CN109738941A - 一种基于无线技术的强震记录采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无线技术的强震记录采集系统，包括加速度传感器、模拟信号处理器、模数信号转换器、主控CPU控制器、远程无线4G通讯系统、GPS授时系统、电源转换模块及风光互补供电系统；加速度传感器有三个，分别通过各自的模拟信号处理器与模数信号转换器连接；模数信号转换器与主控CPU控制器双向连接；主控CPU控制器分别与远程无线4G通讯系统和GPS授时系统双向连接。本发明采用当前大面积使用的移动4G通讯技术进行数据通讯，能够实现强地震系统的大范围监测布设监测网络，从而确保强地震监测的可靠性。本发明具有平坦的频率特性响应、相位呈线性变化，技术参数一致性好、性能稳定可靠、低功耗、体积小等特点。
Description
技术领域
本发明涉及强震动监测领域，特别是一种基于无线技术的强震记录采集系统。
背景技术
强震记录仪是一种监视地震的发生、记录地震发生时相关参数的仪器。强震记录仪是记录强烈地震近地面运动的自动触发式地震仪，一般由拾震系统、记录系统、触发-起动系统、时标系统和电源系统五部分构成。随着国家经济社会发展，国家组建地震台网监测地震获取地震数据，同时规定重大工程结构及特殊的建筑结构也要安装地震监测装置。地震本身发生就是不可预知的，地震发生的强度和影响更是无从预知，这就对监测装置提出了非常严格的要求。而目前的强地震监测多依赖有线传输，并且数据采集、传输以及处理是各自独立完成的，通常是地震发生后，强震记录仪将地震记录数据存储到仪器内部，很多情况传输线被破坏掉，需要人员震后到现场将数据取回并进行数据分析，这时就有一部分强震仪由于地震或者余震的超强破坏作用使得强震仪被彻底损坏，导致数据丢失，不能完全分析此次地震影响及数据积累。再者，有线传输由于需要大量布线，而工程现场面积大、范围广难以实现大范围的监测，这就为完全分析地震影响场带来困难。传统的地震仪器需要使用220V电源供电，有的也使用了备用电源，但当大的破坏性地震发生时水、电、建筑物等都会遭到严重破坏，有时可能很长时间都无法恢复，这样在这个期间发生的多次余震都无法记录，不能实现一次地震的完全记录。传统的地震仪地震记录存储空间有限导致一次地震的记录数据不能完全满足数据存储空间的要求。
发明内容
本发明的目的是设计一种基于无线技术的强震记录采集系统，解决传统强震记录仪有线数据传输的问题，解决传统强震记录仪供电问题，解决传统强震记录仪数据存储空间的问题，实现大范围、不间断连续地震监测。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于无线技术的强震记录采集系统，包括加速度传感器、模拟信号处理器、模数信号转换器、主控CPU控制器、远程无线4G通讯系统、GPS授时系统、电源转换模块及风光互补供电系统；
所述的加速度传感器有三个，分别是南北方向加速度传感器、东西方向加速度传感器和垂直方向加速度传感器，所述的南北方向加速度传感器、东西方向加速度传感器和垂直方向加速度传感器分别通过各自的模拟信号处理器与模数信号转换器连接；所述的模数信号转换器与主控CPU控制器双向连接；所述的主控CPU控制器分别与远程无线4G通讯系统和GPS授时系统双向连接；
所述的电源转换模块与风光互补供电系统连接，分别与加速度传感器、模拟信号处理器、模数信号转换器、主控CPU控制器、远程无线4G通讯系统和GPS授时系统连接；
所述的加速度传感器为高精度力平衡加速度传感器；所述的高精度力平衡加速度传感器是一种超低频加速度传感器，其本身的性能频率响应从0Hz开始，其输出端与模拟信号处理器连接；
所述的模拟信号处理器将加速度传感器获得的满量程±5V振动信号调理成满足模数信号转换器要求的信号；
所述的模数信号转换器通过周边标准配置电路和主控CPU控制器的逻辑控制实现模拟信号到数字信号的转换；
