泉州地震台DSQ水管倾斜仪标定中的问题小结

陈珊桦，蔡佩蕊，林立峰，尤宇星，黄圣棕

（1.福建省地震局泉州基准地震台，福建 泉州362000；2.福建省地震局莆田地震台，福建 莆田351100；3.福建省地震局厦门地震台，福建 厦门361000）

DSQ水管倾斜仪广泛应用于地震台站的倾斜观测，除用来测定缓慢倾斜变化、倾斜固体潮与捕捉临震前兆信息外，还可用于地球动力学与精密工程测量等方面[1]。仪器观测精度很大程度上取决于仪器格值标定的准确性，为使仪器的灵敏度保持一致，保证仪器的长期工作精度[2]，必须对仪器的格值定期进行自动标定，通过标定对仪器的工作状态是否正常进行判断，及时对仪器进行调整，保证观测资料长期稳定、可靠。根据《地震监测台网倾斜应变观测与运行管理工作细则》（中国地震局，2015）每半年（间隔≤195天）或者在进行维修时均需进行标定。

选用合适的方法调整仪器，用尽可能少的次数完成标定，可以减少对仪器的影响，提高数据的完整率和连续率，本文总结了泉州地震台DSQ水管倾斜仪2015年1月1日正式运行以来仪器标定中遇到的问题和解决的方法，以及标定中的注意事项进行小结，可以为其他台站提高标定效率提供参考。

1 泉州地震台DSQ水管倾斜仪观测概况

泉州地震台DSQ水管倾斜仪安装于福建省泉州市丰泽区清源山人防1号洞形变观测区内，山洞地处长乐-诏安断裂带中段，洞体基岩为新鲜花岗岩，岩体完整致密。洞口坐标东经118.6°、北纬24.9°，海拔高程约78m，洞顶覆盖厚52.5-95.5m。观测环境优良无干扰，洞内安装有多道不锈钢隔门，可以防止空气对流，洞内温度极为恒定，水管倾斜观测区位于山洞内段进深108m左右，水管仪基线长度为23.18m，仪器槽用泡沫板和塑料布覆盖，槽内年温差约0.1℃，日温差约0.01℃，相对湿度大于90%。泉州地震台DSQ水管倾斜仪台2015年1月1日正式运行以来工作稳定，固体潮清晰，数据连续、可靠，多次在省内评比中获奖。

2仪器标定的原理及相关规范要求

DSQ水管倾斜仪采用标定棒增减液体体积、人为改变液面变化来进行静态标定，通过标定是为了求得液面改变单位高度时，电信号的变化量ΔU在数量上是多少。根据水的不可压缩特性，对一个分量两个钵体内液面高度的变化ΔH水可由如下计算公式确定[3]：

式中：Δh标为标定棒移动量，d为标定棒直径值，D1、D2分别为两个钵体内径值。

Δh标是预先给出，本台仪器数值为20mm、d、D1、D2在仪器出厂时给出实测值。标定结果仪器会自动计算给出标定中的数值和结果。

根据中国地震局形变学科规范要求，需在小潮期间选择波峰或者波谷启动标定，启动标定20分钟后可在仪器网页上得到标定结果，当次标定结果需满足标定精度≤l%，同时相对误差≤1%。

图1 标定中相对误差超标的例子

图2 调整后相对误差合格

若仪器标定格值较原使用格值变化≥±2%时，应重新标定并检查确认仪器工作状态正常、标定装置系统工作正常且操作无误，当日或次日连续2次标定的格值之间的相对误差＜2%，方可启用新的格值。格值误差计算公式：

3 标定中的注意事项和若干问题

3.1 标定前的准备工作

标定工作一般每半年进行一次或者在进行维修之后。水管仪安装在潮湿的山洞内，因此标定器较长时间不用时内部的旋转齿轮有时会出现转动不灵、卡顿等现象，导致主机发出标定信号后，标定装置齿轮转动不到位，标定数据重复精度很差。根据本台的标定经验，在每次标定前最好将标定器的不锈钢盖取下，将标定大齿轮轻轻顺时针转动3圈——回到原位——逆时针转动3圈——回到原位，如此反复操作几次，使其能够顺畅的转动，如果依旧存在转动不顺畅的现象，则需考虑在螺栓上加一些润滑油。

根据规范要求，标定过程中电压读数不得超过量程的90%，水管倾斜仪量程为±2V量程，标定过程中的电压读数不得大于1.8V或小于-1.8V。在标定前，应检查仪器数值，泉州台水管仪东端、西端、南端、北端在标定时数值会增大1040mV左右，因此需预估仪器各端点在标定中可能达到的数值，做好标定前各端点的调零工作。

3.2 标定结果出现相对误差不符合要求

以泉州地震台2020年12月的标定结果为例（图1），相对误差为2.63%大于规范所要求的1%，根据经验需调整仪器前置放大盒中位移换能器上的实芯电位器，以使仪器同一分量两端电灵敏度调成一致，即使同一分量两个端点值，尽可能一致，以图1的标定结果为例，选择调节北端，在调节前，查看当前北端数值为UN=-428mV，计算最终北端要调节到的值U，具体公式如下：

图3 标定中精度超标的例子

图4 调整后标定精度合格

旋开放大盒上电位器的紧固螺丝，轻轻调节，使北端当前值从-428mV调整为-439.4mV，等待几分钟稳定后，再次进行标定，相对误差变为0.63%（图2），符合规范要求。

3.3 标定结果出现标定精度不符合要求

标定中有时候会出现标定精度一栏不符合规范即数值大于1%，这种情况一般是由于水质问题。仪器安装在山洞内，随着观测时间的增长，长水管内的水可能会出现一些霉变或者絮状物等，影响日常观测，同时在启动标定后，标定棒运动时，水在流动过程中会受到这些异物的阻碍，导致水位变化不稳定，影响标定输出的电压值，最终体现在标定精度超标。出现这种情况时，可先尝试利用捞网对钵体内的水进行清理后再进行标定，若标定结果依旧不理想，水质变质较为严重，则需考虑更换水管中的蒸馏水。

以泉州台2018年6月21日的标定结果为例（图3），多次标定中均出现标定精度大于2%，请教厂家技术人员后于2018年7月11日用捞网清理钵体水中絮状物后进行标定，标定精度小于1%，符合要求（图4）。

4 结束语

根据泉州地震台水管倾斜仪的工作特性及近几年的标定经验，出现标定不合格的情况一般是相对误差和标定精度超标，如果经过调整使相对误差和标定精度合格，再启动第二次标定时，相对误差和标定精度一般不会有太大变化，也能在规范要求的范围内，两次标定的格值误差也能符合规范要求，因此水管倾斜仪标定的重点在调整相对误差和标定精度。

通过上文的方法，在标定前活动标定装置、对各端点进行调零；在结果出现相对误差超标时，根据公式计算前置放大盒电位器调整量进行调整；在结果出现标定精度超标时检查水质，一般就能较为快速地完成DSQ水管倾斜仪的标定工作，减少对数据的影响，提高工作效率。