CN101482624A - 地震观测仪器的温度效应测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

地震观测仪器的温度效应测试方法及装置，用于地震观测仪器的恒温控制和温度特性测量，该方法包括：将地震观测仪器设置于一温控箱内，利用温度检测传感器实时采集所述温控箱内的温度，然后通过加热和制冷元件进行加热和制冷来控制温控箱实现恒温控制，该加热和制冷元件包括一半导体制冷器。该地震观测仪器的温度效应测试方法及装置能够为地震观测仪器创造良好的温度观测环境，且对地震观测仪器的测量值干扰度较小，其能够实现地震观测仪器的低噪声和无振动的测量温度环境；其所构建的地震观测仪器的温度测试实验环境，有助于对观测仪器进行更为严格的测试，改善地震观测技术研究基础支撑条件，为优质地震观测数据的获得提供可靠的保障。

Description

地震观测仪器的温度效应测试方法及装置

技术领域

本发明属于地震观测仪器的测试环境控制领域，具体的涉及一种用于对地震观测仪器的温度环境进行测控从而提高测试精度的地震观测仪器的温度效应测试方法及装置。

背景技术

地震观测系统是一个多学科综合观测技术集成的系统，地震观测设备是建设地震观测网络系统的技术关键，提高地震观测设备的技术指标和工作稳定性是获得优质观测数据的重要手段和前提，同时也是地震观测台网建设需要解决的核心问题。首先需要先进的研发设备和实验环境，为地震工程中的观测技术的研究和发展提供良好的实验条件；其次是要有相应的测试环境条件和科学、统一的测试方法和测试规程，对仪器进行严格的测试，以提升仪器的技术研发水平。

温度对构成地震观测仪器的材料性能、元件参数等都有不可忽视的影响，相对于地震观测的物理量，环境温度变化对地震观测的影响很大，实际观测中往往采取温度补偿、保温或恒温等措施，期望获得较好的观测数据。在中国地震局颁布的《中国数字测震台网技术规程》明确规定宽频带地震计安装的摆房应设有保温防潮密封隔离间或隔离带，湿度小于95％，扰动气流速度低于5.0千米/小时，且温度变化小于2℃/日，15℃/年，对于甚宽带地震计的安装环境要求更为严格，湿度小于90％，扰动气流速度低于3.0千米/小时，且温度变化小于1℃/日，10℃/年。对于流动和井下观测的仪器，目前受到工作环境影响比较大，与固定台站观测的环境条件相比，流动观测的台站环境条件比较恶劣，日温度变化可能大于10度，温度等环境参数对这些台站的观测数据的数据质量的影响结果目前只是定性的认识，因此有必要定量了解地震观测仪器的温度特性，以提高人们对仪器的环境温度影响性能的认识水平，从而更为科学的评价出仪器在不同观测环境的数据质量。

对于地震及前兆等观测仪器，在“十五”中国强震动地震观测网络建设项目的招投标都明确规定了观测仪器的工作温度范围，有的仪器甚至规定了仪器参数的温度变化要求，同时在“十五”中国强震动地震观测网络建设项目中的观测仪器质量检测保障系统也把仪器的温度范围及技术要求作为仪器性能指标的试验室测试中一个很重要参数，但是在实际仪器的温度指标测试在实验室无法完成，更谈不上运行中的仪器的温度性能评估，主要原因是现有的成品温度控制装置主要针对通用的设备进行温度效应测试，并没有针对地震行业的超低噪声的仪器测量而研制的，因此目前很少有地震观测仪器能公布出其温度特性曲线。

对于固定台站、流动台站和井下观测的仪器，目前都不同程度的受到工作环境影响，如何使观测仪器在如此恶劣的环境下能得到更优质的观测数据，通常是观测仪器研发中需要解决的关键问题，但是由于测震传感器是一种极高灵敏度的低频振动测试仪器，地基的振动干扰对测试的影响已经很大，更何况现有的温度试验装置的振动噪声过大会影响仪器的观测，目前还没有任何一台温度试验装置能满足低噪声环境下的仪器测量，因此目前几乎还没有一种地震观测仪器能在实验室环境下定量给出仪器的温度变化曲线，由此可见，地震观测仪器的低噪声温度测试环境是目前急需解决的一个关键技术问题。

