永安地震台SZW-1A数字温度计（V2004）常见故障排除

全建军 陈美梅 方传极 郑志泓刘礼诚 赖见深 龚 薇

1)中国福建 366000 永安地震台

2)中国福建 353000 福建省地震局仪器维修中心南平分中心

3)中国福建 363400 东山地震台

0 引言

SZW-1系列数字式温度计是为观测地下流体温度变化而设计的石英温度计，由中国地震局地壳应力研究所研制，始于20世纪80年代初付子忠研究员主持的云南地热实验场(李强等，2013）。SZW-1系列数字式温度计具有精度高、分辨率高、稳定性强、量程宽及数字化自动观测等特点（中国地震局地壳应力研究所，2006），目前广泛应用于全国地震前兆观测台网及地方地震前兆观测台站。“九五”期间，全国安装100多台套SZW-1A型数字温度计，数据传输采用现场总线或RS-232接口的方式实现，即串口通讯方式。随着国家“十五”数字化地震前兆台网建设的推进，SZW-1A型数字式温度计通讯方式升级改进，采用网络通讯方式，发展为支持网络功能的新型数字温度计——SZW-1A型数字式温度计（V2004），可存储3 113个分钟值数据，不仅支持“九五”地震前兆的通信控制标准，也符合“十五”地震前兆的通信规则（赵刚等，2007）。“十五”期间，全国新建或改造152台套SZW-1A（2004）型数字温度计。对数字温度计进行有效维护和管理，可为获取可靠、稳定的观测数据提供专业技术保证。本文以福建省地震局永安地震台为例，总结SZW-1A数字温度计日常观测遇到的各类故障，分析典型故障的产生原因及排除方法，以供其他地震台借鉴与参考。

1 永安观测井参数

永安地震台（以下简称永安台）SZW-1A数字温度计（V2004）安装于永安冷冻厂深井，该井为我国东南沿海最深的地震地下水动态观测井，井深约1 000.44 m，水温传感器置深100 m。永安井位于华南断块区内NW向张扭性为主的永安—晋江断裂带和NE向压性为主的政和—海丰断裂带交汇处附近，观测井的地质观测岩层为火山岩裂隙承压汇合水，封闭条件比较理想（秦双龙等，2013）。井孔地层结构见图1，其中：0—5.2 m为第四系砂质粘土覆盖层；5.2—396.3 m是第三系—白垩系上统赤石群，紫红色砂岩为主要构成；396.3—1 000 m是侏罗系上统南园组，凝灰岩层为主要构成；70—552 m主要为含水层分布，为混合承压水，属福建省A类地震观测水井（黄跃进，2007）。永安台水温观测数据通过网络通讯接口连接到水温观测房的交换机，与永安台核心路由器相连，将数据上传至福建省地震局台网中心。SZW-1A型数字式温度计（V2004）连接示意图见（图 2）。

图1 福建永安井地质柱状剖面Fig.1 Geological column profile of Yongan well in Fujian Province

图3 SZW-1A型数字式温度计(V2004)结构Fig.3 The structure of SZW-1A digital thermometer (V2004)

图2 SZW-1A型数字式温度计（V2004）连接示意Fig.2 The SZW-1A digital thermometer (V2004)connection diagram

2 数字式温度计结构及功能

SZW-1A型数字式温度计（V2004）由探头（传感器）、主机及网络通讯模块3部分组成（图3）。

（1）主机为系统核心中枢部分。RS-32C通讯控制接口是控制主机通讯的重要元器件，仪器主机通过RS-232C接口与网络通讯模块相连，接收外部指令，进行数据传输。

（2）SZW-1A型数字式温度计（V2004）采用石英测温探头，由测温谐振器和变换电路组成，封装在一个外径30 mm，长约300 mm的紫铜管内，探头电缆由一芯一屏蔽构成，即负责由主机向探头内的变换电路供电，又将探头的信号送回主机，探头具有良好的密封特性，可长期在1 000 m深水中可靠工作。

（3）网络通讯模块(简称协议转换器)外接12 V直流电源，满足国家“十五”通信规程，具备仪器监控及数据采集的日志记录功能，可以实现数据自动采集、数据存储和转换、数据处理及仪器控制功能。

3 常见故障及排除

永安台SZW-1A型数字式温度计(V2004)在日常运行过程中常见故障主要有水温传感器雷击故障、网络通讯接口及主机故障。

3.1 传感器雷击故障

由于地震台站多地处山区，一旦遭遇强对流雷电天气，雷害频发，不利于仪器设备的长期安全运行。福建省地震局多台数字式温度计在仪器安装初期，因近雷感应造成传感器探头损坏、仪器主机内部芯片遭雷击损坏，存储数据的SD卡烧毁等仪器故障。

