地震电磁扰动观测仪测试大纲

1、地震电磁扰动观测仪测试大纲中国地震局电磁分析预报技术管理组2021 年 11 月 12 日目录地震电磁扰动观测仪测试大纲 I总贝 y 11.1 依据和目的 11.2 产品测试的条件、任务及要求 11.2.1 产品测试应具备的条件 11.2.2 产品测试主要任务 11.2.3 产品检验测试要求 11.3 合格判据 22. 技术指标的测试 . 32.1 外观、尺寸和重量检查和测量 32.1.1 外观检查 32.1.2 外形尺寸 32.1.3 重量测量 32.2 地震电磁扰动仪性能技术指标测试 32.2.1 测量仪性能技术指标测试 32.2.1.1 频率响应测试 42.2.1.2 系统时钟偏差与采样

2、率测试 52.2.1.3 最大测量误差和线性度 62.2.1.4 电压分辨力 72.2.1.5 动态范围 72.2.1.6 道间串扰 72.2.1.7 噪音水平测试 82.2.1.8 环境温度适应性测试 82.2.1.9 输入阻抗测试 82.2.2 磁棒性能技术指标测试 102.2.2.1 输出灵敏度测试 102.2.2.2 噪音水平 122.2.2.3 工作温度测试 143. 电磁扰动观测系统参数指标认定 . 163.1 系统频率范围 163.2 系统响应 163.3 噪音水平 164. 测4.1 电源供电 174.2 数据传输 174.3 观测系统标定和检测功能 174.4 系统长期稳定性

3、功能 174.5 系统防雷和防水 171.总那么1.1 依据和目的1.1.1 本测试大纲的编制以 ?现有电磁扰动仪器技术改良方案? 以及现有测试技 术条件为依据，适用于地震电磁扰动仪器的各项测试工作1.1.2 大纲规定了地震电磁扰动观测仪包括电磁扰动测量仪以下简称测量仪 和 感应式磁场传感器以下简称磁棒产品所测试的工程，给出了测试工程、测试 仪器、 测试方法、测试记录表和合格判据，内容涵盖但并不局限于?电磁扰动观测仪 测试方案? 中的所列工程。1.1.3 大纲编制目的是测试电磁扰动观测仪器产品是否满足?现有电磁扰动仪器 技术 改良方案?提出的性能技术指标和功能要求。1.2 产品测试的条件、任务

4、及要求1.2.1 产品测试应具备的条件1.2.1.1 测量仪和磁棒进行产品测试必需在完成组装调试之后进行。1.2.1.2 检验测试前应提供受试测量仪和磁棒各部件的测试框图、 方法，技术条件 及自测试记录备查。1.2.1.3 测量仪和磁棒技术资料配备齐套。1.2.2 产品测试主要任务1.2.2.1 测量仪和磁棒产品测试是针对主要技术参数及功能进行的测试和检验。1.2.2.2 假设测量仪和磁棒 2021 年 10 月后的第三方测试报告，并且该第三方测试 机构 具有相应的资质，经测试组认可后，可不再进行测试。1.2.3 产品检验测试要求1.2.3.1 测试工程的技术参数和性能必须到达 ?现有电磁扰动

5、仪器技术改良方案? 的要求。1.2.3.2 在测试完成后，假设有不符合或未到达要求的工程， 研制方应在规定时间内 查明原因、采取措施到达要求后，测试组重新进行测试。1.3 合格判据1.3.1 所有测试工程均符合?现有电磁扰动仪器技术改良方案? 的规定和要求时 , 判定为产品检验测试合格。1.3.2 当出现 1.2.3.2 情况时，经采取措施，测试结果均符合规定和要求，那么判定 为产 品检验测试合格。1.3.3 不符合 131 、1.3.2 判据的，那么判定为产品检验测试不合格2. 技术指标的测试2.1 外观、尺寸和重量检查和测量2.1.1 外观检查 被检测的测量仪和磁棒外观应整洁、美观，无破损

6、和划伤等。2.1.2 外形尺寸 被检测的测量仪和磁棒尺寸无特殊要求，但磁棒的最大长度不得超过 1.4 米，直径一般不宜超过 30cm 。2.1. 3 重量测量使用电子称对测量仪和磁棒整体重量进行检查， 测量仪和磁棒整体重量无特殊要 求，只是给出其实际测试结果。2.2 地震电磁扰动仪性能技术指标测试地震电磁扰动观测仪性能技术指标分测量仪性能技术指标和磁棒性能技术指标。测量仪的系统性能技术指标主要是频率范围、采样率、最大测量误差和线性度、电压 分辨 力、动态范围、道间串扰、频率响应、噪音水平、环境温度适应性测试。磁棒在规定频率范围内的系统性能技术指标主要有传感器的灵敏度、噪音水平和 环境温度适应性

