張 凱， 賴見深， 林苗祿

(1. 福建省地震局漳州地震臺(tái)， 福建 漳州 363000 ； 2. 福建省地震局東山地震臺(tái)， 福建 東山 363400）

0 引言

漳州地震臺(tái)PET 型重力儀安裝于2008年2月， 由于此前儀器所處的窿洞進(jìn)行大規(guī)模改造， 觀測(cè)環(huán)境有了很大的提升。 PET 型重力儀經(jīng)過幾年來的穩(wěn)定運(yùn)行， 產(chǎn)出了大量可靠的前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)。 目前儀器運(yùn)行正常， 可以清晰的記錄到固體潮， 對(duì)國(guó)內(nèi)外的震級(jí)較大的遠(yuǎn)震也具有良好的映震能力。 但在儀器日常觀測(cè)的過程中可能遇到各種各樣的問題， 影響儀器的正常運(yùn)行， 因此有必要對(duì)儀器遇到問題的相應(yīng)解決辦法做一次總結(jié)， 以提高儀器維護(hù)的質(zhì)量。 漳州臺(tái)的PET 型重力儀是國(guó)家地震局重力臺(tái)站十五陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目購置的三十臺(tái)儀器其中之一， 由于前期投入運(yùn)行的臺(tái)站數(shù)量少， 運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)， 因此各臺(tái)站對(duì)儀器運(yùn)行過程中遇到的問題的解決普遍感到經(jīng)驗(yàn)不足。 在已投入運(yùn)行的臺(tái)站的經(jīng)驗(yàn)交流文章中對(duì)PET型重力儀在時(shí)鐘異常的一般校準(zhǔn)、 水準(zhǔn)校準(zhǔn)、 粘擺的調(diào)節(jié)方法都有詳細(xì)的介紹， 本文則從漳州臺(tái)所遇到的特殊情況的問題出發(fā)， 對(duì)PET 重力儀的硬時(shí)鐘調(diào)整、 網(wǎng)絡(luò)故障的多方面排查、 雷擊故障的多種情況修復(fù)方法以及漳州臺(tái)防雷改造的經(jīng)驗(yàn)交流等方面進(jìn)行介紹， 以此分享儀器維護(hù)方面的經(jīng)驗(yàn)， 提高儀器維護(hù)質(zhì)量。

1 臺(tái)站儀器觀測(cè)概況

漳州地震監(jiān)測(cè)臺(tái)位于漳州龍海市九湖鎮(zhèn)衍后村石獅巖， 海拔42.3 m。 基巖為花崗閃長(zhǎng)巖， 臺(tái)站距長(zhǎng)詔斷裂帶幾十公里， 附近有北西向、 近南北向斷裂經(jīng)過。

漳州臺(tái)PET 型重力儀安裝于臺(tái)站二層觀測(cè)辦公樓后的儀器專用窿洞內(nèi)。 該窿道開挖于1976年7月， 寬1.40 m、 高2.07 m、 總長(zhǎng)100 m。 窿道內(nèi)建有儀器室5 間， 總面積為71.8 m2， 重力儀安裝于距洞口最內(nèi)側(cè)的觀測(cè)室。 2006年11月窿洞完成改造及裝修。 現(xiàn)窿洞內(nèi)有3 道密封式船艙門， 觀測(cè)條件較好， 洞室內(nèi)年溫差為0.15℃，日溫差0.05℃， 平均室溫22℃。

漳州臺(tái)的PET 型重力儀為國(guó)家地震局臺(tái)站觀測(cè)儀器十五項(xiàng)目， 福建地區(qū)共有2 臺(tái)。PET 型相對(duì)重力儀由美國(guó)勞雷公司生產(chǎn)， 是用于測(cè)量地球各點(diǎn)重力隨時(shí)間變化的高精度儀器。 該儀器可以檢測(cè)周期從秒到若干年的地球物理、 地球動(dòng)力學(xué)效應(yīng)所導(dǎo)致的微小的重力場(chǎng)變化。 PET 型重力儀共有三部分組成： 裝有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的儀器箱， 裝有UPS 和通信單元的主機(jī)箱， 一臺(tái)運(yùn)行控制軟件的筆記本電腦。 重力通信單元通過光纖連接到洞口的交換機(jī)， 再通過該交換機(jī)與儀器室的核心路由器相連將數(shù)據(jù)上傳至省局臺(tái)網(wǎng)中心。

