CN203572973U

CN203572973U - 一种地震电磁波监测装置

Info

Publication number: CN203572973U
Application number: CN201320614107.6U
Authority: CN
Inventors: 刘红桂; 卢永; 张德齐; 居海华; 瞿旻; 熊建伟
Original assignee: JIANGSU PROV SEISMOLOGY BUREAU
Current assignee: JIANGSU PROV SEISMOLOGY BUREAU
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2023-09-30

Abstract

本实用新型公开一种地震电磁波监测装置，其包括信号接收单元、信号处理单元、数据控制单元以及人机接口单元，信号接收单元包括天线和天线放大器，天线接收到的信号经天线放大器放大后输出至信号处理单元中；信号处理单元包括模数转换器、带通滤波器以及数字滤波器，信号经过模数转换后，再依次通过带通滤波器和数字滤波器进行滤波采样，输出实时波形数据至数据控制单元；数据控制单元包括控制器和存储器，控制器从信号处理单元读入实时波形数据并存储到存储器中；人机接口单元向控制器发送数据请求信号以获取已存储的波形数据。本实用新型通过接收地震前兆电磁扰动信息，为地震的短临预报和相关科研工作提供了准确可靠、连续完整的资料。

Description

一种地震电磁波监测装置

技术领域

本实用新型涉及地震探测技术领域，特别是一种用于地震前兆电磁扰动信息接收的地震电磁波监测装置。

背景技术

近来世界各地频发的地震事件，给民众的生命和财产均造成了不可估量的伤害和损失，提高地震探测的准确、及时性，以最大限度避免地震危害，成为人类面临并亟待解决的问题。目前，现有技术中还存在种种问题，如：现有的地震电磁波仪器传感器主要由一对LES低频电磁传感器，接收电磁辐射信号，噪声、零漂、抗干扰能力不强，容易受到输电线、电力接地线以及各种电子设备的干扰。

同时，现有的地震电磁波仪器中的主控单元因受限于体系结构，处理能力的提高始终有限，同时系统的稳定性和扩展性偏低，不利于仪器功能的增加与维护。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种地震电磁波监测装置，提高地震探测的准确性和及时性。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：地震电磁波监测装置包括信号接收单元、信号处理单元、数据控制单元以及人机接口单元，其中：

信号接收单元包括天线和天线放大器，天线包括超低频信号接收天线和点频信号接收天线；天线接收到的信号经天线放大器放大后输出至信号处理单元中；

信号处理单元包括模数转换器、带通滤波器以及数字滤波器，从信号接收单元中接收到的信号经过模数转换后，再依次通过带通滤波器和数字滤波器进行滤波采样，输出实时波形数据至数据控制单元；

数据控制单元包括控制器和存储器，控制器从信号处理单元读入实时波形数据，并将读入的实时波形数据存储到存储器中；

人机接口单元向数据控制单元中的控制器发送数据请求信号；控制器根据数据请求信号将已存储的波形数据发送至人机接口单元。

本实用新型中，点频信号接收天线选择现有技术中输入阻抗较小的天线类型，或者在根据现有技术设计制作点频天线时，使其输入阻抗较小，相应的天线输出信号也会变小，可达到宽频带的效果。增设天线放大器可防止天线的引线对信号造成衰减。带通滤波器可根据实际情况选择所需的带通频率，其可采用现用的带通滤波器件实现，也可采用现有成熟的滤波电路技术实现。

本实用新型数据控制单元中的控制器对是实时波形数据的处理包括以下步骤：

a）. 读入实时波形数据，并将实时波形数据输出至人机接口单元；

b）. 对实时波形数据进行异常事件判断，创建存储目录，将判断结果为异常波形的实时波形数据，以及判断结果为正常波形的实时波形数据分别存入存储器；

c）. 当人机接口单元有数据请求时，控制器根据数据请求将存储器中相应的的实时波形数据输出到人机接口单元。

本实用新型中，控制器在对实时波形数据进行存储时，首先设置存储目录，然后按照存储目录将实时波形数据存储到存储器中；人机接口单元的数据请求包括存储目录参数，控制器按照存储目录对存储器中的数据进行检索后，将相应数据输出到人机接口单元。存储目录的设置可提高对数据的有效压缩率，也可以使工作人员通过人机接口单元或者远程服务接口，很方便的进行数据的访问、检索或者报表生成。存储目录参数可包括波形数据发生的时间，以及数据类型：如异常波形数据或正常波形数据，等参数类型。