3.1.1 雷击故障。SZW-1A（V2004）水温传感器与主机之间，用特殊结构的专用电缆连接，中间无任何限流和限压保护措施，且水温传感器直接放置井水中，接地电阻小，在雷雨天气时，温度传感器容易代替避雷地网，成为雷电泄流的主要途径而受损。温度仪水温传感器工作电压为12 V，当波动电压超过24 V时，就会造成水温传感器损坏。通常，水温传感器因雷击损坏后，主机面板上的“信号”灯熄灭，温度测值显示为A0。

解决方法为：水井管壁通常是铁器材质，可以将仪器主机后面板上的黄色地线接线柱焊接在管壁上，仪器遭到雷击后，强电流沿水井管壁向大地放电，避免了水温传感器替代避雷地网的情况。为防止电缆把感应浪涌电压波引入设备内部，破坏芯片和接口，在传感器和数据采集器之间加装信号浪涌保护器，其耐压等级应小于保护对象，即24 V。由于仪器具有交直流供电自动切换功能，雷雨季节可采用直流供电，防止雷电经由交流电进入。

图4 防雷改造后水温观测房供电技术系统Fig.4 The level housing supply technical systems after transformation by lightning

3.1.2 防雷。永安台仪器设备防雷改造措施为：①进行防雷三级改造：台站总电源及各大楼分电源加装专业防雷器，仪器供电端接入插座具有防雷功能；②确保仪器主机良好接地，在水温观测房附近铺设避雷地网，设备接入该地网；③水温观测房内电源线缆和通信线缆均采用镀锌合金套管进行防雷屏蔽，金属管接地良好且表面连接完好（图4）。

以当前地震台站雷电防护技术，雷击故障不能完全避免，若防雷措施到位，将有效降低水位仪遭雷击概率，对仪器长期稳定运行，获得连续、可靠的观测数据提供保障。

3.2 通讯故障

SZW-1A型数字式温度计(V2004)通讯故障多由网络通讯链路故障导致。因此，在进行故障诊断时应首先排查是否属于网络通讯链路故障（龚永俭，2013）。对温度计网络进行防雷优化改造，具体步骤如下：在温度计通信单元端用网线与光猫连接，通过光纤传输至永安台信息节点室与另一台光猫连接，该光猫通过网线与小交换机连接，将数据传输至观测室核心路由器，与福建省地震局内网连接。此通信连接方式比较复杂，判断网络故障需逐一排查：检查光纤和网线头是否松动，具体可以观察光猫和路由交换机的端口状态灯是否正常闪烁；检查通信链路中是否有光猫或交换机死机故障等，可以用笔记本进行网络PING测试，将笔记本IP与通信设备IP设置为同一网段，用网线将笔记本与通信设备相连，使用PING指令，查看是否与仪器连通，观察该通信设备的状态指示灯闪烁是否正常，如果异常，设备进行断电重启，若仍无法恢复，则检查是否设备故障，直到网络连通恢复（张凯等，2013）。

通过上述手段进行排查，如果仍无法解决网络故障，则可能是仪器主机网络通讯接口发生故障。因近雷感应造成网络通信接口损坏，表现为通过网页可以正常登录仪器，但查看状态时弹出无法连接窗口（图5），用笔记本无法PING通。温度计网络通信接口损坏应及时返厂维修，无法自行修理。

图5 网络通讯接口异常网络状态Fig.5 Network communication interface

3.3 网络通讯模块故障

3.3.1 供电电源故障。网络通讯模块供电采用12 V直流电源，日常工作通常使用电源适配器供电。因为电源适配器长时间接在交流电源插座上，夏季经常因自身散热不良等问题导致电源适配器烧毁；电源适配器插头也可能接触不良，导致无法供电。可以将万用表旋转至直流电压档，对网络通讯接口电源输入端或电源适配器输出端电压进行检测，若电压显示不是12 V，则说明供电电源有故障发生。

3.3.2 程序缺陷。早期产出的SZW-1A型数字式温度计(V2004)网络通讯模块程序存在一个缺陷，易造成仪器主机复制到网络通讯模块的数据文件内容的部分空缺。数字式温度计远程数据采集并非直接从仪器主机接收数据，而是通过网络通讯模块完成数据文件采集，如果从仪器主机复制到网络通讯模块的数据文件存在空缺，那么远程采集的数据文件也必然存在空缺。如果数据文件内容存在部分空缺，特别是数据文件的后半段时间存在空缺，则可以判断本次故障为网络通讯模块程序缺陷所致。

解决办法为：①打开FTP客户端，登录SZW-1A型数字式温度计（V2004）的网络通讯模块，在dataqzh目录下对该日分钟值与整点值数据文件进行删除，在dataorg目录下对该日原始数据文件进行删除，最后在datashiwu目录下对该日“十五”数据文件进行删除；②通过IE浏览器登录水温计主页，在“系统参数设置”中输入超级用户名与密码，点击“重启仪器”（实际重启网络通讯模块，而非仪器主机）；③仪器网络通讯模块重启后，打开中国地震前兆台网数据管理系统，对该日数据文件重新收取，此时为完整文件。

