CN103257359A

CN103257359A - 用于煤矿井下连续振动信号自动记录装置

Info

Publication number: CN103257359A
Application number: CN2013101873477A
Authority: CN
Inventors: 吴海; 江浩; 程建远; 张庆庆
Original assignee: Xian Research Institute Co Ltd of CCTEG
Current assignee: Xian Research Institute Co Ltd of CCTEG
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2013-08-21

Abstract

本发明属于地球物理勘探技术领域，具体涉及一种用于煤矿井下连续振动信号自动记录装置。在井下开展地震勘探和灾害监测工作，需要多方位、大范围内的地震波记录，而且要克服井下复杂的环境条件，因此大规模有线连接的地震采集方式已经不太现实。一种用于煤矿井下连续振动信号自动记录装置，包括电源管理模块，所述的电源管理模块上连接有中央控制单元，中央控制单元上并联有信号采集模块、数据存储模块、时钟同步模块、网络通信模块和触发控制模块，所述的信号采集模块上连接有采集通道，采集通道上连接有信号输入模块，所述的时钟同步模块上连接有GPS对时模块。本发明具有高精度、低噪声、低功耗的功能。

Description

用于煤矿井下连续振动信号自动记录装置

一、技术领域：

本发明属于地球物理勘探技术领域，具体涉及一种用于煤矿井下连续振动信号自动记录装置。

二、背景技术：

在煤矿井下开展槽波探测、二维或三维地震勘探以及微震监测等，已经成为煤矿井下地质构造精细探测的研究热点。在煤矿井下布置地震观测系统，通过观测人工激发的（放炮、锤击等）或者由掘进机、采煤机等设备引起的震动波，实现对地质构造的定位、探测，是预防煤矿地质灾害、提高开采效率的有效途径。在井下开展地震勘探和灾害监测工作，需要多方位、大范围内的地震波记录，而且要克服井下复杂的环境条件，因此大规模有线连接的地震采集方式已经不太现实。适于煤矿井下地震探测的仪器需要解决以下问题：（1）地震仪能够独立工作，并能将各自的地震记录在时间轴上严格同步；（2）为适应长时间观测，仪器需要足够大的存储空间和适当的电源管理机制；（3）由于观测点多，构成一个完整观测系统的仪器数量较大，要求设备必须紧凑、轻便、经济; （4）数据回收以后，能够进行数据的合并、管理，配套的软件需具有强大的地震记录处理功能。

因此，煤矿井下连续振动信号自动记录的装置是在井下开展地震勘探和灾害监测工作的基础和前提。

目前国内外尚没有适合在井下进行大规模地震数据采集的仪器系统，尤其是能进行长时间连续监测的装备。

三、发明内容：

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种用于煤矿井下连续振动信号自动记录装置，其用高精度时间同步的方式，实现地震采集系统各观测点在物理上的分离，同时保证了各道地震记录的统一性，获得的数据可以用于井下地震勘探和监测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于煤矿井下连续振动信号自动记录装置，包括电源管理模块，其特征在于：所述的电源管理模块上连接有中央控制单元，中央控制单元上并联有信号采集模块、数据存储模块、时钟同步模块、网络通信模块和触发控制模块，所述的信号采集模块上连接有采集通道，采集通道上连接有信号输入模块，所述的时钟同步模块上连接有GPS对时模块。

所述的采集通道分为采集通道1、采集通道2和采集通道3。

所述的中央控制单元的型号为ARM9。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

1）基于无缆自记式的防爆地震信号采集站，彻底摆脱了地震勘探施工过程中繁琐的大线，采用的大容量存储以及低功耗等技术，实现了长时间的自记式信号采集。

2）利用GPS信号和高精度时钟芯片，结合时间同步补偿算法，解决了各采集站之间的时间同步问题。

3）基于嵌入式Linux系统的采集和控制软件的实现，提高了系统的稳定性、实时性、可靠性，能够有效防止病毒等对仪器系统的破坏。

4）利用嵌入式软件控制技术，结合数据冗余校验备份等技术，实现对仪器现场工作状态的实时监控，确保仪器采集数据的质量。

本发明具有高精度、低噪声、低功耗的功能。

四、附图说明：

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的电源管理模块电路图；

图3为本发明的中央控制单元电路图；

图4为本发明的信号采集模块电路图；

图5为本发明的时钟同步模块电路图。

标记说明：1—电源管理模块，2—中央控制单元，3—信号采集模块，4—数据存储模块，5—时钟同步模块，6—网络通信模块，7—触发控制模块，8—信号输入模块，9—GPS对时模块，10—采集通道1，11—采集通道2，12—采集通道3。