7、。2.2.1 测量仪性能技术指标测试测量仪的系统性能参数测试，需具备一下条件：1主要测试设备 1 低频信号发生器如 Aglient 33120A 低频信号发生器等2数字存储示波器3频率计 /计数器4精密电流源5精密电阻假设干2测试环境1室温10-30 C,相对湿度W 80%3测试方法对测量仪器进行性能测量时测试设备连接示意图图1图1测试设备与测量仪连接图221.1频率响应测试1幅频响应测试将测量仪的输入端和动态信号分析仪分别输入白噪音信号，和动态信号分析仪同步地以同样的采样率采集数据，取 30分钟数据，分别采用FFT方法计算相应的信号 幅度和 相位，其仪器的幅频特性 A f可采用公式1计算：1

8、Af仪器记录数据的幅度谱，A f输入信号的幅度谱。并将结果计入表1。当测试结果的-3dB带宽符合0.01Hz-20Hz为合格。每道的Af值 同时计入表2。2相频响应测试被测仪器需具有触发采集的功能。线路连接如图 1。采用带有触发功能的信号发 生器 输出幅度为100mVVpp,频率为0.008-30HZ的正弦波电压V1作为输入信号， 同时接 到仪器所有通道的输入端；仪器采集该信号，采用 FFT方法计算相应的信号相 位。相频特 性；:f测试结果可按照2 式计算。g ids 2d仪器记录数据的相位谱，s输入信号的相位谱，每道的 f值同时计入表2表1频率范围测试频率Hz通道1通道2通道3通道4通道5通

9、道6通道7通道8通道90.010.050.10.51351015203035表2输出灵敏度记录表测试仪器测试地点测试时间测试环境测试人员测试数据频点序号频率Hz幅频系数相位差°11/25621/12831/6441/3251/1661/871/481/291102114128131614321564 Hz221.2系统时钟偏差与采样率测试使用具有时标的标准信号源，将输出的脉冲信号接入到被测仪器的所有通道。记录脉冲信号在数据中的时间偏移量： tO=T1-Tch n1 o其中，T1为标准信号源的脉冲信号时标；Tchn为被测仪器记录的脉冲时标被测试仪器保持运行，经过1天或多天后，再进行如上

10、同等测试。 t 仁 T2-Tchn2。最终仪器的时漂差值为： t= t1- to如果 t<( ± 5/fs)为合格。其中fs为被测仪器标称采样率221.3最大测量误差和线性度测试线路连接如图1。信号发生器输出频率为1Hz、不同幅度的标准正弦波电压VI。仪器采集该信号，每个幅度取信号周期的10倍长度以上的采样数据，采用 FFT方法计算相应的信号幅度 V2,并将结果计入表2。计算V2和V1的误差，当最大误差小于土 ( 0.1淋数土 0.1%满度值)时为合格。同时，以V1和V2作线性最小二乘法拟合，拟合结果为V3,公式(3)为计算相 对误差的方法。S = ( MAX(|V1-V3|)

11、/FS ) X 100%(3)当最大相对误差< 0.5 % FS为合格表2最大误差和线性度测试输入(mV)测量值V2最大误差拟合误差V3线性度123456789123456123456123456125103070100130160200220最大输入注：86dB的动态范围对应在分辨力为10uV时，最大输入为200mV以单峰值计算，因此测试时，当仪器的可测信号最大幅度超过200mV时，直接使输入为最大信号，以计算动态范围221.4电压分辨力测试线路连接如图21低频信号1 100- 1n X 中L_JI电確扰动'7：计算机1发生器1y分卄r/观開仪卞机1(4)图2电压分辨力测试图信

12、号发生器输出频率调为1Hz、分别给出不同幅度的正弦波电压信号，经过分压网络之后的输入V1至被测仪器进行测试，选取V1分别为1mV 10mV 100mV仪器采用为100Hz的采样频率采集该信号， 每个幅度取100秒的采样数据，采用FFT方法计算相应的信号幅度V2, V1依次增加10uV,20 uV,30 uV, 输出的测量结果也变化10uV, 20 uV , 30 uV，那么仪器分辨力满足10uV;将分辨力测试结果记录在表3。 优于10卩V (单峰值)即为合格。3分辨力测试记录第1道(mV)第2道(mV)第3道(mV)第4道(mV)第5道(mV)第9道(mV)110100110100110100