2日常觀測(cè)資料與儀器映震效應(yīng)

漳州臺(tái)重力儀日常記錄的應(yīng)變曲線光滑， 固體潮清晰， 分鐘值曲線噪聲較低，日變規(guī)律明顯， 具有良好的周期特征。 漳州臺(tái)近年觀測(cè)資料完整連續(xù)， 通過分析儀器測(cè)定到的重力場(chǎng)潮汐和非潮汐變化， 可了解構(gòu)造活動(dòng)信息和全球環(huán)境變遷等重要現(xiàn)象， 為科學(xué)研究與應(yīng)用研究等工作提供基礎(chǔ)資料。

2.1 漳州臺(tái)觀測(cè)資料連續(xù)、 固體潮清晰

漳州臺(tái)重力儀2008年運(yùn)行至今， 儀器運(yùn)行情況良好， 重力固體潮曲線記錄清晰，日變周期規(guī)律明顯（圖1）。

圖1 重力儀連續(xù)三日觀測(cè)曲線Fig.1 Observation curve of gravimeter for three continuous days

2.2 觀測(cè)曲線的映震效應(yīng)

漳州臺(tái)重力儀運(yùn)行以來， 有較好的映震能力， 對(duì)強(qiáng)遠(yuǎn)震能夠較好的記錄到產(chǎn)生的顯著同震應(yīng)變階躍， 信息量豐富。

2011年3月11日日本MS9.0 大地震， 震中距幾千千米， 大震引起較大的振幅波動(dòng)，周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)十分鐘， 重力儀在震后出現(xiàn)粘擺現(xiàn)象， 記錄呈一條直線（圖2）。

2012年6月10日臺(tái)灣宜蘭附近海域MS5.9 地震， 震中距只有幾百千米， 地震引起較大振幅波動(dòng)， 映震效應(yīng)明顯。

圖2 2011年3月11日日本9.0 級(jí)大震重力儀大振幅效應(yīng)曲線Fig.2 The gravimeter large amplitude effect curve of Japan M9.0 earthquake In March 11, 2011

圖3 2012年6月10日臺(tái)灣宜蘭5.9 級(jí)地震重力儀大振幅效應(yīng)曲線Fig.3 The gravimeter large amplitude effect of Taiwan Yilan M5.9 earthquake curve In June 10, 2012

3 儀器常見問題及解決方法

3.1 時(shí)鐘異常

儀器在運(yùn)行一段時(shí)間后時(shí)鐘可能出現(xiàn)偏差較大的情況， 時(shí)鐘不準(zhǔn)確儀器網(wǎng)頁狀態(tài)欄可能顯示時(shí)鐘異常， 解決辦法： 在網(wǎng)絡(luò)授時(shí)不成功的情況下， 采用手動(dòng)授時(shí)， 授時(shí)前先校準(zhǔn)本地計(jì)算機(jī)時(shí)間， 在設(shè)備參數(shù)管理的設(shè)備信息頁面中點(diǎn)擊手動(dòng)授時(shí)按鈕， 然后重啟系統(tǒng)[1]。 漳州臺(tái)重力儀曾經(jīng)出現(xiàn)過儀器斷電幾十分鐘恢復(fù)供電后時(shí)鐘用手動(dòng)授時(shí)多次重啟仍無法恢復(fù)正常時(shí)間的情況， 這樣的情況可能是系統(tǒng)寫入的硬時(shí)鐘故障引起， 具體解決辦法如下： 用與儀器在同一局域網(wǎng)的電腦主機(jī)， 在 “運(yùn)行” 中用cmd 命令進(jìn)入DOS 窗口， 鍵入telnet，用戶名： root， 密碼： root， 登陸telnet。 先在頁面中進(jìn)行手動(dòng)授時(shí)， 不要重啟機(jī)器， 進(jìn)入telnet， 運(yùn)行 “hwclock_-w” ,然后鍵入reboot， 重啟機(jī)器。 該命令為linux 設(shè)置硬件時(shí)鐘命令， 這樣系統(tǒng)會(huì)對(duì)時(shí)間進(jìn)行修正， 以確保時(shí)間準(zhǔn)確。

