(nèi)液面高度的變化ΔH水可由如下計(jì)算公式確定[3]：

式中：Δh標(biāo)為標(biāo)定棒移動(dòng)量，d為標(biāo)定棒直徑值，D1、D2分別為兩個(gè)缽體內(nèi)徑值。

Δh標(biāo)是預(yù)先給出，本臺(tái)儀器數(shù)值為20mm、d、D1、D2在儀器出廠時(shí)給出實(shí)測(cè)值。標(biāo)定結(jié)果儀器會(huì)自動(dòng)計(jì)算給出標(biāo)定中的數(shù)值和結(jié)果。

根據(jù)中國(guó)地震局形變學(xué)科規(guī)范要求，需在小潮期間選擇波峰或者波谷啟動(dòng)標(biāo)定，啟動(dòng)標(biāo)定20分鐘后可在儀器網(wǎng)頁(yè)上得到標(biāo)定結(jié)果，當(dāng)次標(biāo)定結(jié)果需滿足標(biāo)定精度≤l%，同時(shí)相對(duì)誤差≤1%。

圖1 標(biāo)定中相對(duì)誤差超標(biāo)的例子

圖2 調(diào)整后相對(duì)誤差合格

若儀器標(biāo)定格值較原使用格值變化≥±2%時(shí)，應(yīng)重新標(biāo)定并檢查確認(rèn)儀器工作狀態(tài)正常、標(biāo)定裝置系統(tǒng)工作正常且操作無(wú)誤，當(dāng)日或次日連續(xù)2次標(biāo)定的格值之間的相對(duì)誤差＜2%，方可啟用新的格值。格值誤差計(jì)算公式：

3 標(biāo)定中的注意事項(xiàng)和若干問(wèn)題

3.1 標(biāo)定前的準(zhǔn)備工作

標(biāo)定工作一般每半年進(jìn)行一次或者在進(jìn)行維修之后。水管儀安裝在潮濕的山洞內(nèi)，因此標(biāo)定器較長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)齒輪有時(shí)會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)不靈、卡頓等現(xiàn)象，導(dǎo)致主機(jī)發(fā)出標(biāo)定信號(hào)后，標(biāo)定裝置齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)不到位，標(biāo)定數(shù)據(jù)重復(fù)精度很差。根據(jù)本臺(tái)的標(biāo)定經(jīng)驗(yàn)，在每次標(biāo)定前最好將標(biāo)定器的不銹鋼蓋取下，將標(biāo)定大齒輪輕輕順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)3圈——回到原位——逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)3圈——回到原位，如此反復(fù)操作幾次，使其能夠順暢的轉(zhuǎn)動(dòng)，如果依舊存在轉(zhuǎn)動(dòng)不順暢的現(xiàn)象，則需考慮在螺栓上加一些潤(rùn)滑油。

根據(jù)規(guī)范要求，標(biāo)定過(guò)程中電壓讀數(shù)不得超過(guò)量程的90%，水管傾斜儀量程為±2V量程，標(biāo)定過(guò)程中的電壓讀數(shù)不得大于1.8V或小于-1.8V。在標(biāo)定前，應(yīng)檢查儀器數(shù)值，泉州臺(tái)水管儀東端、西端、南端、北端在標(biāo)定時(shí)數(shù)值會(huì)增大1040mV左右，因此需預(yù)估儀器各端點(diǎn)在標(biāo)定中可能達(dá)到的數(shù)值，做好標(biāo)定前各端點(diǎn)的調(diào)零工作。

3.2 標(biāo)定結(jié)果出現(xiàn)相對(duì)誤差不符合要求

以泉州地震臺(tái)2020年12月的標(biāo)定結(jié)果為例（圖1），相對(duì)誤差為2.63%大于規(guī)范所要求的1%，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)需調(diào)整儀器前置放大盒中位移換能器上的實(shí)芯電位器，以使儀器同一分量?jī)啥穗婌`敏度調(diào)成一致，即使同一分量?jī)蓚€(gè)端點(diǎn)值，盡可能一致，以圖1的標(biāo)定結(jié)果為例，選擇調(diào)節(jié)北端，在調(diào)節(jié)前，查看當(dāng)前北端數(shù)值為UN=-428mV，計(jì)算最終北端要調(diào)節(jié)到的值U，具體公式如下：

