CN102998696A - 一种微型地震动探测装置 - Google Patents

一种微型地震动探测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102998696A
CN102998696A CN2012104632976A CN201210463297A CN102998696A CN 102998696 A CN102998696 A CN 102998696A CN 2012104632976 A CN2012104632976 A CN 2012104632976A CN 201210463297 A CN201210463297 A CN 201210463297A CN 102998696 A CN102998696 A CN 102998696A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pin
max291
chip
circuit
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012104632976A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102998696B (zh
Inventor
秦栋泽
郭支明
杨振良
焦国太
段志薇
王建平
张山增
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North University of China
Original Assignee
North University of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North University of China filed Critical North University of China
Priority to CN201210463297.6A priority Critical patent/CN102998696B/zh
Publication of CN102998696A publication Critical patent/CN102998696A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102998696B publication Critical patent/CN102998696B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

一种微型地震动探测装置，目的是结构简单、不安装在铁钉上也能正常使用；本发明包括壳体、盖子、显示屏、气泡水平仪、加速度传感器、电路板、电源、固封填充物及导线；电路板包括放大电路、信号调理电路、数据处理电路和电压转换电路；加速度传感器采用瑞士Sf1221型MEMS加速度传感器；放大电路采用美国ANALOGDEVICE公司的AD620；加速度传感器通过导线连接放大电路AD620引脚2、引脚3；信号调理电路采用Maxim公司的基于开关电容滤波技术的八阶低通滤波器MAX291；电压转换电路采用TPS767D301。