所述的主控CPU控制器实现加速度传感器数据的采集、数据计算管理、数据存储与地震记录文件管理、地震算法与控制逻辑、远程无线数据通讯及与远程监控软件的数据交互；
所述的GPS授时系统，实现整个装置的工作以UTC时间为准，满足国际地震记录时间的通用要求；
所述的远程无线4G通讯系统，使用无线4G透传数据通讯模块，实现远程无线数据通讯。
进一步地，所述的加速度传感器为FBA12高精度力平衡加速度传感器。
进一步地，整个装置的电路采用多层电路板设计。
进一步地，整个装置采用低功耗通用工业级的电子元器件。
进一步地，整个装置采用虚拟仪器电子电路设计技术。
进一步地，所述的主控CPU控制器采用ARM公司的基于ARMv7架构的32位Cortex-M3微控制器内核的MCU—STM32芯片。
进一步地，所述的远程无线4G通讯系统采用工业级WH-LTE-7S4无线4G模块。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的主控CPU控制器采用ARM公司推出的其全新的基于ARMv7架构的32位Cortex-M3微控制器内核的MCU—STM32。STM32凭借其产品线的多样化、极高的性价比、简单易用的库开发方式，迅速在众多Cortex-M3 MCU中脱颖而出，成为最闪亮的一颗新星。本系统选用STM32家族中性能更优秀的STM32429进行系统控制与数据计算，系统采集到的结构数据通过STM32强大的数据信号处理计数功能直接进行地震数据算法计算、数据存储、远程通讯等工作。
2、本发明采用当前大面积使用的移动4G通讯技术进行数据通讯，当前移动4G技术通讯稳定可靠，覆盖范围广泛，确保系统通讯的稳定安全，能够实现强地震系统的大范围监测布设监测网络。无线通讯技术的使用使得系统监测不需要布线，减少现场监测过程中很多的环节，从而确保强地震监测的可靠性。
本发明选用成熟的工业级WH-LTE-7S4无线4G模块进行无线通讯。WH-LTE-7S4无线4G模块的成熟稳定确保整个系统的通讯稳定可靠，实现大面积实时数据通讯的要求。本发明通过监控中心可以实现强地震的网络监测，与多台强震监测系统进行数据交互，可以实现大面积大范围强地震监测。
3、本发明的加速度传感器是为了获得完整有效的强地震监测数据而选用的高精度加速度传感器，传感器本身是一种单方向的宽频带加速度传感器，采用力平衡电子反馈及机电一体化设计，将单分向振动加速度真实转换成电压信号输出，实现对各种低频、超低频的振动测量，具有精度高、高灵敏度输出、高动态范围、线性度好、低频从0Hz开始(地震信号的特点要求使用具有0频起步的加速度传感器作为拾震器)，具有平坦的频率特性响应、相位呈线性变化，技术参数一致性好、性能稳定可靠、低功耗、体积小等特点。
4、本发明的电路采用多层电路板设计，多层电路板装配密度高、体积小、质量轻，由于装配密度高，各组件(包括元器件)间的连线减少，提高可靠性；增加布线层数，加大设计灵活性；能构成具有一定阻抗的电路；可形成高速传输电路；可设置电路、磁路屏蔽层，还可设置金属芯散热层以满足屏蔽、散热等功能需要；调试简单，可靠性高。
5、本发明选用低功耗通用工业级的电子元器件。低功耗电子器件能够减少系统对电源的要求，能够降低系统发热而产生问题的要求；工业级电子器件能够增加系统的实际工作温度空间，提高系统稳定性。
6、本发明采用虚拟仪器电子电路设计技术，虚拟仪器技术(Virtual instrument)就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。同其他技术相比，虚拟仪器技术具有四大优势：性能高、扩展性强、节约时间、无缝集成。
附图说明
图1是本发明的组成示意图。
图2是本发明的加速度传感器、模拟信号处理器电路示意图。
图3是模数信号转换器、主控CPU控制器核心板(SD卡存储器)和GPS授时系统电路示意图。