13、110100110100110100110100+0uV+10uV+20uV动态范围利用电压分辨力和的最大输入信号幅度测试结果，利用公式(4)计算动态范围, 记录入表4。当结果大于86dB时为合格。D = 20 log 地(dB)表4动态范围测试通道1通道2通道3通道4通道5满量程输入Vm (mV分辨力VO (uV)动态范围(dB)道间串扰测试连接如图2,信号发生器输出频率为10Hz,幅度为200mV的正弦信号V1,输入1个通道，其 余通道短路。同时截取各通道的信号周期 10倍长度以上采样数据，采用FFT方法计算各短路通道的信 号幅度V2。当结果大于74dB时为合格。利用公式(5)计算通道间干

14、扰值，记录入表5。Cr=20log(V1/V2)(5)表5道间串扰测试记录表道间串扰V1V2通道号:012345678幅度(uV)Cr(dB)221.7噪音水平测试将仪器的输入端短路，仪器进行采集信号，取30分钟的采样数据，采用FFT方法计算相应的信号幅度。在仪器频段范围内噪音水平小于10-3mV/HZ2为合格。环境温度适应性测试该项测试试验参照相应的国家标准进行。在温度适应性测试时，将被测仪器放置在上下温试验箱内，按照表6调节温度箱温度，各个温度梯度之间温度变化速率小于20C /小时，在每一个温度点上，应使仪器到达热平衡才能进行测试，热平衡时间至少为1小时。测试工程为最大允许误差和线性度，在

15、-10 C 40C的测试满足最大允许 误差和线性度要求即为合格。在工作温度范围上限时仪器至少运行4小时。在湿度适应性测试时，将被测仪器放置在上下温试验箱内，在温度设定为20 C时，按照表7调节湿度，在每一个湿度点上应使仪器经热、湿平衡后进行性能测试，热平衡时间至少为1小时。测试工程为最大允许误差和线性度,在20%80%RH测试满足最大允许误差和线性度要求 即为合格按照221.3进行。表6温度适应性测试记录表温度40 C25 C-10 C最大允许误差和 线性度测试表7湿度适应性测试记录表湿度(RH20%50%80%最大允许误差和 线性度测试输入阻抗测试仪器电道的输入阻抗的测试方法，供参图 3的电

16、路C2 k 4 K2 P 103 LH MCDAUBC9L L图3输入阻抗测试电路其中：R=5M rC=3.3nF。电源电压 500mV当O、K2处在以下位置时，稳定后分别读取被检仪器的不同指示数a) K1置于1，K2置于3时，指示值为V13b) K1置于1 , K2置于4时，指示值为 V14c) K1置于2, K2置于3时，指示值为 V23d) K1置于2, K2置于4时，指示值为V24根据上述读数，可以按以下公式计算出被检仪器的输入电阻Ri:V24 V13 (V23 _V14A (V24 _ V 13)和零电流:I。讥 4-VM/R测试结果记录在表8,各通道的输入阻抗大于10 MQ为合格表

17、8输入阻抗测试记录表通道1通道2通道3通道4通道5通道6通道7通道8通道9V13(uV)V14(uV)V23(uV)V24(uV)Ri (M 0)lo(pA)222 磁棒性能技术指标测试222.1 输出灵敏度测试一测试条件 灵敏度的测试需要在均匀磁场环境下进行，必须具备一下条件：1测试设备1动态信号分析仪如SR785等同等功能仪器主要参数：带宽： DC-1 02.4kHz信号动态范围： 90dB扫频动态范围： 145dB 正弦扫频模式 通道数：2最大输入信号： i57V输入噪音：v 10 nVrms/ VHz f>200 Hz 源输出幅度精度：± % 2 均匀磁场产生线圈 频率

18、范围： DC100kHz 均匀场空间：整个螺线管线圈中心处直径10cmX长度2.5m,均匀度v 0.1% 3 其他辅助设备 直流电源、标准电阻、笔记本电脑等2 测试环境温度： -10C40C湿度：v 90%二测试方法1 测试方法测试连接图如图 5 所示，信号分析仪的输出信号经过标准电阻，输出至均匀绕制 的线圈，将感应 式磁场传感器放入其中，在该磁场的鼓励下，测量磁场传感器的输出 , 并按照下式处理，即可获得灵敏 度或称转换系数。2 测试步骤a将所有设备按照图4所示进行连接，磁棒加电工作;b设置信号分析仪为扫频模式，并设置起始频率和终止频率，启动扫描c将所得扫频数据除以标定线圈转换系数，即可得到