Description

一种微型地震动探测装置
技术领域
本发明涉及一种应用MEMS (Micro Electronic Mechanical System)加速度传感器设计的微型地震动探测装置。
背景技术
地震动探测装置主要利用目标运动时形成的瑞雷波进行探测。目前，地震动探测领域两大类传感器——地震检波器与加速度计并存。随着探测方法和探测仪器的发展，地震动检波器用量与日俱增，并对其各项技术指标提出了新的更高的要求，但是用于接收地震动信号的检波器却没有大的突破。这种检波器最大的弊端是抗干扰能力低、灵敏度较低。就地震动探测而言，其频带范围相对于新型MEMS加速度传感器狭窄，而对任何其它类型传感器所要求的诸如传感器环境噪声、动态范围、谐波畸变以及检波器正交分量干扰噪声等难以突破的指标，对MEMS加速度传感器而言都是值得称道的优势所在。随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，近十年来，在地震动探测方面，数字地震动仪器、计算机以及信号处理方法和技术手段都有了长足的进步，而所使用的地震动检波器并无本质上的变化。动圈式传感器体积较大，且某些固有缺点却难以克服，如：动态范围小，最多达60dB；对检测10Hz以下的低频地震动信号几乎无能为力；在三分量应用中各轴向之间的干扰严重，灵敏度误差大。由于传感器得不到理想的原始信号，地震动探测后期处理效果大打折扣。近些年来，随着MEMS技术的迅速发展，MEMS加速度传感器以其高的灵敏度、分辨率和矢量保真度，良好的低频响应以及宽的通频带等优势，逐渐成为地震动探测技术发展中的重要角色，但由于应用MEMS加速度传感器测试地震动信号目前公开文献一般采用驻钉法安装，需要先在地面下先埋一铁钉，在铁钉上安装地震动探测系统，安装复杂，测试一致性不高，因此严重限制了其实际应用。
发明内容
本发明目的是克服上述已有技术的不足，提供一种结构简单、不安装在铁钉上也能正常使用的微型地震动探测装置。
本发明包括壳体、盖子、显示屏、气泡水平仪、加速度传感器、电路板、电源、固封填充物及导线；电路板包括放大电路、信号调理电路、数据处理电路和电压转换电路。加速度传感器采用瑞士Sf1221型MEMS加速度传感器，量程为±10g，输入电压为5V，响应频率0－600HZ，灵敏度2.4 ± 0.24 V/g；放大电路采用美国ANALOG DEVICE公司的AD620，AD620引脚1通过导线连接一个普通电阻与可调电阻，普通电阻与可调电阻串联连接，可调电阻通过导线然后与引脚8连接，通过可调电阻调整放大倍数；加速度传感器通过导线连接放大电路AD620引脚2、引脚3；AD620引脚2、引脚3为信号输入引脚，AD620引脚4接低电平、AD620引脚6接地、AD620引脚7接高电平，AD620引脚5为信号输出引脚与MAX291引脚8连接；信号调理电路采用Maxim公司的基于开关电容滤波技术的八阶低通滤波器MAX291；MAX291引脚8为输入引脚，MAX291引脚1接地，MAX291引脚2接低电平，MAX291引脚3与MAX291引脚4连接，MAX291引脚6接地，MAX291引脚7接高电平，MAX291引脚5为输出引脚；数据处理电路采用TMS320F2812芯片，TMS320F2812芯片的ADCINA0引脚为输入引脚， TMS320F2812芯片ADCL0引脚接地，TMS320F2812芯片的其它ADC引脚引出到外部接口上以备扩展应用；TMS320F2812工作时所要求的电压分为两部分：3.3V的FLASH电压和1.8V的内核电压。MAX291引脚5与TMS320F2812芯片的ADCINA0引脚连接进行AD转换；TMS320F2812对电源很敏感，电压转换电路采用TPS767D301，TPS767D301芯片输入电压为+5V，芯片起振；能够产生3.3V和1.8V两种电压供TMS320F2812以及电路中其它芯片使用；TMS320F2812芯片ADCL0引脚OUT引脚与Nokia5110的信号输入引脚4连接，显示屏选用Nokia5110液晶显示屏，Nokia5110引脚6接高电平，引脚8接地，显示屏显示按预定算法计算生成的结果。
气泡式水平仪采用圆式76系列水平仪，圆式76系列水平仪安装在壳体的上表面，76系列水平仪中垂线与壳体上表面中垂线同轴，电源采用干电池，该干电池与芯片TPS767D301引脚1、引脚5、引脚6、引脚11、引脚12连接。外部封装为壳体，其外径100mm，内径90mm，高100mm。加速度传感器通过胶固定安装在空心壳体底部，电路板安装在壳体中部，电路板与壳体的盖子之间留有空隙，空隙部分用固封填充物填充固封，壳体顶部设有盖子，盖子上安装气泡式水平仪、电源以及显示芯片，盖子与空心圆柱体壳用胶连接。
壳体全部埋入地面，目标运动时，由于瑞雷波衰减较慢，加速度传感器感受到地面的震动信号，通过放大电路将信号放大，滤波电路滤掉高频噪声，通过数据处理电路的A/D转换模块进行A/D转换，转换后进行目标特征提取，依据目标特征信号在时域、频域、时频域上的差异，按照预定算法计算，计算后区分出人、兽、车，区分后将结果传递到显示屏显示。
在地震动探测系统的中，传感器轴向方向敏感度高，观测气泡式水平仪，判断埋入的加速度传感器是否与地面平行，如不平行，通过调节使加速度传感器与地面平行，这样保证每次测量效果基本一致。本发明与现有技术相比，体积小于传统的探测系统；安装简易方便；易于使加速度传感器与地面平行，提高测量精度；能够保证每次探测效果基本一致。
本发明将地震动探测系统与外部封装进行一体化设计，结构简单，同时系统具有气泡式水平观测仪，避免以往采用驻钉法时，由于安装因素引起的铁柱与传感器探测方向夹角变化，降低灵敏度的弊端。
附图说明
图1 为本发明机械结构示意图。
图中：1、壳体，2、加速度传感器，3、电路板，4、盖子，5、导线A，6、电源，7、固封填充物，8、气泡水平仪，9、导线B，10、显示屏。
具体实施方式
壳体（1）用铝制材料制造，在壳体（1）底部用胶将加速度传感器（2）粘结，加速度传感器（2）与电路板（3）焊接在一起，电路板（3）通过导线A（5）与电源（6）连接，电路板（3）通过导线B（9）与显示屏（10）连接，盖子（4）与壳体（1）用胶粘结，在盖子（4）与电路板（3）之间用固封填充物（7）填充，盖子（4）上安装有气泡水平仪（8）、电源（6）、显示屏（10），显示屏（10）与盖子（4）与采用胶粘结，电源（6）可以更换，气泡水平仪（8）安装在盖子（4）的中部。
探测系统在安装时，首先将电路板（3）与加速度传感器（2）焊接在一起，将导线A（5）、导线B（9）与电路板（3）焊接在一起，然后将加速度传感器（2）与壳体（1）用胶粘结，粘结晾干后，用固封填充物（7）填充，保留导线A（5）、导线B（9）能露出，在盖子（4）上安装气泡水平仪（8）与显示屏（10），用胶粘结，将导线B（9）与显示屏（10）焊接，导线A（5）穿过安装电源（6）的孔，最后将盖子（4）与壳体（1）用胶粘结，导线A（5）与电源（6）连接。数据处理电路对电压敏感，需要两种不同的电压；电压转换电路主芯片采用TPS767D301，TPS767D301芯片输入电压为+5V，芯片起振，配套其余元件按TPS767D301产品介绍推荐电路连接。
测试系统工作时，首先将壳体（1）埋入地面，接通电源（6），通过观测气泡水平仪（8）调整埋入角度，保证加速度传感器（2）与地面平行，目标运动时，加速度传感器（2）感受到地面的震动信号，通过放大电路将信号放大，滤波电路滤掉高频噪声，数据处理电路的A/D转换模块进行A/D转换，转换后进行目标特征提取，依据目标特征信号在时域、频域、时频域上的差异，按照预定算法计算，计算后区分出人、兽、车，区分后将结果传递到显示屏（10）显示。

