CN106559298B - 以太网串口协同振动监控系统高精度同步数传方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以太网串口协同的振动监控系统高精度同步数传方法与装置，为解决现有技术适用环境窄问题，是将振动监控系统的中心站(CS)和散布在监控区域内的若干分布式监控站(MS)使用以太网的方式构成局域网；以太网负责传感器振动数据的网络传输，同时使用串口RS‑232连接各分布式监控站与中心站，串口RS‑232负责将由GPS模块输出的秒脉冲信号实时的传送给每个分布式振动监控站，分布式监控站将振动数据及GPS脉冲信号采样后共同由以太网发送至中心站，中心站再根据脉冲信号进行数据处理实现所有分布式监控站振动数据同步，最终根据同步后的数据进行振动位置解算。具有具有应用环境广泛，成本低廉的优点。

Description

以太网串口协同振动监控系统高精度同步数传方法与装置

技术领域

本发明涉及一种振动监控同步数传方法，特别是涉及一种以太网串口协同的振动监控系统高精度同步数传方法与装置。

技术背景

振动监控系统的应用很广泛，可用于地质灾害、工程建筑及工业矿产生产的监测等众多领域。与其他类型的监控系统不同，振动监控系统的时间同步问题是保证系统工作准确可靠的必要条件，只有各个监控站之间实现了严格的时间同步(一般要求微秒级以上)，通过振动数据解算出的振动点位置和能量大小才是正确的。同步方法有多种，包括GPS授时，原子钟授时，网络时间服务器等等。

GPS授时是最为常用的技术手段，需要在监控系统的每个分布式监控站站上安装GPS授时模块，将GPS时间信息添加到监控站获取的振动采样数据中。这种技术方案的缺点是由于 GPS信号获取需要一定的位置条件，一般需要监控站接收到一定数量的卫星才可完成授时，在山地、森林、水边以及一些矿井等地下条件由于信号受限导致授时工作无法完成。原子钟不需考虑信号接收的问题，但由于原子钟价格较高且在嵌入式系统中使用需要一定的技术支持，所以一般也不会被广泛使用。网络时间服务器授时精度高，可以自动实现以太网同步，但价格也比较昂贵，同时对分布式系统中网络节点的硬件要求严格，需要指定的支持网络时间同步协议的专用网络模块来完成。

综上所述，在振动监控系统的开发中，研究一种利用通用设备，可适用的环境广泛，成本低廉的可以完成高精度数据同步传输技术是迫切需要的。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的上太空缺陷，提供一种适用环境广泛，成本低廉的用以太网与RS-232串口协同工作的振动监控系统高精度同步数传方法，本发明目的还在于提供用于实现该方法的装置。

为实现上述目的，本发明使用以太网与RS-232串口协同工作的振动监控系统高精度数传方法是将振动监控系统的中心站(Central Station，简称CS)和散布在监控区域内的若干分布式监控站(Monitor Station，简称MS)使用以太网的方式构成局域网；以太网负责传感器振动数据的网络传输，同时使用串口RS-232连接各分布式监控站与中心站，串口RS-232负责将由GPS模块输出的秒脉冲信号实时的传送给每个分布式振动监控站，分布式监控站将振动数据及GPS脉冲信号采样后共同由以太网发送至中心站，中心站再根据脉冲信号进行数据处理实现所有分布式监控站振动数据同步，最终根据同步后的数据进行振动位置解算。系统由于同时使用了以太网和串口RS-232通信两种通信技术来实现各分布式监控站之间以及各分布式监控站与中心站之间的同步数据通信，可以充分发挥各自优势，使用该技术可以最大限度的利用低成本通用设备来构建振动监控系统。应用于分布式振动监控系统中的同步数据传输，具有应用环境广泛，成本低廉的优点。

作为优化，其功能由7大部分协同来实现：第1部分是中心站，负责整个采集系统的系统控制，数据回收及存储及数据解算工作；第2部分是光纤以太网交换机，负责中心站与各分布式监控站之间的光纤以太网连接；第3部分是6PS授时系统，包含GPS天线及GPS接收机，串口输出秒脉冲信号及授时信息，首次启动时需要接收到4颗以上的卫星信号才能完成定位及授时，定位完成后即使只能接收到一颗卫星的GPS信号也可完成授时工作；第4部分是串口-光纤转换模块，将GPS模块输出的信号由电信号转换至光信号；第5部分是1个或多个光交换机，在分布式监控站与中心站需要并行连接时，需要将秒脉冲光信号分为多路，接入各个分布式监控站；第6和第7部分别是分布式监控站及与之连接的三分量地震检波器。需要指出的是，当第1部分中心站和第6部分监控站使用的物理连接方式为无线连接而非光纤连接时，第2和第5部分要做出相应的改变，变为无线以太网交换机和串口-无线转换模块。即：应用该方法的振动监控系统需要由7大部分来实现：1个中心站，负责整个采集系统的系统控制，数据回收及存储，及数据解算工作；1个光纤以太网交换机，负责中心站与各分布式监控站之间的光纤以太网连接；1个GPS授时模块，包含GPS天线及GPS接收机，串口输出秒脉冲信号及授时信息，首次启动时需要接收到4颗以上的卫星信号才能完成定位及授时，定位完成后即使只能接收到一颗卫星的GPS信号也可完成授时工作；1个串口-光纤转换模块，将GPS模块输出的信号由电信号转换至光信号；1个或多个光交换机，在分布式监控站与中心站需要并行连接时，需要将秒脉冲光信号分为多路，接入各个分布式监控站；第6和第7部分别是分布式监控站及与之连接的三分量地震检波器。当第1部分中心站和第 6部分监控站使用的物理连接方式为无线连接而非光纤连接时，第2和第5部分要做出相应的改变，变为无线以太网交换机和串口-无线转换模块。或者其中的一个部分使用无线方式，这取决于监控系统的实际布设需要。

作为优化，连接各分布式监控站所使用的光缆需要至少3芯，一对用于以太网数传，一根用于串口RS-232传输。需要指出的是，与常规的串口的光纤通讯不同，本技术实施时串口RS-232信号的传输只是由中心站的GPS模块将PPS(pulses per second)信号发送到各个分布式监控站，各分布式监控站无需信号返回，所以负责串口RS-232信号传输的光缆只需一根单向传输即可。

作为优化，GPS模块所输出的授时信息并未给振动监控系统中的任一网络节点授时，所有的分布式监控站及主机系统均使用原有的RTC时间，仅利用GPS模块所输出的高精度秒脉冲信号进行各分布式监控站之间的信号同步。由于振动监控系统对于振动发生的准确时间并没有要求，而对于振动位置信息的解算，只要保证在数据解算各个分布式监控站所使用的振动数据彼此之间是相对同步的(同步精度小于采样率)即可准确的解算出振动点的空间位置。而振动的时间由中心站的系统时间定义即可。

