陳慧杰 舒德亮 徐久晟

（湖北省地震局，湖北 武漢430071）

DSQ 水管傾斜儀是根據(jù)連通管內(nèi)水面保持自然水平的原理設(shè)計(jì)，安裝于長(zhǎng)約20～30 米山洞洞室內(nèi)。儀器兩端缽體通過(guò)多節(jié)玻璃管連通，標(biāo)定系統(tǒng)位于基線(xiàn)中點(diǎn)處，位移傳感器安裝于缽體上。地傾斜導(dǎo)致缽體內(nèi)水的流動(dòng)在缽體兩端產(chǎn)生垂直向高度變化，能夠被觀(guān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)并合成為角度信息。本文使用武漢中心地震臺(tái)轄區(qū)內(nèi)分布于武漢、麻城、黃石、黃梅四套DSQ水管傾斜儀的標(biāo)定數(shù)據(jù)表進(jìn)行分析。

1 水管傾斜儀標(biāo)定流程

儀器標(biāo)定采用單向定量標(biāo)定，Uc 電壓值為標(biāo)定過(guò)程中5 次等間隔電壓采樣值，分別為T(mén)0（09:04）初始時(shí)刻；T1（09:09）和T3（09:19）標(biāo)定棒完成下降且等待兩端水體穩(wěn)定，T2（09:14）和T5（09:24）標(biāo)定棒回位上升至初始位置且等待兩端水體穩(wěn)定。

端點(diǎn)標(biāo)定精度?（%）為max（abs（ΔUc-ΔUc））/ΔUc，使用表1 中數(shù)據(jù)可計(jì)算東西端分別為（979.5-977.9）/977.9=0.16%、（976.7-975.2）/975.2=0.15%。

兩端相對(duì)誤差R（%）為abs（ΔUcE-ΔUcW）/ΔUc'，使用表1中數(shù)據(jù)為（977.9-975.2）/976.61=0.27%。

安裝于DSQ 水管傾斜儀兩端缽體上的傳感器能夠?qū)⑺娴母叨茸兓疕（t）轉(zhuǎn)換為電壓值的變化信號(hào)U（t），在儀器量程內(nèi)兩者近似呈線(xiàn)性關(guān)系，可表達(dá)為：U（t）=K* H（t），K 為線(xiàn)性系數(shù)。水管儀兩端的線(xiàn)性系數(shù)應(yīng)保持一致，通過(guò)調(diào)節(jié)前置盒側(cè)面的電位器實(shí)現(xiàn)，此操作在儀器維護(hù)中稱(chēng)為水管儀的線(xiàn)性度調(diào)節(jié)。

2 水管傾斜儀標(biāo)定數(shù)據(jù)分類(lèi)

形變?cè)u(píng)比規(guī)范要求，合格的標(biāo)定結(jié)果應(yīng)滿(mǎn)足端點(diǎn)標(biāo)定精度和相對(duì)誤差均不超過(guò)1%，超限應(yīng)重新標(biāo)定。依據(jù)規(guī)范對(duì)端點(diǎn)標(biāo)定精度和相對(duì)誤差的要求的可將水管儀標(biāo)定數(shù)據(jù)分為三類(lèi)，第一類(lèi)A 兩者均優(yōu)于1%，標(biāo)定合格；第二類(lèi)B 端點(diǎn)標(biāo)定精度均優(yōu)于1%，相對(duì)誤差>1%，標(biāo)定不合格；第三類(lèi)C 端點(diǎn)標(biāo)定精度中存在>1%，標(biāo)定不合格。

2.1 標(biāo)定合格A 類(lèi)

表1 黃石臺(tái)水管傾斜儀東西分量標(biāo)定表（20191119）

2.2 標(biāo)定不合格B 類(lèi)

當(dāng)標(biāo)定數(shù)據(jù)中兩個(gè)端點(diǎn)標(biāo)定精度均優(yōu)于1%，相對(duì)誤差超過(guò)1%，則標(biāo)定結(jié)果可劃分為B 類(lèi)。在穩(wěn)定的觀(guān)測(cè)系統(tǒng)中，調(diào)整線(xiàn)性度不會(huì)影響端點(diǎn)標(biāo)定精度，選擇合適的系數(shù)K 滿(mǎn)足K1*ΔUN-K2*ΔUS=0 時(shí)，調(diào)整后可使相對(duì)誤差R 的結(jié)果<1%。實(shí)際操作中可選一端為標(biāo)準(zhǔn)，僅對(duì)另一端進(jìn)行調(diào)整。