圖3 標(biāo)定中精度超標(biāo)的例子

圖4 調(diào)整后標(biāo)定精度合格

旋開(kāi)放大盒上電位器的緊固螺絲，輕輕調(diào)節(jié)，使北端當(dāng)前值從-428mV調(diào)整為-439.4mV，等待幾分鐘穩(wěn)定后，再次進(jìn)行標(biāo)定，相對(duì)誤差變?yōu)?.63%（圖2），符合規(guī)范要求。

3.3 標(biāo)定結(jié)果出現(xiàn)標(biāo)定精度不符合要求

標(biāo)定中有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)標(biāo)定精度一欄不符合規(guī)范即數(shù)值大于1%，這種情況一般是由于水質(zhì)問(wèn)題。儀器安裝在山洞內(nèi)，隨著觀測(cè)時(shí)間的增長(zhǎng)，長(zhǎng)水管內(nèi)的水可能會(huì)出現(xiàn)一些霉變或者絮狀物等，影響日常觀測(cè)，同時(shí)在啟動(dòng)標(biāo)定后，標(biāo)定棒運(yùn)動(dòng)時(shí)，水在流動(dòng)過(guò)程中會(huì)受到這些異物的阻礙，導(dǎo)致水位變化不穩(wěn)定，影響標(biāo)定輸出的電壓值，最終體現(xiàn)在標(biāo)定精度超標(biāo)。出現(xiàn)這種情況時(shí)，可先嘗試?yán)脫凭W(wǎng)對(duì)缽體內(nèi)的水進(jìn)行清理后再進(jìn)行標(biāo)定，若標(biāo)定結(jié)果依舊不理想，水質(zhì)變質(zhì)較為嚴(yán)重，則需考慮更換水管中的蒸餾水。

以泉州臺(tái)2018年6月21日的標(biāo)定結(jié)果為例（圖3），多次標(biāo)定中均出現(xiàn)標(biāo)定精度大于2%，請(qǐng)教廠家技術(shù)人員后于2018年7月11日用撈網(wǎng)清理缽體水中絮狀物后進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定精度小于1%，符合要求（圖4）。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)泉州地震臺(tái)水管傾斜儀的工作特性及近幾年的標(biāo)定經(jīng)驗(yàn)，出現(xiàn)標(biāo)定不合格的情況一般是相對(duì)誤差和標(biāo)定精度超標(biāo)，如果經(jīng)過(guò)調(diào)整使相對(duì)誤差和標(biāo)定精度合格，再啟動(dòng)第二次標(biāo)定時(shí)，相對(duì)誤差和標(biāo)定精度一般不會(huì)有太大變化，也能在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，兩次標(biāo)定的格值誤差也能符合規(guī)范要求，因此水管傾斜儀標(biāo)定的重點(diǎn)在調(diào)整相對(duì)誤差和標(biāo)定精度。

通過(guò)上文的方法，在標(biāo)定前活動(dòng)標(biāo)定裝置、對(duì)各端點(diǎn)進(jìn)行調(diào)零；在結(jié)果出現(xiàn)相對(duì)誤差超標(biāo)時(shí)，根據(jù)公式計(jì)算前置放大盒電位器調(diào)整量進(jìn)行調(diào)整；在結(jié)果出現(xiàn)標(biāo)定精度超標(biāo)時(shí)檢查水質(zhì)，一般就能較為快速地完成DSQ水管傾斜儀的標(biāo)定工作，減少對(duì)數(shù)據(jù)的影響，提高工作效率。