对于台站运行中地震观测仪器，尤其是慢变形变观测仪器，其观测记录的数据应该扣掉固体潮及仪器温度飘移等影响观测的扰动成分，才能辨别出是真正的形变异常，通常异常也是一个微小的观测量，因此减少温度漂移等扰动成分的影响对仪器的真正的观测量尤为重要。为取得良好的观测数据，一些重力仪、甚宽带地震计等高精密的地震观测仪器往往采取温度补偿、保温或恒温等措施，而在实际的台站运行，大部分仪器的观测效果和数据质量依赖于台站环境参数，目前运行中台站的数据并没有扣除温度对仪器观测数据的影响，如果对运行中台站仪器的温度参数的有定量的测试，则可以将当前的观测数据扣除温度变化的扰动量，从而得到更为精确的、更为真实的观测数据。

现有的实验室温度控制装置通常是使用压缩式机械制冷和冷剂的传统方法来实现，功耗大，机械振动噪声大，功耗大则严重影响仪器的实际观测环境，影响了仪器的实际观测量，由于地震观测仪器都是极其灵敏的测量仪器，地基的振动干扰对测试的影响已经很大，更何况压缩机工作时巨大的机械振动，因此地震观测仪器的温度试验环境没有现成的产品可以采购，同时对于仪器实际台站观测环境的温度试验环境目前更没有现成的产品可以采购，因此需要开展本项目的研制工作，自行设计并研制处地震观测仪器的温度试验环境，并使用减震技术，以满足地震观测仪器温度特性测试的需要。

发明内容

本发明提供了一种能够为地震观测仪器创造良好的温度观测环境，且对地震观测仪器的测量值干扰度较小的地震观测仪器的温度效应测试方法及装置，其能够实现地震观测仪器的低噪声和无振动的测量温度环境；其所构建的地震观测仪器的温度测试实验环境，有助于对观测仪器进行更为严格的测试，改善地震观测技术研究基础支撑条件，为优质地震观测数据的获得提供可靠的保障。

本发明所采用的技术方案如下：

一种地震观测仪器的温度效应测试方法，用于地震观测仪器的恒温控制和温度特性测量，其特征在于所述温度效应测试方法包括：

将地震观测仪器设置于一温控箱内，利用温度检测传感器实时采集所述温控箱内的温度，然后通过加热和制冷元件进行加热和制冷来控制温控箱实现恒温控制，该加热和制冷元件包括一半导体制冷器。

具体的讲，该温度效应测试方法中所述温度检测传感器选用铂电阻温度检测传感器，所述温度检测传感器的检测信号经信号调节放大后，根据温度PID调节算法来实现闭环反馈控制，通过加热和制冷元件实现恒温控制。

