朱宣明，岳 鵬

（陜西省地震局漢中地震臺(tái)，陜西 漢中723000）

DSQ 型水管儀目前仍是中國(guó)地震形變傾斜觀測(cè)的主要儀器，其產(chǎn)出資料的正確性及可靠性與儀器是否正常標(biāo)定有著直接關(guān)系，了解儀器的標(biāo)定原理，掌握標(biāo)定方法對(duì)于維護(hù)形變儀器正常工作至關(guān)重要。漢中地震臺(tái)現(xiàn)架設(shè)有2 套DSQ型水管儀，分別位于南鄭區(qū)和寧強(qiáng)縣，在陜南地區(qū)定點(diǎn)形變監(jiān)測(cè)中發(fā)揮積極作用。為了保證本臺(tái)該類(lèi)儀器長(zhǎng)期觀測(cè)穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，就需要按時(shí)、高效對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定。以往在DSQ 型水管儀標(biāo)定過(guò)程中出現(xiàn)各類(lèi)問(wèn)題，不僅耗時(shí)長(zhǎng)，也嚴(yán)重影響了數(shù)據(jù)產(chǎn)出。本臺(tái)人員通過(guò)對(duì)漢中地震臺(tái)兩套DSQ型水管儀近幾年標(biāo)定工作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)，發(fā)現(xiàn)部分環(huán)節(jié)和過(guò)程可以簡(jiǎn)化，實(shí)現(xiàn)快速標(biāo)定，縮短標(biāo)定時(shí)間，減少標(biāo)定期間對(duì)數(shù)據(jù)的影響。

1 標(biāo)定原理

DSQ 水管儀標(biāo)定基本原理是根據(jù)連通管內(nèi)水面自平原理和水的不可壓縮性，通過(guò)固定大小的標(biāo)定棒人為增減缽體內(nèi)液體液面高度，通過(guò)浮子、位移傳感器等位移變化，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，完成自動(dòng)記錄，即求得液面變化單位高度（1 μm）所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)變化量（mV）。對(duì)于某一分量的兩個(gè)缽體內(nèi)液面高度變化ΔH水計(jì)算公式為：

式（1）中：△h標(biāo)為標(biāo)定棒垂直位移量；d為標(biāo)定棒直徑；D1、D2為兩個(gè)缽體內(nèi)徑值。

一般情況下，△h標(biāo)為預(yù)設(shè)值20 mm，d、D1、D2為出廠實(shí)測(cè)已知值（武漢地震科學(xué)儀器研究院，2013）。DSQ 水管儀標(biāo)定原理如圖1 所示。

DSQ 型水管儀格值校準(zhǔn)一般每年不少于2 次，2 次校準(zhǔn)間隔不大于195 d，儀器檢修、更換部件或重新安裝后均應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)，格值校準(zhǔn)精度小于等于1%，電靈敏度相對(duì)誤差小于等于1%。校準(zhǔn)完成后，標(biāo)定記錄自動(dòng)生成，標(biāo)定合格后，新格值直接啟用，需注意啟用新格值后數(shù)據(jù)形態(tài)是否發(fā)生較大變化，以保證資料的連續(xù)可靠。

圖1 DSQ 水管儀標(biāo)定原理圖

2 標(biāo)定過(guò)程

DSQ 水管儀標(biāo)定前應(yīng)做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。由于山洞內(nèi)陰暗潮濕，且標(biāo)定裝置使用間隔較長(zhǎng)，需特別注意步進(jìn)電機(jī)是否工作正常，齒輪應(yīng)潤(rùn)滑，無(wú)卡死、生銹跡象，必要時(shí)應(yīng)定期保養(yǎng)。標(biāo)定前應(yīng)在儀器網(wǎng)頁(yè)查看觀測(cè)端實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，任意一端電壓值應(yīng)不超過(guò)1 V，標(biāo)定狀態(tài)顯示“可以標(biāo)定”，方可啟動(dòng)標(biāo)定。漢中地震臺(tái)為了提高標(biāo)定精度和成功率，每次標(biāo)定前先進(jìn)行調(diào)零操作，將換能器輸出電壓值預(yù)調(diào)在±400 mV以內(nèi)，標(biāo)定時(shí)間一般選在固體潮小潮期或波峰波谷時(shí)段。

2.1 傳統(tǒng)標(biāo)定過(guò)程

做好標(biāo)定前檢查及準(zhǔn)備工作后：①使用筆記本電腦連接EP-Ⅲ型IP 采集控制器（即數(shù)采），按住“設(shè)置”鍵打開(kāi)數(shù)采電源開(kāi)關(guān)，使數(shù)采進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)；②電腦網(wǎng)頁(yè)輸入儀器初始IP，進(jìn)入儀器Web 控制頁(yè)面，點(diǎn)擊“啟動(dòng)標(biāo)定”，選擇要標(biāo)定的分量，點(diǎn)擊“確定”后儀器開(kāi)始進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定時(shí)間持續(xù)約20 min；③標(biāo)定完成后點(diǎn)擊“標(biāo)定記錄查看”可查閱標(biāo)定記錄情況。

