CN203012163U

CN203012163U - 一种模拟地震信号发生器

Info

Publication number: CN203012163U
Application number: CN2012206908740U
Authority: CN
Inventors: 陈志高; 夏界宁; 邹彤; 蒋冰莉; 杨江; 杨建�; 吴鹏; 郭唐永; 项大鹏
Original assignee: Institute of Earthquake of China Earthquake Administration
Current assignee: Institute of Earthquake of China Earthquake Administration
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2022-12-12

Abstract

本实用新型公开了一种模拟地震信号发生器，涉及一种地震仪表系统通用检测装置。本实用新型由输入接口、电源接口、AVR+FPGA数据处理模块、四种工作模块、段式液晶显示器、键盘+旋钮编码器和输出接口组成；输入接口、AVR+FPGA数据处理模块、四种工作模块和输出接口依次连接；段式液晶显示器和键盘+旋钮编码器分别与AVR+FPGA数据处理模块连接；电源接口分别给各功能部件供电；四种工作模块包括常规波形输出器、常用波形输出器、地震波形输出器和测频计数器。本实用新型简化了地震仪表系统的测试设备和测试过程；能存储和输出真实的地震波形数据；用于检测地震仪表系统对干扰信号的甄别能力，以提高地震仪表系统的可靠性。

Description

一种模拟地震信号发生器

技术领域

本实用新型涉及一种地震仪表系统通用检测装置，尤其涉及一种模拟地震信号发生器。

背景技术

地震仪表系统运行的可靠性，直接关系着监测对象的安全运行，因此需要定期对系统各项参数进行检测与校验。地震仪表系统的检测是一个十分繁琐的工作，其中对地震信号的响应检测，由于没有地震源信号，目前都采用单一的检测方式，分开检测系统频响、加速度触发阈值等。现有的检测装置和方法存在以下不足之处：

1、测试需要携带多台检测设备，占用较多的现场空间；

2、由于设备相互独立，导致接线拆装复杂，供电要求较高，现场使用困难；

3、现有的设备不能完全模拟真实的地震信号，虽然分开进行了频响、加速度触发阈值等的检测，但与真实的地震信号仍然存在差异，因此，在实际运行时会带来较高的误报率。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种模拟地震信号发生器。

本实用新型的目的是这样实现的：

模拟地震信号发生器由输入接口、电源接口、AVR+FPGA数据处理模块、四种工作模块、段式液晶显示器、键盘+旋钮编码器和输出接口组成；

输入接口、AVR+FPGA数据处理模块、四种工作模块和输出接口依次连接；

段式液晶显示器和键盘+旋钮编码器分别与AVR+FPGA数据处理模块连接；

电源接口分别给各功能部件供电；

所述的四种工作模块包括常规波形输出器、常用波形输出器、地震波形输出器和测频计数器；

所述的常规波形输出器由DDS、信号调理模块、功率放大模块和高精度温度补偿晶振组成，AVR+FPGA数据处理模块、DDS、信号调理模块、功率放大模块和输出接口依次连接，高精度温度补偿晶振和DDS连接；

所述的常用波形输出器由依次连接的固定波形存储模块、信号调理模块和功率放大模块组成；

所述的地震波形输出器由下列三路依次连接的部件组成：

①第3高精度温度补偿晶振、地震波形存储模块一、第3信号调理模块一、第3功率放大模块一和同步输出三路地震波形模块依次连接；

②第3高精度温度补偿晶振、地震波形存储模块二、第3信号调理模块二、第3功率放大模块二和同步输出三路地震波形模块依次连接；

③第3高精度温度补偿晶振、地震波形存储模块三、第3信号调理模块三、第3功率放大模块三和同步输出三路地震波形模块依次连接；

测频计数器由测频计数模块组成。

本实用新型的工作原理是：

模拟地震信号发生器具备波形输出以及频率测脉冲计数两大块功能。可通过键盘来选择功能切换和选择，对于波形输出部分可采用数字小键盘或者旋钮编码器来进行输出信号的频率、幅度等各种参数的调整。通过计算机串口与计算机网络相连接，下载各种地震波形数据，并具有同步输出三路地震波形的功能。同时具有固定波形存储功能和输出功能。