所述温控箱的外部设置一密封保温体，该密封保温体与所述温控箱之间设置温度检测传感器。

所述密封保温体的外部设置一散热体，所述散热体的一连接部延伸入密封保温体中，其与密封保温体的内腔间连接设置所述加热和制冷元件。

一种地震观测仪器的温度效应测试装置，用于地震观测仪器的恒温控制和温度特性测量，其特征在于所述温度效应测试装置包括：

温控箱，用于设置地震观测仪器；

密封保温体，套装在温控箱的外部，其内壁与温控箱间设置有空腔；

温度检测传感器，设置在所述温控箱外部与密封保温体间的空腔中，用于实时采集温控箱的温度；

加热和制冷元件，设置在所述密封保温体的内部，用于根据温度检测传感器的检测结果对温控箱实现恒温控制。

具体的讲，该温度效应测试装置中所述密封保温体的底部设置一观测仪器工作平台，所述温控箱固定设置在该观测仪器工作平台上。

所述密封保温体由一保温体上盖和与该保温体上盖扣合的下部保温体组成。

所述温度检测传感器为铂电阻温度检测传感器，该温度检测传感器连接设置所述加热和制冷元件。

所述密封保温体的外部设置一温度控制面板或者该密封保温体内置温度控制单元，该温度控制面板或温度控制单元连接设置温度检测传感器和加热和制冷元件。

所述密封保温体的外部设置一散热平台，该散热平台的一连接部延伸至密封保温体中并与所述加热和制冷元件连接；所述加热和制冷元件包括一半导体制冷器。

温度对构成地震观测仪器的材料性能、元件参数等都有不可忽视的影响，但究竟影响有多大目前只是定性的认识，儿乎目前没有一种地震观测仪器能定量给出仪器的温度特性曲线。相对于地震观测的量，环境温度变化对地震观测的影响很大，实际观测中往往采取温度补偿、保温或恒温等措施，期望获得较好的观测数据。同时，由于测震传感器是一种极高灵敏度的低频振动测试仪器，其它地震观测仪器通常观测的都是微弱的异常变化信号，地基的振动干扰对相关物理量的测试的影响已经很大，要求所研制的温度可程控的地震仪器的温度效应测试装置不能影响原有的观测环境，因此如何实现低噪声和无振动的温度环境是首要解决的关键问题。

该地震观测仪器的温度效应测试方法及装置可以通过温度监控面板(或内置的温控单元)设定需要温控箱保持的恒定温度后，通过温度控制元件经温度检测传感器实时采集温控箱内的温度，再经信号调节放大单元对信号调理后，启动加热和制冷平台来实现恒温控制。加热和制冷平台可采用半导体制冷器，借助于电子在运动中直接传递能量来实现制冷，无任何机械传动部分，噪声低、功耗低，因此可实现本项目的研制目标之一。本发明可充分考虑台站运行的便携性和热容量的实现，设置内腔尺寸与各式地震观测仪器，诸如宽频带仪器和石英摆倾斜仪等的尺寸，可容纳目前常用地震观测仪器，还可扩充空间来适应尺寸相对大的仪器的温度特性曲线进行测量。

该地震观测仪器的温度效应测试装置可针对宽频带地震仪、石英摆倾斜仪等地震观测仪器设计适合于台站观测的、小型化的、低功耗、低噪声、无振动的温度测量环境，既可作为在固定台站实际运行环境下评测观测仪器性能的平台，也可以作为高质量流动观测台站的工作保障平台，同时也可以作为常规地震观测仪器的实验室温度性能测试平台，为改进观测仪器温度性能指标提供试验依据。其所构建的地震观测仪器的温度测试实验环境，有助于对观测仪器进行更为严格的测试，改善地震观测技术研究基础支撑条件，为优质地震观测数据的获得提供可靠的保障。同时，该温度效应测试装置不采用传统的压缩式机械制冷和制冷剂的制冷方法，而采用半导体制冷器，借助于电子在运动中直接传递能量来实现制冷，无机械传动部分，因而无噪声、无磨损，可靠性高，冷却速度和制冷温度可以通过调节电流来控制，有很大的灵活性，同时可以逆操作进行加热，加热效率高。因此，在小容量、小体积下，半导体制冷有其独到的优点。

本发明的有益效果在于，该地震观测仪器的温度效应测试方法及装置能够为地震观测仪器创造良好的温度观测环境，且对地震观测仪器的测量值干扰度较小，其能够实现地震观测仪器的低噪声和无振动的测量温度环境；其所构建的地震观测仪器的温度测试实验环境，有助于对观测仪器进行更为严格的测试，改善地震观测技术研究基础支撑条件，为优质地震观测数据的获得提供可靠的保障。

附图说明

图1是本发明中该温度效应测试装置的组成结构示意图。

具体实施方式

该地震观测仪器的温度效应测试方法系用于地震观测仪器的恒温控制和温度特性测量，其通过将地震观测仪器设置于一温控箱内，利用温度检测传感器实时采集所述温控箱内的温度，然后通过加热和制冷元件进行加热和制冷来控制温控箱实现恒温控制，该加热和制冷元件包括一半导体制冷器。该温度检测传感器选用铂电阻温度检测传感器，铂电阻温度检测传感器的检测信号经信号调节放大后，根据温度PID调节算法来实现闭环反馈控制，通过加热和制冷元件实现恒温控制。在温控箱的外部设置一密封保温体，实现良好的密封和保温性能，该密封保温体与所述温控箱之间设置温度检测传感器。密封保温体的外部设置一散热体，散热体的一连接部延伸入密封保温体中，其与密封保温体的内腔间连接设置所述加热和制冷元件，以实现加热和制冷元件的良好散热控制，降低其自身对温控箱内温度的波动影响。

