电磁扰动仪器技术创新方案.docx
既有电磁扰动仪器技术改善方案1编写目的为规范我国的地震电磁扰动观测，特制定本技术改善方案。本技术改善方案在制定的过程中，引用和参照了地震行业原则地震地电观测措施电磁扰动观测(DB/T35-2023),地震地电观测措施地电场观测(DB/T342023),地震台站建设规范地电台站第2部分：地电场台站(DB/T18.2-2023),国标电子测量仪器温度试验(GB6587.2-86),国标电子测量仪器湿度试验(GB6587.3-86)以及有关日勺调研成果。本技术改善方案对电磁扰动观测的观测对象、仪器的重要技术指标规定和对应的测试措施、产出数据格式规定，以及观测场地规定。2电磁扰动观测对象及规定电磁扰动的观测目日勺是监测与地震孕育及发生有关的电磁异常现象。地震电磁扰动观测对象为O.01Hz20Hz频率范围内地表地电场强度和磁场强度，获得选定地点该频率范围内地表电场、磁场强度随时间的变化。根据地震电磁扰动观测频段0.0IHZ-20Hz,以及信号源（震源）到观测点（台站）得距离，地震电磁扰动的观测区是近场区，因此，其电场和磁场观测都需三分量观测。3观测原理3.1 地电场观测原理图1地电场观测原理对地表电场Ex日勺测量（图1）是通过测量地表两点Bl和B2之间日勺电位差u.2和距离(B1B2)得到日勺，在观测区电场是均匀的条件下，。点(Bl与B2日勺中点)日勺电场强度&旧可按公式(1)计算。(1)Ex=BUnB1B23.2 磁场测量原理对于一定频率范围内交变磁场日勺测量以法拉第电磁感应原理为基础，通过一种感应式磁传感器将磁场信号转换为电压信号进行测量。根据电磁感应定律，把一种测量线圈置于被测磁场中，当线圈相对磁场做机械运动或磁场自身发生变化时，该线圈中日勺磁通(|)发生变化，从而在测量线圈中产生感应电动势£：一她(4)dt对于一种匝数为N的线圈，当穿过它的磁通量。发生变化时，线圈上产生的感应电动势£为：£=-N姓(5)dt磁通量。与磁场强度关系为：=eHS(6)式中：S是线圈日勺有效面积，4是有效导磁率。由此可得到线圈的感应电动势，为：=-NS生(7)Hdt对周期性变化日勺磁场信号，其磁场强度”=/sin,则线圈上的感应电动势为：-NScM")=-NSeHiicost(8)dt被测磁场强度名为：Ho=一£Secost(9)这样，就可以通过测量线圈中感应电动势间接地测量磁场强度。4测量系统性能指标规定4.1测量仪器测量仪器的重要技术指标规定:(1)频率范围：O.01Hz-20Hz;带内平坦度：0.IdB,阻带衰减不小于80dB(30HZ及以上)；(2)采样率：100次/秒；(3)最大测量误差：±(0.1%读数±0.1%满度值)；(4)线性度:0.5%满度值;(5)电压辨别力：优于IOHVlHz(单峰值)；(6)测量动态范围：286dB(相称于最大输入20OnIV)；(7)时间服务误差：不应不小于1s；(8)测量通道：9个(6个电通道+3个磁通道)(9)道间串扰克制：274dB(相称于5000倍)；(10)输入阻抗：10M;(11)数据存储：满足数据存储至少15天；(12)工作环境：温度范围：-10°C-40。C湿度范围：80%(13)电源：交流：220V±10%,直流：12V4.2 磁传感器磁传感器重要技术指标应满足：(1)敏捷度：2mVnT(0.1Hz-10Hz);(2)频率特性：定量给出0.01Hz40HZ范围日勺幅频特性；(3)噪声：0.002nTHzl2(0.OlHZ20Hz)；(4)温度范围：-10°C-40。4.3 功能性规定(1)接口：RJ45网络接口；(2)数据下载：具有通过FTP和WEB页面数据下载功能；(3)系统具有对磁传感器日勺自标定功能；(4)自动校时功能(SNTP和GPS自动校时功能)；(5)具有现场或远程修改工作参数、实时显示观测成果等功能；(6)磁传感器具有一定日勺防水能力(IP68),可直接埋设地下观测；（7）数据产出规定：A、按照100Hz采样率，保留所有观测数据，并按秒和分计算并保留各测道的有效值；B、数据按列保留。