19、输出灵敏度；d给出灵敏度幅度、相位随频率变化的数据和图像。3测试记录测试结果记录在表9中，并给出测试灵敏度-频率曲线图表9输出灵敏度记录表测试仪器测试地点测试时间测试环境测试人员测试数据频点序号频率Hz输出灵敏度mV/nT备注11/25621/12831/6441/3251/1661/871/481/291102114128131614321564 Hz222.2噪音水平一测试条件1测试设备1动态信号分析仪如35670A等同等功能仪器技术指标频率范围：DC102.4kHz动态范围：90dB精度：0.15dB最大输入电压：42V输入阻抗：1MQ噪音：<-130dBVrms/AHz f>

20、;160Hz2屏蔽室技术指标内部空间尺寸：2m X2m >2m ；屏蔽因子：54dB 0.001Hz ;55dB 0.01Hz ;60dB 0.1Hz ;60dB 1Hz ; >70dB >10Hz。2测试环境温度：-10C 40C湿度：<90%二测试方法1测试方法形成一个近似无磁和分析的需求，噪音水平的测量往往需要无磁空间，因此磁屏蔽设施将地磁场屏蔽，在其内部 场的环境。磁棒含有低噪音放大器，其自身噪音水平经过放大后能够到达后端测试仪器采集输出噪音在信号分析仪上显示测量时的连接图如图5所示，将该磁棒放置在磁屏蔽室的中心位置,Ls图5含放大电路的磁棒等效电路图2) 测试

21、步骤a) 将所有设备按照图6所示进行连接，磁棒加电工作；b) 设置信号分析仪为FFT模式，设置测量频带范围、窗函数、平均次数图6磁棒噪音测试连接图即为磁棒在该频点的噪音水平3) 测试记录测试结果记录在表10中。同时，给出测试的噪音水平-频率曲线图表10 噪音水平测试记录表测试仪器测试地点测试时间测试环境测试人员测试数据频点序号频率(Hz)噪噪音水平(nT/Hz 1/2)备注11/25621/12831/6441/3251/1661/871/481/291102114128131614321564 Hz222.3工作温度测试1高温工作测试磁棒的温度上线，需在高温环境下工作，因此，测试环境需满足一

22、下条件：a高温温度：+40 C;b保持时间：4h;c环境压力：正常环境压力；d循环次数：1次循环；e到达温度保持时间以后，设备从温箱中拿出，迅速放入屏蔽筒的标定线圈进行输出灵敏度测试，测试原理同222.1 ,测试设备包括屏蔽筒、均匀磁场产生线圈、动态信号分析仪以及其他辅助设备。f10分钟内1Hz以上频率测试完毕。高温工作测试步骤：a在室温环境下，对设备加电，进行输出灵敏度测试。为防止外界干扰，将设备放在屏蔽筒中进行测试。将均匀磁场产生线圈放入屏蔽筒中，将被测设备放入均匀磁场产生线圈中，测试原理和方法同，测试并记录输出灵敏度。测试结束后设备断电，将被测设备放入温箱；b升高温箱温度直至满足试验温度

23、要求，升温过程中要满足变温速率要求；c 到达高温试验温度后进行温度保持，保持时间为4h ；d到达保持时间后，将被测设备从温箱取出，迅速放入屏蔽筒的标定线圈中进行输出灵敏度测试, 测试方法同1；e降低温箱温度直至室温，试验结束2低温工作测试磁棒的温度下限，需在低温环境下工作，因此，测试环境需满足一下条件:a低温温度：-10C;b保持时间：4h;c环境压力：正常环境压力；d循环次数：1次循环；e 到达温度保持时间以后，设备从温箱中拿出，迅速放入屏蔽筒中进行输出灵敏度测试，测试原理同高温工作，测试设备包括屏蔽筒、均匀磁场产生线圈、动态信号分析仪以及其他辅助设备。f10分钟内1Hz以上频率测试完毕。低

24、温工作试验步骤：1在室温环境下，对设备加电，进行输出灵敏度测试。为防止外界干扰，将设备放在屏蔽筒中进行测试。将均匀磁场产生线圈放入屏蔽筒中，将被测设备放入均匀磁场产生线圈中，测试原理和方法同2.221，测试并记录输出灵敏度。测试结束后设备断电，将被测设备放入温箱；2降低温度直至满足试验温度要求，降温过程中要满足变温速率要求；3 到达低温试验温度后进行温度保持，保持时间为4h;4 到达保持时间后，将被测设备从温箱取出，迅速放入屏蔽筒中进行输出灵敏度测试，测试方 法同1；5升高设备温度直至室温，试验结束。表11温度适应性测试记录表测试仪器测试地点测试时间测试环境测试人员温度40 C室温25 C左右-10 C灵敏度指标3.