图4是远程无线4G通讯模块、可控电源芯片和电源转换模块电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。如图1所示，一种基于无线技术的强震记录采集系统，包括加速度传感器、模拟信号处理器、模数信号转换器、主控CPU控制器、远程无线4G通讯系统、GPS授时系统、电源转换模块及风光互补供电系统。
如图2所示，进一步地，所述的模拟信号处理器包括运算放大器U1和U2；加速度传感器的输出端通过电阻R1与运算放大器U1的2脚相连、同时加速度传感器的输出端接保护管D1，进行放电电压幅值限制保护，同时运算放大器U1的2脚和6脚串接电阻R3和多圈高精度电位器T1，3脚对地接电阻R2，所述的运算放大器U1、电阻R3、电位器T1、电阻R2构成-0.5倍反相放大器，由于加速度传感器满量程输出信号是±5V，模数信号转换器满量程输入信号±2.5V，这里通过运算放大器U1实现满量程信号的匹配，精密多圈电位器T1用于调整运算放大器U1同相放大器电路的放大倍数调整，确保测量精度的要求；
运算放大器U1的4脚是负电源，7脚是正电源；+12V电源经过电阻R4与运算放大器U1的7脚相接同时对地连接滤波电容C2，电阻R4和滤波电容C2构成RC电源滤波网络，保证运算放大器U1的电源稳定；-12V电源经过电阻R5与运算放大器U1的4脚相接同时对地连接滤波电容C1，电阻R5和滤波电容C1构成RC电源滤波网络，保证运算放大器U1的电源稳定；
运算放大器U1的1脚和8脚接精密多圈电位器T2，用于调整前置信号处理电路的零点偏移；
运算放大器U1的信号输出通过电阻R1接运算放大器U2的2脚，运算放大器U2的2接通过同样阻值的电阻R1与输出6脚相接，所述的运算放大器U2和两个电阻R1构成-1倍反向放大器，运算放大器U2的3脚对地接电阻R2。运算放大器U1和U2实现信号两级反向放大，实现加速度传感器信号极性恢复成原始加速度传感器信号。
运算放大器U2的4脚是负电源，7脚是正电源；+12V电源经过电阻R4与运算放大器U2的7脚相接、同时对地连接滤波电容C2，电阻R4和滤波电容C2构成RC电源滤波网络，保证运算放大器U2的电源稳定；-12V电源经过电阻R5与运算放大器U2的4脚相接同时对地连接滤波电容C1，电阻R5和滤波电容C1构成RC电源滤波网络，保证运算放大器U1的电源稳定。
如图3所示，模拟信号处理器U3有三个，分别对应三个方向的加速度传感器；三方向加速度传感器信号通过模拟信号处理器处理后的信号经运算放大器U2的输出6脚直接分别与模数信号转换器U3的AIN1、AIN2、AIN3相接。模数信号转换器U3是一款24位高精度、高速、低功耗模数信号转换器，应用于低频测量的2/3通道的模拟前端；该器件接受直接来自加速度传感器的低电平的输入信号，然后产生串行的数字输出；利用Σ-Δ转换技术实现24位无丢失代码性能；选定的输入信号被送到一个基于模拟调制器的增益可编程专用前端，模数信号转换器芯片内数字滤波器处理调制器的输出信号，通过模数信号转换器芯片内控制寄存器调节滤波器的截止点和输出更新速率；模数信号转换器芯片串行接口配置为三线接口；单一+5V供电，输入电压范围±2.5V。
模数信号转换器U3的2脚和3脚接晶体震荡器Y1，晶体振荡器Y1作为模数信号转换器U3的主时钟，同时2脚和3脚对地接起振电容C15。当主时钟的频率为2.4576MHz时，第一陷波频率的编程范围为50Hz～500Hz，-3dB频率的范围为13.1Hz～131Hz。根据地震数据的特点，有效采样频率需要使用100Hz，通过软件配合完全满足地震监测的需求。