作为优化，分布式监控站可以分为以下模块：分布式监控站的控制单元CM，使用ARM 作为核心控制芯片，具有工作频率高，处理速度快，功耗低等优点，且对于以太网支持较好；振动数据采集模块AD，是一个具有四通道采集数据采集功能的模数转换模块，采集精度高，采样率最高可达4K；同时使用FPGA来负责AD转换时的逻辑时序控制和数据处理功能。分布式监控站正常工作时，其中的前三个通道用于连接三分量传感器，负责多波多分量振动信号采集，而第四个通道用于连接经由光纤-串口RS-232转换模块FOM2输出的串口信号，其所输出信号为1PPS的秒脉冲信号。用于以太网通讯的光电交换模块FOM1，提供给当前监控站的以太网连接以及下一个。在每个分布式监控站中的串口光电转换模块FOM2中，将其光纤输入和输出端进行短接，输出端光纤接入下一分布式监控站，作为输入使用。电源模块PM 实现对系统中各其他模块的供电管理。当第1部分中心站和第6部分监控站使用的物理连接方式为无线连接而非光纤连接时，光电交换模块FOM1及FOM2变化为无线收发模块RFWM1和 RFWM2，用于无线的以太网连接和串口RS-232收发。

即：分布式监控站可以分为以下模块：CM为分布式监控站的控制单元，使用ARM作为核心控制芯片，具有工作频率高，处理速度快，功耗低等优点，且对于以太网支持较好；AD为采集模块，是一个具有四通道采集数据采集功能的模数转换模块，采集精度高，采样率最高可达4K；同时使用FPGA来负责AD转换时的逻辑时序控制和数据处理功能。分布式监控站正常工作时，其中的前三个通道用于连接三分量传感器，负责采集Z，X，Y三个方向上的振动信号，而第四个通道用于连接经由FOM2模块输出的串口信号，其所输出信号为1PPS的秒脉冲信号。FOM1是用于以太网通讯的光电转换模块，FOM2是用于RS-232通讯的光电转换模块。在每个分布式监控站中的串口光电转换模块FOM2中，将其光纤输入和输出端进行短接，输出端光纤接入下一分布式监控站，作为输入使用。电源模块PM实现对系统中各其他模块的供电管理，提供数字3.3V，5V，模拟±2.5V的供电。输入端使用12V直流供电。光电交换模块FOM1及FOM2变化为无线收发模块RFWM1和RFWM2，用于无线的以太网连接和串口RS-232 收发。

作为优化，经由串口RS-232传输的秒脉冲信号具有固定延时，而延时的累积在所有分布式监控站上是一致的，而又由于各分部式监控站内部四个通道的采样数据是严格同步的，所以数据回传至中心站后，只要按照所有分布式监控站第四道PPS信号脉冲上升沿进行数据对齐，就实现了各个分布式监控站互相之间的三分量振动采集数据时间同步。

即：串口RS-232传输的秒脉冲信号具有固定延时，而延时的累积在所有分布式监控站上是一致的，而又由于各分部式监控站内部四个通道的采样数据是严格同步的，所以只要按照所有分布式监控站第四道PPS信号脉冲上升沿进行数据对齐，就实现了各个分布式监控站互相之间的三分量振动采集的数据时间同步。

作为优化，系统工作时，首先由中心站操控中心下达各分布式监控站加电指令，各分布式监控站加电成功后自动启动数据采集，成功采集来自串口RS-232的GPS脉冲和检波器数据后保持数据采集状态但不回传数据，发送准备就绪状态给操作中心，操作中心确保所有分布式监控站可正常采集后发送数据回收指令，所有分布式监控站收到该指令后在同一秒内开始实时数据回传，操控中心接收到数据后不断的将回传的数据进行秒冲同步对齐，随后进行文件存储以及数据处理等操作。各分布式监控站在获取振动数据后需要以较小的数据包进行以太网网络传送，即振动采样后立即传输，保证了数据传输的实时性，而由于以太网传输延时远远小于1s，也就是可以控制在秒脉冲信号之内，故可以使用秒脉冲信号进行校正。这使得使用串口RS-232辅助脉冲信号同步的方法的另外的优势是所有分布式监控站的振动数据中不需要添加额外的时间信息。

用于实现本发明所述方法的装置将振动监控系统的中心站(Central Station，简称CS) 和散布在监控区域内的若干分布式监控站(Monitor Station，简称MS)使用以太网的方式构成局域网；以太网负责传感器振动数据的网络传输，同时使用串口RS-232连接各分布式监控站与中心站，串口RS-232负责将由GPS模块输出的秒脉冲信号实时的传送给每个分布式振动监控站，分布式监控站将振动数据及GPS脉冲信号采样后共同由以太网发送至中心站，中心站再根据脉冲信号进行数据处理实现所有分布式监控站振动数据同步，最终根据同步后的数据进行振动位置解算。系统由于同时使用了以太网和串口RS-232通信两种通信技术来实现各分布式监控站之间以及各分布式监控站与中心站之间的同步数据通信，可以充分发挥各自优势，使用该技术可以最大限度的利用低成本通用设备来构建振动监控系统。具有应用环境广泛，成本低廉的优点。

作为优化，其功能由7大部分协同来实现：第1部分是中心站，负责整个采集系统的系统控制，数据回收及存储及数据解算工作；第2部分是光纤以太网交换机，负责中心站与各分布式监控站之间的光纤以太网连接；第3部分是GPS授时系统，包含GPS天线及GPS接收机，串口输出秒脉冲信号及授时信息，首次启动时需要接收到4颗以上的卫星信号才能完成定位及授时，定位完成后即使只能接收到一颗卫星的GPS信号也可完成授时工作；第4部分是串口-光纤转换模块，将GPS模块输出的信号由电信号转换至光信号；第5部分是1个或多个光交换机，在分布式监控站与中心站需要并行连接时，需要将秒脉冲光信号分为多路，接入各个分布式监控站；第6和第7部分别是分布式监控站及与之连接的三分量地震检波器。需要指出的是，当第1部分中心站和第6部分监控站使用的物理连接方式为无线连接而非光纤连接时，第2和第5部分要做出相应的改变，变为无线以太网交换机和串口-无线转换模块。即：其振动监控系统需要由7大部分来实现：1个中心站，负责整个采集系统的系统控制，数据回收及存储，及数据解算工作；1个光纤以太网交换机，负责中心站与各分布式监控站之间的光纤以太网连接；1个GPS授时模块，包含GPS天线及GPS接收机，串口输出秒脉冲信号及授时信息，首次启动时需要接收到4颗以上的卫星信号才能完成定位及授时，定位完成后即使只能接收到一颗卫星的GPS信号也可完成授时工作；1个串口-光纤转换模块，将GPS模块输出的信号由电信号转换至光信号；1个或多个光交换机，在分布式监控站与中心站需要并行连接时，需要将秒脉冲光信号分为多路，接入各个分布式监控站；第6和第7 部分别是分布式监控站及与之连接的三分量地震检波器。当第1部分中心站和第6部分监控站使用的物理连接方式为无线连接而非光纤连接时，第2和第5部分要做出相应的改变，变为无线以太网交换机和串口-无线转换模块。或者其中的一个部分使用无线方式，这取决于监控系统的实际布设需要。

