CN104765068A - 一种地震波实时处理分析记录仪及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地震波实时处理分析记录仪，包括地震波、三组磁电式加速度传感器、防雷防电涌保护装置、抗混波滤波器、模数转换器、CPU处理器、处理装置、DSP数字滤波器、microsd存储器、温湿度传感器及低噪声电源管理装置；三组磁电式加速度传感器为X方向磁电式加速度传感器、Y方向磁电式加速度传感器及Z方向磁电式加速度传感器。本发明的一体化结构避免布线带来的不稳定因素，各个方向的加速度可独立同步采集，互不干扰，采用18位精度逐次逼近型AD，保证数据精度，可各个通道分别设置触发阀值，触发后可逆向记录一定时间，对地震波的震后分析非常重要；同步采样率高达2kHz/通道，满足各种工程应用需求。

Description

一种地震波实时处理分析记录仪及其处理方法

技术领域

本发明涉及一种地震波处理设备，尤其涉及一种地震波实时处理分析记录仪及其处理方法。

背景技术

随着建筑、道路、桥梁、水利等各建筑工程领域的不断发展，工程安全成了未来发展的重点关注和重视的领域。而安全检测及监测以及由此提供的预警信息无疑是未来发展的重中之重。

传统的地震波记录采用加速度传感器、数据采集仪、电脑分体式布置。加速度传感器、数据采集仪与电脑连接需要布置线缆，地震来临时复杂的布线工程降低了系统的稳定安全系数。更无法做到便携独立地完成地震波实时处理、分析和记录的功能。

传统的地震波记录采用电脑时钟作为基准，时钟本身并不准确、电脑断电等情况还会导致时钟紊乱，导致地震波记录失效。

传统的地震波记录装置一般没有高阶的DSP（digital signal processing，数字信号处理）数字滤波器功能，数据处理需要在全部采集结束后用专用软件进行分析，无法做到现场实时处理后记录。

传统的地震波记录装置缺点有：结构冗余体积大，布线复杂，系统稳定性差，不能防水防震，无GPS（Global Positioning System，全球定位系统）时钟功能，无法进行地震波的实时处理分析。

发明内容

本发明的目的：提供一种地震波实时处理分析记录仪及其处理方法，是一种采用GPS（Global Positioning System）校时的、集成地震波采集处理分析记录功能的、具备dhcp（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）组网功能的、各通道可独立设置的DSP数字滤波器的、防水防震的一体化高精度自动化地震波实时处理分析记录仪。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种地震波实时处理分析记录仪，包括地震波、三组磁电式加速度传感器、防雷防电涌保护装置、抗混波滤波器、模数转换器、CPU处理器、处理装置、DSP数字滤波器、microsd存储器、温湿度传感器及低噪声电源管理装置；所述的三组磁电式加速度传感器分别为X方向磁电式加速度传感器、Y方向磁电式加速度传感器及Z方向磁电式加速度传感器；所述的地震波分别输入到所述的X方向磁电式加速度传感器、Y方向磁电式加速度传感器及Z方向磁电式加速度传感器内，所述的X方向磁电式加速度传感器、Y方向磁电式加速度传感器及Z方向磁电式加速度传感器分别与所述的防雷防电涌保护装置的一端双向连接；所述的防雷防电涌保护装置的另一端与所述的抗混波滤波器的输入端连接；所述的抗混波滤波器的输出端与所述的模数转换器的输入端连接，所述的模数转换器的输出端与所述的CPU处理器的输入端连接；所述的CPU处理器分别与所述的处理装置及DSP数字滤波器双向连接，所述的温湿度传感器的输出端与所述的CPU处理器的输入端连接，所述的CPU处理器的输出端与所述的microsd存储器的输入端连接，形成地震波实时处理分析记录仪本体，所述的低噪声电源管理装置的输出端与所述的地震波实时处理分析记录仪本体连接。

