延边地震台水管倾斜仪曲线图上毛刺问题的解决

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摘要 本文通过对水管仪曲线图上存在毛刺问题与解决方法的介绍，给水管仪观测工作提供一些经验，达到提高维护仪器水平的目的。

关键词 水管仪曲线图；水槽；漂移

中图分类号TH13 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）48-0177-02

0引言

延边地震台帽儿山形变观测站自2000年9月份安装DSQ型水管倾斜仪以来，仪器运行至今。

水管仪以分钟采样率工作，每日生成分钟值、整点值采样数据，能记录到清晰的倾斜、应变固体潮汐、震前异常信息。多年来水管仪运行情况较好，γ均值中误差及外精度、相对噪声水平M1等指标均达到较高水平，为地震监测提供了可信度较高的形变观测资料。

水管仪观测多年来，积累了一些维护仪器的经验。各种干扰和仪器故障都在曲线图上反映出来，

从曲线图上判断各种原因是需要一些专业知识和多年的经验。本文介绍了水管仪本体故障在曲线图

上的反映和维修过程，希望提供一些维护仪器方面的经验。

1 观测室环境

延边地震台地处我国唯一的深震区、举世瞩目的长白山火山就在辖区内。形变站位于，离延吉市10km的帽儿山山根处。 形变观测洞室位于延吉市帽儿山防空洞里面，其山洞长300m、台基为安山岩，岩体完整，山洞覆盖层110m，洞内年温度变化±0.2℃，日温变幅小于0.03℃，相对湿度小于90%。台站观测墩均根据仪器的安装要求设计建造。附近没有居民点，主要干扰来自大风和暴雨。

放置安装DSQ型水管倾斜仪的洞室，洞长300m，中间有4道水泥密封门和五道塑钢门，用聚乙烯泡沫板做保温罩密封仪器。可以排除环境因素直接对仪器的影响和仪器自身的不稳定等因素。

2 故障发现

2007年9月17日分析前天16日形变资料时发现，记录到的固体潮曲线里仍然有很多毛刺，如图1。根据这情况，观测人员查看观测日志，正好当天刮大风，因此以为此干扰是大风引起的。但是过了一段时间，观测曲线里仍然存在毛刺干扰，开始怀疑仪器本身的故障。

首先怀疑是否仪器漏电，因为仪器漏电往往会导致毛刺干扰，但检查结果没有发现仪器漏电现象。于是开始检查电源、换能器、自动扩展仪等其他部件，均没有发现故障。各种故障因素一一排除后，最后怀疑水管本体。在仔细的检查中发现固定在浮子上的铁芯不在差动变压器线圈中间平衡位置而偏离到一侧与线圈贴在仪器，正如图2。

差动线圈由初级线圈L1及两个对称绕制的次级线圈L2、L3组成，如图3。

在正常情况下由振荡器供给初级的交流励磁电源（载波频率），产生交变磁场，使次级绕组L2、L3产生感应电压e2、e3，由于L2和L3的圈数相等，并且是差动连接的，当可动铁芯处于线圈中心位置时，e2=e3 ，因此，e2与e3的大小相等而相位相反（180°），故次级输出端电压便等于零（e=e2―e3=0），实际上e不完全等于零，此时的e称为残余电压。

当铁芯由中心向上端移动时，L1和L2的电感耦合增加，e2增大，而L1和L3的电感耦合减小，e3变小，故两个次级绕组便产生电压差e（e=e2-e3），此输出电压e与铁芯的位移在一定范围内成线性关系，因此差动变压器就将铁芯的位移量转换成电量。当铁芯由中心向下移动时，L1与L3的电感耦合增大，e3增大，而L1与L2的耦合减小，e2变小，故次级输出电压e =e3―e2，此输出电压在相位上改变了180°。在图（四）中，铁芯由中心零点向任一端移动时，次级输出电压e均为交流，若e直接使用电压表测量，只能反映位移的大小，不能反映方向，为了达到消除零点残余电压及辨别方向的目的，必须经过放大和相位调节，才能得到正、负极性的输出电压，从而判断出铁芯的正、负方向。

若忽略涡流损耗、铁损等因素，差动变压器的输出由下式确定：

若铁芯处于中间平衡位置

式中：ω为激励的频率；M为初级线圈与两个次级线圈的互感系数之差 （M =M1 - M2 ）；ui为初级激励电压；Rp为初级线圈的损耗电阻；Lp为初级线圈电感。

从上述理论中得知，当铁芯不处于初级线圈L1和 次级线圈L2、L3 的中心平衡位置而与线圈贴在一起，会引起ω、M、e3、e2等各项参数的变化，使铁芯在线圈中间上、下移动有阻力的同时铁芯处于不稳定状态，结果输出的e数据自然不稳定。

经过分析，认为此原因极有可能就是固体潮曲线里产生毛刺的主要原因。于是2007年9月20日10时左右将差动变压器线圈重新调整使铁芯正处于中心平衡位置。调整之后，没过多长时间固体潮曲线里的毛刺现象消失了，如图4。

3 结论

在DSQ型数字水管倾斜仪运行当中，固体潮曲线里出现毛刺的现象比较多，此现象产生的原因也是多方面的，比如仪器超过正常工作电压范围、外部各种环境的干扰因素、仪器电路故障等等。在诸多原因当中像上述问题是容易被人忽视的。可见差动变压器线圈中铁芯处于中心平衡位置是保证仪器灵敏度和精度的关键之一。

参考文献

[1]罗兰格，曾炬，候建明，孙玉海.地震综合计算预报[J].中国地震，1985.

[2]国家地震局预测预防司.地壳形变分析预报方法[M].北京：地震出版社，1998.

[3]时振梁，张少泉，等.地震工作手册[M].北京：地震出版社，1992.

[4]王曰风，张秀萍，等.怀来地震台线应变观测中的干扰及消除方法[J].地震地磁观测与研究，2007.