林立峰，蔡佩蕊，陳珊樺，徐智明

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

垂直擺傾斜儀是用于地傾斜觀測(cè)的儀器[1]，其擺系主要由擺體、柔絲和支架組成。擺體通過(guò)高強(qiáng)度柔性合金絲垂直于地面懸掛在地面的支架上，當(dāng)?shù)孛嬗捎诔毕l(fā)生形變時(shí)，垂直于地面的重?cái)[和懸掛重?cái)[之間的相對(duì)位置就會(huì)發(fā)生改變，通過(guò)高精度的電容式微位移傳感器把這種角度變化轉(zhuǎn)化為微弱的電信號(hào)，再把微弱的電信號(hào)通過(guò)一系列的放大、整形、同步檢波、濾波等模擬電路進(jìn)行處理，最后由數(shù)采記錄整理，還原出實(shí)際的傾斜固體潮（見(jiàn)圖1）。

圖1 擺系儀器原理圖

1 故障分析

近幾年來(lái)，儀器出現(xiàn)的故障在備件齊全的情況下，臺(tái)站均能夠自主維修，使儀器盡快恢復(fù)觀測(cè)。泉州綜合臺(tái)共有垂直擺傾斜儀3套，其中泉州地震臺(tái)采用中國(guó)地震局武漢地震儀器研究所研制的VS型垂直擺傾斜儀，2014年4月安裝，儀器運(yùn)行至今泉州地震臺(tái)累計(jì)故障13次，造成缺記1638小時(shí)。莆田地震臺(tái)與廈門地震臺(tái)垂直擺觀測(cè)采用中國(guó)地震局武漢地震儀器研究所研制的VP型寬頻帶傾斜儀，廈門地震臺(tái)垂直擺2013年12月安裝儀器運(yùn)行至今累計(jì)故障49次，造成缺記565.8小時(shí)；莆田地震臺(tái)垂直擺2014年1月安裝至今累計(jì)故障5次，造成缺記139小時(shí)。

通過(guò)對(duì)泉州綜合臺(tái)垂直擺傾斜儀近年來(lái)的故障進(jìn)行系統(tǒng)分析，垂直擺傾斜儀的主要故障有供電故障、主機(jī)故障、數(shù)采故障、線路故障、傳感器故障及調(diào)零裝置故障。

1.1 供電故障

供電故障可分為兩種類型，分別為UPS故障、市電故障。曲線上表現(xiàn)為缺記，供電恢復(fù)后曲線恢復(fù)正常，如莆田臺(tái)寬頻帶傾斜儀2019年11月16日-17日因UPS故障導(dǎo)致缺記，采用交流供電后恢復(fù)正常。（見(jiàn)圖2）

圖2 UPS故障圖

1.2 主機(jī)故障

VS垂直擺主機(jī)故障主要是電源板故障及前置放大板故障。

電源板故障的曲線表現(xiàn)形態(tài)為缺記、大幅畸變、階躍、儀器主機(jī)讀數(shù)與數(shù)采主機(jī)上不一致，且無(wú)法調(diào)零，解決方式為更換電源板或采用市場(chǎng)上的±12V電源供電。如泉州基準(zhǔn)地震臺(tái)VS垂直擺傾斜儀2018年8月4日由于VS主機(jī)電源板故障，數(shù)據(jù)曲線出現(xiàn)大幅畸變、階躍，工作人員對(duì)儀器進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)VS主機(jī)讀數(shù)與數(shù)采主機(jī)上不一致，且無(wú)法調(diào)零，主機(jī)電源板只有正電壓輸出而沒(méi)有負(fù)電壓輸出，認(rèn)定該板電路故障，將VS主機(jī)拆下寄回廠家維修。主機(jī)修好寄回，工作人員將主機(jī)安裝上后，恢復(fù)正常記錄。（見(jiàn)圖3）

圖3 主機(jī)故障圖

放大板故障的曲線表現(xiàn)形態(tài)為多次出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象及高頻干擾現(xiàn)象，解決方式為更換放大板上的芯片ICL7650或更換整塊放大板，如泉州基準(zhǔn)地震臺(tái)VS垂直擺傾斜儀自2016年12月4日開(kāi)始由于主機(jī)中北南向VS電路放大板故障，導(dǎo)致北南分量數(shù)據(jù)時(shí)常因儀器性能不穩(wěn)定多次出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象及高頻干擾現(xiàn)象，更換了北南向放大板上的放大芯片，并焊接了北南向位移傳感器輸出端一處虛焊的焊點(diǎn)后，恢復(fù)正常日變形態(tài)。（見(jiàn)圖4）

圖4 放大板故障圖

1.3 數(shù)采故障

數(shù)采故障的曲線表現(xiàn)形態(tài)為缺記或曲線無(wú)固體潮形態(tài)，解決方式為電源模塊或更換數(shù)據(jù)采集板。如莆田臺(tái)寬頻帶傾斜儀2019年9月7日因受雷擊導(dǎo)致數(shù)采故障，更換數(shù)采后恢復(fù)正常。（見(jiàn)圖5）

