日本地震對我國精密測量儀器產生影響
2011-04-07
3月11日，日本東北地區發生9.0級強烈地震。中國計量科學研究院力學與聲學研究所振動沖擊研究室的副研究員蔡晨光在接受本報測試儀器儀表網采訪時表示，如此強度的大地震，對我國精密測量和計量將帶來一些影響。
蔡晨光所在的振動沖擊研究室是從事振動、沖擊、轉速3個計量專業的實驗室。振動沖擊轉速計量是涉及多學科的動態測量技術，它廣泛應用于機械制造、車輛船舶、航空航天地球物理、地質物探等眾多科研和工程領域，在國民經濟建設中發揮著十分重要的作用。蔡晨光說，日本地震對精密測量和計量的影響，從時間上可以分為兩個階段：第一個階段是地震和余震持續發生時;第二個階段是震后地質穩定周期。
這次日本地震的震級達到了9.0級，釋放的能量較大，其低頻振動分量傳遞較遠，對我國高精密計量儀器有顯著的影響。
據了解，高精密測量和計量儀器對環境振動的要求極高。美國環境科學和技術研究院經過大量的理論和實驗研究推薦：微米級的測量要求1～100赫茲頻帶內的環境振動控制在12.5微米/秒以下(VC-C級)，否則無法保證精密測量的測量精度。例如，1000倍的精密，要想保證其測量精度，必須對環境振動進行嚴格控制，否則就會出現丟失像素，甚至丟失整幀圖像的問題;而對于測量精度更高的掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡，則要求環境振動控制在VC-D級(即1～100赫茲頻帶內的環境振動控制在6微米/秒以下);對于納米級的精密測量，例如半導體線寬、三磷酸腺苷及DNA測量，對環境振動的要求更高。美國國家標準和技術研究院(NIST)還針對納米尺度的計量開展了大量研究，制定了納米計量需要滿足的環境振動標準。
據蔡晨光介紹，由于日本地震的影響，中國計量科學研究院的環境振動遠遠超出了精密計量所需要控制的量級。“雖然計量院昌平基地的一些精密實驗室位于地下14米，可以隔離掉一部分地表傳播的地震波，但是對于深度傳播的低頻地震波卻無法進行有效衰減，致使高精密測量儀器無法正常工作。”他舉例說，由于地震的影響，精密質量比較儀會長時間內無法穩定，致使高精度的質量量值無法傳遞和溯源;納米尺度的精密測量儀器也會受影響而導致無法正常工作。
蔡晨光說，目前中國計量科學研究院昌平基地還沒有建立起環境振動的實時監測系統，還無法實時、有效、準確地評估日本大地震這類偶發事件對高精度計量溯源系統的具體影響。“我國現在急需建立環境振動的實時監測系統。”
除了地震波給精密測量造成的直接影響外，在震后的地質穩定周期，精密測量和計量也會受到影響。據蔡晨光介紹，地震將會造成一定程度的地質運動，在震后需要長時間的穩定周期。例如由于地質的液化會造成地面傾斜，地面的傾斜角會在地質狀況穩定過程中發生持續漂移變化，而地面傾斜角是精密導航系統中的一個關鍵參數，需要進行精確測量。
據介紹，在地質情況穩定狀態下，地面傾斜角的累積變化量較小，不會對精密導航系統造成太大的初始誤差。而當地震發生時，由于地質運動及地質液化造成的傾斜角偏移，將極大地改變當地的傾斜角，從而帶來較大的初始誤差。所以在地震發生后的很長一段時間內，都需要對傾斜角進行監測，從而保證導航測量的精準。
“在計量院昌平基地有很多精密隔振平臺，這些平臺上的很多測量系統對傾斜角都比較敏感。例如長度計量中，激光平臺和被測平臺可能在相鄰兩米的兩個平臺上，如果地面傾斜角發生0.001度的變化，垂直方向即會發生35微米的位移變化，這么大的位移變化即使是微米級的測量都無法允許的，更不要說是納米測量。”蔡晨光說，我國急需建立傾斜角測量系統和監測系統，來保障我國計量量值復現的準確性和可靠性。
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