上述的地震波实时处理分析记录仪，其中，所述的处理装置为触发通道、触发阈值及触发前后存储时间的处理装置。

上述的地震波实时处理分析记录仪，其中，还包括备用通道，所述的地震波输入到所述的备用通道内，所述的备用通道与所述的防雷防电涌保护装置双向连接。

上述的地震波实时处理分析记录仪，其中，还包括看门狗，所述的看门狗与所述的CPU处理器双向连接。

上述的地震波实时处理分析记录仪，其中，所述的地震波实时处理分析记录仪本体内设有GPS校时定位装置，所述的GPS校时定位装置的输出端与所述的CPU处理器的输入端连接。

上述的地震波实时处理分析记录仪，其中，所述的地震波实时处理分析记录仪本体内设有485隔离装置及网卡，所述的CPU处理器的输出端分别与所述的485隔离装置及网卡连接。

一种地震波实时处理分析记录仪及其处理方法，该方法至少包括如下步骤：

步骤1：所述的X方向磁电式加速度传感器、Y方向磁电式加速度传感器及Z方向磁电式加速度传感器拾取所述的地震波。

步骤2：在所述的CPU处理器内设置所述的地震波在X方向、Y方向及Z方向上的触发阈值、触发方向、触发前记录时间及触发后记录时间。

步骤3：X方向磁电式加速度传感器、Y方向磁电式加速度传感器及Z方向磁电式加速度传感器将所测位置的地震波通过所述的防雷防电涌保护装置输入所述的抗混波滤波器内，滤除杂波。

步骤4：所述的抗混波滤波器将滤除杂波的地震波传送给所述的模数转换器。

步骤5：所述的模数转换器将所述的地震波同步转化成具有位精度的数字信号后，传送给所述的CPU处理器，所述的CPU处理器将所述的地震波发送给所述的DSP数字滤波器，所述的DSP数字滤波器进行实时的地震波数据处理后返还给所述的CPU处理器。

步骤6：当所述的地震波触发在所述的步骤中设置的触发阈值时，所述的CPU处理器将地震波的数据记录在所述的microsd存储器内，并生成对应记录开始时间的事件文件。

步骤7：所述的GPS校时定位装置将当前的GPS时钟和位置信息发送给所述的CPU处理器进行校时。

步骤8：通过所述的485隔离装置及网卡控制并实时获取数据。

本发明的一体化结构避免了布线带来的不稳定因素，各个方向的加速度可以独立同步采集，互不干扰，采用18位精度逐次逼近型AD，保证数据精度，可以各个通道分别设置触发阀值，触发后可以逆向记录一定时间，对地震波的震后分析非常重要；同步采样率高达2kHz/通道，满足各种工程应用需求。

附图说明

图1是本发明地震波实时处理分析记录仪的连接框图。

图2是本发明地震波实时处理分析记录仪的处理方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

请参见附图1所示，一种地震波实时处理分析记录仪，包括地震波1、三组磁电式加速度传感器、防雷防电涌保护装置6、抗混波滤波器7、模数转换器8、CPU处理器9、处理装置10、DSP数字滤波器11、microsd存储器16、温湿度传感器17及低噪声电源管理装置18；所述的三组磁电式加速度传感器分别为X方向磁电式加速度传感器2、Y方向磁电式加速度传感器3及Z方向磁电式加速度传感器4；所述的地震波1分别输入到所述的X方向磁电式加速度传感器2、Y方向磁电式加速度传感器3及Z方向磁电式加速度传感器4内，所述的X方向磁电式加速度传感器2、Y方向磁电式加速度传感器3及Z方向磁电式加速度传感器4分别与所述的防雷防电涌保护装置6的一端双向连接；所述的防雷防电涌保护装置6的另一端与所述的抗混波滤波器7的输入端连接；所述的抗混波滤波器7的输出端与所述的模数转换器8的输入端连接，所述的模数转换器8的输出端与所述的CPU处理器9的输入端连接；所述的CPU处理器9分别与所述的处理装置10及DSP数字滤波器11双向连接，所述的温湿度传感器17的输出端与所述的CPU处理器9的输入端连接，所述的CPU处理器9的输出端与所述的microsd存储器16的输入端连接，形成地震波实时处理分析记录仪本体，所述的低噪声电源管理装置18的输出端与所述的地震波实时处理分析记录仪本体连接。