Claims (2)

1.一种微型地震动探测装置，其特征是包括壳体、盖子、显示屏、气泡水平仪、加速度传感器、电路板、电源、固封填充物及导线；电路板包括放大电路、信号调理电路、数据处理电路和电压转换电路；加速度传感器采用瑞士Sf1221型MEMS加速度传感器，量程为±10g，输入电压为5V，响应频率0－600HZ，灵敏度2.4 ± 0.24 V/g；放大电路采用美国ANALOG DEVICE公司的AD620，AD620引脚1通过导线连接一个普通电阻与可调电阻，普通电阻与可调电阻串联连接，可调电阻通过导线然后与引脚8连接；加速度传感器通过导线连接放大电路AD620引脚2、引脚3；AD620引脚2、引脚3为信号输入引脚，AD620引脚4接低电平、AD620引脚6接地，AD620引脚7接高电平，AD620引脚5为信号输出引脚与MAX291引脚8连接；信号调理电路采用Maxim公司的基于开关电容滤波技术的八阶低通滤波器MAX291；MAX291引脚8为输入引脚，MAX291引脚1接地，MAX291引脚2接低电平，MAX291引脚3与MAX291引脚4连接，MAX291引脚6接地，MAX291引脚7接高电平，MAX291引脚5为输出引脚；数据处理电路采用TMS320F2812芯片，TMS320F2812芯片的ADCINA0引脚为输入引脚，TMS320F2812芯片ADCL0引脚接地，TMS320F2812芯片的其它ADC引脚引出到外部接口上以备扩展应用；MAX291引脚5与TMS320F2812芯片的ADCINA0引脚连接进行AD转换；电压转换电路主芯片采用TPS767D301，TPS767D301芯片输入电压为+5V，芯片起振；TMS320F2812芯片ADCL0引脚、OUT引脚与Nokia5110的信号输入引脚4连接；显示屏选用Nokia5110液晶显示屏，Nokia5110引脚6接高电平，引脚8接地，显示屏显示按预定算法计算生成的结果；装置电源采用干电池，该干电池通过导线与芯片TPS767D301引脚1、引脚5、引脚6、引脚11、引脚12连接；加速度传感器通过胶固定安装在壳体底部，电路板安装在壳体中部，电路板与壳体的盖子之间留有空隙，空隙部分用固封填充物填充固封；壳体为空心圆柱体，壳体顶部设有盖子，盖子上安装气泡式水平仪、电源以及显示屏，盖子与壳体之间用胶连接。
2.如权利要求1所述的微型地震动探测装置，其特征是气泡式水平仪采用圆式76系列水平仪，水平仪中垂线与壳体上表面中垂线同轴。
CN201210463297.6A 2012-11-17 2012-11-17 一种微型地震动探测装置 Expired - Fee Related CN102998696B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210463297.6A CN102998696B (zh) 2012-11-17 2012-11-17 一种微型地震动探测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210463297.6A CN102998696B (zh) 2012-11-17 2012-11-17 一种微型地震动探测装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102998696A true CN102998696A (zh) 2013-03-27
CN102998696B CN102998696B (zh) 2015-10-28

Family

ID=47927502

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210463297.6A Expired - Fee Related CN102998696B (zh) 2012-11-17 2012-11-17 一种微型地震动探测装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102998696B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105092019A (zh) * 2015-08-17 2015-11-25 东北大学 一种可用于全方位振动信号测试的mems传感器及方法
CN105628181A (zh) * 2015-12-28 2016-06-01 太原理工大学 微地震地声监测仪
CN106768296A (zh) * 2016-12-26 2017-05-31 中北大学 一种应用于地下挖掘系统的区分地面震动信号干扰的方法
CN107870367A (zh) * 2016-09-26 2018-04-03 中国石油化工股份有限公司 井下检波器测向系统及方法
CN108592973A (zh) * 2018-07-23 2018-09-28 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 机壳及具有其的设备运输振动及姿态监测器
CN109143323A (zh) * 2018-11-01 2019-01-04 中国矿业大学(北京) 一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体
CN109683159A (zh) * 2018-12-25 2019-04-26 上海匀羿电磁科技有限公司 一种车载断面扫描超宽带雷达及定向方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105629326A (zh) * 2015-12-28 2016-06-01 太原理工大学 微地震监测传感器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7578193B2 (en) * 2006-06-28 2009-08-25 Sauer-Danfoss Inc. Method of measuring vibration on a device
CN201548320U (zh) * 2009-11-19 2010-08-11 南京远拓科技有限公司 振动监测器
CN201672968U (zh) * 2010-05-14 2010-12-15 成都赛腾自动化工程有限公司 用于振动传感器的自适应信号调整器
CN201804122U (zh) * 2010-10-15 2011-04-20 中国地震局地球物理研究所 多通道一体化数字地震仪
CN102520436A (zh) * 2011-11-15 2012-06-27 中国船舶重工集团公司第七一○研究所 一种载体共振接收式水中目标检测装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7578193B2 (en) * 2006-06-28 2009-08-25 Sauer-Danfoss Inc. Method of measuring vibration on a device
CN201548320U (zh) * 2009-11-19 2010-08-11 南京远拓科技有限公司 振动监测器
CN201672968U (zh) * 2010-05-14 2010-12-15 成都赛腾自动化工程有限公司 用于振动传感器的自适应信号调整器
CN201804122U (zh) * 2010-10-15 2011-04-20 中国地震局地球物理研究所 多通道一体化数字地震仪
CN102520436A (zh) * 2011-11-15 2012-06-27 中国船舶重工集团公司第七一○研究所 一种载体共振接收式水中目标检测装置