模数信号转换器U3的模拟信号范围是±2.5V，需要使用参考电压，基准稳压芯片U4提供1.25V参考电压输出，基准稳压芯片U4的电源输入端和1.25V输出端使用电容C3、C4对地，进行去耦操作。基准稳压芯片U4是微小的3引脚SOT-23封装的高精度、低功耗的电压基准。模数信号转换器U3是5V供电，主控CPU控制器U5是3.3V供电，它们存在电平不匹配，它们之间的通讯需要用到电平转换芯片。用3片U12进行电平转换，其中两片使用5V供电，主控CPU控制器对模数信号转换器的3.3V电平的控制信号RESET、DIN、CS、SCLK通过5V供电的U12进行电平转换后送模数信号转换器U4；模数信号转换器U4送给主控CPU控制器的3.3V电平的状态信号和转换后的数字信号通过3.3V供电的U12进行电平转换后送给主控CPU控制器。电平转换芯片U12电源使用电容C3对地，进行去耦操作。
如图3所示，所述的主控CPU控制器包括CPU芯片U5、GPS授时系统U6、SD卡数据存储器U9。
所述的CPU核心板模块U5控制着所有逻辑功能芯片的工作，同时进行数据算法与数据存储的管理。CPU核心板模块U5本身具有调试接口，用户不需要考虑仿真调试和程序下载的问题。CPU核心板模块U5的主控芯片STM32f429的内核是带有FPU的32位-M4CPU、在Flash存储器中实现零等待状态运行性能的自适应实时加速器即ART加速器TM、主频高达180MHz，MPU，能够实现高达225DMIPS/1.25DMIPS/MHz(Dhrystone 2.1)的性能，具有DSP指令集；它的存储器高达2MB Flash，组织为两个区，可读写同步，内含高达256+4KB的SRAM，包括64-KB的CCM(内核耦合存储器)数据RAM，具有高达32位数据总线的灵活外部存储控制器：SRAM、PSRAM、SDRAM/LPSDRSDRAM、Compact Flash/NOR/NAND存储器等。其强大的基础性能，完全满足本发明设计的需求。
所述的CPU核心板模块U5的复位电路由R10与C11构成连接到U5的NRST端，R10一端接3.3V，C11一端接地，上电拉低复位。BOOT装载方式选择端子J1，使用短路子进行选择接3.3V还是接地，BOOT0和BOOT1装载接限流电阻R10，程序装载方式根据实际调试和全速运行情况使用短路子设置，当电路调试过程时可能会出现程序工作异常，这时使用短路子接3.3V还是接地，使得系统能恢复工作。
所述的电源转换芯片U8完成+5V电源转换成+3.3V电源供主控CPU芯片U5、数据存储器U9使用；电源转换芯片U8的输入+5V电源和输出的3.3V电源使用电容C8和C3进行去耦滤波，确保电源转换芯片U8的输入电压稳定。
所述的数据存储器U9是SD卡，使用SD卡进行地震记录数据存储，由于SD卡的存储容量很大，根据情况选择2G、4G或者更大的存储空间，可以实现大量地震记录数据的存储，类似四川汶川地震时几千条余震都能实现完整记录，而不需要更换存储介质，从而能够实现一次地震的完整几率；SD卡广泛用于便携式设备上，对于嵌入式设备来说是一种重要的存储数据部件，可以直接进行读写，也可以写入文件系统，然后使用文件系统读写函数，使用文件系统操作，可以进行SD卡最底层的数据读写操作，直接使用SDIO结构函数对SD卡进行读写。SD卡使用3.3V供电由电源转换芯片U8提供，数据存储器U9供电端使用电容C3进行电源去耦；数据存储器U9的管脚号1、2、3、7、8分别接上拉3.3V的电阻R10，同时分别与CPU核心板模块U5管脚号的49、50、51、53、54相接，数据存储器U9的管脚号5与CPU核心板模块U5管脚号的52相接；数据存储器U9的管脚号5、10、11、12、13接地，4脚接3.3V，其他管脚不接。
所述的远程无线4G通讯系统包括无线4G通讯接口芯片U10和电源转换芯片芯片U11完成，具体电路如图4所示。图4中还有为GPS授时系统和CPU芯片U5提供工作电源的电源转换模块。所述的电源转换模块由DS1和DS2完成。所述的远程无线数据通讯芯片U10是实现无线通讯的功能模块，是一款体积小巧，功能丰富的基于4G通讯的无线连接产品，适用于移动、联通、电信4G和移动、联通3G和2G网络制式；以“透传”作为功能核心，高度易用性，采用双排针的封装形式，用户可方便快速的集成于自己的系统中。模块软件功能完善，覆盖绝大多数常规应用场景，用户只需通过简单的设置，即可实现串口到网络的双向数据透明传输。并且支持自定义注册包，心跳包等功能，支持2路Socket连接，支持http等协议通信。具有高速率，低延时的特点。远程无线数据通讯芯片U10采用3.8V供电，由电源转换芯片U11实现+5V电压转换输出+3.8V电源；
电源转换芯片U11是高精度、高稳定性、电压可调的稳压电源转换芯片，调解电阻R11、R12的阻值，实现3.8V输出，远程无线数据通讯芯片U10的1、2脚接+5V，3脚接地，4脚输出，同时4脚接电阻R11、电阻R11的另一端接5脚同时对地接电阻R12。电压输出公式Vout＝1.24*[1+(R11/R12)]，调解电阻R11和R12的阻值实现3.8V电源输出。远程无线数据通讯芯片U10电压典型值3.8V，供电范围3.4-4.2V，峰值供电电流2.5A，当远程无线数据通讯芯片使用3.8V供电时，16脚用于向远程无线数据通讯芯片提供3.8V工作电压，电源转换芯片U11输出的3.8V供电电压经放置的大电容网络和旁路电容后送远程无线数据通讯芯片U10的16脚，大电容网络防止外部电源在脉冲电流时间段内出现电压跌落，接旁路电容起到稳定模块工作的作用。远程无线数据通讯芯片U10提供了符合ISO 7816-3标准的SIM卡接口，自动识别3.0V和1.8V SIM卡，在标准模式下，向USIM卡提供3.25MHz的时钟信号；在低功耗模式下，向USIM卡提供1.08MHz的时钟信号；支持时钟关断模式；通过调整波特率参数，支持速度增强型USIM卡；支持DMA发送/接收；支持注销模式下的自动省电模式；在RX模式下，支持自动奇偶校验，远程无线数据通讯芯片U10已集成SIM卡功能，直接使用；芯片U10的管脚号20、21、22、23四个管脚直接与SIM卡(电路板上需要使用SIM卡座)相接，四个管脚需要对地接TVS(瞬态二极管)保护二极管，由于经常进行插入或拔出USIM卡的操作，而人体带有静电，为了防止静电对USIM卡及芯片造成损坏，需要增加TVS管进行静电保护，作为ESD防静电措施；同时要对地接电容C14，20脚还要对地接C3，滤除射频信号的干扰；远程无线数据通讯芯片U10的管脚号9是工作状态指示信号送CPU核心板模块U5管脚9，由于远程无线数据通讯芯片U10与CPU核心板模块U5供电电平不匹配，需要使用三极管Q1电阻R13、电源3.3V实现3.8V电平信号转换成3.3V电平信号，CPU核心板模块U5获得远程无线数据通讯芯片U10的工作状态；远程无线数据通讯芯片U10的6、7脚默认3.3V电平，可以直接与CPU核心板模块U5相接，分别与CPU核心板模块U5的92、24脚相接；远程无线数据通讯芯片U10的11、12脚接地，其他管脚悬空不接。
GPS授时系统U6是根据国际通用地震记录要求，系统时间采用世界统一时间进行地震记录。GPS授时系统U6采用的SKG17A是一个完整的GPS模块，灵敏度精度极高，超低功耗和极小封装；GPS信号从天线获得信息，以及具有位置的完整串行数据信息，速度和时间信息也在串行数据中，它是基于高性能的单片结构，具有-165dBm的灵敏度，10nS授时精度，完全满足地震监测系统要求的高精度、野外环境的要求，定位覆盖扩展到像城市、峡谷和茂密的森林等环境中，获得GPS信息是可能的；小封装低功耗使模块易于应用到系统中并集成到便携式设备里。GPS授时系统U6使用3.3V供电，单独使用可控电源芯片U7进行电源转换实现。可控电源芯片U7的电源输入端1脚+5V采用C3、C6进行去耦操作，输出5脚使用电容C6进行去耦操作；可控电源芯片U7的电源输入端4脚对地接电容C7，2脚直接接地；可控电源芯片U7的电源输入端3脚是电源转换控制端，直接接CPU核心板模块U5的25脚，如果考虑不使用GPS时可以关断GPS模块的供电电源，减少功耗。可控电源芯片U7的管脚号3，4是串行数据接口，分别接电阻R6，电阻输出对3.3V接电阻R7上拉，信号输出输入两线分别与CPU核心板模块U5的7、8脚相接，进行串口通讯；可控电源芯片U7输出的3.3V电源，送GPS授时系统U6电源处理电路，L1、C3、C4组成电源LC滤波电路，同时电源去耦操作，使得GPS的供电电源质量又一次得到提高，使得GPS模块获得的数据更加稳定可靠；可控电源芯片U7的管脚号11对地接电容C5同时接电阻R8，输出接电池BT1，BT1可以为GPS模块提高备用电源，当主供电系统出现供电故障时，备用电源启动工作，可以不间断实现数据的稳定输出；可控电源芯片U7的管脚16号是天线引脚，天线需要使用50ohm的低噪声电缆与室外接受天线连接，根据实际情况可以选择有源天线，GPS授时系统U6选用有源天线，提高信号质量，管脚号19可以为有源天线提供电源，电源输出使用电容C3去耦操作；可控电源芯片U7的管脚号7、13、14、15、17接地，其他管脚不接。
所述的电源转换模块及供电系统包括风光互补供电系统、+12V蓄电池、DC/DC模块DS1和DS2，+12V蓄电池输入端通过去耦滤波电容C3和C11与功率电感L2相连，功率电感L2输出端再次通过去耦滤波电容C3和C11分别连接DC/DC模块DS1和DS2的输入端；DC/DC模块DS2转换成+5V单电源输出，输出电源通过去耦滤波电容C3和C4输出给各芯片供电；DC/DC模块DS1将+12V电源转成+/-12V双电源输出，输出的+/-12V电源直接给运算放大器U1、U2供电，需要使用两组C3、C11去耦操作。考虑到工作在环境恶劣的地方，特别是当破坏性地震发生时可能发生完全断电的问题，设计了风光互补供电系统，为整个装置提供电源，正常情况下使用太阳能为蓄电池充电储能，当阴雨天时启动风能发电为蓄电池充电，太阳能和风能的互补使用，可以实现源源不间断的为蓄电池充电，从而实现地震仪系统能够不间断、连续稳定工作。。
所述的远程无线4G通讯系统包括无线4G通讯接口芯片U10和电源转换芯片芯片U11完成，具体电路如图4所示。具体电路如图4中还有为GPS授时系统和CPU芯片U5提供工作电源的稳压转换电路。所述的电源转换模块由DS1和DS2完成。
本发明的加速度传感器选用地震监测力平衡原理的FBA12高精度力平衡加速度传感器，根据结构测试经验，结构监测加速度传感器要求高精度、高动态范围、超低频等特点，FBA12高精度力平衡加速度传感器是一种单分向的宽频带加速度传感器，采用力平衡电子反馈及机电一体化设计，将单分向振动加速度真实转换成电压信号输出，实现对各种低频、超低频的振动测量。FBA12高精度力平衡加速度传感器是新一代高精度传感器，具有精度高、高灵敏度输出、高动态范围、线性度好、低频从0Hz开始，具有平坦的频率特性响应、相位呈线性变化，技术参数一致性好、性能稳定可靠、低功耗、体积小等特点，非常适合本发明。
本发明的CPU芯片U5完成模数信号转换器逻辑控制、数据的采集、地震算法计算、地震数据存储、地震数据记录文件管理、远程无线数据通讯等功能。地震数据存储、地震数据记录文件管理要充分利用STM32强大的数据计算功能来实现。一条完整的地震记录实现过程如下：地震本身不是经常发生的，系统在不发生地震的时间里机会处于待机状态，只是监视着采集到的数据情况，此时需要有预先设置好的参数，一般需要设置触发方式(包括阈值触发、STA/LTA、STA-LTA)，根据强震仪安装的位置情况设置触发参数值(合理的地震算法，经过各种情况的考虑实验确保有效数据产生触发，不能发生误触发和漏触发的事情)；同时还需要设置触发记录时间，当触发发生时，需要记录触发前记录时间和触发后记录时间，这才是一条完整的地震记录，也就是说触发发生前后的数据中都包含很多的地震结构信息，不能出现记录不完整的情况；同时还要设置远程报警的问题，当触发第一时间发生后，需要启动远程报警机制，为尽早对地震做出各种救援反应做出努力。