CN211826546U - 一种用于人工地震测深的零时记录装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于人工地震测深的零时记录装置，包括壳体，还包括位于所述壳体内的主机板、电源模块、GPS接收机、感应机构、显示机构、零时数据记录通讯接口模块、电源状态指示机构、控制按键机构、晶体振荡器，本实用新型采用GPS接收机和感应机构的设置，便于将数据实时传递给主机板并进行存储，便于及时感应地震的数据，使得人工地震测深爆破激发零时记录时间精度高、操作简便，非易失存储、读取零时记录高效。

Description

一种用于人工地震测深的零时记录装置

技术领域

本实用新型涉及地球探测与信息技术，具体涉及一种用于人工地震测深的零时记录装置。

背景技术

在人工地震测深野外数据观测工作中，通过人工爆破激发地震波，利用布设在测线观测点位上的地震仪采集来自地壳和上地幔的地震波震相信息开展地震成像研究，获得研究区地壳和上地幔的精细结构、深浅部构造关系和发震构造的空间展布特征，进而研究岩石圈演化和动力学过程。人工地震测深野外爆破激发目前通常使用普通地震仪记录近场地震波形信号，再通过走时距离折算出人工地震爆破激发的零时数值，该方式不能直接给出人工地震测深爆破激发的零时数值，且折算过程引入的时间误差大，给后期资料解释处理精度造成障碍。为了能够在后期高精度解释和处理地震波资料，需要直接获得人工地震测深爆破激发的高精度时间信息和激发点位的高精度地理坐标信息。

因此，提供一种直接读取零时数值且时间误差小的用于人工地震测深的零时记录装置，已是一个值得研究的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种直接读取零时数值且时间误差小的用于人工地震测深的零时记录装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种用于人工地震测深的零时记录装置，包括壳体，还包括位于所述壳体内的主机板、与所述主机板电性连接的电源模块、与所述主机板电性连接的GPS接收机、与所述主机板通过滤波和电平转换电路电性连接且用于将高压脉冲信号转换成电流信号的感应机构、与所述主机板电性连接且用于显示时间刻度的显示机构、位于所述主机板上的零时数据记录通讯接口模块、与所述主机板电性连接的电源状态指示机构、与所述主机板电性连接的控制按键机构、与所述主机板电性连接的晶体振荡器。

所述感应机构包括与滤波和电平转换电路连接的电磁感应和信号整形电路、与电磁感应和信号整形电路连接且用于传感炮场爆炸机母线上的高压脉冲电信号的感应棒。

所述感应棒包括磁棒、位于磁棒上的螺线管线圈，螺线管线圈与电磁感应和信号整形电路连接。

所述GPS接收机与GPS天线连接，GPS天线完成射频信号接收，将卫星播发的电磁波转换成便于处理的电信号，GPS接收机经过信号捕获、信号跟踪、导航数据解调、用户PCT解算等信号处理过程，最后通过RS232通讯接口电路输出报文信息。

所述显示机构包括与所述主机板电性连接的LED显示驱动电路、与LED显示驱动电路连接的LED数码管。

零时数据记录通讯接口模块包括RS232通信接口电路。

控制按键机构包括按键输入控制电路。

所述电源模块包括与所述主机板连接的DC-DC/LDO电源系统、与所述DC-DC/LDO电源系统连接的锂电池组、与所述锂电池组连接的电源适配器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用GPS接收机和感应机构的设置，便于将数据实时传递给主机板并进行存储，便于及时感应地震的数据，使得人工地震测深爆破激发零时记录时间精度高、操作简便，非易失存储、读取零时记录高效。

附图说明

图1为本实用新型的框架结构示意图；

图2为本实用新型LED显示驱动电路的电路图；

图3为本实用新型按键输入控制电路的电路图；

图4为本实用新型电磁感应和信号整形电路的电路图；

图5为本实用新型RS232通信接口电路的电路图；

图6为本实用新型滤波和电平转换电路的电路图；

图中：主机板1，电源模块2，GPS接收机3，感应机构4，显示机构5，零时数据记录通讯接口模块6，电源状态指示机构7，按键主机板8，晶体振荡器9，电源系统10，锂电池组11，电源适配器12，GPS天线13，感应棒14，LED数码管15。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1至图6所示，一种用于人工地震测深的零时记录装置，包括壳体，还包括位于所述壳体内的主机板1、与所述主机板1电性连接的电源模块2、与所述主机板1电性连接的GPS接收机3、与所述主机板1通过滤波和电平转换电路电性连接且用于将高压脉冲信号转换成电流信号的感应机构4、与所述主机板1电性连接且用于显示时间刻度的显示机构5、位于所述主机板1上的零时数据记录通讯接口模块6、与所述主机板1电性连接的电源状态指示机构7、与所述主机板1电性连接的控制按键机构8、与所述主机板1电性连接的晶体振荡器9，主机板1采用型号为AT89C5115微处理器，主机板1完成对 GPS接收机3输出的GPS报文信息解码提取经纬度、高程和时间信息；主机板1完成显示机构显示数据的编码和数据转换显示工作；主机板1完成对零时数据记录通讯接口模块6的数据通信功能；主机板1完成对感应机构4输出的脉冲信号的捕获和中断处理；主机板1完成对控制按键机构8的交互功能；晶体振荡器9采用高精度温度补偿型石英晶体谐振器，晶体振荡器9为主机板1设计的软件时钟，提供高精度的方波脉冲完成软件时钟的毫秒、秒、分、时的走时功能，电源模块2、GPS接收机3、显示机构5、 零时数据记录通讯接口模块6、电源状态指示机构7、按键机构8和晶体振荡器9位于壳体的内部或表面，感应机构4位于壳体的外部。