3.2 水準(zhǔn)氣泡偏離中心位置

儀器運(yùn)行一段時(shí)間后， 由于外界環(huán)境變化、 震動(dòng)、 人為干擾等的影響， 儀器主體的水準(zhǔn)氣泡會(huì)發(fā)生偏離中心位置的現(xiàn)象， 當(dāng)網(wǎng)頁信息顯示縱水準(zhǔn)或橫水準(zhǔn)的絕對(duì)讀數(shù)＞150 就需要重新進(jìn)行儀器的水平調(diào)整， 解決方法： 使用儀器自帶的筆記本進(jìn)行， 調(diào)整時(shí)鎖擺， 調(diào)整完成后開擺。 儀器擺體下方有三個(gè)底腳旋鈕， 一個(gè)固定， 另外2個(gè)分別對(duì)應(yīng)橫水準(zhǔn)和縱水準(zhǔn)，觀察頁面顯示水準(zhǔn)的讀數(shù)， 按照 “逆時(shí)針減小順時(shí)針增加” 的方法進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整， 調(diào)整為縱水準(zhǔn)和橫水準(zhǔn)的絕對(duì)讀數(shù)＜20[2]。 最后填寫工作日志。

3.3 儀器粘擺

粘擺是金屬彈簧重力儀常見的一個(gè)問題。 粘擺出現(xiàn)的原因主要有以下幾種情況： ①外界的強(qiáng)烈撞擊； ②遠(yuǎn)距離大震或近距離地震； ③儀器開鎖擺電機(jī)故障； ④儀器供電完全中斷超過一定時(shí)間。 解決辦法： ①鎖擺后開擺， 利用儀器的震動(dòng)電機(jī)將擺震開； ②如果開鎖擺仍無法解決， 應(yīng)用重力儀筆記本直接連接儀器主機(jī)箱串口， 開啟廠家安裝在筆記本上的重力專用調(diào)試控制軟件TideDaq， 在 “settings” 菜單中點(diǎn)擊 “Set Range” 中的 “auto Range”， 重新設(shè)定量程， 這時(shí)會(huì)聽到儀器箱嗡嗡的調(diào)試音， 如果調(diào)試成功數(shù)值將從超量程值回到正常值， 這時(shí)只需在設(shè)置量程菜單中點(diǎn)擊加減重力值即可逐步調(diào)節(jié)到粘擺前的接近數(shù)值； ③如果上述方法都無法解決應(yīng)輕輕敲擊儀器本體的側(cè)面利用外力將其震開； ④當(dāng)這三種方法都嘗試仍無法解決， 千萬不要自行打開儀器箱， 應(yīng)及時(shí)聯(lián)系廠家， 返廠維修[3]。

3.4 網(wǎng)絡(luò)故障

工作機(jī)有時(shí)無法正常連接到重力儀下載觀測(cè)數(shù)據(jù)， 主要表現(xiàn)為儀器IP 無法PING 通，網(wǎng)頁查看儀器工作狀態(tài)無法登陸頁面。 重力儀網(wǎng)絡(luò)連接出現(xiàn)中斷的原因主要有以下幾種情況： ①網(wǎng)線插頭松動(dòng)； ②交換機(jī)光貓死機(jī)或故障； ③儀器主機(jī)箱中的通信單元工控機(jī)故障。 解決辦法： 由于通信連接的問題包括各個(gè)方面， 因此要判斷具體故障位置， 應(yīng)對(duì)通信線路的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行排查。 漳州臺(tái)重力儀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行過防雷優(yōu)化改造， 在重力通信單元端用網(wǎng)線與光貓連接， 再通過光纖傳輸至儀器窿道洞口與另一臺(tái)光貓連接， 然后該光貓通過網(wǎng)線與洞口一小交換機(jī)連接再將數(shù)據(jù)傳輸至觀測(cè)室核心路由器與省局內(nèi)網(wǎng)連接。 這樣的連接方式較為復(fù)雜， 因此網(wǎng)絡(luò)故障判斷要逐一排查， 首先檢查網(wǎng)線或光線頭是否松動(dòng)， 具體可以觀察路由交換機(jī)或者光貓的端口狀態(tài)燈是否正常。 如果傳輸鏈路中有交換機(jī)或者光貓死機(jī)故障等則可以用筆記本進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)測(cè)試， 將筆記本的網(wǎng)段設(shè)置成與儀器IP 同網(wǎng)段， 然后將網(wǎng)線插入筆記本使用PING 命令看是否連通， 這樣逐級(jí)排查就可以發(fā)現(xiàn)是從哪一級(jí)開始就無法連通的， 再觀察該設(shè)備狀態(tài)是否正常， 進(jìn)行斷電重啟看是否恢復(fù)， 如仍無法恢復(fù)則應(yīng)進(jìn)行設(shè)備檢查是否設(shè)備故障， 直到網(wǎng)絡(luò)連通恢復(fù)。

