DBT 31.2-2008 地震观测仪器进网技术要求 地壳形变观测仪 第2部分：应变仪

备案号：24829—2008地震观测仪器进网技术要求地壳形变观测仪第2部分：应变仪Theinstrumentforc2008-08-11发布2008-12-01实施中国地震局发布I前言 Ⅱ 3术语和定义 4技术要求 2 3附录A(规范性附录)应变仪分辨力测试的固体潮推算方法 6附录B(规范性附录)体积式应变仪的线性度测试 9附录C(规范性附录)应变仪漂移量测试方法 附录D(规范性附录)应变仪最大误差测试与计算 附录E(规范性附录)应变仪频率特性测试方法 参考文献 Ⅱ地电观测仪第1部分：直流地电阻率仪(DB/T29.1—2008)地电观测仪第2部分：地电场仪(DB/T29.2—2008)地磁观测仪第1部分：磁通门磁力仪(DB/T30.1—2008)地磁观测仪第2部分：质子矢量磁力仪(DB/T30.2—2008)地壳形变观测仪第1部分：倾斜仪(DB/T31.1—2008)地壳形变观测仪第2部分：应变仪(DB/T31.2—2008)地震观测仪器进网技术要求重力仪(DB/T23—2007)地震观测仪器进网技术要求地下流体观测仪第1部分：压力式水位仪(DB/T32.1—2008)地震观测仪器进网技术要求地下流体观测仪第2部分：测温仪(DB/T32.2—2008)地震观测仪器进网技术要求地下流体观测仪第3部分：闪烁测氡仪(DB/T32.3—2008)本部分的附录A、附录B、附录C、附录D和附录E为规范性附录。1第2部分：应变仪下列文件中的条款通过DB/T31的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协GB4706.1—2005家用和类似用途电器的安全第1部分：通用要求GB/T6587.2—1986电子测量仪器温度试验GB/T6587.3—1986电子测量仪器湿度试验GB/T19531.3—2004地震台站观测环境技术要求第3部分：地壳形变观测DB/T8.1—2003地震台站建设规范地形变台站第1部分：洞室地倾斜和地应变台站DB/T8.2—2003地震台站建设规范地形变台站第2部分：钻孔地倾斜和地应变台站DB/T21—2007地震观测仪器进网技术要求常用技术参数表述与测试方法1001—1998界定的以及下列术语和定义适用于本部分。钻孔分量式应变仪中用作格值校准部件的一组压电伸缩晶片。利用晶体的逆压电效应，当在压电晶片上施加电压时引起晶片伸缩，使电容传感器极板间距向反方向位移变化，从而实现仪器格值参数校准。、体积式应变仪中用作格值校准部件的置于封闭硅油容器中的一组电阻丝。利用电阻丝短暂通电并若一个量F(t)是时间t的函数，且其标准式可表示为F(t)=1-e字，则T为时间常数。2以单位阶跃函数号作为系统输入，从其输出过渡过程中求取系统的一阶微分方4.1.1仪器电源电压在AC198V~242V或DC10.5V～15.0V范围内应能正常工作，交流和4.1.2洞体仪器的洞内设备工作环境：温度范围5℃~30℃,日温差应小于0.02℃,相对湿度应小于98%。4.1.3洞体仪器的主机与记录设备和钻孔仪器的地面设备工作环境：温度范围0℃~40℃,湿度应小于90%。4.2.1分辨力优于5×10-10。4.2.2最大允许误差MPE=8×10⁻⁹(固体潮频段)。4.2.3量程应不小于5×10⁻⁶,可具备扩展量程。4.2.4线性度误差应不大于1%。4.2.5频带范围为360s~1a。4.2.6在观测环境符合GB/T15931.3—2004中4.1的要求，洞室仪器的观测设施满足DB/T8.1—2003的要求，钻孔仪器的钻孔深度大于或等于60m、探头安装测量段满足DB/T8.2—2003中5.2要求的情况下，应变仪正常工作后，按月平均日漂移不大于1×10-8每天。4.2.8每道数据输出率应不低于1次每分钟。4.2.9仪器应具备下列接口：a)并行口：11线(数据线：8;选通线：1;忙线：1;地线：1);b)串行口：RS232C(3线，收、发、地);4.2.10数据存储容量应能存储不少于30天的分钟观测结果和观测运行日志。b)直径应不大于130mm,所要求安装孔径应不大于150mm。在工作现场手动或通过通信接口远程控制可读取仪器内存储的b)测项代码；31)应能完成4.3.3规定的校准功能；2)应能查看和修改仪器的网络参数、工作参数、仪器密码、仪器ID及所在台站的基本参数；3)应能浏览和下载仪器当前和30天内的观测数据和工作日志；4)网页操作应分不同管理级别。c)文件传送(FTP)方式：应能通过FTP下载仪器内的文件，向仪器上传更新文件。电击防护性能应符合国家标准GB4706.1—2005中规定的I类器具的要求。仪器的交流电压输人端与机壳之闾应能承受1750V(有效值)电压1min。仪器交流变压器的次级对机壳漏电峰值小于3.5mA。5.1.1在实验室测试时，环境温度应在5℃~30℃,测试过程环境温度变化应小于0.5℃。5.1.2在台站测试时，应符合4.1规定的条件。微位移给定装置(应变仪测试标准源)的位移量程应不小于5μm,线性度误差应不大于0.5%,相对不确定度不大于0.5%。加压器(体积式钻孔应变仪测试标准源)可加压变化范围应不小于500hPa,压力表精度应优于0.25级。校准压电伸缩晶片的校准位移量程应不小于0.001μm,相对不确定度不大于0.5%。4大于1%,相对不确定度不大于0.5%。微位移给定装置应变仪施符合DB/T8.1—2003和DB/T8.2—2003按图2连接设备。准通信网络接口通信网络接口检测结果符合要求否表1(续)检测结果符合要求否各观测分量输出显示功能6DB/T31.2—2008(规范性附录)在不具备产生适应地应变观测仪器分辨力测试的微小变化量标准源的情况下，可以固体潮平缓变变化过程极其平滑、稳定。正常运行的地壳形变观测仪器应能观测到固体潮，虽然随观测地点、大小潮等有所改变，但总有一段不短的时间其变化稳定平滑地由小到大又由大到小，或由大到小又由小到大。用这段时间的固体潮变化量作为信号源可推算出观测仪器的分辨力。在固体潮信号(理论值)极值点附近约10个~20个分辨力指标(即5×10⁹~10×10⁻⁹)范围内，将以时间为变量的信号序列变换为以0.5倍～1倍分辨力的应变量为变量的信号序列，在极值点区域归算后的测量值与理论值之差就是测试环境条件应符合GB/T19531.3—2004中4.1的要求，观测洞室、仪器墩等设施应符合DB/T8.1—2003的要求。选择大潮期的应变仪观测记录一天的分钟值，要求记录曲线比较光滑。为降低高频噪声，可以将原始观测值用5个或10个滑动平均后的值作为推算用观测值序列。A.3.3.1在理论值序列中找出最大值(波峰)或最小值(波谷)作为极值数do,其对应时间为t₀。A.3.3.2按式(A.1)和式(A.2)计算d。两边应变值变化△d(i=1)时相应的理论值d₁、d_1,并在理d₁=do+i·△d式中：△d为标准步进量即数据取样点的应变量差值，取值应小于仪器要求的分辨力(5×10-10)。应变仪取△d=+(2~3)×10-¹⁰或-(2～3)×10-¹10为宜，当以曲线波峰为极值时用“-”,以曲线波谷为极值时用“+”。A.3.3.3用同样方法在理论值序列中得到i=2相应的d₂、d_2及时间间隔T₂、T-2。以此类推，直到i=n,即得到2n个以△d为间隔的理论值序列d:和相应时间间隔序列T₁、T_1,…,Ta、T_n,同时得7到该序列总时间差T=Tₙ-T-n。n的取值以7～15为宜，以得到变化速度为应变量变化3×10-10/4min~3×10-¹⁰/4.5min为合适。A.3.3.4在经过平滑后用于推算的观测值序列中，用T=Tₙ-T_找出波峰(或波谷)两边具有相同观测值的两点d'n和d′_π,其对应时间为t+△t、t_n+△t,△t是观测值相对于理论值的滞后(或相移)。根据曲线的对称性得到观测值序列的极值点对应时间t′o=△t+(tn+t_n)/2并确定极值d’。个观测值序列d';(i=-n,…,-1,1,…,n)。A.3.3.6将间隔△d的理论值序列d'和相应时间间隔序列T;以及观测值d';记入表A.1;A.3.3.7由式(A.3)计算归一化系数k。i时间间隔T;观测值d;归一化值d拟合值ď;差值△d”;012345678…8DB/T31.2-2A.3.4推算分辨力d”;=d”+(1+n/2-1i|)·△d(i=-9在实验室内进行。室温25℃,湿度小于70%。室内基本没有空气对流。b)大型隔离保温测试箱一个(可完整放入体积应变仪的探头腔体);c)真空橡皮管1m,手持式加压器一支，0.25级别的25cm外径压力表一支。在具有保温和防震效果的大型隔离测试箱内放入体积式应变仪的整个井下探头部分，先将探头抽真空，然后用手持式加压器，向探头密封腔体内逐一加入微量硅油液，使探头内的油液增加，感受腔内的有效体积变小(相当于感受腔体的压性应变),模拟仪器探头受压应变过程。