所述感应机构4包括与滤波和电平转换电路连接的电磁感应和信号整形电路、与电磁感应和信号整形电路连接且用于传感炮场爆炸机母线上的高压脉冲电信号的感应棒14。所述感应棒14包括磁棒、位于磁棒上的螺线管线圈，螺线管线圈与电磁感应和信号整形电路连接，螺线管线圈将爆炸母线上的高压脉冲信号转换成感应棒25回路电流信号，经电磁感应和信号整形电路转换为1.4V电压钳位的低压脉冲信号，最后经滤波和电平转换电路完成低通滤波和电平极性转换的脉冲信号，并在脉冲信号的上升沿触发主机板1的捕获中断处理程序，电磁感应和信号整形电路由C1、D1、C2、R2和R3构成爆炸母线高压脉冲信号的感应回路，并通过D1、D2、D3和D4构成双向的感应信号的电平钳位，防止高压信号传导至该零时记录装置主机板造成电路和器件损坏。

滤波和电平转换电路的结构如下：感应棒捕获的脉冲信号经J4端子接口输入NewLSZ-GPS型零时仪，LED3发光二极管指示信号状态，R16和C9构成的低通滤波器将高频干扰信号滤除，T1构成共射极反相电路将正跳变极性信号转换成+5V负跳变极性信号，并经过二级与非门数字电路整形之后输入AT89C5115 GPIO管脚，触发硬件中断。

所述GPS接收机3的型号为ublox-6T，所述GPS接收机3与GPS天线连接13，GPS天线13完成射频信号接收，将卫星播发的电磁波转换成便于处理的电信号，GPS接收机3经过信号捕获、信号跟踪、导航数据解调、用户PCT解算等信号处理过程，最后通过RS232通讯接口电路输出报文信息。

所述显示机构5包括与所述主机板1电性连接的LED显示驱动电路、与LED显示驱动电路连接的LED数码管15，LED数码管15显示共计9位七段LED数码管线性排列构成，“时”2位、“分”2位、“秒”2位、“毫秒”3位。在该零时装置内部软件时钟设计中，还有“年”“月”“日”数据位，但不在该零时装置面板上显示。在人工地震测深炮场野外工作中，一旦该零时装置被触发并捕获人工源激发时刻，该零时装置将会形成一由“年、月、日、时、分、秒”和“经纬度、高程”信息构成的触发记录，并存储在仪器Flash存储上永久存储；LED显示驱动电路设计以MAX7219为核心，实现“时”“分”“秒”“毫秒”9位七段LED数码管的动态刷新显示。AT89C5115微处理将软件时钟的运行数据，通过UART接口以同步串行数据帧的形式发与MAX7219，MAX7219将需要显示的数据帧解码转换为七段数码管的并行高低电平驱动信号，并提供足够的驱动电流，保证显示的发光强度。由于AT89C5115微处理仅有2路UART接口，但却需要与GPS接收机、MAX7219和RS232通信完成3路控制交互， GPS接收机3单独使用1路UART接口，另外一路UART接口采用分时复用的方法分别与MAX7219和RS232通信交互，但需要加入缓冲硬件CD4592BE实现该功能。

零时数据记录通讯接口模块6包括RS232通信接口电路。RS232通信接口电路以MAX232A为核心实现与PC机的RS232数据通信功能。因MAX232A与MAX7219分时复用AT89C5115微处理的UART接口，设计中需要使用微处理GPIO1.3和GPIO1.4分别用于控制缓冲隔离硬件CD4502BE实现交互数据通信。在人工地震测深炮场工作结束后，使用RS232数据线将该零时记录装置与PC机连接，按下“联机”按键即可将爆炸激发记录数据上传PC机。

控制按键机构8包括按键输入控制电路，按键输入控制电路使用SPST型常闭按键开关，一端与地电平连接，一端与通过10kΩ上拉电路与+5V电源连接。按下“回显”“时钟”“置零”“联机”任一按键开关时，会在AT89C5115微处理的GPIO端口上产生高电平到低电平的跳变信号，固件程序实现跳变信号的捕获和按键功能。为了防止按键信号的抖动，需要设计旁路胆电容滤除高频抖动信号消除误触发，控制按键机构8还包括位于由该该零时记录装置装置面板上的四个常开型防水按键构成，分别实现“回显”“时钟”“置零”“联机”功能。“回显”按键，实现回溯查看之前的捕获记录的功能，按一下“回显”按键可以按照时间倒序依次回溯参看所有捕获记录；“时钟”按键，实现软件时钟的恢复显示功能。该零时记录装置在按下“回显”、“置零”“联机”功能键后，软件时钟依然在后台正常运行，按下“时钟”按键时，LED数码管即可恢复软件时钟的显示；“置零”按键，实现内部存储记录的清零功能。按下置零键，Flash上存储的捕获记录将全部被擦除且记录指针复位；“联机”按键，实现该零时记录装置与PC机数据通信功能。使用数据连接线将该零时记录装置与PC机RS-232端口连接，按下“联机”键该零时记录装置存储的捕获记录就会上载至PC机。