表2 黃梅臺(tái)水管傾斜儀北南分量標(biāo)定表（20191119，20191202）

表3 武漢臺(tái)水管傾斜儀北南分量標(biāo)定表（20191202,20191217）

2.3 標(biāo)定不合格C 類(lèi)

當(dāng)標(biāo)定數(shù)據(jù)中兩個(gè)端點(diǎn)標(biāo)定精度中存在超過(guò)1%，則標(biāo)定結(jié)果劃分為C 類(lèi)。由于調(diào)整線(xiàn)性度不改變端點(diǎn)的標(biāo)定精度，此時(shí)僅通過(guò)調(diào)一致性不能夠使標(biāo)定數(shù)據(jù)合格。表3 為武漢臺(tái)水管儀東西分量2019 年11 月19 日標(biāo)定結(jié)果，其中E 端、W 端端點(diǎn)標(biāo)定精度分別為1.72%和1.69%，超限屬于C 類(lèi)情形的不合格標(biāo)定。

C 類(lèi)不合格標(biāo)定的主要影響因素為端點(diǎn)標(biāo)定精度超限，通常與整個(gè)觀(guān)測(cè)系統(tǒng)有關(guān)，包括水質(zhì)變質(zhì)、導(dǎo)向簧片變形、鐵芯是否居中、傳感器性能是否良好等多因素。實(shí)際維修中通過(guò)排除法進(jìn)行檢查，端點(diǎn)標(biāo)定精度超限是否受后三者的影響可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)排查和對(duì)比連續(xù)2 個(gè)標(biāo)定表中電壓變化幅度是否一致進(jìn)行排除。針對(duì)武漢臺(tái)的標(biāo)定結(jié)果，初步排除了后三項(xiàng)影響因素，技術(shù)人員12 月4 日對(duì)東端觀(guān)測(cè)裝置進(jìn)行了拆解，檢查缽體水質(zhì)是否良好。

此過(guò)程發(fā)現(xiàn)鐵芯居中良好，浮子頂部未碰觸蓋板可自由浮動(dòng)，缽體內(nèi)水質(zhì)良好，無(wú)霉變，但儀器在長(zhǎng)期運(yùn)行中水面上浮有部分灰塵，使用紗布對(duì)側(cè)壁和水面灰塵進(jìn)行了清理，并進(jìn)行了蒸餾水的適量補(bǔ)償，之后重新進(jìn)行了導(dǎo)向簧片、微調(diào)機(jī)構(gòu)的安裝恢復(fù)。

待儀器穩(wěn)定后，于12 月17 日進(jìn)行了標(biāo)定，由表3 下層數(shù)據(jù)可見(jiàn)此次標(biāo)定合格。

3 總結(jié)與分析

本文按形變?cè)u(píng)比規(guī)范對(duì)合格的標(biāo)定結(jié)果的要求，依據(jù)端點(diǎn)精度、相對(duì)誤差將水管傾斜儀標(biāo)定結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行了分類(lèi)分析，其中當(dāng)標(biāo)定結(jié)果屬于A(yíng) 類(lèi)和B 類(lèi)時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整兩端測(cè)微系統(tǒng)的一致性使標(biāo)定結(jié)果滿(mǎn)足規(guī)范。當(dāng)標(biāo)定結(jié)果屬于C 類(lèi)時(shí)，則需仔細(xì)排查多個(gè)影響因素，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注是否是缽體內(nèi)水質(zhì)變質(zhì)導(dǎo)致的端點(diǎn)標(biāo)定精度超限。

DSQ 水管傾斜儀在投入觀(guān)測(cè)后，由于長(zhǎng)期運(yùn)行，不可避免雜質(zhì)進(jìn)入缽體內(nèi)部，導(dǎo)致蒸餾水變質(zhì)。兩端缽體水質(zhì)發(fā)生的同步、異步變質(zhì)，都將引起標(biāo)定中水面穩(wěn)定耗時(shí)的增長(zhǎng)，當(dāng)所需的耗時(shí)超過(guò)固定采樣間隔時(shí)，將導(dǎo)致標(biāo)定采樣值包含偏差。當(dāng)系統(tǒng)偏差超過(guò)某一閾值時(shí)，將導(dǎo)致標(biāo)定數(shù)據(jù)中端點(diǎn)精度超限。水體變質(zhì)產(chǎn)生的標(biāo)定系統(tǒng)偏差如何影響標(biāo)定結(jié)果的分類(lèi)還待定量分析。