在進(jìn)行了上述方法排查后仍無法解決網(wǎng)絡(luò)故障則應(yīng)考慮是否為源頭的儀器通信單元故障。 漳州臺(tái)曾經(jīng)因雷電近雷感應(yīng)造成通信單元工控機(jī)UC7112 損壞， 表現(xiàn)為網(wǎng)頁可以登陸儀器但查看儀器狀態(tài)時(shí)會(huì)彈出無法連接的窗口， 具體表現(xiàn)如圖4 所示。

這樣儀器的通信單元直接與筆記本連接都無法PING 通。 如果判斷是通信單元工控機(jī)損壞則無法自行修理， 應(yīng)及時(shí)返廠維修。

3.5 雷擊故障

雷擊故障包括多種形式， 最有可能的情況是近雷感應(yīng)造成： ①通信單元工控機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的SD 卡燒毀； ②工控機(jī)完全故障損壞； ③儀器擺體箱內(nèi)主機(jī)電路板芯片損壞， 后兩種情況相對(duì)比較嚴(yán)重。

解決辦法： 如果是通信單元工控機(jī)UC7112 內(nèi)的存儲(chǔ)卡燒毀則在網(wǎng)頁上可以連接到儀器， 也不會(huì)提示無法連接到服務(wù)器， 只是在數(shù)據(jù)下載頁面無法看到任何數(shù)據(jù)， 這時(shí)應(yīng)將通信單元所在的主機(jī)箱拆開， 取出UC7112 工控機(jī)， 將其內(nèi)部的SD 插入讀卡器連接電腦看是否損壞， 如果無法讀取則將該SD 卡進(jìn)行更換即可恢復(fù)。 如果連工控機(jī)的源頭端都無法連接上， 工控機(jī)的狀態(tài)燈又異常說明雷擊后通信單元完全損壞， 這種情況無法自行維修應(yīng)及時(shí)返廠維修。 第三種情況較為少見， 但漳州臺(tái)在一次大型雷暴天氣過后， 曾出現(xiàn)儀器擺體箱內(nèi)主機(jī)電路板芯片MAX232 損壞的情況， 具體的表現(xiàn)見圖5。 用筆記本通過串口跟儀器直連后狀態(tài)欄中的儀器參數(shù)信息包括儀器內(nèi)外溫度壓力重力潮汐數(shù)值等都無法正常顯示（圖中黑圈部分）， 通過調(diào)試軟件也無法重新設(shè)置量程， 連接調(diào)試時(shí)沒有聽到儀器箱發(fā)出嗡嗡調(diào)試聲。 這種情況可能為儀器箱內(nèi)部控制芯片MAX232 損壞， 嘗試使用儀器廠家配送的專用英制六角螺絲刀打開儀器擺體箱， 在最上層可以看到主機(jī)電路板， 找到MX232，由于該芯片直接插在焊好的芯片座上可以直接取下更換即可。 如果更換該芯片后故障依舊，應(yīng)及時(shí)聯(lián)系儀器廠家返廠維修。

圖4 查看儀器狀態(tài)時(shí)彈出無法登陸服務(wù)器的提示Fig.4 Check the instrument status when the pop-up cannot login prompt