作为一种改进，本实用新型中数据控制单元还包括与控制器相连接的远程数据服务器以及远程数据接口；控制器控制远程数据服务器与远程数据接口之间的数据交换。具体的，远程数据服务主要包括，通过LAN、COM、Modem接口实现ftp、telnet、http的数据服务，相关参数设置以及通信协议可根据现有的相应通信方式的通信协议，通过对控制器的软件进行编辑来完成。控制器可采用现有技术中集成有远程数据服务器的单片机或者其他集成芯片来实现，采用此种方案时，远程数据数据接口可选择单片机或者其它芯片的相应端口；此外，控制器与远程数据服务器及其接口也可选择现有技术中分别具有相应功能的产品来实现。

信号处理单元中还包括信号放大器，信号放大器的信号输入端即为信号处理单元的信号输入端，信号放大器的信号输出端连接模数转换器的信号输入端。信号处理单元中的信号放大器的设计电路中可融入现有技术中的光电耦合电路或器件，以有效的控制零漂，使得单元各级之间的工作点不会互相干扰，信号失真小。

优选的，信号处理单元中，模数转换器为24位模数转换器。具体的，本实用新型优选采用现有的4阶Δ−Σ调制，输出为1bit高速数据流（每秒256000 bits）的24位模数转换器，经过多次数字滤波和抽取可得到24位分辨率的数据。

优选的，信号处理单元中，数字滤波器为基于DSP的 IIR数字滤波器。具体的，DSP芯片采用现有的产品，其承担信号接收单元中两种天线在两个方向上，即四个信号通道接收到的数据的数字滤波和抽取运算，实时输出24位分辨率的数字信号，采样率可选择10 Hz、20 Hz、50Hz、100Hz、200Hz，相关参数涉及以及控制利用现有成熟软件技术进行编程实现。IIR数字滤波器具有稳定、可靠、精度高的特点。在本实用新型中，数字滤波器使用多组IIR数字滤波器对多个信号通道的数据进行数字滤波和抽取，得到所需的低采样率的数字信号。所谓抽取，是对滤波后的数字信号进行二次采样，降低采样率的过程。

优选的，本实用新型中超低频信号接收天线所接收的频率范围为0.1-10Hz；点频信号接收天线所接收的信号频率为38KHz。超低频信号接收天线以及点频信号接收天线皆可选用现有技术中相应频率参数的天线产品。也可根据相应频率及其它参数要求，利用现有技术进行制作。

有益效果

本实用新型通过分别设置超低频接收通道和点频接收通道，保证了仪器具备多频段全方位的接收能力。在数据的处理阶段，本实用新型通过采用先进的选频技术，提高了信号的稳定性，保证了监测信号的频率特性，实际应用中仪器信号的采样率优于100sps，可记录超低频信号的原始波形，以及点频信号唱腔随时间的变化特性，便于对地震时间的判断。本实用新型还通过远程服务器的设置，实现了网络实时传输海量数据和对仪器进行远程控制的功能；数据存储时的目录设置方便对数据的有效压缩，同时也方便了在此基础上的数据报表生成，方便工作人员的日常工作记录。

此外，在本实用新型的基础上，还可以很容易的通过硬件的选择以及软硬件的结合，实现装置自检、自复位、重启以及事件的短信报警等的智能化控制功能；USB数据临时存储功能，保证观测资料的连续性；以及远程数据服务提供FTP功能远程下载监测数据功能，实现网络实时传输海量数据和对仪器的远程控制。

附图说明

图1所示为本实用新型的结构组成示意图；

图2所示为本实用新型数据处理流程示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的内容更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式做进一步说明。

图1所示为本实用新型的一种具体实施例结构，图2所示为这种实施例结构基础上的数据处理流程示意图；结合图1和图2，本实用新型包括信号接收单元1、信号处理单元2、数据控制单元3以及人机接口单元；人机接口单元即可供工作人员操作和查看数据的后台计算机。

信号接收单元中设有两个相互垂直设置的超低频信号接收天线和两个相互垂直设置的点频信号接收天线；超低频信号接收天线所接收的频率范围为0.1-10Hz；点频信号接收天线所接收的信号频率为38KHz。超低频信号接收天线以及点频信号接收天线皆选用现有技术中相应频率参数的天线产品。点频信号接收天线的信号输出端连接天线放大器，防止天线的引线对信号造成衰减；

信号处理单元包括信号放大器、带通滤波器、模数转换器以及数字滤波器；天线接收到的信号输出至信号放大器中，经放大后进行带通滤波、模数转换，再进行数字滤波。其中：

模数转换器为24位模数转换器，在每一个天线信号通道中采用一片独立的4阶Δ−Σ调制器CS5321，每一个通道的满量程输入为+10V，转换器输出高速（每秒256K比特）比特流，经过数字滤波和抽取以后，能够提供24位的分辨率和大于120dB的动态范围；