本实用新型具有下列优点和积极效果：

1、简化了地震仪表系统的测试设备和测试过程；

2、本模拟地震信号发生器能存储和输出真实的地震波形数据，从而对地震仪表系统进行更加完备的测试，进而降低实际运行时的地震误报；

3、本模拟地震信号发生器同时具有输出不同波形、频率等特征信号的功能，用于检测地震仪表系统对干扰信号的甄别能力，以提高系统的可靠性。

附图说明

图1是模拟地震信号发生器的结构方框图（详图）；

图2是模拟地震信号发生器的结构方框图（简图）；

图1、2中：

100—输入接口；

200—电源；

300—AVR+FPGA数据处理模块；其中AVR为AVR型单片机，FPGA（Field Programmable Gata Array）为现场可编程阵列；

400—四种工作模块；

410—常规波形输出器，

411—DDS（Direct digital synthesis，数字信号发生器），

412—第1信号调理模块，

413—第1功率放大模块，

414—第1高精度温度补偿晶振；

420—常用波形输出器，

421—固定波形存储模块，

422—第2信号调理模块，

423—第2功率放大模块；

430—地震波形输出器，

431A—地震波形存储模块一；

431B—第3信号调理模块一；

431C—第3功率放大模块一；

432A—地震波形存储模块二；

432B—第3信号调理模块二；

432C—第3功率放大模块二；

433A—地震波形存储模块三；

433B—第3信号调理模块三；

433C—第3功率放大模块三；

434—同步输出三路地震波形模块；

435—第3高精度温度补偿晶振；

440—测频计数器，

441—测频计数模块；

500—段式液晶显示器；

600—键盘+旋钮编码器；

700—输出接口；

800—模拟地震信号发生器程序。

图3是模拟地震信号发生器程序流程图。

图中：

1—接受键盘+旋钮编码器600发送的指令；

2—是否下载波形数据；

3—根据指令存储到相应的存储模块；

4—是否调用波形；

5—根据指令调用相应的存储模块或DDS的波形数据；

6—是否对波形进行调节；

7—对波形进行调节；

8—发送指令，通过四种工作模块400将波形输出到输出接口700；

9—是否接收脉冲波形；

10—计数；

11—波形是否发送结束；

12—计数结束；

13—在段式液晶显示500上显示计数结果；

14—程序结束。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

1、总体

如图1、2，模拟地震信号发生器由输入接口100、电源接口200、AVR+FPGA数据处理模块300、四种工作模块400、段式液晶显示器500、键盘+旋钮编码器600和输出接口700组成；

输入接口100、AVR+FPGA数据处理模块300、四种工作模块400和输出接口700依次连接；

段式液晶显示器500和键盘+旋钮编码器600分别与AVR+FPGA数据处理模块300连接；

电源接口200分别给各功能部件供电。

2、功能块

1）输入接口100

输入接口100为常用的串口，用于与计算机相连接，为模拟地震信号发生器提供下载数据的接口。

2）电源200

电源200为模拟地震信号发生器提供外接工作电源。

3）AVR+FPGA数据处理模块300

AVR+FPGA数据处理模块300由AVR型单片机和FPGA组成。AVR型单片机具有优良的抗噪声性能，适用于野外工作，FPGA的型号为EP4CE15F17C8N。AVR+FPGA数据处理模块300配合植入在内的模拟地震信号发生器程序800实现对通过输入接口100或者是键盘+旋钮编码器600发送的数据进行数据处理，然后将处理后的数据发送到段式液晶显示器500或者是四种工作模块400。

4）四种工作模块400

四种工作模块400包括常规波形输出器410、常用波形输出器420、地震波形输出器430和测频计数器440。

（1）常规波形输出器410

常规波形输出器410由DDS411、信号调理模块412、功率放大模块413和高精度温度补偿晶振414组成；

AVR+FPGA数据处理模块300、DDS411、信号调理模块412、功率放大模块413和输出接口700依次连接，实现常规波形输出；

高精度温度补偿晶振414和DDS411连接，实现温度补偿。

常规波形输出器410实现了常规波形输出功能。AVR+FPGA数据处理模块300对DDS411进行命令控制，实现常规波形（如正弦波、方波）的信号输出，并可通过键盘+旋钮编码器600对波形的频率、幅度等各个参数进行调整。