作为优化，连接各分布式监控站所使用的光缆需要至少3芯，一对用于以太网数传，一根用于串口RS-232传输。需要指出的是，与常规的串口的光纤通讯不同，本技术实施时串口RS-232信号的传输只是由中心站的GPS模块将PPS信号发送到各个分布式监控站，各分布式监控站无需信号返回，所以负责串口RS-232信号传输的光缆只需一根单向传输即可。

作为优化，GPS模块所输出的授时信息并未给振动监控系统中的任一网络节点授时，所有的分布式监控站及主机系统均使用原有的RTC时间(实时时钟)，仅利用GPS模块所输出的高精度秒脉冲信号进行各分布式监控站之间的信号同步。由于振动监控系统对于振动发生的准确时间并没有要求，而对于振动位置信息的解算，只要保证在数据解算各个分布式监控站所使用的振动数据彼此之间是相对同步的(同步精度小于采样率)即可准确的解算出振动点的空间位置。而振动的时间由中心站的系统时间定义即可。

作为优化，分布式监控站可以分为以下模块：分布式监控站的控制单元CM，使用ARM 作为核心控制芯片，具有工作频率高，处理速度快，功耗低等优点，且对于以太网支持较好；振动数据采集模块AD，是一个具有四通道采集数据采集功能的模数转换模块，采集精度高，采样率最高可达4K；同时使用FPGA来负责AD转换时的逻辑时序控制和数据处理功能。分布式监控站正常工作时，其中的前三个通道用于连接三分量传感器，负责多波多分量振动信号采集，而第四个通道用于连接经由光纤-串口RS-232转换模块FOM2输出的串口信号，其所输出信号为1PPS的秒脉冲信号。用于以太网通讯的光电交换模块FOM1，提供给当前监控站的以太网连接以及下一个。在每个分布式监控站中的串口光电转换模块FOM2中，将其光纤输入和输出端进行短接，输出端光纤接入下一分布式监控站，作为输入使用。电源模块PM 实现对系统中各其他模块的供电管理。当第1部分中心站和第6部分监控站使用的物理连接方式为无线连接而非光纤连接时，光电交换模块FOM1及FOM2变化为无线收发模块RFWM1和 RFWM2，用于无线的以太网连接和串口RS-232收发。

即：分布式监控站可以分为以下模块：CM为分布式监控站的控制单元，使用ARM作为核心控制芯片，具有工作频率高，处理速度快，功耗低等优点，且对于以太网支持较好；AD为采集模块，是一个具有四通道采集数据采集功能的模数转换模块，采集精度高，采样率最高可达4K；同时使用FPGA来负责AD转换时的逻辑时序控制和数据处理功能。分布式监控站正常工作时，其中的前三个通道用于连接三分量传感器，负责采集Z，X，Y三个方向上的振动信号，而第四个通道用于连接经由FOM2模块输出的串口信号，其所输出信号为1PPS的秒脉冲信号。FOM1是用于以太网通讯的光电转换模块，FOM2是用于串口RS-232通讯的光电转换模块。在每个分布式监控站中的串口光电转换模块FOM2中，将其光纤输入和输出端进行短接，输出端光纤接入下一分布式监控站，作为输入使用。电源模块PM实现对系统中各其他模块的供电管理，提供数字3.3V，5V，模拟±2.5V的供电。输入端使用12V直流供电。光电交换模块FOM1及FOM2变化为无线收发模块RFWM1和RFWM2，用于无线的以太网连接和串口 RS-232收发。

作为优化，经由串口RS-232传输的秒脉冲信号具有固定延时，而延时的累积在所有分布式监控站上是一致的，而又由于各分部式监控站内部四个通道的采样数据是严格同步的，所以数据回传至中心站后，只要按照所有分布式监控站第四道PPS信号脉冲上升沿进行数据对齐，就实现了各个分布式监控站互相之间的三分量振动采集数据时间同步。

即：串口RS-232传输的秒脉冲信号具有固定延时，而延时的累积在所有分布式监控站上是一致的，而又由于各分部式监控站内部四个通道的采样数据是严格同步的，所以只要按照所有分布式监控站第四道PPS信号脉冲上升沿进行数据对齐，就实现了各个分布式监控站互相之间的三分量振动采集的数据时间同步。

作为优化，系统工作时，首先由中心站操控中心下达各分布式监控站加电指令，各分布站加电成功后自动启动数据采集，成功采集串口RS-232的GPS脉冲和检波器数据后保持数据采集状态但不回传数据，发送准备就绪状态给操作中心，操作中心确保所有分布式监控站可正常采集后发送数据回收指令，所有分布式监控站收到该指令后在同一秒内开始实时数据回传，操控中心接收到数据后不断的将回传的数据进行秒冲同步对齐，随后进行文件存储以及数据处理等操作。各分布式监控站在获取振动数据后需要以较小的数据包进行以太网网络传送，即振动采样后立即传输，保证了数据传输的实时性，而由于以太网传输延时远远小于 1s，也就是可以控制在秒脉冲信号之内，故可以使用秒脉冲信号进行校正。这使得使用串口 RS-232辅助脉冲信号同步的方法的另外的优势是所有分布式监控站的振动数据中不需要添加额外的时间信息。

本发明是一种使用以太网与RS-232串口协同工作的振动监控系统高精度数传方法与装置是振动监控系统主要通过实时分析传感器振动数据中所包含的初至波走时及振幅强弱来解算监控区域内振动时间的震源位置及振动能量强度。振动监控系统一般由中心站和散布在监控区域内的若干分布式监控站组成，本发明使用以太网的方式构成一个振动监控系统局域网，以太网负责传感器振动数据的网络传输，同时使用串口RS-232连接各分布式监控站与中心站，串口RS-232负责将由GPS模块输出的秒脉冲信号实时的传送给每个分布式振动监控站，分布式监控站将振动数据及GPS脉冲信号采样后由以太网发送至中心站，中心站根据脉冲信号实现所有分布式监控站振动数据同步，最终根据同步后的数据进行振动位置解算。以太网和串口RS-232的物理连接考虑布设条件应选择不同的传输介质，可以选用光纤、双绞线或者无线连接，中心站和分布式监控站需进行相应技术设计来完成以太网和串口连接。本发明创新性的同时使用了以太网和串口通信两种通信技术，利用各自优势，使用低成本设备构建系统，解决了数据传输时间同步的问题，可满足应用需求，增加系统使用的灵活性(多种情况下，如矿井内部或遮挡严重地区，分布式监控站无法获取GPS信号)。同时，系统稳定可靠，适用性强。

采用上述技术方案后，本发明以太网串口协同的振动监控系统高精度同步数传方法与装置具有应用环境广泛，成本低廉的优点。

附图说明

图1是本发明以太网串口协同的振动监控系统高精度同步数传方法与装置的有线连接分布式监控站结构图；图2是本发明以太网串口协同的振动监控系统高精度同步数传方法与装置的无线连接分布式监控站结构图；图3是本发明以太网串口协同的振动监控系统高精度同步数传方法与装置的振动监控系统拓扑结构图；图4是本发明以太网串口协同的振动监控系统高精度同步数传方法与装置的振动监控系统同步数传流程图；图5是本发明以太网串口协同的振动监控系统高精度同步数传方法与装置完成了同步后的实际采集数据图。

具体实施方式

本发明使用以太网与RS-232串口协同工作的振动监控系统高精度数传方法是将振动监控系统的中心站(Central Station，简称CS)和散布在监控区域内的若干分布式监控站 (Monitor Station，简称MS)使用以太网的方式构成局域网；以太网负责传感器振动数据的网络传输，同时使用串口RS-232连接各分布式监控站与中心站，串口RS-232负责将由GPS 模块输出的秒脉冲信号实时的传送给每个分布式振动监控站，分布式监控站将振动数据及 GPS脉冲信号采样后共同由以太网发送至中心站，中心站再根据脉冲信号进行数据处理实现所有分布式监控站振动数据同步，最终根据同步后的数据进行振动位置解算。系统由于同时使用了以太网和串口RS-232通信两种通信技术来实现各分布式监控站之间以及各分布式监控站与中心站之间的同步数据通信，可以充分发挥各自优势，使用该技术可以最大限度的利用低成本通用设备来构建振动监控系统。应用于分布式振动监控系统中的同步数据传输，具有应用环境广泛，成本低廉的优点。

其功能由7大部分协同来实现：第1部分是中心站，负责整个采集系统的系统控制，数据回收及存储及数据解算工作；第2部分是光纤以太网交换机，负责中心站与各分布式监控站之间的光纤以太网连接；第3部分是GPS授时系统，包含GPS天线及GPS接收机，串口输出秒脉冲信号及授时信息，首次启动时需要接收到4颗以上的卫星信号才能完成定位及授时，定位完成后即使只能接收到一颗卫星的GPS信号也可完成授时工作；第4部分是串口-光纤转换模块，将GPS模块输出的信号由电信号转换至光信号；第5部分是1个或多个光交换机，在分布式监控站与中心站需要并行连接时，需要将秒脉冲光信号分为多路，接入各个分布式监控站；第6和第7部分别是分布式监控站及与之连接的三分量地震检波器。需要指出的是，当第1部分中心站和第6部分监控站使用的物理连接方式为无线连接而非光纤连接时，第2 和第5部分要做出相应的改变，变为无线以太网交换机和串口-无线转换模块。即：应用该方法的振动监控系统需要由7大部分来实现：1个中心站，负责整个采集系统的系统控制，数据回收及存储，及数据解算工作；1个光纤以太网交换机，负责中心站与各分布式监控站之间的光纤以太网连接；1个GPS授时模块，包含GPS天线及GPS接收机，串口输出秒脉冲信号及授时信息，首次启动时需要接收到4颗以上的卫星信号才能完成定位及授时，定位完成后即使只能接收到一颗卫星的GPS信号也可完成授时工作；1个串口-光纤转换模块，将 GPS模块输出的信号由电信号转换至光信号；1个或多个光交换机，在分布式监控站与中心站需要并行连接时，需要将秒脉冲光信号分为多路，接入各个分布式监控站；第6和第7部分别是分布式监控站及与之连接的三分量地震检波器。当第1部分中心站和第6部分监控站使用的物理连接方式为无线连接而非光纤连接时，第2和第5部分要做出相应的改变，变为无线以太网交换机和串口-无线转换模块。或者其中的一个部分使用无线方式，这取决于监控系统的实际布设需要。

连接各分布式监控站所使用的光缆需要至少3芯，一对用于以太网数传，一根用于串口 RS-232传输。需要指出的是，与常规的串口的光纤通讯不同，本技术实施时串口RS-232信号的传输只是由中心站的GPS模块将PPS信号发送到各个分布式监控站，各分布式监控站无需信号返回，所以负责串口RS-232信号传输的光缆只需一根单向传输即可。

GPS模块所输出的授时信息并未给振动监控系统中的任一网络节点授时，所有的分布式监控站及主机系统均使用原有的RTC时间，仅利用GPS模块所输出的高精度秒脉冲信号进行各分布式监控站之间的信号同步。由于振动监控系统对于振动发生的准确时间并没有要求，而对于振动位置信息的解算，只要保证在数据解算各个分布式监控站所使用的振动数据彼此之间是相对同步的(同步精度小于采样率)即可准确的解算出振动点的空间位置。而振动的时间由中心站的系统时间定义即可。

分布式监控站可以分为以下模块：分布式监控站的控制单元CM，使用ARM作为核心控制芯片，具有工作频率高，处理速度快，功耗低等优点，且对于以太网支持较好；振动数据采集模块AD，是一个具有四通道采集数据采集功能的模数转换模块，采集精度高，采样率最高可达4K；同时使用FPGA来负责AD转换时的逻辑时序控制和数据处理功能。分布式监控站正常工作时，其中的前三个通道用于连接三分量传感器，负责多波多分量振动信号采集，而第四个通道用于连接经由光纤-串口RS-232转换模块FOM2输出的串口信号，其所输出信号为 1PPS的秒脉冲信号。用于以太网通讯的光电交换模块FOM1，提供给当前监控站的以太网连接以及下一个。在每个分布式监控站中的串口光电转换模块FOM2中，将其光纤输入和输出端进行短接，输出端光纤接入下一分布式监控站，作为输入使用。电源模块PM实现对系统中各其他模块的供电管理。当第1部分中心站和第6部分监控站使用的物理连接方式为无线连接而非光纤连接时，光电交换模块FOM1及FOM2变化为无线收发模块RFWM1和RFWM2，用于无线的以太网连接和串口RS-232收发。

即：分布式监控站可以分为以下模块：CM为分布式监控站的控制单元，使用ARM作为核心控制芯片，具有工作频率高，处理速度快，功耗低等优点，且对于以太网支持较好；AD为采集模块，是一个具有四通道采集数据采集功能的模数转换模块，采集精度高，采样率最高可达4K；同时使用FPGA来负责AD转换时的逻辑时序控制和数据处理功能。分布式监控站正常工作时，其中的前三个通道用于连接三分量传感器，负责采集Z，X，Y三个方向上的振动信号，而第四个通道用于连接经由FOM2模块输出的串口信号，其所输出信号为1PPS的秒脉冲信号。FOM1是用于以太网通讯的光电转换模块，FOM2是用于串口RS-232通讯的光电转换模块。在每个分布式监控站中的串口光电转换模块FOM2中，将其光纤输入和输出端进行短接，输出端光纤接入下一分布式监控站，作为输入使用。电源模块PM实现对系统中各其他模块的供电管理，提供数字3.3V，5V，模拟±2.5V的供电。输入端使用12V直流供电。光电交换模块FOM1及FOM2变化为无线收发模块RFWM1和RFWM2，用于无线的以太网连接和串口 RS-232收发。

经由串口RS-232传输的秒脉冲信号具有固定延时，而延时的累积在所有分布式监控站上是一致的，而又由于各分部式监控站内部四个通道的采样数据是严格同步的，所以数据回传至中心站后，只要按照所有分布式监控站第四道PPS信号脉冲上升沿进行数据对齐，就实现了各个分布式监控站互相之间的三分量振动采集数据时间同步。

即：RS-232传输的秒脉冲信号具有固定延时，而延时的累积在所有分布式监控站上是一致的，而又由于各分部式监控站内部四个通道的采样数据是严格同步的，所以只要按照所有分布式监控站第四道PPS信号脉冲上升沿进行数据对齐，就实现了各个分布式监控站互相之间的三分量振动采集的数据时间同步。

系统工作时，首先由中心站操控中心下达各分布式监控站加电指令，各分布站加电成功后自动启动数据采集，成功采集串口RS-232的GPS脉冲和检波器数据后保持数据采集状态但不回传数据，发送准备就绪状态给操作中心，操作中心确保所有分布式监控站可正常采集后发送数据回收指令，所有分布式监控站收到该指令后在同一秒内开始实时数据回传，操控中心接收到数据后不断的将回传的数据进行秒冲同步对齐，随后进行文件存储以及数据处理等操作。各分布式监控站在获取振动数据后需要以较小的数据包进行以太网网络传送，即振动采样后立即传输，保证了数据传输的实时性，而由于以太网传输延时远远小于1s，也就是可以控制在秒脉冲信号之内，故可以使用秒脉冲信号进行校正。这使得使用串口RS-232辅助脉冲信号同步的方法的另外的优势是所有分布式监控站的振动数据中不需要添加额外的时间信息。

用于实现本发明所述方法的装置是将振动监控系统的中心站(Central Station，简称 CS)和散布在监控区域内的若干分布式监控站(Monitor Station，简称MS)使用以太网的方式构成局域网；以太网负责传感器振动数据的网络传输，同时使用串口RS-232连接各分布式监控站与中心站，串口RS-232负责将由GPS模块输出的秒脉冲信号实时的传送给每个分布式振动监控站，分布式监控站将振动数据及GPS脉冲信号采样后共同由以太网发送至中心站，中心站再根据脉冲信号进行数据处理实现所有分布式监控站振动数据同步，最终根据同步后的数据进行振动位置解算。系统由于同时使用了以太网和串口RS-232通信两种通信技术来实现各分布式监控站之间以及各分布式监控站与中心站之间的同步数据通信，可以充分发挥各自优势，使用该技术可以最大限度的利用低成本通用设备来构建振动监控系统。具有应用环境广泛，成本低廉的优点。

其功能由7大部分协同来实现：第1部分是中心站，负责整个采集系统的系统控制，数据回收及存储及数据解算工作；第2部分是光纤以太网交换机，负责中心站与各分布式监控站之间的光纤以太网连接；第3部分是GPS授时系统，包含GPS天线及GPS接收机，串口输出秒脉冲信号及授时信息，首次启动时需要接收到4颗以上的卫星信号才能完成定位及授时，定位完成后即使只能接收到一颗卫星的GPS信号也可完成授时工作；第4部分是串口-光纤转换模块，将GPS模块输出的信号由电信号转换至光信号；第5部分是1个或多个光交换机，在分布式监控站与中心站需要并行连接时，需要将秒脉冲光信号分为多路，接入各个分布式监控站；第6和第7部分别是分布式监控站及与之连接的三分量地震检波器。需要指出的是，当第1部分中心站和第6部分监控站使用的物理连接方式为无线连接而非光纤连接时，第2 和第5部分要做出相应的改变，变为无线以太网交换机和串口-无线转换模块。即：其振动监控系统需要由7大部分来实现：1个中心站，负责整个采集系统的系统控制，数据回收及存储，及数据解算工作；1个光纤以太网交换机，负责中心站与各分布式监控站之间的光纤以太网连接；1个GPS授时模块，包含GPS天线及GPS接收机，串口输出秒脉冲信号及授时信息，首次启动时需要接收到4颗以上的卫星信号才能完成定位及授时，定位完成后即使只能接收到一颗卫星的GPS信号也可完成授时工作；1个串口-光纤转换模块，将GPS模块输出的信号由电信号转换至光信号；1个或多个光交换机，在分布式监控站与中心站需要并行连接时，需要将秒脉冲光信号分为多路，接入各个分布式监控站；第6和第7部分别是分布式监控站及与之连接的三分量地震检波器。当第1部分中心站和第6部分监控站使用的物理连接方式为无线连接而非光纤连接时，第2和第5部分要做出相应的改变，变为无线以太网交换机和串口-无线转换模块。或者其中的一个部分使用无线方式，这取决于监控系统的实际布设需要。

连接各分布式监控站所使用的光缆需要至少3芯，一对用于以太网数传，一根用于串口 RS-232传输。需要指出的是，与常规的串口的光纤通讯不同，本技术实施时串口RS-232 信号的传输只是由中心站的GPS模块将PPS信号发送到各个分布式监控站，各分布式监控站无需信号返回，所以负责串口RS-232信号传输的光缆只需一根单向传输即可。

GPS模块所输出的授时信息并未给振动监控系统中的任一网络节点授时，所有的分布式监控站及主机系统均使用原有的RTC时间，仅利用GPS模块所输出的高精度秒脉冲信号进行各分布式监控站之间的信号同步。由于振动监控系统对于振动发生的准确时间并没有要求，而对于振动位置信息的解算，只要保证在数据解算各个分布式监控站所使用的振动数据彼此之间是相对同步的(同步精度小于采样率)即可准确的解算出振动点的空间位置。而振动的时间由中心站的系统时间定义即可。

分布式监控站可以分为以下模块：分布式监控站的控制单元CM，使用ARM作为核心控制芯片，具有工作频率高，处理速度快，功耗低等优点，且对于以太网支持较好；振动数据采集模块AD，是一个具有四通道采集数据采集功能的模数转换模块，采集精度高，采样率最高可达4K；同时使用FPGA来负责AD转换时的逻辑时序控制和数据处理功能。分布式监控站正常工作时，其中的前三个通道用于连接三分量传感器，负责多波多分量振动信号采集，而第四个通道用于连接经由光纤-串口RS-232转换模块FOM2输出的串口信号，其所输出信号为 1PPS的秒脉冲信号。用于以太网通讯的光电交换模块FOM1，提供给当前监控站的以太网连接以及下一个。在每个分布式监控站中的串口光电转换模块FOM2中，将其光纤输入和输出端进行短接，输出端光纤接入下一分布式监控站，作为输入使用。电源模块实现对系统中各其他模块的供电管理。当第1部分中心站和第6部分监控站使用的物理连接方式为无线连接而非光纤连接时，光电交换模块FOM1及FOM2变化为无线收发模块RFWM1和RFWM2，用于无线的以太网连接和串口RS-232收发。

即：分布式监控站可以分为以下模块：CM为分布式监控站的控制单元，使用ARM作为核心控制芯片，具有工作频率高，处理速度快，功耗低等优点，且对于以太网支持较好；AD为采集模块，是一个具有四通道采集数据采集功能的模数转换模块，采集精度高，采样率最高可达4K；同时使用FPGA来负责AD转换时的逻辑时序控制和数据处理功能。分布式监控站正常工作时，其中的前三个通道用于连接三分量传感器，负责采集Z，X，Y三个方向上的振动信号，而第四个通道用于连接经由FOM2模块输出的串口信号，其所输出信号为1PPS的秒脉冲信号。FOM1是用于以太网通讯的光电转换模块，FOM2是用于串口RS-232通讯的光电转换模块。在每个分布式监控站中的串口光电转换模块FOM2中，将其光纤输入和输出端进行短接，输出端光纤接入下一分布式监控站，作为输入使用。电源模块PM实现对系统中各其他模块的供电管理，提供数字3.3V，5V，模拟±2.5V的供电。输入端使用12V直流供电。光电交换模块FOM1及FOM2变化为无线收发模块RFWM1和RFWM2，用于无线的以太网连接和串口 RS-232收发。

经由串口RS-232传输的秒脉冲信号具有固定延时，而延时的累积在所有分布式监控站上是一致的，而又由于各分部式监控站内部四个通道的采样数据是严格同步的，所以数据回传至中心站后，只要按照所有分布式监控站第四道PPS信号脉冲上升沿进行数据对齐，就实现了各个分布式监控站互相之间的三分量振动采集数据时间同步。

即：串口RS-232传输的秒脉冲信号具有固定延时，而延时的累积在所有分布式监控站上是一致的，而又由于各分部式监控站内部四个通道的采样数据是严格同步的，所以只要按照所有分布式监控站第四道PPS信号脉冲上升沿进行数据对齐，就实现了各个分布式监控站互相之间的三分量振动采集的数据时间同步。

系统工作时，首先由中心站操控中心下达各分布式监控站加电指令，各分布站加电成功后自动启动数据采集，成功采集串口RS-232的GPS脉冲和检波器数据后保持数据采集状态但不回传数据，发送准备就绪状态给操作中心，操作中心确保所有分布式监控站可正常采集后发送数据回收指令，所有分布式监控站收到该指令后在同一秒内开始实时数据回传，操控中心接收到数据后不断的将回传的数据进行秒冲同步对齐，随后进行文件存储以及数据处理等操作。各分布式监控站在获取振动数据后需要以较小的数据包进行以太网网络传送，即振动采样后立即传输，保证了数据传输的实时性，而由于以太网传输延时远远小于1s，也就是可以控制在秒脉冲信号之内，故可以使用秒脉冲PPS信号进行校正。这使得使用串口RS-232 辅助脉冲信号同步的方法的另外的优势是所有分布式监控站的振动数据中不需要添加额外的时间信息。

具体如图所示：本发明以太网串口协同的振动监控系统高精度同步数传方法是一种应用领域广泛的，结合了数字通信，传感器及嵌入式系统等多种技术的数字系统。在一些应用场合，需要根据振动监测数据进行振动点位置及振动能量大小的实时计算。其一般的工作方法是在待监控区域内分散布设一定数量(4个以上)振动监控站(或监控器)，各监控站负责完成振动传感器的模数转换并实时传送至中心站，中心站负责数据的存储及处理。数据解算的前提条件是从各分布式采集站获取的振动数据之间是严格时间同步的，误差应小于采样率的一半，如4K采样率时，同步精度应该在125us以上。造成数据采集不同步的原因一半包括两点：分布式系统之间时间不同步及以太网的不固定延时。多种方法可以用来实现数据同步采集，如高精度的时钟及时间服务器等，此外GPS同步是一种经常使用的同步方法。考虑到系统成本及本系统使用的灵活性(多种情况下(如矿井内部或遮挡严重地区，分布站无法获取GPS信号，因此我们必须设计一种各分部式振动监控站之间及与中心站连接为局域网连接，而各振动监控站彼此之间又可以保证采集数据的严格同步。

传统的局域网内部网络同步一般是1588协议对时，对系统软硬件要求较高，且实现起来比较复杂。与以太网相比，串口RS-232属于低级串行通信，延时小且延时固定，本系统中使用了TCP/IP来负责中心站与各分布式监控站之间的通信，来完成整个监控系统的指令控制及振动数据回传，这使得可以很好的利用工区已经存在的局域网网络，同时目前的嵌入式系统对以太网支持很好，易于快速开发实现。

图3所示的是本振动监控系统的结构示意图。其中①是中心站，负责整个采集系统的系统控制，数据回收及存储，及数据解算工作。②为光纤以太网交换机，负责中心站与各分布式监控站之间的光纤以太网连接。③为GPS授时模块，包含GPS天线及GPS接收机，串口输出秒脉冲信号及授时信息，首次启动时需要接收到4颗以上的卫星信号才能完成定位及授时，定位完成后即使只能接收到一颗卫星的GPS信号也可完成授时工作。GPS模块输出的信号经过④所示的串口-光纤转换模块后完成由电信号至光信号的转换，⑤所示为光交换机，在分布式监控站与中心站需要并行连接时，需要将④输出的秒脉冲光信号分为多路，接入各个监控站。⑥和⑦分别代表分布式监控站及与之连接的三分量检波器。当第1部分中心站和第6 部分监控站使用的物理连接方式为无线连接而非光纤连接时，第2和第5部分要做出相应的改变，变为无线以太网交换机和串口-无线转换模块。或者其中的一个部分使用无线方式，这取决于监控系统的实际布设需要。

连接各监控站所使用的光缆需要至少3芯，一对用于以太网，一根用于串口RS-232传输。需要指出的是，与常规的串口的光纤通讯不同，在本系统中，串口RS-232信号的传输只是由中心站的GPS模块将PPS信号发送到各个监控站，各监控站无需信号返回，所以负责串口 RS-232信号传输的光缆只需一根单向传输即可。

需要指出的是，本文所述的监控系统中虽然使用了GPS，但GPS模块所输出的授时信息并未给本系统中的任一网络节点授时，所有的分布式监控站及主机系统均使用原有的RTC时间，仅利用GPS模块所输出的高精度秒脉冲信号进行各分布式监控站之间的信号同步。这和监控系统的工作原理有关，本振动监控系统对于振动发生的准确时间并没有要求，而对于振动位置信息的解算，只要保证在数据解算各个监控站所使用的振动数据彼此之间是相对同步的 (同步精度小于采样率)即可准确的解算出振动点的空间位置。而振动的时间由中心站的系统时间定义即可。

图1为使用有线连接分布式监控站的结构示意图，其中CM为分布式监控站的控制单元，使用AM9作为核心控制芯片，具有工作频率高，处理速度快，功耗低等优点，且对于以太网支持较好。AD模块是一个具有四通道采集数据采集功能的模数转换模块，每站使用四个 Cirrus Logic公司的CS5373芯片，采集精度高，采样率最高可达4K。同时使用FPGA来负责AD转换时的逻辑时序控制和数据处理功能。监控站正常工作时，其中的前三个通道用于连接三分量传感器，负责采集Z，X，Y三个方向上的振动信号，而第四个通道用于连接经由FOM2模块输出的串口信号，其所输出信号为1PPS的秒脉冲信号。FOM1是用于以太网通讯的光电转换模块，FOM2是用于RS-232通讯的光电转换模块。在每个分布式监控站中的串口光电转换模块FOM2中，将其光纤输入和输出端进行短接，输出端光纤接入下一分布站，作为输入使用。电源模块实现对系统中各其他模块的供电管理，提供数字3.3V，5V，模拟±2.5V 的供电。输入端使用12V直流供电。图2为分布式监控站与中心站无线连接时所使用分布式监控站的结构示意图。此时，光电交换模块FOM1及FOM2变化为无线收发模块RFWM1和RFWM2，用于无线的以太网连接和RS-232收发。FOM1可以使用NETLINK公司的HTB3100模块，具有半双工全双工通用模式，10M和100M速录自适应等特点。FOM2可以选用TOTEK公司的UT-277 型号，通讯距离可达4KM，速录最高460KBPS，RFWM1可以选择的模块较多，普通wifi模块即可，当与中心站距离胶原时，应该加装大功率定向天线。支持无线232收发的模块也较多，分布式监控站中的RFWM2由于只接收不发送，选择3-5瓦功率即可，中心站需要满足远距离发送的功能，一般选用10w以上功率模块及天线。

测试时，将同一GPS模块脉冲信号接入同一分布式监控站中的两道，一道直接输入，另一道经过两次串口光电转换模块及光缆传输后再接入该监控站，两道信号的脉冲上升沿在采集启动的开始时间相差一个采样点(2.5K采样)，采集24小时候一般累积到相差3个采样点，但是该延时以及延时的累积在所有分布站上是一致的，只要我们按照所有分布站第四道PPS 信号脉冲上升沿进行数据对齐，就实现了每个监控站的三分量振动采集的数据时间同步。

使用了本发明“使用以太网与RS-232串口协同工作的振动监控系统高精度数传方法与装置”的振动监控系统其基本工作流程如图4所示：首先由中心站操控中心下达各分布式监控站加电指令，各分布站加电成功后自动启动数据采集，成功采集串口RS-232的GPS脉冲和检波器数据后保持数据采集状态但不回传数据，发送准备就绪状态给操作中心，操作中心确保所有分布式监控站可正常采集后发送数据回收指令，所有分布式监控站收到该指令后在同一秒内开始实时数据回传，操控中心接收到数据后不断的将回传的数据进行秒冲PPS同步对齐，随后进行文件存储以及数据处理等操作。

需要指出的是，由于以太网延时远远小于1s，也就是可以控制在秒脉冲信号之内。故可以使用秒脉冲信号进行校正。这使得使用本文所述的串口RS-232辅助脉冲信号同步的方法的另外的优势是所有分布式监控站的振动数据中不需要添加额外的时间信息，当然，这需要两个前提作为保障。首先，各分部式监控站内部四个通道的采样数据是严格同步的。其次，每个分布式监控站将某时间段内的采样数据包发送至中心站完成都是在同一个秒脉冲时间段内完成的。

使用中心站及四个分布站进行了实际数据的采集实验。四个分布站使用光纤进行串行连接，光纤为四芯光缆，用于以太网连接的两根使用光纤交换机与中心站连接，用于接收串口RS-232所发送的GPS脉冲信号的一根光纤使用串口光纤转化器与GPS授时模块相连接。监控区域为一个40米乘以40米的水泥场地。四个监控站分布在监控区域的四角。地表振动传播波速约为300米每秒。在距离一号站某位置处使用锤击进行振动激发，所获取的采样数据如图5所示。数据共有16道，其中4，8，12，16道为GPS脉冲道，图5所示的是根据秒脉冲进行了同步校正之后的数据，从四个分布站的三分量振动传感器采样数据来看，振动到达时间的先后顺序符合位置分布关系。多次锤击实验数据经处理系统解算后，振动点解算位置与实测位置误差在2米以内。这说明使用本文所述方法进行的振动数据实时采集及GPS脉冲同步方法是准确可靠的。

本发明使用低成本且简单易行的设备及方法以太网实时振动数据传输及高精度时间同步。不同于一般分布式系统的GPS授时，该系统的设计使的GPS信号仅由中心站给定，也就是只要保证中心站GPS具有正常的授时功能则整个系统即可以完成时间同步。与使用高精度时钟，时间服务器等其他授时同步方法相比，本发明所述的数据同步方法最为简单易行且成本最低。可以快速的在某些局域网系统中，特别是使用光纤连接的局域网系统中完成本监控系统的布设。三芯以上的光缆即可完成系统的连接。下一部可以尝试将秒脉冲信号添加到正常振动采集的道上，实现每站只需三道即可，进一步减少设备成本及使用时的功耗。