100HZ数据文献每个文献的开头第一行为时间标识，时间标识单独占用一行，格式为：TIMEYYYY-MM-DDHH：MM：SS,随即是系统日勺实际测试日勺幅频特性成果，格式为SENSITIVITY,之后为实际日勺幅频特性数据，幅频特性数据格式为第一列为频率，第二列为对应频率的敏捷度），然后开始为观测数据。从第二个十分钟开始，只给出时间标识。C、文献命名为：100HZ采样数据文献命名：AAAAAXXXXYYYYMMDDHELdat,秒值文献命名：Aaaaaxxxxyyyymmdd.sec,分钟值文献命名：AAAAAXXXXYYYYMMDD.MIN。其中AAAAA为5位台站代码，XXXX为4位仪器代码。D.100Hz采样数据按照每小时以十进制格式保留一种文献。E、保留的IOoHZ采样数据日勺单位为mV。按秒和分钟保留日勺数据电场单位为mVkm,磁场单位为11T（敏捷度按照0.lHz-20Hz的平均敏捷度计算），数据所有保留2位小数，缺数以“999999”表达。F、以上时间格式中字母日勺含义为：YYYY指年份，MM两位月份，DD两位日期，HH、MMSS分别为两位的小时、分钟和秒值。5仪器技术指标测试措施5.1重要测试设备（1）低频信号发生器（2）数字存储示波器（3）频率计/计数器（4）精密电阻若干。5.2 测试环境(1)室温10-30,相对湿度W80机(2)无强电磁干扰。5.3 测量仪器技术指标测试测试设备连接图2是对测量仪器进行性能测量时测试设备连接示意图。图2测试设备连接测试措施(1)频率范围线路连接如图2。信号发生器产生幅度为100nIV(Vpp),频率为0.005-30Hz的正弦波电压Vl作为输入信号；仪器采集该信号，取K)O秒日勺采样数据，采用FFT措施计算对应时信号幅度，给出测量信号幅度，通过计算得出频率范围。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50.0050.0080.010.050.112510151819202125283032当测试成果的-3dB带宽符合O.01-20Hz为合格。(2)采样率测试线路连接如图2o信号发生器产生幅度为IoOInV(Vpp),频率为IHZ日勺正弦波电压VI作为输入信号，取100秒的采样数据，数据总数在9995-10005为合格。(3)最大测量误差和线性度测试线路连接如图2o信号发生器输出频率为1Hz、不一样幅度的正弦波电压Vlo仪器采集该信号，每个幅度取100秒日勺采样数据，采用FFT措施计算对应的信号幅度，并将成果计入表2。计算V2和Vl日勺误差，当最大误差不不小于土(0.1%读数±0.1%满度值)时为合格。同步，以Vl和V2作线性最小二乘法拟合，拟合成果为V3,计算相对误差=(MAX(V2T3)FS)×100%,当最大相对误差05%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12345123451234512345125102030405060708090100110120130140150160170180190200最大输入注：86dB的动态范围对应在辨别力为IOUV时，最大输入为200mV,以单峰值计算，因此测试时，当仪器时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。(4)电压辨别力测试线路连接如图3o信号发生器输出频率为1Hz、不一样幅度时正弦波电压VI,选用Vl分别InlV、IOnlV、100nIV、仪器采集该信号，每个幅度取100秒的采样数据，采用FFT措施计算对应日勺信号幅度V2,Vl依次增长IoUV,20uV,30UV,输出的测量成果也变化IoUV,20UV,30uV,则仪器辨别力满足IOUV；将辨别力测试成果记录在表3。图3电压辨别力测试图表3辨别力测试记录通道1ImVIOmV100mV合格+OuV+IOuV+20uV通道2+OuV+IOuV+20uV通道3