圖5 數(shù)采故障圖

1.4 線路故障

線路故障的曲線表現(xiàn)形態(tài)曲線出現(xiàn)短時(shí)間的無(wú)效數(shù)據(jù)和階變或曲線噪聲變大，解決方式為重新焊接或更換線路。如廈門臺(tái)寬頻帶傾斜儀2016年10月30日開(kāi)始固體潮曲線形態(tài)出現(xiàn)短時(shí)間的無(wú)效數(shù)據(jù)和階變，整體的形態(tài)沒(méi)有遭到破壞，廠家來(lái)人修理儀器，判定是儀器線路故障，重新焊接標(biāo)定線路、調(diào)零線路、信號(hào)線、電源線路等，儀器恢復(fù)正常運(yùn)行。（見(jiàn)圖6）

圖6 線路故障圖

1.5 傳感器故障

傳感器故障主要是擺系故障、前置放大盒故障。

擺系故障的曲線表現(xiàn)形態(tài)為曲線的日變明顯變小或出現(xiàn)超差限幅走直線、畸變、飄動(dòng)等現(xiàn)象。解決方式為檢查擺系更換鎢絲。如廈門臺(tái)寬頻帶傾斜儀2018年10月24日起觀測(cè)曲線的日變明顯變小，這種日變幅逐日變小的情況應(yīng)該不是前兆異常變化，應(yīng)該是儀器本身的工作狀態(tài)造成。經(jīng)廠家指導(dǎo)，對(duì)儀器進(jìn)行鎖擺，關(guān)閉電源，測(cè)量放大盒里動(dòng)片連接端與電容兩定片連接端間的電阻，阻值大于30歐，電阻值明顯異常，判斷為擺系故障，廠家來(lái)人更換鎢絲，并對(duì)擺體進(jìn)行清潔和換干燥劑，儀器維修完成后，觀測(cè)曲線有固體潮形態(tài)，儀器恢復(fù)正常。（見(jiàn)圖7）

圖7 擺系故障圖之一

泉州基準(zhǔn)地震臺(tái)VS垂直擺傾斜儀2018年05月01日起由于擺系故障，數(shù)據(jù)形態(tài)出現(xiàn)超差限幅走直線、畸變、漂移等現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)多次維修調(diào)擺，采取了更換反相板、反相板通往VS主機(jī)的擺線等措施，均未能修復(fù)故障。武漢儀器研究院專家到臺(tái)站，再次更換了全套擺線和東西向反相板，并更換了反相板上部分電容電阻，儀器恢復(fù)了正常日變形態(tài)。（見(jiàn)圖8）

圖8 擺系故障圖之二

前置放大盒故障的曲線表現(xiàn)形態(tài)為日變形態(tài)消失，無(wú)固體潮曲線。解決方式為更換前置放大盒芯片OP07或更換放大板。如廈門臺(tái)寬頻帶傾斜2018年06月07日起儀器放大板故障造成日變形態(tài)消失，無(wú)固體潮曲線，更換放大板后恢復(fù)正常觀測(cè)。（見(jiàn)圖9）

圖9 前置放大盒故障圖

1.6 調(diào)零裝置故障

調(diào)零裝置故障的曲線表現(xiàn)形態(tài)為曲線漂移現(xiàn)象。解決方式為檢查調(diào)零裝置。如泉州基準(zhǔn)地震臺(tái)VS垂直擺傾斜儀2019年1月12日起由于調(diào)零裝置卡死導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常漂移，出現(xiàn)11次數(shù)據(jù)超差走直線，進(jìn)行18次調(diào)零。廠家技術(shù)人員進(jìn)洞維修，期間進(jìn)行開(kāi)鎖擺、更換部分調(diào)零裝置、調(diào)水平、調(diào)零，完成檢修，儀器恢復(fù)穩(wěn)定。（見(jiàn)圖10）

圖10 調(diào)零裝置故障圖

2 儀器故障判定及維修流程

儀器維修一般流程為通過(guò)觀察測(cè)量?jī)x器狀態(tài)、曲線形態(tài)判斷故障位置，對(duì)出現(xiàn)故障的模塊進(jìn)行檢修[2]。

觀察儀器設(shè)備指示燈，測(cè)量電壓值，垂直擺傾斜儀主機(jī)供電電壓為±12V，標(biāo)定電壓為＋5V，信號(hào)電壓在±2V內(nèi)為正常。

通過(guò)觀測(cè)曲線的異常判斷故障情況[3]（見(jiàn)圖11），確認(rèn)故障位置后進(jìn)行檢修，更換備件。

圖11 觀測(cè)曲線異常判斷故障情況圖

3 結(jié)論

本文以泉州綜合臺(tái)垂直擺傾斜儀的故障維修維護(hù)為研究對(duì)象，系統(tǒng)分析垂直擺的常見(jiàn)故障及原因，提出了故障維修的原則，并給出了具體的解決措施、整理垂直擺故障圖集。通過(guò)總結(jié)、分析提高維修能力，縮短維修時(shí)間，進(jìn)一步提升觀測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)可靠性性。