待机状况的强震仪系统监视数据变化情况，当反生触发后第一时间启动远程报警，同时开始记录存储，当记录过程中又发生触发，那就连续记录，直到触发结束，这种极限情况可能导致一个数据记录文件很大，但是也不能出现地震记录的不完整，同时还要对大量的数据记录文件进行管理。监控中心可以远程通过无线方式将数据取走，进行必要的分析，对当时的地震情况、结构的破坏情况作出分析，为地震救援中减少二次伤害提供数据依据。另外，工作时间以GPS时间为标准时间。
本发明所有的元器件及接插件均可以从电子市场购买，详见表1，有利于大大降低制造成本，并提高数据采集系统的性能。
表1：元器件元器件及接插件标号表
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于无线技术的强震记录采集系统，其特征在于：包括加速度传感器、模拟信号处理器、模数信号转换器、主控CPU控制器、远程无线4G通讯系统、GPS授时系统、电源转换模块及风光互补供电系统；
所述的加速度传感器有三个，分别是南北方向加速度传感器、东西方向加速度传感器和垂直方向加速度传感器，所述的南北方向加速度传感器、东西方向加速度传感器和垂直方向加速度传感器分别通过各自的模拟信号处理器与模数信号转换器连接；所述的模数信号转换器与主控CPU控制器双向连接；所述的主控CPU控制器分别与远程无线4G通讯系统和GPS授时系统双向连接；
所述的电源转换模块与风光互补供电系统连接，分别与加速度传感器、模拟信号处理器、模数信号转换器、主控CPU控制器、远程无线4G通讯系统和GPS授时系统连接；
所述的加速度传感器为高精度力平衡加速度传感器；所述的高精度力平衡加速度传感器是一种超低频加速度传感器，其本身的性能频率响应从0Hz开始，其输出端与模拟信号处理器连接；
所述的模拟信号处理器将加速度传感器获得的满量程±5V振动信号调理成满足模数信号转换器要求的信号；
所述的模数信号转换器通过周边标准配置电路和主控CPU控制器的逻辑控制实现模拟信号到数字信号的转换；
所述的主控CPU控制器实现加速度传感器数据的采集、数据计算管理、数据存储与地震记录文件管理、地震算法与控制逻辑、远程无线数据通讯及与远程监控软件的数据交互；
所述的GPS授时系统，实现整个装置的工作以UTC时间为准，满足国际地震记录时间的通用要求；
所述的远程无线4G通讯系统，使用无线4G透传数据通讯模块，实现远程无线数据通讯。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线技术的强震记录采集系统，其特征在于：所述的加速度传感器为FBA12高精度力平衡加速度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线技术的强震记录采集系统，其特征在于：整个装置的电路采用多层电路板设计。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线技术的强震记录采集系统，其特征在于：整个装置采用低功耗通用工业级的电子元器件。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线技术的强震记录采集系统，其特征在于：整个装置采用虚拟仪器电子电路设计技术。
6.根据权利要求1所述的一种基于无线技术的强震记录采集系统，其特征在于：所述的主控CPU控制器采用ARM公司的基于ARMv7架构的32位Cortex-M3微控制器内核的MCU-STM32芯片。
7.根据权利要求1所述的一种基于无线技术的强震记录采集系统，其特征在于：所述的远程无线4G通讯系统采用工业级WH-LTE-7S4无线4G模块。
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