CN105785432A - 一种基于多传感器的大地震临震监测系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于多传感器的大地震临震监测系统，包括：传感器单元模块、信号调理模块、数据采集模块、数据上传与接收模块、信号处理模块、数据通信与存储模块以及电源管理模块。本申请采用多种传感器分别检测震前电磁辐射、地声、地温的异常变化，以及地震波速的检测，使得系统可测震前多种微观前兆，并在地震发生时检测地震波，系统集成度较高，适用于在高密度地震监测网络中低成本地布设监测点，利于监测地震孕育过程与临震预测工作；同时本申请中采用了集成信号处理模块，使得高密度地震监测网络中监测点可在本地完成对震前电磁辐射、地声和地温的异常处理，提高整个监测网络的工作效率，减小监测网络的信号处理压力。
Description
技术领域
本发明专利涉及地震监测仪器和电路系统设计领域，具体涉及一种基于多传感器的大地震临震监测系统。
背景技术
地震孕育的机理方面，比较被广泛接受的是基于板块运动在边界处的挤压而导致的地壳或岩石圈块体内由于应力积累到一定程度时突然快速释放的过程。临震预测是通过扑捉前兆现象给出预测，前兆现象如应力变化、电磁场以及电磁辐射变化、地声、地温、地下流体变化等。针对各种前兆现象捕捉的研究不仅在理论上，还是监测仪器上都进行了广泛了的讨论和研究。
然而，目前的地震临震监测手段一方面没有行之有效地将监测点的能够密集布设；另一方面，现有的临震监测设备多数仅监测一种临震前兆物理量，
所以，本申请提出了一种可密集布设、适用于大地震临震预测的微观前兆综合监测系统，通过深井放置在基岩附近绕过地表的滤波，直接监测来自地下的地震前兆信息，包括电磁辐射异常、地声异常和地温异常三种物理量。除了对地震的孕育过程进行监测，还需在地震发生时可对地震的发生过程进行观察。所以，对地震波的检测也是本申请系统的一部分。
发明内容
本申请提供一种基于多传感器的大地震临震监测系统，包括：用于检测震前电磁辐射信号、震前地声信号、震前地温信号、地震波速的多传感器单元模块；用于对所述多组传感器的输出信号进行信号滤波、放大以及模数转换的信号调理模块；用于对所述信号调理模块的输出数据进行逐个循环采集、数据打包的数据采集模块；用于对所述数据采集模块的输出数据进行传输的数据上传与接收模块；用于对所述数据上传与接收模块的输出数据进行频谱变换、峰值检测的信号处理模块；用于对所述信号处理模块的输出数据进行数据打包、无线通信和本地存储的数据通信与存储模块；用于对所述多传感器单元模块、信号调理模块、数据采集模块、数据上传与接收模块、信号处理模块和数据通信与存储模块供电的电源管理模块。
进一步地，所诉多传感器单元模块包括用于检测震前电磁辐射信号的电磁感应传感器，用于检测震前地声信号的振动传感器，用于检测震前地温信号的温度传感器，用于检测地震发生时的地震波速的加速度传感器。
优选地，所述用于检测震前电磁辐射信号的电磁感应传感器应为但不限于超低频环形电磁天线传感器；所述检测震前地声信号的振动传感器应为但不限于压电薄膜传感器、压电陶瓷传感器、MEMS麦克风传感器；所述检测震前地温信号的温度传感器应为但不限于集成石英晶振温度传感器；所述加速度传感器应为陀螺仪速度计。
进一步地，所述信号调理模块包括依次连接的滤波器电路组、放大器电路组和模数转换器电路组；所述模数转换器电路的输出与所述数据采集模块相连接。
进一步地，所述数据采集模块包括依次连接的循环采集电路和数据打包电路；所述数据打包电路的输出与所述数据上传与接收模块相连接。
进一步地，所述数据上传与接收模块包括由光纤联接的数据上传电路和数据接收电路；所述数据接收电路的输出与信号处理模块相连接。
进一步地，所述信号处理模块包括并联连接的频谱变换电路和峰值检测电路；所述频谱变换电路和峰值检测电路的输出与数据通信与存储模块相连接。
进一步地，所述数据通信与存储模块包括并联连接的数据打包电路、无线通信电路和本地存储电路。