五、具体实施方式：

下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明进行详细说明。

参见图1：一种用于煤矿井下连续振动信号自动记录装置，包括电源管理模块1，所述的电源管理模块1上连接有ARM9中央控制单元2，ARM9中央控制单元2上并联有信号采集模块3、数据存储模块4、时钟同步模块5、网络通信模块6和触发控制模块7，所述的信号采集模块3上连接有采集通道，所述的采集通道分为采集通道1、采集通道2和采集通道3。采集通道上连接有信号输入模块8，所述的时钟同步模块5上连接有GPS对时模块9。

所述的时钟同步模块利用GPS信号和高精度时钟芯片，结合时间同步补偿算法来实现。

数据存储模块采用嵌入式软件控制技术，结合数据冗余校验备份技术来实现。

图2是将电池暑促变换成模拟和数字共计6路不同的工作电压，而且可实现对各路电源的管理，以适应整个仪器的低功耗需求。电源图上采用了隔离DC-DC和各种不同的LDO，并配合可编程限流器件来实现对本安参数的控制。

图3是仪器的中央控制电路图，采用4层的PCB设计，数字和模拟部分分别位于板子的左右两侧，中间是一排隔离器件。核心控制板和采集板均采用独立插装结构，将来在维修时可以快速更换。

参加图4：采用Cirrus Logic公司提供的CS3301+CS5373+CS5378组成的单通道采集芯片。这三只芯片无缝连接，可完成AD转换、滤波、自测试等功能。

参加图5：采用DS1390实时时钟芯片来进行时间管理，用以配合中央处理单元进行装置的工作时间调度。给时钟提供频率源的是国产数字温度补偿晶振，频率16.384MHz，稳定度达到E-9量级。

本发明采用“分布式采集、独立存储、集中回收”的思想，实现矿井地震波信号的采集、存储及数据的集中回收；系统采用32位ARM芯片、结合24位A/D、SD卡海量存储技术等构建嵌入式硬件平台，利用嵌入式操作系统，完成系统功能配置、数据采集以及数据回收等功能。本发明可实现单站3通道信号采集，各仪器之间利用GPS信号以及高精度时钟芯片实现时间的精确同步。在仪器下井之前，利用地面的GPS信号进行时间同步，系统按照高精度时钟的节拍工作，并结合时间同步等补偿算法将各台仪器的时间同步误差控制在可以接受的范围内，使各台独立的仪器能够同步工作。

该仪器将支持“连续定时采集”和“单次触发采集”两种工作模式，采用电池供电并支持井下交流电供电。它将彻底甩掉以往传统集中式地震仪的主机、大线，省去布线、查道等繁琐的工作，井下施工效率将大大提高。虽然这种结构不能支持地震记录的实时回放，但是借助现代高性能电子器件和可靠性设计，可以将坏道率控制在可以接受的范围内，具有很好的应用前景。仪器可以工作在监测模式和触发模式下，当仪器处于监测模式下，所有的仪器通过GPS精确授时以后，以相同的时间基准，连续记录地震波，并根据预先设计的判别条件，实现对数据的过滤；在触发模式下，仪器同样工作在相同的时间基准上，但是每台仪器均配置触发单元，也就是说每台仪器都可以作为一个触发器。在人工触发模式下，将触发线连接到激发点（炮点）附近的一台仪器上；激发以后，本发明会记录触发时间，作为所有数据汇总以后提取单炮记录的依据。

围绕高精度地震勘探和微震监测对地震记录的要求，本发明采用目前最先进的MEMS震动传感技术和电子信息技术，各项技术指标优越，以独立采集、集中处理和时间同步的方法，克服了地面地震仪庞大、笨重的问题，从小型化、集成化的角度进行设计，并满足防爆设备的要求。

Claims

1.一种用于煤矿井下连续振动信号自动记录装置，包括电源管理模块（1），其特征在于：所述的电源管理模块（1）上连接有中央控制单元（2），中央控制单元（2）上并联有信号采集模块（3）、数据存储模块（4）、时钟同步模块（5）、网络通信模块（6）和触发控制模块（7），所述的信号采集模块（3）上连接有采集通道，采集通道上连接有信号输入模块（8），所述的时钟同步模块（5）上连接有GPS对时模块（9）。

2.根据权利要求1所述用于煤矿井下连续振动信号自动记录装置，其特征在于：所述的采集通道分为采集通道1（10）、采集通道2（11）和采集通道3（12）。

3.根据权利要求1所述用于煤矿井下连续振动信号自动记录装置，其特征在于：所述的中央控制单元（2）的型号为ARM9。