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105092019A (zh) * 2015-08-17 2015-11-25 东北大学 一种可用于全方位振动信号测试的mems传感器及方法
CN105092019B (zh) * 2015-08-17 2017-12-01 东北大学 一种可用于全方位振动信号测试的mems传感器及方法
CN105628181A (zh) * 2015-12-28 2016-06-01 太原理工大学 微地震地声监测仪
CN107870367A (zh) * 2016-09-26 2018-04-03 中国石油化工股份有限公司 井下检波器测向系统及方法
CN106768296A (zh) * 2016-12-26 2017-05-31 中北大学 一种应用于地下挖掘系统的区分地面震动信号干扰的方法
CN106768296B (zh) * 2016-12-26 2019-04-19 中北大学 一种应用于地下挖掘系统的区分地面震动信号干扰的方法
CN108592973A (zh) * 2018-07-23 2018-09-28 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 机壳及具有其的设备运输振动及姿态监测器
CN108592973B (zh) * 2018-07-23 2024-04-16 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 机壳及具有其的设备运输振动及姿态监测器
CN109143323A (zh) * 2018-11-01 2019-01-04 中国矿业大学(北京) 一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体
CN109143323B (zh) * 2018-11-01 2023-11-17 中国矿业大学(北京) 一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体
CN109683159A (zh) * 2018-12-25 2019-04-26 上海匀羿电磁科技有限公司 一种车载断面扫描超宽带雷达及定向方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102998696B (zh) 2015-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102998696B (zh) 一种微型地震动探测装置
D’Alessandro et al. Suitability of low‐cost three‐axis MEMS accelerometers in strong‐motion seismology: Tests on the LIS331DLH (iPhone) accelerometer
CN101628704B (zh) 微机械式传感器元件及其制造方法和运行方法
Bhattacharya et al. Economic MEMS based 3-axis water proof accelerometer for dynamic geo-engineering applications
CN103792568B (zh) Mems地震检波器
WO2004086056A3 (en) Parylene capacitive accelerometer utilizing electrical fringing field sensing and method of making
CN102661781A (zh) 一种水听器灵敏度测试装置
CN113885098B (zh) 一种重力敏感器低频频率响应误差在线建模及补偿方法
CN103292787A (zh) 一种倾角传感器
Xiao et al. A double differential torsional micro-accelerometer based on V-shape beam
CN201340456Y (zh) 深井宽频地震仪
CN203298764U (zh) 一种倾角传感器
CN202547771U (zh) 振动传感器校准仪
CN107271721A (zh) 高准确度且对温度和老化具有低灵敏度的mems加速度传感器
Marne et al. Vibration measurement system with accelerometer sensor based on ARM
CN203259542U (zh) 一种挠性摆式加速度计数字控制电路
CN106468647B (zh) 检测空气中颗粒物的浓度的设备和方法
CN108562217A (zh) 一种实时优化信噪比的电容位移传感器
CN209460415U (zh) 一种次声传感器
CN109059917A (zh) 一种动态水平仪及其动态调整测量方法
Köse et al. A single mass two-axis capacitive MEMS accelerometer with force rebalance
Auerswald et al. MEMS acoustic emission sensor with mechanical noise rejection
RU2519833C2 (ru) Способ градуировки пъезоэлектрического акселерометра на низких частотах и устройство для его осуществления
Ali Bakir et al. Low Cost MEMS accelerograph: structure, operation and application to seismology
CN208282768U (zh) 一种实时优化信噪比的电容位移传感器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20151028

Termination date: 20171117

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee