精選優質文檔-----傾情為你奉上精選優質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業專心---專注---專業精選優質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業現有電磁擾動儀器技術改進方案1編寫目的為規范我國的地震電磁擾動觀測，特制訂本技術改進方案。本技術改進方案在制定的過程中，引用和參考了地震行業標準《地震地電觀測方法電磁擾動觀測》（DB/T35—2009），《地震地電觀測方法地電場觀測》（DB/T34—2009），《地震臺站建設規范地電臺站第2部分：地電場臺站》（DB/T18.2-2006），國家標準《電子測量儀器溫度試驗》（GB6587.2-86），國家標準《電子測量儀器濕度試驗》（GB6587.3-86）以及相關的調研結果。本技術改進方案對電磁擾動觀測的觀測對象、儀器的主要技術指標要求和相應的測試方法、產出數據格式要求，以及觀測場地要求。2電磁擾動觀測對象及要求電磁擾動的觀測目的是監測與地震孕育及發生相關的電磁異常現象。地震電磁擾動觀測對象為0.01Hz~20Hz頻率范圍內地表地電場強度和磁場強度，獲得選定地點該頻率范圍內地表電場、磁場強度隨時間的變化。依據地震電磁擾動觀測頻段0.01Hz-20Hz，以及信號源（震源）到觀測點（臺站）得距離，地震電磁擾動的觀測區是近場區，因此，其電場和磁場觀測都需三分量觀測。3觀測原理3.1地電場觀測原理圖1地電場觀測原理對地表電場Ex的測量（圖1）是通過測量地表兩點B1和B2之間的電位差和距離（B1B2）得到的，在觀測區電場是均勻的條件下，O點（B1與B2的中點）的電場強度可按公式（1）計算。（1）3.2磁場測量原理對于一定頻率范圍內交變磁場的測量以法拉第電磁感應原理為基礎，通過一個感應式磁傳感器將磁場信號轉換為電壓信號進行測量。根據電磁感應定律，把一個測量線圈置于被測磁場中，當線圈相對磁場做機械運動或磁場本身發生變化時，該線圈中的磁通f發生變化，從而在測量線圈中產生感應電動勢：（4）對于一個匝數為的線圈，當穿過它的磁通量發生變化時，線圈上產生的感應電動勢為：（5）磁通量與磁場強度關系為：（6）式中：是線圈的有效面積，是有效導磁率。由此可得到線圈的感應電動勢為：（7）對周期性變化的磁場信號，其磁場強度，則線圈上的感應電動勢為：（8）被測磁場強度為：（9）這樣，就可以通過測量線圈中感應電動勢間接地測量磁場強度。4測量系統性能指標要求4.1測量儀器測量儀器的主要技術指標要求：（1）頻率范圍：0.01Hz-20Hz；帶內平坦度：0.1dB，阻帶衰減大于80dB（30Hz及以上）；（2）采樣率：100次/秒；（3）最大測量誤差：≤±（0.1％讀數±0.1%滿度值）；（4）線性度：0.5%滿度值；（5）電壓分辨力：優于10μV@1Hz（單峰值）；（6）測量動態范圍：≥86dB（相當于最大輸入200mV）；（7）時間服務誤差：不應大于1s；（8）測量通道：9個（6個電通道+3個磁通道）（9）道間串擾抑制：≥74dB（相當于5000倍）；（10）輸入阻抗：≥10MΩ；（11）數據存儲：滿足數據存儲至少15天；（12）工作環境：溫度范圍：-10濕度范圍：≤80%（13）電源：交流：220V±10%，直流：12V4.2磁傳感器磁傳感器主要技術指標應滿足：（1）靈敏度：≥2mV/nT@(0.1Hz～10Hz)；（2）頻率特性：定量給出0.01Hz～40Hz范圍的幅頻特性；（3）噪聲：≤0.002nT/Hz1/2@(0.01Hz～20Hz)；（4）溫度范圍：-10℃4.3功能性要求（1）接口：RJ45網絡接口；（2）數據下載：具備通過FTP和WEB頁面數據下載功能；（3）系統具有對磁傳感器的自標定功能；（4）自動校時功能（SNTP和GPS自動校時功能）；（5）具有現場或遠程修改工作參數、實時顯示觀測結果等功能；（6）磁傳感器具有一定的防水能力（IP68），可直接埋設地下觀測；（7）數據產出要求：A、按照100Hz采樣率，保存所有觀測數據，并按秒和分計算并保存各測道的有效值；B、數據按列保存。100Hz數據文件每個文件的開頭第一行為時間標記，時間標記單獨占用一行，格式為：TIMEYYYY-MM-DDHH:MM:SS，隨后是系統的實際測試的幅頻特性結果，格式為SENSITIVITY，之后為實際的幅頻特性數據，幅頻特性數據格式為第一列為頻率，第二列為對應頻率的靈敏度），然后開始為觀測數據。從第二個十分鐘開始，只給出時間標記。C、文件命名為：100Hz采樣數據文件命名：AAAAAXXXXYYYYMMDDHH.dat，秒值文件命名：AAAAAXXXXYYYYMMDD.SEC，分鐘值文件命名：AAAAAXXXXYYYYMMDD.MIN。其中AAAAA為5位臺站代碼，XXXX為4位儀器代碼。D、100Hz采樣數據按照每小時以十進制格式保存一個文件。E、保存的100Hz采樣數據的單位為mV。按秒和分鐘保存的數據電場單位為mV/km，磁場單位為nT（靈敏度按照0.1Hz-20Hz的平均靈敏度計算），數據全部保留2位小數，缺數以“”表示。F、以上時間格式中字母的含義為：YYYY指年份，MM兩位月份，DD兩位日期，HH、MM、SS分別為兩位的小時、分鐘和秒值。5儀器技術指標測試方法5.1主要測試設備（1）低頻信號發生器（2）數字存儲示波器（3）頻率計/計數器（4）精密電阻若干。5.2測試環境（1）室溫10-30℃，相對濕度≤（2）無強電磁干擾。5.3測量儀器技術指標測試5.3.1測試設備連接圖2是對測量儀器進行性能測量時測試設備連接示意圖。圖2測試設備連接5.3.2測試方法（1）頻率范圍線路連接如圖2。信號發生器產生幅度為100mV（Vpp），頻率為0.005-30Hz的正弦波電壓V1作為輸入信號；儀器采集該信號，取100秒的采樣數據，采用FFT方法計算相應的信號幅度，給出測量信號幅度，通過計算得出頻率范圍。表1頻率范圍測試頻率（Hz）通道1通道2通道3通道4通道50.0050.0080.010.050.112510151819202125283032當測試結果的-3dB帶寬符合0.01-20Hz為合格。（2）采樣率測試線路連接如圖2。信號發生器產生幅度為100mV（Vpp），頻率為1Hz的正弦波電壓V1作為輸入信號，取100秒的采樣數據，數據總數在9995-10005為合格。（3）最大測量誤差和線性度測試線路連接如圖2。信號發生器輸出頻率為1Hz、不同幅度的正弦波電壓V1。儀器采集該信號，每個幅度取100秒的采樣數據，采用FFT方法計算相應的信號幅度，并將結果計入表2。計算V2和V1的誤差，當最大誤差小于±（0.1％讀數±0.1%滿度值）時為合格。同時，以V1和V2作線性最小二乘法擬合，擬合結果為V3，計算相對誤差δ=（MAX(|V2-V3|)/FS）×100%，當最大相對誤差<0.5％FS為合格。表2最大誤差和線性度測試輸入(mV)測量值V2最大誤差擬合誤差V3線性度12345123451234512345125102030405060708090100110120130140150160170180190200最大輸入注：86dB的動態范圍對應在分辨力為10uV時，最大輸入為200mV，以單峰值計算，因此測試時，當儀器的的可測信號最大幅度超過200mV時，直接使輸入為最大信號，以計算動態范圍。（4）電壓分辨力測試線路連接如圖3。