如图1所示，该地震观测仪器的温度效应测试装置包括：

温控箱7，用于设置地震观测仪器；温控箱内的尺寸约为270(L)×270(W)×350(H)mm；

密封保温体，套装在温控箱的外部，其内壁与温控箱间设置有空腔；密封保温体的底部设置一观测仪器工作平台6，温控箱7固定设置在该观测仪器工作平台6上。该密封保温体由一保温体上盖4和与该保温体上盖扣合的下部保温体5组成。

温度检测传感器8，为铂电阻温度检测传感器，设置在所述温控箱外部与密封保温体间的空腔中，用于实时采集温控箱的温度；该温度检测传感器8连接设置加热和制冷元件2。

加热和制冷元件2，设置在密封保温体的内部，用于根据温度检测传感器8的检测结果对温控箱7实现恒温控制。该加热和制冷元件2包括一半导体制冷器，实现无噪音制冷。

在密封保温体的外部设置一温度控制面板1，该温度控制面板连接设置温度检测传感器8和加热和制冷元件2。在密封保温体的外部设置一散热平台3，该散热平台3的一连接部延伸至密封保温体中并与加热和制冷元件2连接。

该地震观测仪器的温度效应测试装置将恒温箱内部温度控制在变化小于0.01℃，当恒温箱内部温度与环境温度的温差大于30℃时，耗电小于15W。

Claims (10)

1.一种地震观测仪器的温度效应测试方法，用于地震观测仪器的恒温控制和温度特性测量，其特征在于所述温度效应测试方法包括：

将地震观测仪器设置于一温控箱内，利用温度检测传感器实时采集所述温控箱内的温度，然后通过加热和制冷元件进行加热和制冷来控制温控箱实现恒温控制，该加热和制冷元件包括一半导体制冷器。

2.根据权利要求1所述的地震观测仪器的温度效应测试方法，其特征在于所述温度检测传感器选用铂电阻温度检测传感器，所述温度检测传感器的检测信号经信号调节放大后，根据温度PID调节算法来实现闭环反馈控制，通过加热和制冷元件实现恒温控制。

3.根据权利要求1所述的地震观测仪器的温度效应测试方法，其特征在于所述温控箱的外部设置一密封保温体，该密封保温体与所述温控箱之间设置温度检测传感器。

4.根据权利要求3所述的地震观测仪器的温度效应测试方法，其特征在于所述密封保温体的外部设置一散热体，所述散热体的一连接部延伸入密封保温体中，其与密封保温体的内腔间连接设置所述加热和制冷元件。

5.一种地震观测仪器的温度效应测试装置，用于地震观测仪器的恒温控制和温度特性测量，其特征在于所述温度效应测试装置包括：

温控箱，用于设置地震观测仪器；

密封保温体，套装在温控箱的外部，其内壁与温控箱间设置有空腔；

温度检测传感器，设置在所述温控箱外部与密封保温体间的空腔中，用于实时采集温控箱的温度；

加热和制冷元件，设置在所述密封保温体的内部，用于根据温度检测传感器的检测结果对温控箱实现恒温控制。

6.根据权利要求1所述的地震观测仪器的温度效应测试装置，其特征在于所述密封保温体的底部设置一观测仪器工作平台，所述温控箱固定设置在该观测仪器工作平台上。

7.根据权利要求1所述的地震观测仪器的温度效应测试装置，其特征在于所述密封保温体由一保温体上盖和与该保温体上盖扣合的下部保温体组成。

8.根据权利要求1所述的地震观测仪器的温度效应测试装置，其特征在于所述温度检测传感器为铂电阻温度检测传感器，该温度检测传感器连接设置所述加热和制冷元件。

9.根据权利要求1所述的地震观测仪器的温度效应测试装置，其特征在于所述密封保温体的外部设置一温度控制面板或者该密封保温体内置温度控制单元，该温度控制面板或温度控制单元连接设置温度检测传感器和加热和制冷元件。

10.根据权利要求1所述的地震观测仪器的温度效应测试装置，其特征在于所述密封保温体的外部设置一散热平台，该散热平台的一连接部延伸至密封保温体中并与所述加热和制冷元件连接；所述加热和制冷元件包括一半导体制冷器。

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