Claims (9)

1.一种以太网串口协同的振动监控系统高精度同步数传方法，其特征在于将振动监控系统的中心站(CS)和散布在监控区域内的若干分布式监控站(MS)使用以太网的方式构成局域网；以太网负责传感器振动数据的网络传输，同时使用串口RS-232连接各分布式监控站与中心站，串口RS-232负责将由GPS模块输出的秒脉冲信号实时的传送给每个分布式振动监控站，分布式监控站将振动数据及GPS脉冲信号采样后共同由以太网发送至中心站，中心站再根据脉冲信号进行数据处理实现所有分布式监控站振动数据同步，最终根据同步后的数据进行振动位置解算；

工作时，首先由中心站操控中心下达各分布式监控站加电指令，各分布站加电成功后自动启动数据采集，成功采集串口RS-232发送的GPS脉冲和检波器数据后保持数据采集状态但不回传数据，发送准备就绪状态给中心站，中心站确保所有分布式监控站可正常采集后发送数据回收指令，所有分布式监控站收到该指令后在同一秒内开始实时数据回传，中心站接收到数据后不断的将回传的数据进行秒脉冲同步对齐，随后进行文件存储以及数据处理操作；各分布式监控站在获取振动数据后以数据包进行以太网网络传送，振动采样后立即传输，以太网传输延时远远小于1s，控制在秒脉冲信号之内，使用秒脉冲信号进行校正；所有分布式监控站的振动数据中不添加额外的时间信息。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于其功能由7大部分协同来实现：第1部分是中心站，负责整个采集系统的系统控制，数据回收及存储及数据解算工作；第2部分是光纤以太网交换机，负责中心站与各分布式监控站之间的光纤以太网连接；第3部分是GPS授时系统，包含GPS天线及GPS接收机，串口输出秒脉冲信号及授时信息，首次启动时需要接收到4颗以上的卫星信号才能完成定位及授时，定位完成后即使只能接收到一颗卫星的GPS信号也可完成授时工作；第4部分是串口-光纤转换模块，将GPS模块输出的信号由电信号转换至光信号；第5部分是1个或多个光交换机，在分布式监控站与中心站需要并行连接时，需要将秒脉冲光信号分为多路，接入各个分布式监控站；第6和第7部分别是分布式监控站及与之连接的三分量地震检波器。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于连接各分布式监控站所使用的光缆需要至少3芯，一对用于以太网数传，一根用于串口RS-232传输。

4.根据权利要求2所述方法，其特征在于GPS模块所输出的授时信息并未给振动监控系统中的任一网络节点授时，所有的分布式监控站及主机系统均使用原有的嵌入系统内部时间，仅利用GPS模块所输出的高精度秒脉冲信号进行各分布式监控站之间的信号同步。

5.根据权利要求2所述方法，其特征还在于分布式监控站(MS)可以分为以下模块：分布式监控站的控制单元(CM)，使用ARM作为核心控制芯片；

振动数据采集模块(AD)，是一个具有四通道采集数据采集功能的模数转换模块，采集精度高，采样率最高可达4K；同时使用FPGA来负责AD转换时的逻辑时序控制和数据处理功能；分布式监控站正常工作时，其中的前三个通道用于连接三分量传感器，负责多波多分量振动信号采集，而第四个通道用于连接经由光纤-串口RS-232转换模块FOM2输出的串口信号，其所输出信号为1PPS的秒脉冲信号；

用于以太网通讯的光电交换模块(FOM1)，提供给当前监控站的以太网连接以及下一个；在每个分布式监控站中的串口光电转换模块(FOM2)中，将其光纤输入和输出端进行短接，输出端光纤接入下一分布式监控站，作为输入使用；电源模块(PM)实现对系统中各其他模块的供电管理。

6.根据权利要求1-5任一所述方法，其特征在于经由串口RS-232传输的秒脉冲信号具有固定延时，而延时的累积在所有分布式监控站上是一致的，各分布式监控站内部四个通道的采样数据是严格同步的，数据回传至中心站后，按照所有分布式监控站第四道PPS信号脉冲上升沿进行数据对齐，实现各个分布式监控站互相之间的三分量振动采集数据时间同步。

7.用于实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于将振动监控系统的中心站(CS)和散布在监控区域内的若干分布式监控站(MS)使用以太网的方式构成局域网；以太网负责传感器振动数据的网络传输，同时使用串口RS-232连接各分布式监控站与中心站，串口RS-232负责将由GPS模块输出的秒脉冲信号实时的传送给每个分布式振动监控站，分布式监控站将振动数据及GPS脉冲信号采样后共同由以太网发送至中心站，中心站再根据脉冲信号进行数据处理实现所有分布式监控站振动数据同步，最终根据同步后的数据进行振动位置解算；

系统工作时，首先由中心站操控中心下达各分布式监控站加电指令，各分布站加电成功后自动启动数据采集，成功采集串口RS-232的GPS脉冲和检波器数据后保持数据采集状态但不回传数据，发送准备就绪状态给操作中心，操作中心确保所有分布式监控站可正常采集后发送数据回收指令，所有分布式监控站收到该指令后在同一秒内开始实时数据回传，操控中心接收到数据后不断的将回传的数据进行秒脉冲同步对齐，随后进行文件存储以及数据处理操作；各分布式监控站在获取振动数据后以数据包进行以太网网络传送，振动采样后立即传输，以太网传输延时远远小于1s，控制在秒脉冲信号之内，使用秒脉冲信号进行校正；所有分布式监控站的振动数据中不添加额外的时间信息。

8.根据权利要求7所述装置，其特征在于其功能由7大部分协同来实现：第1部分是中心站，负责整个采集系统的系统控制，数据回收及存储及数据解算工作；第2部分是光纤以太网交换机，负责中心站与各分布式监控站之间的光纤以太网连接；第3部分是GPS授时系统，包含GPS天线及GPS接收机，串口输出秒脉冲信号及授时信息，首次启动时需要接收到4颗以上的卫星信号才能完成定位及授时，定位完成后即使只能接收到一颗卫星的GPS信号也可完成授时工作；第4部分是串口-光纤转换模块，将GPS模块输出的信号由电信号转换至光信号；第5部分是1个或多个光交换机，在分布式监控站与中心站需要并行连接时，需要将秒脉冲光信号分为多路，接入各个分布式监控站；第6和第7部分别是分布式监控站及与之连接的三分量地震检波器。

9.根据权利要求7所述装置，其特征在于连接各分布式监控站所使用的光缆需要至少3芯，一对用于以太网数传，一根用于RS-232传输。

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