按下列步骤测试：a)按照图B.1连接测试设备：由注油器下腔注油口接出一段真空耐油橡皮管至应变仪探头，另一b)给压器逐步加压，使施加内腔的油压力分别为0hPa、40hPa、80hPa、120hPa、160hhPa、240hPa、280hPa、320hPa、360hPa、400hPa、440hPa,仪器的输出电压在-2V～+2Vc)对每一个油压值x₁,数采仪测量记录10个数据u;。对0hPa~440hPa共12个压力值，获得12组记录数据，并记录在表B.1中。采集仪电缆基座×表B.1体积式应变仪线性度测试记录表i油压值x;1次10次平均值y;123456789对每一个标准值x:(油压),按式(B.1)计算10个采样数据u;(j=1,2,…,10)的平均值y;,并填入表B.1和表B.2。即相对于标准值x的集合(x;),获得测量示值y的集合(y:),i=1,2,…,12。B.3.2计算拟合直线按式(B.2)～式(B.7)计算测量示值y和标准值x的线性拟合系数。a=y-bx…………(B.4)b=L/L由拟和系数计算拟合值Y;=a+bx;(i=1,2,…,12)并填入表B.2中。△y;=y;-Y;(i=1,2,…,n)i误差△y;1023456789震(规范性附录)地应变实际观测数据中包括仪器漂移、仪器安装基础变化的有用信号和外界干扰的信息。要从实际观测数据中严格区分出仪器的漂移、安装基础的漂移或者具有的长期或短期变化地应变信息，只能宜以观测期内日均值漂移量的加权平均值作为仪器漂移量，其中包含上述各种信息的漂移在内，作为仪器观测环境条件应符合GB/T19531.3—2004中4.1的要求，观测洞室、仪器墩等设施应符合a)仪器漂移量测试期应不少于连续工作30天；c)按式(C.1)分别计算测试期总日漂移量=测试期内日均值数据上升或下降漂移量的加权平均值上升日漂移量×上升天数+下降天漂移量×下降天数当总日漂移量小于或等于1×10-⁸时，判定为合格。(规范性附录)仪器观测环境条件应符合GB/T19531.3—2004中4.1的要求，观测洞室、仪器墩等设施应满足DB/T8.1—2003的要求，钻孔仪器探头安装测量段应满足DB/T8.2—2003中5.2规定的要求。按式(D.1)计算仪器最大误差。△xm-最大误差(双侧);△x——仪器测量误差，在不作逐点改正时线性度误其中x是仪器输出归算到输入的平均值(m),x,是给定输入的标称值(m),d是给定输U₂——仪器测量值扩展不确定度，最大误差的单侧范围|△xmx仪器测量值的扩展不确定度用式(D.2)计算。σg(b)——仪器灵敏度(系数)导入的标准不确定度；0.298-—-仪器分辨力导入的标准不确定度；b,—第i次校准测量的仪器灵敏度(系数);按式(D.4)计算相对标准不确定度。u,(b)=△x′·u₂(b)ug(f)——5×10-量程内非线性导入的标D.3.2.3灵敏度导入的合成标准不确定度δ₆=√8,+8B,△x——测试b时的输入量程；D.3.3.2仪器A/D分辨力(或输入鉴别力)对观测结果导入的标准不确定度Uₙ——标称值(系数)的扩展不确定度；D.4.1灵敏度(系数)测试D.4.1.1洞体应变仪选择仪器某一测量位置x₁,由标准源或自校准装置以不小于应变增量△x=5×10-⁸进行往测到x₂,得到△x₁=x₂-x₁和测量结果△y₁=y2-y₁;再由x₂返测到x₃,得到△x₂=x₃-x₂和△y₂=y₃-y₂。测量过程应避免测试设备的隙动差；往返测的时间应尽次，得到10个△x;和10个测量结果△y;。D.4.1.2体积式应变仪每隔20min左右自校准一次，其校准装置的标准应变△x。是在电流确定，通电时间确定条件下仪器产生的应变量，△x₀=△x;=△x为已知，重复测试8次～10次，得到测量输出D.4.1.3分量式钻孔应变仪每次给校准压电伸缩晶片施加一定的电压，其应变量△x₀=△x;=△x知，重复测试8次～10次，得到测量输出△y;。D.4.2.1洞体应变仪灵敏度(系数)及平均值按式(D.12)和式(D.13)计算。b;=D.4.2.2钻孔应变仪灵敏度(系数)及平均值按式(D.14)和式(D.15)计算。b;=△y;/△x₀……………D.4.3.1按式(D.3)和式(D.4)计算相对标准不确定度u(b)。D.4.3.2按式(D.5)计算标准D.4.4测试仪器线性度及计算非线性导入的标准不确定度在满量程5×10-⁶内测量仪器的最大线性偏差△ymx,按式(D.6)计算非线性导入的标准不确定度D.4.5计算灵敏度导入的合成标准不确定度D.4.6计算仪器分辨力导入的合成标准不确定度按式(D.2)计算仪器扩