信號發生器輸出頻率為1Hz、不同幅度的正弦波電壓V1，選取V1分別1mV、10mV、100mV、儀器采集該信號，每個幅度取100秒的采樣數據，采用FFT方法計算相應的信號幅度V2，V1依次增加10uV，20uV，30uV，輸出的測量結果也變化10uV，20uV，30uV，則儀器分辨力滿足10uV；將分辨力測試結果記錄在表3。圖3電壓分辨力測試圖表3分辨力測試記錄通道11mV10mV100mV合格+0uV+10uV+20uV通道2+0uV+10uV+20uV通道31mV10mV100mV+0uV+10uV+20uV通道4+0uV+10uV+20uV通道51mV10mV100mV+0uV+10uV+20uV（5）動態范圍利用分辨力和準確度測試最大輸入信號幅度，利用公式（9）計算動態范圍，記錄入表4。（9）表4動態范圍測試通道1通道2通道3通道4通道5滿量程輸入Vm（mV）分辨力V0（uV）動態范圍（dB）當結果大于86dB時為合格。（6）道間串擾測試連接如圖2，信號發生器輸出頻率為1Hz，幅度為200mV的正弦信號V1，輸入1個通道，其余通道短路。取100秒的采樣數據，采用FFT方法計算各短路通道的信號幅度V2。利用公式（12）計算通道間干擾值，記錄入表8。Cr=20log(V2/V1)（12）表8道間串擾測試記錄表道間串擾V1V2通道號12345幅度(uV)Cr(dB)當結果大于74dB時為合格。（7）環境溫度適應性測試該項測試試驗參照相應的國家標準進行。在溫度適應性測試時，將被測儀器放置在高低溫試驗箱內，按照表9調節溫度箱溫度，各個溫度梯度之間溫度變化速率小于20℃/小時，在每一個溫度點上，應使儀器達到熱平衡才能進行測試，在濕度適應性測試時，將被測儀器放置在高低溫試驗箱內，在溫度設定為20℃表8溫度適應性測試記錄表溫度-100103040最大允許誤差和線性度測試表9濕度適應性測試記錄表濕度（RH）20%40%60%80%最大允許誤差和線性度測試5.4磁傳感器指標測試5.4該測試可在零磁空間進行，也可在電磁環境干擾較小的實驗室內進行。（1）測試原理零磁空間是人工制成的磁場強度極小的空間，在此空間內有一標定線圈（實驗室測試時采用長螺線管線圈作為標定線圈），在標定線圈供入不同頻率和大小的電流，在零磁空間中會產生一個可知的交變磁場，將傳感器置于標定空間中，對應不同的磁場強度傳感器有相應的輸出電壓（如圖5所示），從而得到磁傳感器的幅頻特性和靈敏度。圖5磁感應傳感器測試原理示意圖（2）測試設備連接各測試設備按照圖6所示連接。圖6幅頻特性和靈敏度測試原理圖（3）測試方法按照圖6連接設備。信號發生器產生幅度為100mV（相當于10nT的磁場強度），頻率為0.005—40Hz的正弦波電壓Ui作為輸入信號；用電磁擾動主機（或高精度數據采集器儀器）采集該信號，取100秒的采樣數據，采用FFT方法計算相應的信號幅度Uo，通過計算得出頻率范圍，并將計算結果記錄于表8。具體的計算方法如下：A根據輸入信號計算標定線圈的電流：B根據電流計算標定線圈產生的磁場強度H：其中：是標定線圈的常數。C根據輸出電壓計算靈敏度S：D找出表8中最大靈敏度Sm，并按照公式（13）計算各個頻率與其的比例關系，得到磁傳感器的幅頻響應。（13）表8幅頻特性和靈敏度測試結果頻率（Hz）輸入電壓（V）輸出電壓（V）靈敏度（mV/nT)幅頻響應0.0050.0080.010.050.112510151819202125303540455.4按照圖6連接測試設備，使零磁空間標定線圈的輸入電流為0，或者將磁傳感器置于屏蔽筒中，將磁傳感器與電磁擾動儀主機連接，啟動電磁擾動儀主機，開始記錄數據，記錄時間長度2分鐘。計算0.01Hz～20Hz區間的幅度譜密度V0。對記錄的數據按照磁傳感器的靈敏度測試結果，按照公式（14）計算出磁傳感器的噪聲N。N=V0/S（14）