a）DDS411

DDS411为常用的数字信号发生器，用于常规波形的发生；

b）第1信号调理模块412

第1信号调理模块412是一种常用的信号调理器，用于对DDS411发生的信号进行调理；

c）第1功率放大模块413

功率放大模块413是一种常用的功率放大器，用于将信号调理模块412发送来的信号进行功率放大；

d）第1高精度温度补偿晶振414

高精度温度补偿晶振414是一种常用的有源石英晶振，它与DDS411相连接，用于提高DDS411输出信号频率的精度。

（2）常用波形输出器420

常用波形输出器420由依次连接的固定波形存储模块421，信号调理模块422和功率放大模块423组成。

AVR+FPGA数据处理模块300对常用波形输出器420进行操作，常用波形输出器420中预先存储27个常用波形，用户可根据需要对波形的种类进行选择，并可通过键盘+旋钮编码器600对波形的频率、幅度等各个参数进行调整。

a）固定波形存储模块421

固定波形存储模块421由常用的存储器组成，该模块中预先存储27个地震仪表测试常用波形，用户可根据需要对波形的种类进行选择；

b）第2信号调理模块422

第2信号调理模块422是一种常用的信号调理器，用于对固定波形存储模块421发送的信号进行调理；

c）第2功率放大模块423

第2功率放大模块423是一种常用的功率放大器，用于将信号调理模块412发送来的信号进行功率放大。

（3）地震波形输出器430

地震波形输出器430由下列三路依次连接的部件组成：

①第3高精度温度补偿晶振435、地震波形存储模块一431A，第3信号调理模块一431B、第3功率放大模块一431C和同步输出三路地震波形模块434依次连接；

②第3高精度温度补偿晶振435、地震波形存储模块二432A，第3信号调理模块二432B、第3功率放大模块二432C和同步输出三路地震波形模块434依次连接；

③第3高精度温度补偿晶振435、地震波形存储模块三433A、第3信号调理模块三433B、第3功率放大模块三433C和同步输出三路地震波形模块434依次连接。

a）地震波形存储模块一431A

地震波形存储模块一431A由常用的存储器组成，该模块中可预先存储8个地震波形文件，用户可根据需要对波形的种类进行选择。

b）第3信号调理模块一431B

第3信号调理模块一431B是一种常用的信号调理器，用于对地震波形存储模块一431A发送的信号进行调理；

c）第3功率放大模块一431C

第3功率放大模块一431C是一种常用的功率放大器，用于将信号调理模块431B发送来的信号进行功率放大；

d）地震波形存储模块二432A

地震波形存储模块二432A由常用的存储器组成，该模块中可预先存储8个地震波形文件，用户可根据需要对波形的种类进行选择。

e）第3信号调理模块二432B

第3信号调理模块二432B是一种常用的信号调理器，用于对地震波形存储模块二432A发送的信号进行调理；

f）第3功率放大模块二432C

第3功率放大模块二432C是一种常用的功率放大器，用于将信号调理模块431B发送来的信号进行功率放大；

e）地震波形存储模块三433A

地震波形存储模块三433A由常用的存储器组成，该模块中可预先存储8个地震波形文件，用户可根据需要对波形的种类进行选择。

f）第3信号调理模块三433B

第3信号调理模块三433B是一种常用的信号调理器，用于对地震波形存储模块三433A发送的信号进行调理；

g）第3功率放大模块三433C

第3功率放大模块三433C是一种常用的功率放大器，用于将信号调理模块433B发送来的信号进行功率放大；

h）同步输出三路地震波形模块434

同步输出三路地震波形模块434是常用的三路波形输出器，实现了三路地震波形的同步输出功能。

i）第3高精度温度补偿晶振435

第3高精度温度补偿晶振435是常用的有源石英晶振，第3高精度温度补偿晶振435同时与地震波形存储模块一431A、地震波形存储模块二432A和地震波形存储模块三433A相连接，实现了同时增强了对地震波形存储模块一431A、地震波形存储模块二432A和地震波形存储模块三433A的输出信号频率的精度。

j）SYN436

SYN436是波形输出触发控制线路，同时与地震波形存储模块一431A、地震波形存储模块二432A和地震波形存储模块三433A相连接，实现了三路波形的输出同步。

（4）测频计数器440

测频计数器440由测频计数模块441组成。

a)测频计数模块441

测频计数模块441是一种常用的测频计数器，实现了对AVR+FPGA数据处理模块300发送的信号进行频率测量，并可对AVR+FPGA数据处理模块300发送的脉冲信号进行计数。