3.3.3 com口通讯检查。当网络通讯模块软件系统正常启动，数据采集仍不正常时，可更换com1、com2与主机串口通讯进行检测判断，还可将备用网络通讯模块接入测试检查。排除com口故障后，检查仪器主机通讯部件，可通过更换支持RS-232接口通讯的芯片进行排除。

3.4 主机故障

3.4.1 电源故障。（1）开机后LED显示器无法正常显示。当主机前面板的LED显示器不亮时，应检查仪器背板上的显示开关是否开启，仪器的交流保险丝是否完好（交流保险丝为l A），开盖检查仪器内主板至液晶显示器的带状电缆及接插件是否插牢。若正常，检查交流电是否停电、直流电压是否下降至11 V以下，因为在交流供电正常时，只有电瓶未接或严重缺电，同时交流保险丝烧断，才可能导致开机后显示器无法正常显示。若非以上原因，应该是主机运行时间过长，出现电源线接触不良或主板故障，可以将数采打开，重新固定电源线或联系厂家更换主板。

（2）通过仪器主机前面板检查电源状态指示灯。前面板15 V、13.6 V、12 V、9 V、5 V指示灯亮表示主机电源正常工作。若15 V指示灯灯不亮，则需检查：①外部交流供电是否正常；②主机交流保险丝是否正常；③主机内电源板上的AC/DC变换器工作指示灯是否亮起。若其他电压指示灯不亮，则需查看主机内电源板相应的DC—DC模块输入输出是否正常。

主机电源检查流程及故障处理见表1。

表1 主机电源常见故障检查与处理Table1 Judgment and treatment of frequent failures in the power supply of main frame

3.4.2 序列号或仪器号配置错误。SZW-1A型数字式温度计(V2004)主机命令灯亮起，未接收到观测数据，此类故障现象主要由序列号或仪器号配置错误所致，对仪器号、序列号进行重新配置即可解决。

3.4.3 网络参数配置错误。网络链路无异常，IE浏览器无法登录SZW-1A型数字式温度计（V2004）主页，可能是仪器网络参数配置错误所致。解决办法为：按照说明书及相关约定，重新配置仪器网络参数。

3.4.4 程序故障。SZW-1A型数字式温度计（V2004）主机长时间运行后，有时出现主机程序跑飞现象（“死机”），仪器正常通讯受到影响，值班人员无法正常收取观测数据。程序跑飞故障主要表现为：SZW-1A型数字式温度计（V2004）主机前面板状态指示灯常亮。

解决方法是：按主机主板的复位键或主机断电5 s重新上电。需注意，交流电源和直流电源均应断电。因为SZW-1A型数字式温度计（V2004）不会因仪器断电重启而造成内部存储数据缺失，主机时钟重启后从23∶59∶13走时，需要利用网络通讯模块进行对时，如果主机断电重启后，时钟未及时恢复，可以尝试对网络通讯模块断电重启；如果时钟仍不能恢复，则可以确定网络通讯模块发生故障，需人工及时恢复主机时钟，修复仪器网络通讯模块。

4 维护措施

根据近几年SZW-1A型数字式温度计（V2004）故障种类及维修经验，永安台仪器维修人员总结出以下维护措施：①详读“SZW-1A型数字式温度计使用说明书”，特别是有关使用操作、仪器结构及故障检查等内容，熟悉并掌握仪器故障的检查流程与检查方法，避免非故障仪器进行返厂维修，耽误水温日常观测；②按照地下流体学科要求，定期巡检水温观测房，主要检查观测房供电和防雷接地情况，同时查看仪器信号线路及接头是否破损；③对故障发生率较高的器件进行适当备份，特别是对主机电源板及主机通讯部分芯片，如对RS232适当备份，可以提高基层地震台站自我维修能力，加快故障仪器恢复运行；④减少误操作导致的仪器损坏；⑤注意仪器工作环境影响，雷电灾害是台站仪器损坏的主要因素，雷雨天气时，断开外部交流供电；温度测值出现难以判定原因的异常变化时，切断交流供电，采用纯直流供电。

5 结束语

了解并解决SZW-1A型数字式温度计（V2004）运行故障，为仪器稳定观测提供保障。除本文所列举的故障外，在实际观测中，温度计还会受许多干扰因素影响，如人为干扰、环境因素、天气因素及其他不明原因的干扰。因此，每天如实填写观测日志，特别是对天气变化、数据预处理、仪器工作状态做详细记录，可为地震异常与干扰信息识别提供可靠依据。设备维护工作与日常观测日志是台站监测工作的重要环节，只有保证仪器的稳定、正常运行，才能为地震监测提供得连续、可靠的前兆观测数据。

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