数字滤波器为采用DSP实现的IIR数字滤波器，用于处理四个天线信号通道上CS5321输出的高速比特流，输出24位分辨率的低速采样率的数字信号。DSP采用TI公司的32位高速浮点DSP芯片TMS320VC33，运行时钟60MHZ，运行速度为60MIPS。其还用于管理数据处理单元的各部件、执行数字滤波运算，管理授时系统和数字通讯接口，实现数据传输及参数设置等；

IIR数字滤波器具有稳定、可靠、精度高的特点。其进行数字滤波和抽取，得到所需的低采样率的数字信号。所谓抽取，是对滤波后的数字信号进行二次采样，降低采样率的过程。改变输出采样率实际上是通过改变IIR数字滤波器，并使用不同的抽取比来实现的，这个改变可以在运行时进行。新的采样率可以通过对软件中的参数进行相关设置来实现。4个通道的采样率可设置为200Hz、100Hz、50Hz、20Hz、10Hz，相应的信号带宽分别为：80Hz、40Hz、20Hz、8Hz、4Hz；

模数转换器与数字滤波器之间通过光电耦合器连接，避免温漂影响；

信号处理单元中还包括供电控制单元、标定电路和负责调度管理各部件的处理器单片机；供电控制单元将+12V输入电源变换为+5V、+3.3V和+1.8V等多组电源，供其它各单元单元使用；标定电路采用现有的16位D/A换能器的标定信号发生器，提供方波和正弦波组标定信号的电流和电压输出。标定信号的输出直接连接到标定线圈上，标定信号的参数及定时常数可由用户通过软件设定，可设定参数包括：方波标定信号的幅度、宽度、定时时间等；正弦波标定信号的频率、幅度、震荡次数，以及不同频率正弦波组的数目。在装置采用短信GPS控制时，还可通过处理器单片机处理GPS信息，并精确调整系统处理时钟。处理器单片机可采用现有技术的单片机实现。

经过数字滤波的信号传输至数据控制单元中，数据控制单元包括相互连接的控制器和存储器。本实施例中，控制器采用ARM9实现控制功能，存储器包括ARM9内部集成的SDRAM、NOR FLASH，外部集成128M DOC（数据缓存区），以及通过ARM9应用现有的内置USB接口技术扩展的外部硬盘或CF卡或NAND Flash（永久数据区），此外ARM上还设有备用的扩展存储器外部USB接口，用于数据的临时存储。

ARM9中集成有LAN网络服务器和一个自适应的10M/100M网络接口，即远程数据服务器和数据请求接口，可通过配置物理层网络设备实现网络数据的传输，支持WWW、FTP、Telnet等网络服务。

ARM9与数据处理单元的DSP之间，以及人机接口单元之间，皆通过RS232串口相连接。ARM9还通过一个兼容的实时数据输出串口进行全双工的数据传输，用于输出采集数据和状态信息，同时还可以接收参数设置命令及数据重发请求。

结合图2，本实用新型中ARM9控制器数据控制单元中的控制器对是实时波形数据的处理包括以下步骤：

远程数据服务主要包括，通过LAN、COM、Modem等接口实现ftp、telnet、http的数据服务，相关参数设置以及通信协议可根据现有的相应通信方式的通信协议，通过对控制器的软件进行编辑来完成。

本实用新型中所述具体实施案例仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本实用新型的技术范畴。

Claims

1.一种地震电磁波监测装置，其特征是，包括信号接收单元、信号处理单元、数据控制单元以及人机接口单元，其中：

2. 根据权利要求1所述的一种地震电磁波监测装置，其特征是，数据控制单元还包括与控制器相连接的远程数据服务器以及远程数据接口；控制器控制远程数据服务器与远程数据接口之间的数据交换。

3. 根据权利要求1所述的一种地震电磁波监测装置，其特征是，信号处理单元中还包括信号放大器，信号放大器的信号输入端即为信号处理单元的信号输入端，信号放大器的信号输出端连接模数转换器的信号输入端。

4. 根据权利要求1至3任一项所述的一种地震电磁波监测装置，其特征是，信号处理单元中，模数转换器为24位模数转换器。

5. 根据权利要求1至3任一项所述的一种地震电磁波监测装置，其特征是，信号处理单元中，数字滤波器为基于DSP的IIR数字滤波器。

6. 根据权利要求1至3任一项所述的一种地震电磁波监测装置，其特征是，超低频信号接收天线所接收的频率范围为0.1-10Hz。

7. 根据权利要求1至3任一项所述的一种地震电磁波监测装置，其特征是，点频信号接收天线所接收的信号频率为38KHz。