5）段式液晶显示器500

段式液晶显示器500是常用的段式液晶显示器，用于显示信号的频率、幅度等信息。

6）键盘+旋转编码器600

键盘+旋钮编码器600由常用的键盘、旋钮和编码器组成，其功能是对信号的频率、幅度等各个参数进行调整。

7）输出接口700

输出接口700为模拟地震信号发生器提供了与地震仪表系统的连接接口，实现了将常规波形、常用波形和地震波形发送给地震仪表系统的功能。

8）模拟地震信号发生器程序800

模拟地震信号发生器程序800是植入在AVR+FPGA数据处理模块300中，实现了波形下载、波形调节、测频计数、段式液晶显示、波形输出的功能。

3、工作原理

输入接口100为常用的串口，用于与计算机相连接，为模拟地震信号发生器提供下载数据的接口；

电源接口200为模拟地震信号发生器提供了外接电源；

AVR+FPGA数据处理模块300由AVR型单片机和FPGA组成，功能是对通过输入接口100或者是键盘+旋钮编码器600发送的数据进行数据处理，然后将处理后的数据发送到段式液晶显示器500或者是四种工作模块400；

四种工作模块400由常规波形输出器410、常用波形输出器420、地震波形输出器430和测频计数器440构成，实现了常规波形、常用波形和地震波形的输出功能，并实现了对输入信号的频率测量，以及对脉冲信号的计数功能；

段式液晶显示器500是常用的段式液晶显示器，用于显示信号的频率、幅度等信息；

键盘+旋钮编码器600由常用的键盘、旋钮和编码器组成，其功能是对信号的频率、幅度等各个参数进行调整；

输出接口700为模拟地震信号发生器提供了与测试设备的连接接口，实现了将常用波形、常规波形和地震波形发送给地震仪表系统的功能。

4、模拟地震信号发生器程序流程图

图3是模拟地震信号发生器程序流程图，实现了模拟地震信号发生器的波形下载、波形调节、测频计数、段式液晶显示、波形输出的功能。

具体流程如下：

①接受键盘+旋钮编码器600发送的指令1；

②判断是否下载波形数据2，是则根据指令存储到相应的存储模块3后直至步骤⑩；否则进入步骤③；

③判断是否调用波形4，是则根据指令调用相应的存储模块或DDS的波形数据5后再进入步骤④，否则进入步骤⑤；

④判断是否对波形进行调节6，是则经过对波形进行调节7后再进入步骤⑤；

⑤发送指令，通过四种工作模块将波形输出到输出接口8后直至步骤⑩；

⑥判断是否接收脉冲波形9，是则进入步骤⑦，否则转跳到步骤①；

⑦计数10；

⑧判断波形是否发送结束11，是则经过计数结束12后进入步骤⑨，否则转跳到步骤⑦；

⑨在段式液晶显示500上显示计数结果13后直至步骤⑩；

⑩程序结束。

Claims

1.一种模拟地震信号发生器，其特征在于：

由输入接口（100）、电源接口（200）、AVR+FPGA数据处理模块（300）、四种工作模块（400）、段式液晶显示器（500）、键盘+旋钮编码器（600）和输出接口（700）组成；

输入接口(100)、AVR+FPGA数据处理模块(300)、四种工作模块(400)和输出接口(700)依次连接；

段式液晶显示器(500)和键盘+旋钮编码器(600)分别与AVR+FPGA数据处理模块(300)连接；

电源接口(200)分别给各功能部件供电；

所述的四种工作模块（400）包括常规波形输出器（410）、常用波形输出器（420）、地震波形输出器（430）和测频计数器（440）；

常规波形输出器（410）由DDS(411)、信号调理模块(412)、功率放大模块(413)和高精度温度补偿晶振(414)组成；

AVR+FPGA数据处理模块(300)、DDS(411)、信号调理模块(412)、功率放大模块(413)和输出接口(700)依次连接；

高精度温度补偿晶振(414)和DDS(411)连接；

常用波形输出器(420)由依次连接的固定波形存储模块(421)，信号调理模块(422)和功率放大模块(423)组成；

地震波形输出器（430）由下列三路依次连接的部件组成：

①第3高精度温度补偿晶振(435)、地震波形存储模块一(431A)、第3信号调理模块一(431B)、第3功率放大模块一(431C)和同步输出三路地震波形模块(434)依次连接；

②第3高精度温度补偿晶振(435)、地震波形存储模块二(432A)、第3信号调理模块二（432B）、第3功率放大模块二（432C）和同步输出三路地震波形模块（434）依次连接；

③第3高精度温度补偿晶振（435）、地震波形存储模块三（433A）、第3信号调理模块三（433B）、第3功率放大模块三（433C）和同步输出三路地震波形模块（434）依次连接；

测频计数器（440）由测频计数模块（441）组成。