漢中地震臺(tái)形變山洞水汽較大，加上儀器已運(yùn)行多年，穩(wěn)定性差，往往不能一次標(biāo)定成功，需進(jìn)行多次調(diào)試后再標(biāo)定：①調(diào)試時(shí)點(diǎn)擊“下降20 mm”，約5 min 后調(diào)試結(jié)束；②根據(jù)調(diào)試結(jié)果計(jì)算調(diào)節(jié)量，調(diào)節(jié)目標(biāo)值U可由計(jì)算，式中U為調(diào)節(jié)后換能器的輸出電壓，為調(diào)試分量?jī)啥穗妷鹤兓骄担琔A為待調(diào)節(jié)端換能器輸出電壓值；③然后使用萬(wàn)用表連接換能器，根據(jù)計(jì)算量調(diào)節(jié)電位器，注意不是調(diào)節(jié)缽體傳感器齒盤(pán)；④調(diào)節(jié)好后等測(cè)值穩(wěn)定后，再次調(diào)試，直至同分量?jī)啥穗婌`敏度相對(duì)誤差小于等于1%，注意調(diào)試時(shí)“下降20 mm”和“上升20 mm”應(yīng)成對(duì)出現(xiàn)，避免調(diào)試設(shè)備卡死；⑤調(diào)試結(jié)束后，再次進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果再做精調(diào)，直至標(biāo)定合格（胡寶慧，2011）。

2.2 簡(jiǎn)易標(biāo)定過(guò)程

簡(jiǎn)易標(biāo)定主要過(guò)程是在第一次標(biāo)定不合格后，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，在不進(jìn)行調(diào)試操作下，直接對(duì)某一端缽體傳感器和換能器電位器做一次性調(diào)節(jié)，然后重新啟動(dòng)標(biāo)定，達(dá)到快速、高效完成標(biāo)定工作的目的。以寧強(qiáng)水管儀2020-06-29 東西向標(biāo)定為例，在做好標(biāo)定前檢查及準(zhǔn)備工作后，直接在儀器工作網(wǎng)頁(yè)中，點(diǎn)擊“啟動(dòng)標(biāo)定”，標(biāo)定結(jié)果如表1 所示。

表1 DSQ 型水管傾斜儀格值標(biāo)定表（不合格，分量為2 232、基線長(zhǎng)度L 為30.72 m、Δh 標(biāo)為20 mm、ΔH 水為48.68 μm）

表2 DSQ 型水管傾斜儀格值標(biāo)定表（合格，分量為2 232、基線長(zhǎng)度L 為30.72 m、Δh 標(biāo)為20 mm、ΔH 水為48.68 μm）

由表2 可以看出，東西端標(biāo)定精度及電靈敏度相對(duì)誤差均小于等于1%，滿足規(guī)范要求，標(biāo)定合格。在此方法中，需特別注意準(zhǔn)確選擇調(diào)節(jié)目標(biāo)值，確保缽體傳感器和換能器電位器調(diào)節(jié)到位。同時(shí)，也注意到簡(jiǎn)易標(biāo)定法是基于水管儀各端初始與電壓變化值滿足簡(jiǎn)單線性關(guān)系，如不滿足也可能出現(xiàn)標(biāo)定不合格情況，此時(shí)將需要進(jìn)一步微調(diào)后再次標(biāo)定。

3 結(jié)束語(yǔ)

DSQ 型水管儀簡(jiǎn)易標(biāo)定方法具有流程簡(jiǎn)單、避免多次重啟儀器、人員進(jìn)洞干擾次數(shù)少等優(yōu)勢(shì)，規(guī)避了因個(gè)別不穩(wěn)定數(shù)據(jù)造成校準(zhǔn)值計(jì)算失準(zhǔn)，導(dǎo)致精調(diào)失敗，減少了標(biāo)定期間數(shù)據(jù)刪除率，提高了完整率。在對(duì)漢中地震臺(tái)水管儀近幾次標(biāo)定工作中，使用簡(jiǎn)易方法僅標(biāo)定了2 次就滿足規(guī)范要求，整個(gè)標(biāo)定時(shí)間控制在1 h 左右，較傳統(tǒng)方法明顯縮短了標(biāo)定時(shí)間。

本文通過(guò)對(duì)漢中地震臺(tái)DSQ 型水管儀多年標(biāo)定工作的實(shí)操總結(jié)，發(fā)現(xiàn)更為簡(jiǎn)易的標(biāo)定流程也能起到較好的標(biāo)定效果，為其他臺(tái)站同類(lèi)型儀器標(biāo)定工作提供參考，對(duì)水管儀穩(wěn)定、高效、完整產(chǎn)出觀測(cè)數(shù)據(jù)具有積極意義。