所述的处理装置10为触发通道、触发阈值及触发前后存储时间的处理装置。

还包括备用通道5，所述的地震波1输入到所述的备用通道5内，所述的备用通道5与所述的防雷防电涌保护装置6双向连接。

还包括看门狗12，所述的看门狗12与所述的CPU处理器9双向连接。

所述的地震波实时处理分析记录仪本体内设有GPS校时定位装置14，所述的GPS校时定位装置14的输出端与所述的CPU处理器9的输入端连接。

所述的地震波实时处理分析记录仪本体内设有485隔离装置13及网卡15，所述的CPU处理器9的输出端分别与所述的485隔离装置13及网卡15连接。

请参见附图2所示，一种地震波实时处理分析记录仪的处理方法，该方法至少包括如下步骤：

步骤1：地震波1分为XYZ三个方向，所述的X方向磁电式加速度传感器2、Y方向磁电式加速度传感器3及Z方向磁电式加速度传感器4拾取所述的地震波1。

步骤2：在所述的CPU处理器9内设置所述的地震波1在X方向、Y方向及Z方向上的触发阈值、触发方向、触发前记录时间及触发后记录时间。

触发阈值是指当地震波1的加速度达到此阈值时开始记录；触发方向是指地震波1的哪个方向参与触发；触发前记录时间是指逆向记录地震前的起振阶段，对研究地震尤其有用，触发后记录时间是指适当的间隔可以保证完整的记录一整段地震波数据。

步骤3：X方向磁电式加速度传感器2、Y方向磁电式加速度传感器3及Z方向磁电式加速度传感器4将所测位置的地震波1通过所述的防雷防电涌保护装置6输入所述的抗混波滤波器7内，滤除杂波。

防雷防电涌保护装置6由每个通道独立的±13V，400瓦瞬态稳压保护管构成，可抗16kV静电，响应时间小于1ns，有效提高了本发明的适用环境，更加适用于野外恶劣条件下的长期监测。抗混波滤波器7采用2阶抗混滤波器，DSP数字滤波器11采用8阶巴特沃斯或切比雪夫II型DSP数字低通滤波器，通带平坦，阻带大于80dB，各通道滤波器截止频率和滤波器类型可程控选择，灵活方便，效率极高。

步骤4：所述的抗混波滤波器7将滤除杂波的地震波1传送给所述的模数转换器8。

步骤5：所述的模数转换器8将所述的地震波1同步转化成具有19位精度的数字信号后，传送给所述的CPU处理器9，所述的CPU处理器9将所述的地震波1发送给所述的DSP数字滤波器11，所述的DSP数字滤波器11进行实时的地震波数据处理后返还给所述的CPU处理器9。模数转换器8采用AD7609芯片，具有18位精度，逐次渐进型(SAR型)，支持±10V真差分输入，8通道同步采样，非线性误差0.75LSB。CPU处理器9选用STM32F407 32位Cortex-M4架构ARM核，带FPU,和DSP指令，可进行硬件浮点计算，最高主频达168MHz。

步骤6：当所述的地震波1触发在所述的步骤2中设置的触发阈值时，所述的CPU处理器9将地震波1的数据记录在所述的microsd存储器16内，并生成对应记录开始时间的事件文件。

步骤7：所述的GPS校时定位装置14将当前的GPS时钟和位置信息发送给所述的CPU处理器9进行校时。集成GPS校时功能保证时钟精准，不会因时间紊乱而导致记录地震波失效。

步骤8：通过所述的485隔离装置13及网卡15控制并实时获取数据。

485隔离装置13采用工业级磁耦合隔离485专用芯片ADM2484EBRWZ，隔离电压高达5000V，可抵抗15kV静电干扰。网卡15采用10/100Mb/s 自适应工业级网卡芯片DP83848I_PT_48，无错传输可达150米。

低噪声电源管理装置18可提供12.7μVRMS (20Hz to 20kHz)＋5V，＋12V，＋24V低噪声电源，电源输入噪声抑制可达72dB(120Hz), ≥ 52dB (10Hz to 400kHz)，可保证系统有纯净的供电环境。