圖5 儀器信息無法正常顯示的狀態(tài)圖Fig.5 Instrument information cannot normal display

4 關(guān)于臺(tái)站PET 重力儀的防雷問題

由于地震臺(tái)站多處于山區(qū)， 一旦遭遇雷電強(qiáng)對(duì)流天氣， 雷害頻發(fā)， 不利于儀器設(shè)備的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。 漳州臺(tái)PET 重力儀在儀器安裝初期就曾經(jīng)多次因?yàn)榻赘袘?yīng)造成UC7112工控機(jī)損壞， 儀器擺體內(nèi)部芯片雷擊損壞， 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的SD 卡燒毀等儀器故障。 因此要保證儀器安全正常運(yùn)行， 提高儀器連續(xù)率和觀測(cè)質(zhì)量， 臺(tái)站的設(shè)備防雷改造十分必要。

下面分享一下漳州臺(tái)在儀器防雷方面的一些經(jīng)驗(yàn)： ①進(jìn)行三級(jí)防雷改造， 在臺(tái)站主供電電源處加裝專業(yè)防雷器， 在分電源各個(gè)大樓電源處加裝專業(yè)防雷器， 在儀器供電端更換具有防雷功能的插座； ②進(jìn)行通信線路的防雷改造， 將重力儀原先的網(wǎng)線直連方式改成利用光纖傳輸， 在光纖兩端安裝兩個(gè)光貓， 漳州臺(tái)將儀器山洞內(nèi)長(zhǎng)距離傳輸?shù)耐ㄐ啪€路改成光纖傳輸后， 工控機(jī)無一雷擊故障； ③確保儀器主機(jī)接地良好， 在大樓附近建設(shè)防雷地網(wǎng)， 設(shè)備接入該地網(wǎng)； ④漳州臺(tái)儀器山洞內(nèi)所有電源線纜通信線纜均采用鍍鋅合金套管進(jìn)行防雷屏蔽， 金屬管表面要連接完好并良好接地。 由于雷擊故障無法避免， 但是如果做好上述防雷措施， 重力儀遭遇雷擊的幾率將大大減少， 有利于保證儀器長(zhǎng)期正常運(yùn)行并獲得長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語

漳州臺(tái)的PET重力儀在運(yùn)行了一段時(shí)間后， 也遇到了各種各樣的問題， 通過對(duì)儀器問題的解決， 可以積累一些儀器維護(hù)方面的經(jīng)驗(yàn)， 以便更好的為儀器穩(wěn)定觀測(cè)服務(wù)。 在觀測(cè)過程中除了文中提到的故障外， 還會(huì)出現(xiàn)其它的干擾因素， 如氣象因素、 人為干擾等， 其中溫度濕度變化影響較為常見， 臺(tái)風(fēng)、 大風(fēng)降溫等影響也較為明顯， 還有一些其它不明原因造成的干擾等。 所以在提高臺(tái)站觀測(cè)質(zhì)量的同時(shí)， 臺(tái)站的工作人員也要如實(shí)填寫觀測(cè)日志， 對(duì)儀器工作情況、 數(shù)據(jù)預(yù)處理情況、 天氣變化情況進(jìn)行詳細(xì)的記錄， 為分析預(yù)報(bào)人員正確識(shí)別干擾與地震異常信息提供可靠依據(jù)。 臺(tái)站做好重力儀的設(shè)備維護(hù)工作和日常觀測(cè)日志的記錄十分重要， 在保證儀器正常穩(wěn)定運(yùn)行的前提下， 可以獲得長(zhǎng)期可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)，為地震監(jiān)測(cè)提供第一手的資料。

[1] 包秀敏， 劉長(zhǎng)生， 馬莉， 等. 沈陽臺(tái)PET 型重力儀運(yùn)行概況及故障解決方法[J]. 防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報(bào)，2010， 26（3）： 77-80

[2] 李國(guó)斌， 馬禾青， 李春貴， 等. 氣壓對(duì)銀川基準(zhǔn)臺(tái)重力觀測(cè)的影響[J]. 高原地震， 2008， 20（1）： 48-31.

[3] 劉仕錦， 李杰， 陽光， 等. 姑咱臺(tái)DZW 型微伽重力儀數(shù)字觀測(cè)資料分析[J]. 四川地震， 2008， 22（1）：22-31.