陳 潔 羅敏哲 李 麗 趙圣麟 龐錦標(biāo)

1) 珠海市泰德企業(yè)有限公司，廣東珠海 519082

2) 中國地震局地球物理研究所，北京 100081

進(jìn)入21世紀(jì)以后，與產(chǎn)品可靠性相關(guān)的產(chǎn)品維修性、測試性和綜合保障技術(shù)也越來越受到重視并得到發(fā)展。出現(xiàn)了以可靠性為核心的維修理論（RCM），可分別對產(chǎn)品電器系統(tǒng)和非電系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控和檢測的BIT及HAMP系統(tǒng)，以保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和提高營運(yùn)效益為目標(biāo)的產(chǎn)品健康監(jiān)控技術(shù)等。隨著可靠性技術(shù)的發(fā)展和推廣，近年來在地震儀研制中也開始應(yīng)用可靠性設(shè)計理論。在井下甚寬頻帶地震儀研發(fā)中，搭建高溫高壓試驗和測試環(huán)境、大傾角試驗和測試環(huán)境，進(jìn)行了系統(tǒng)的高溫下儀器可靠性測試，提高了儀器的環(huán)境適應(yīng)性。

地震儀是一個結(jié)構(gòu)龐大、內(nèi)部機(jī)理比較復(fù)雜的子系統(tǒng)。一臺井下地震儀其內(nèi)部電子元件數(shù)多達(dá)3萬個以上，各類連接點(diǎn)、插接件的連接點(diǎn)及焊接點(diǎn)數(shù)多達(dá)10萬個[1]。在這樣復(fù)雜的系統(tǒng)中，每個元件的故障都可能會引起整個系統(tǒng)的故障。因而，這就要求儀器的設(shè)計者對系統(tǒng)所應(yīng)使用的元器件、原材料和加工工藝提出嚴(yán)格的要求，同時還應(yīng)合理地考慮系統(tǒng)的輔助設(shè)計，只有這樣才能研制生產(chǎn)出可靠性好的儀器來。井下地震儀的可靠性是指儀器隨著時間的變化保持自身工作能力的性能。這是一種綜合性能，從概念上講，包括了儀器無故障性和儀器耐久性這兩種情況。儀器的無故障性是指儀器在某一段時間內(nèi)（或某一段實際工作時間內(nèi)）連續(xù)不斷地保持其工作能力的性能；儀器的耐久性是指儀器在達(dá)到極限狀態(tài)之前保持其工作能力的性能，即在整個使用期間和規(guī)定的維護(hù)保養(yǎng)及修理制度條件下，儀器保持工作能力的性能[1]。

1 可靠性測試平臺搭建

可靠性試驗是通過施加典型環(huán)境應(yīng)力和工作載荷的方式，用于剔除產(chǎn)品早期缺陷、增長或測試產(chǎn)品可靠性水平、檢驗產(chǎn)品可靠性指標(biāo)、評估產(chǎn)品壽命指標(biāo)的一種有效手段[2]。井下地震儀可靠性測試采取實驗室測試和外場測試相結(jié)合的方式。為此，建設(shè)場外試驗觀測井1口（圖1），地下比測實驗室1間（圖2—3），高溫高壓試驗平臺1個（圖4）。

圖2 地下比測實驗室結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 Illustration graph of underground comparison chamber

1.1 試驗觀測井

試驗觀測淺井2016年下半年開始建設(shè)，當(dāng)年12月完工。

觀測井實際鉆孔開孔直徑為Φ171 mm，終孔為Φ150 mm，終孔深度為110.25 m，最大傾斜度為1.8°，建設(shè)地點(diǎn)為珠海泰德公司（圖1）。

圖1 試驗觀測井Fig. 1 Experiment and observation borehole

1.2 地下比測實驗室

地下比測實驗室建于2017年，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2。建成后的地下比測實驗室如圖3。

圖3 地下比測室完工照Fig. 3 Completion status of underground comparison chamber

1.3 高溫高壓試驗平臺

高溫高壓試驗平臺由高壓艙（圖4）、高壓罐（圖5）、高低溫試驗箱（圖6）和鹽霧試驗平臺（圖7）等構(gòu)成。

圖4 高溫高壓試驗平臺Fig. 4 High temperature/pressure experiment platform

圖5 高壓罐結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 5 Illustration graph of high pressure vessel

圖6 高低溫（-40℃—150℃） 與老化試驗箱Fig. 6 High/low tempreture （-40℃—150℃） and aging test cabinet

圖7 鹽霧試驗平臺Fig. 7 Saline fog environments experiment platform

2 可靠性和環(huán)境適應(yīng)性驗證

2.1 模擬環(huán)境驗證

根據(jù)井下環(huán)境特點(diǎn)，依據(jù)GB/T2423系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，環(huán)境適應(yīng)性驗證試驗實施流程見圖8，模擬環(huán)境驗證選取項目有高壓（圖9）、溫度循環(huán)、沖擊、振動、濕熱、鹽霧測試等。

圖8 環(huán)境適應(yīng)性驗證試驗流程Fig. 8 Process graph of environmental adaptability verification test

圖9 井下甚寬頻帶地震儀耐壓測試Fig. 9 Pressure test of downhole very broadband seismograph

2.2 野外試驗驗證

2019年12月，項目組在湖南省益陽市赫山會龍山基準(zhǔn)站觀測井內(nèi)，部署了井下甚寬頻帶地震儀，進(jìn)行平均失效間隔時間測試。測試時間為2020年1月1日—12月31日，累計連續(xù)時間9 312小時。此期間地震儀工作正常，無故障間斷，并清晰記錄了同時段的大多數(shù)地震。測試數(shù)據(jù)以天為單位存儲，共366個文件（圖10）。

圖10 數(shù)據(jù)文件總數(shù)及起始文件Fig. 10 Number of data files and the starter file

從測試過程及數(shù)據(jù)文件可得出，總工作時長為9 312小時，期間無故障，因此，MTBF=9 312＞5 000小時，完全達(dá)到設(shè)計要求。

測試期間記錄到四川成都地震（圖11）、蒙古地震（圖12）等地震的波形，震相清晰、完整。

圖11 成都市青白江區(qū)M5.1地震波形Fig. 11 M5.1 seismic waveform in Qingbaijiang District，Chengdu

圖12 蒙古M5.9地震波形Fig. 12 M5.9 seismic waveform in Mongolian