看门狗12可以在所述CPU处理器9缓存拥堵、假死时自动复位，保证所述仪器长时间连续工作，而不出现宕机。

综上所述，本发明的一体化结构避免了布线带来的不稳定因素，各个方向的加速度可以独立同步采集，互不干扰，采用18位精度逐次逼近型AD，保证数据精度，可以各个通道分别设置触发阀值，触发后可以逆向记录一定时间，对地震波的震后分析非常重要；同步采样率高达2kHz/通道，满足各种工程应用需求。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种地震波实时处理分析记录仪，其特征在于：包括地震波、三组磁电式加速度传感器、防雷防电涌保护装置、抗混波滤波器、模数转换器、CPU处理器、处理装置、DSP数字滤波器、microsd存储器、温湿度传感器及低噪声电源管理装置；所述的三组磁电式加速度传感器分别为X方向磁电式加速度传感器、Y方向磁电式加速度传感器及Z方向磁电式加速度传感器；所述的地震波分别输入到所述的X方向磁电式加速度传感器、Y方向磁电式加速度传感器及Z方向磁电式加速度传感器内，所述的X方向磁电式加速度传感器、Y方向磁电式加速度传感器及Z方向磁电式加速度传感器分别与所述的防雷防电涌保护装置的一端双向连接；所述的防雷防电涌保护装置的另一端与所述的抗混波滤波器的输入端连接；所述的抗混波滤波器的输出端与所述的模数转换器的输入端连接，所述的模数转换器的输出端与所述的CPU处理器的输入端连接；所述的CPU处理器分别与所述的处理装置及DSP数字滤波器双向连接，所述的温湿度传感器的输出端与所述的CPU处理器的输入端连接，所述的CPU处理器的输出端与所述的microsd存储器的输入端连接，形成地震波实时处理分析记录仪本体，所述的低噪声电源管理装置的输出端与所述的地震波实时处理分析记录仪本体连接。

2.根据权利要求1所述的地震波实时处理分析记录仪，其特征在于：所述的处理装置为触发通道、触发阈值及触发前后存储时间的处理装置。

3.根据权利要求1所述的地震波实时处理分析记录仪，其特征在于：还包括备用通道，所述的地震波输入到所述的备用通道内，所述的备用通道与所述的防雷防电涌保护装置双向连接。

4.根据权利要求1所述的地震波实时处理分析记录仪，其特征在于：还包括看门狗，所述的看门狗与所述的CPU处理器双向连接。

5.根据权利要求1所述的地震波实时处理分析记录仪，其特征在于：所述的地震波实时处理分析记录仪本体内设有GPS校时定位装置，所述的GPS校时定位装置的输出端与所述的CPU处理器的输入端连接。

6.根据权利要求1所述的地震波实时处理分析记录仪，其特征在于：所述的地震波实时处理分析记录仪本体内设有485隔离装置及网卡，所述的CPU处理器的输出端分别与所述的485隔离装置及网卡连接。

7.一种地震波实时处理分析记录仪的处理方法，其特征在于：该方法至少包括如下步骤：

步骤1：所述的X方向磁电式加速度传感器、Y方向磁电式加速度传感器及Z方向磁电式加速度传感器拾取所述的地震波；

步骤2：在所述的CPU处理器内设置所述的地震波在X方向、Y方向及Z方向上的触发阈值、触发方向、触发前记录时间及触发后记录时间；

步骤3：X方向磁电式加速度传感器、Y方向磁电式加速度传感器及Z方向磁电式加速度传感器将所测位置的地震波通过所述的防雷防电涌保护装置输入所述的抗混波滤波器内，滤除杂波；

步骤4：所述的抗混波滤波器将滤除杂波的地震波传送给所述的模数转换器；

步骤5：所述的模数转换器将所述的地震波同步转化成具有位精度的数字信号后，传送给所述的CPU处理器，所述的CPU处理器将所述的地震波发送给所述的DSP数字滤波器，所述的DSP数字滤波器进行实时的地震波数据处理后返还给所述的CPU处理器；

步骤6：当所述的地震波触发在所述的步骤中设置的触发阈值时，所述的CPU处理器将地震波的数据记录在所述的microsd存储器内，并生成对应记录开始时间的事件文件；

步骤7：所述的GPS校时定位装置将当前的GPS时钟和位置信息发送给所述的CPU处理器进行校时；

步骤8：通过所述的485隔离装置及网卡控制并实时获取数据。