进一步地，所述电源管理模块包括交流电适配器、蓄电池、不间断电源和交流转直流变换器；所述交流电适配器、蓄电池分别连接所述不间断电源；所述交流转直流变换器将不间断电源输出交流电变换为直流电；所述交流转直流变换器本别为所述多传感器单元模块、信号调理模块、数据采集模块、数据上传与接收模块、信号处理模块和数据通信与存储模块供电。
有益效果
本申请对比已有技术具有以下有益效果是：本申请采用多种传感器分别检测震前电磁辐射、地声和地温的异常变化，同时观察地震发生时的地震波，使得系统可测震前微观前兆种类多样，提高系统集成度，适用于在高密度地震监测网络中低成本地布设监测点，利于监测地震孕育过程与临震预测工作；同时本申请中采用了集成信号处理模块，使得高密度地震监测网络中监测点可在本地完成对震前电磁辐射、地声和地温的异常处理，提高整个监测网络的工作效率，减小监测网络的信号处理压力。
附图说明
图1是本申请一种实施例的系统示意图；
图2是本申请一种实施例的电路系统示意图；
图3是本申请一种实施例的安装结构示意图。
具体实施方案
本申请实施例提供了一种基于多传感器的大地震临震监测系统，其在地下采用多传感器单元模块检测震前电磁辐射信号、地声信号和地温信号，通过信号处理模块对多传感器单元模块输出信号进行滤波、放大及模数转换，并由数据采集模块进行逐个循环采集并打包，再由数据上传与接收模块将信号处理模块的输出数据传输至地面的信号处理模块，由信号处理模块对数据进行频谱变换和峰值检测，最后由数据通信模块与存储模块将数据打包，并通过无线通信传出或存储于本地存储中；同时还通过电源管理模块为多传感器单元模块、信号调理模块、数据采集模块、数据上传与接收模块、信号处理模块和数据通信与存储模块供电。
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：如图1和图2所示，本实施例提供了一种地震临震监测系统，包括：电源管理模块7、多传感器单元模块6、信号调理模块5、数据采集模块4、数据上传与接收模块3、信号处理模块2和数据通信与存储模块1。
多传感器单元模块6包括电磁感应传感器601，振动传感器602，温度传感器603，其中，电磁感应传感器用于检测震前电磁辐射信号，振动传感器用于检测震前地声信号，温度传感器用于检测震前地温信号。
实施例中，电磁辐射信号的电磁感应传感器应为但不限于超低频环形电磁天线传感器；检测震前地声信号的振动传感器应为但不限于压电薄膜传感器、压电陶瓷传感器、MEMS麦克风传感器；检测震前地温信号的温度传感器应为但不限于集成石英晶振温度传感器。
每类传感器中可包含多个传感器，也就是说，振动传感器可同时包含压电薄膜传感器6021、压电陶瓷传感器6023和MEMS麦克风传感器6024。
如图1和图2所示，本实施例中的信号调理模块包括依次连接的滤波器电路组501、放大器电路组502和模数转换器电路组503。多传感器单元模块中每个传感器的输出信号输送到一条依次连接的由滤波器电路、放大器电路和模数转换器电路组成的信号处理链路。
数据采集模块通过循环选通每个模数转换器电路，将调理后的传感器数据循环采集，并打包后通过数据上传与接收模块由光纤发送至信号处理模块。
本实施例中，信号处理模块2包括并联连接的频谱变换电路201和峰值检测电路202。频谱变换电路201可在频域上对每个传感器采集的信号进行分析，并获取其频点数及各频点能量；峰值检测电路202可在时域上对每个传感器采集的信号进行分析，并获取其发生频次和能量。
数据通信与存储模块1包括数据打包电路101、无线通信电路102和本地存储电路103。数据打包电路101将信号处理模块2输出的数据打包，再通过无线通信电路102传出，或者存储于本地存储电路103。
实施例中通过交流适配器704采用220V市电为电源管理模块7供电，经不间断电源702管理，一方面对应急用蓄电池703充电，一方面经交流转直流变换器701为多传感器单元模块6、信号调理模块5、数据采集模块4、数据上传与接收模块3、信号处理模块2和数据通信与存储模块1供电。