所述电源模块2包括与所述主机板1连接的DC-DC/LDO电源系统10、与所述DC-DC/LDO电源系统10连接的锂电池组11、与所述锂电池组11连接的电源适配器12。

电源状态指示机构7指示由该零时记录装置上电指示、GPS接收机3上电指示和仪器充电指示构成。电源适配器12可通过电源线连接~220V市电对仪器进行充电，在锂电池组11亏电时，充电指示灯显示为红色，充满电之后显示为绿色。在开机上电后，整机上电指示显示为绿色，关机后指示灯熄灭。GPS接收机3采取单独供电回路，在该零时记录装置正常开机上电后，即可打开GPS电源供电，GPS上电指示显示绿色。待该零时记录装置完成GPS报文解码和对软件时钟的同步校准之后，GPS即可关闭节省电能延长仪器的工作续航时间。

在人工地震测深野外工作中，一般需要在工作准备阶段将炮爆炸机母线在感应棒14上紧固缠绕5-8圈，再将感应棒14缆线接头参入该零时记录装置的“触发输入”端口。在工作激发计划时间之前三十分钟将该零时记录装置开机，GPS接收机3也同时上电，这时GPS尚未完成搜星和软件时钟的同步和校准，该零时记录装置LED数码管15最高位显示“0”状态。一般需要2-3分钟时间，该零时记录装置即可完成GPS搜星定位和软件时钟的同步校准，这时该零时记录装置的显示面板上的“时”“分”“秒”和“毫秒”就会正常显示。待爆炸机高压信号在母线上瞬间触发，该零时记录装置即可捕获触发时刻并形成一触发记录存储在该零时记录装置Flash存储器上，且该零时记录装置的面板上显示当前的触发记录的“时”“分”“秒”“毫秒”数值。如果需要第二触发记录，按下“时钟”键，该零时记录装置即可恢复正常时钟运行显示，第二次触发准备工作就即就绪。

本实用新型采用GPS接收机和感应机构的设置，便于将数据实时传递给主机板并进行存储，便于及时感应地震的数据，使得人工地震测深爆破激发零时记录时间精度高、操作简便，非易失存储、读取零时记录高效。

Claims (8)

1.一种用于人工地震测深的零时记录装置，包括壳体，其特征在于：还包括位于所述壳体内的主机板、与所述主机板电性连接的电源模块、与所述主机板电性连接的GPS接收机、与所述主机板通过滤波和电平转换电路电性连接且用于将高压脉冲信号转换成电流信号的感应机构、与所述主机板电性连接且用于显示时间刻度的显示机构、位于所述主机板上的零时数据记录通讯接口模块、与所述主机板电性连接的电源状态指示机构、与所述主机板电性连接的控制按键机构、与所述主机板电性连接的晶体振荡器。

2.根据权利要求1所述的用于人工地震测深的零时记录装置，其特征在于：所述感应机构包括与滤波和电平转换电路连接的电磁感应和信号整形电路、与电磁感应和信号整形电路连接且用于传感炮场爆炸机母线上的高压脉冲电信号的感应棒。

3.根据权利要求2所述的用于人工地震测深的零时记录装置，其特征在于：所述感应棒包括磁棒、位于磁棒上的螺线管线圈，螺线管线圈与电磁感应和信号整形电路连接。

4.根据权利要求1所述的用于人工地震测深的零时记录装置，其特征在于：所述GPS接收机与GPS天线连接，GPS天线完成射频信号接收，将卫星播发的电磁波转换成便于处理的电信号，GPS接收机经过信号捕获、信号跟踪、导航数据解调、用户PCT解算等信号处理过程，最后通过RS232通讯接口电路输出报文信息。

5.根据权利要求1所述的用于人工地震测深的零时记录装置，其特征在于：所述显示机构包括与所述主机板电性连接的LED显示驱动电路、与LED显示驱动电路连接的LED数码管。

6.根据权利要求1所述的用于人工地震测深的零时记录装置，其特征在于：零时数据记录通讯接口模块包括RS232通信接口电路。

7.根据权利要求1所述的用于人工地震测深的零时记录装置，其特征在于：控制按键机构包括按键输入控制电路。

8.根据权利要求1所述的用于人工地震测深的零时记录装置，其特征在于：所述电源模块包括与所述主机板连接的DC-DC/LDO电源系统、与所述DC-DC/LDO电源系统连接的锂电池组、与所述锂电池组连接的电源适配器。

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