如图2和图3所示，多传感器单元模块6、信号调理模块5、数据采集模块4和数据上传与接收模块3中数据上传电路301安装于地下深井下，接收模块3中数据接收电路302、信号处理模块2、数据通信与存储模块1和电源管理模块7安装于地面上。
综上，本申请实施例提出的一种基于多传感器的大地震临震监测系统，采用多种传感器分别检测震前电磁辐射、地声和地温的异常变化，使得系统可测震前微观前兆种类多样，提高系统集成度，适用于在高密度地震监测网络中低成本地布设监测点，利于监测地震孕育过程与临震预测工作；同时本申请中采用了集成信号处理模块，使得高密度地震监测网络中监测点可在本地完成对震前电磁辐射、地声和地温的异常处理，提高整个监测网络的工作效率，减小监测网络的信号处理压力。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，只是用于帮助理解本申请并不用以限制本申请。对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，可以对上述具体实施方式进行变化。
Claims (9)
1.一种基于多传感器的大地震临震监测系统，其特征在于，包括：
用于检测震前电磁辐射信号、震前地声信号、震前地温信号、地震波速的多传感器单元模块；
用于对所述多组传感器的输出信号进行信号滤波、放大以及模数转换的信号调理模块；
用于对所述信号调理模块的输出数据进行逐个循环采集和数据打包的数据采集模块；
用于对所述数据采集模块的输出数据进行传输的数据上传与接收模块；
用于对所述数据上传与接收模块的输出数据进行频谱变换、峰值检测的信号处理模块；
用于对所述信号处理模块的输出数据进行数据打包、无线通信和本地存储的数据通信与存储模块；
用于对所述多传感器单元模块、信号调理模块、数据采集模块、数据上传与接收模块、信号处理模块和数据通信与存储模块供电的电源管理模块。
2.如权利要求1所述的大地震临震监测系统，其特征在于，所述多传感器单元模块包括用于检测震前电磁辐射信号的电磁感应传感器，用于检测震前地声信号的振动传感器，用于检测震前地温信号的温度传感器，用于检测地震发生时地震波速的加速度传感器。
3.如权利要求2所述的大地震临震监测系统，其特征在于，所述用于检测震前电磁辐射信号的电磁感应传感器应为但不限于超低频环形电磁天线传感器；所述检测震前地声信号的振动传感器应为但不限于压电薄膜传感器、压电陶瓷传感器、MEMS麦克风传感器；所述检测震前地温信号的温度传感器应为但不限于集成石英晶振温度传感器；所述加速度传感器应为但不限于陀螺仪传感器。
4.如权利要求1所述的大地震临震监测系统，其特征在于，所述信号调理模块包括依次连接的滤波器电路组、放大器电路组和模数转换器电路组；所述模数转换器电路组的输出与所述数据采集模块相连接。
5.如权利要求1所述的大地震临震监测系统，其特征在于，所述数据采集模块包括依次连接的循环采集电路和数据打包电路；所述数据打包电路的输出与所述数据上传与接收模块相连接。
6.如权利要求1所述的大地震临震监测系统，其特征在于，所述数据上传与接收模块包括由光纤联接的数据上传电路和数据接收电路；所述数据接收电路的输出与信号处理模块相连接。
7.如权利要求1所述的大地震临震监测系统，其特征在于，所述信号处理模块包括并联连接的频谱变换电路和峰值检测电路；所述频谱变换电路和峰值检测电路的输出与数据通信与存储模块相连接。
8.如权利要求1所述的大地震临震监测系统，其特征在于，所述数据通信与存储模块包括并联连接的数据打包电路、无线通信电路和本地存储电路。
9.如权利要求1所述的大地震临震监测系统，其特征在于，所述电源管理模块包括交流电适配器、蓄电池、不间断电源和交流转直流变换器；所述交流电适配器、蓄电池分别连接所述不间断电源；所述交流转直流变换器将不间断电源输出交流电变换为直流电；所述交流转直流变换器本别为所述多传感器单元模块、信号调理模块、数据采集模块、数据上传与接收模块、信号处理模块和数据通信与存储模块供电。
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