專利名稱：一種臨震電磁輻射監(jiān)測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及地震探測技術領域，特別是一種用于地震前兆電磁擾動信息接收的臨震電磁輻射監(jiān)測儀。
背景技術：
近來世界各地頻發(fā)的地震事件，給民眾的生命和財產(chǎn)均造成了不可估量的傷害和損失，提高地震探測的準確、及時性，以最大限度避免地震危害，成為人類面臨并亟待解決的問題。目前，現(xiàn)有技術中還存在種種問題，如現(xiàn)有的地震電磁波儀器傳感器主要由一對LES低頻電磁傳感器，接收電磁輻射信號，噪聲、零漂、抗干擾能力不強，容易受到輸電線、電力接地線以及各種電子設備的干擾。同時，現(xiàn)有的地震電磁波儀器中的主控單元因受限于體系結構，處理能力的提高始終有限，同時系統(tǒng)的穩(wěn)定性和擴展性偏低，不利于儀器功能的增加與維護。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種臨震電磁輻射監(jiān)測儀，提高地震探測的準確性和及時性。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取的技術方案為一種臨震電磁輻射監(jiān)測儀，包括信號接收模塊、信號處理模塊、數(shù)據(jù)控制模塊以及人機接口模塊，其中信號接收模塊中設有超低頻信號接收天線和點頻信號接收天線，信號接收模塊通過天線接收到的信號輸出至信號處理模塊中；信號處理模塊包括模數(shù)轉換器以及數(shù)字濾波器，從信號接收模塊中接收到的信號經(jīng)過模數(shù)轉換后，再通過數(shù)字濾波器進行濾波采樣，得到實時波形數(shù)據(jù)，并輸出至數(shù)據(jù)控制模塊；數(shù)據(jù)控制模塊包括控制器和存儲器，控制器從信號處理模塊讀入實時波形數(shù)據(jù)，并將讀入的實時波形數(shù)據(jù)存儲到存儲器中；人機接口模塊向數(shù)據(jù)控制模塊中的控制器發(fā)送數(shù)據(jù)請求信號；控制器根據(jù)數(shù)據(jù)請求信號將已存儲的波形數(shù)據(jù)發(fā)送至人機接口模塊。本實用新型數(shù)據(jù)控制模塊中的控制器對是實時波形數(shù)據(jù)的處理包括以下步驟a).讀入實時波形數(shù)據(jù)，并將實時波形數(shù)據(jù)輸出至人機接口模塊；b).對實時波形數(shù)據(jù)進行異常事件判斷，創(chuàng)建存儲目錄，將判斷結果為異常波形的實時波形數(shù)據(jù)，以及判斷結果為正常波形的實時波形數(shù)據(jù)分別存入存儲器；c).當人機接口模塊有數(shù)據(jù)請求時，控制器根據(jù)數(shù)據(jù)請求將存儲器中相應的的實時波形數(shù)據(jù)輸出到人機接口模塊。本實用新型中，控制器在對實時波形數(shù)據(jù)進行存儲時，首先設置存儲目錄，然后按照存儲目錄將實時波形數(shù)據(jù)存儲到存儲器中；人機接口模塊的數(shù)據(jù)請求包括存儲目錄參數(shù)，控制器按照存儲目錄對存儲器中的數(shù)據(jù)進行檢索后，將相應數(shù)據(jù)輸出到人機接口模塊。存儲目錄的設置可提高對數(shù)據(jù)的有效壓縮率，也可以使工作人員通過人機接口模塊或者遠程服務接口，很方便的進行數(shù)據(jù)的訪問、檢索或者報表生成。存儲目錄參數(shù)可包括波形數(shù)據(jù)發(fā)生的時間，以及數(shù)據(jù)類型如異常波形數(shù)據(jù)或正常波形數(shù)據(jù)，等參數(shù)類型。作為一種改進，本實用新型中數(shù)據(jù)控制模塊還包括與控制器相連接的遠程數(shù)據(jù)服務器以及遠程數(shù)據(jù)接口 ；控制器控制遠程數(shù)據(jù)服務器與遠程數(shù)據(jù)接口之間的數(shù)據(jù)交換。具體的，遠程數(shù)據(jù)服務主要包括，通過LAN、COM、Modem接口實現(xiàn)ftp、telnet、http的數(shù)據(jù)服務，相關參數(shù)設置以及通信協(xié)議可根據(jù)現(xiàn)有的相應通信方式的通信協(xié)議，通過對控制器的 軟件進行編輯來完成。控制器可采用現(xiàn)有技術中集成有遠程數(shù)據(jù)服務器的單片機或者其他集成芯片來實現(xiàn)，采用此種方案時，遠程數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)接口可選擇單片機或者其它芯片的相應端口 ；此外，控制器與遠程數(shù)據(jù)服務器及其接口也可選擇現(xiàn)有技術中分別具有相應功能的產(chǎn)品來實現(xiàn)。作為一種改進，本實用新型的信號接收模塊中，還設有天線放大器，點頻信號接收天線接收到的信號經(jīng)天線放大器放大后輸出至信號處理模塊中。為了達到寬頻帶的效果，點頻信號接收天線一般選擇現(xiàn)有技術中輸入阻抗較小的天線類型，或者在根據(jù)現(xiàn)有技術設計制作點頻天線時，使其輸入阻抗較小，相應的天線輸出信號也會變小。增設天線放大器可防止天線的弓I線對信號造成衰減。作為一種改進，本實用新型的信號處理模塊中還包括信號放大器，信號放大器的信號輸入端即為信號處理模塊的信號輸入端，信號放大器的信號輸出端連接模數(shù)轉換器的信號輸入端。本實用新型在信號放大器的設計電路中融入了現(xiàn)有技術中的光電耦合電路或器件，可有效的控制零漂，使得模塊各級之間的工作點不會互相干擾，信號失真小。作為一種改進，本實用新型的信號處理模塊中，信號放大器與模數(shù)轉換器之間還設有帶通濾波器。帶通濾波器可根據(jù)實際情況選擇所需的帶通頻率，其可采用現(xiàn)用的帶通濾波器件實現(xiàn)，也可采用現(xiàn)有成熟的濾波電路技術實現(xiàn)。優(yōu)選的，信號處理模塊中，模數(shù)轉換器為24位模數(shù)轉換器。具體的，本實用新型優(yōu)選采用現(xiàn)有的4階Λ-Σ調制，輸出為Ibit高速數(shù)據(jù)流(每秒256000bits)的24位模數(shù)轉換器，經(jīng)過多次數(shù)字濾波和抽取可得到24位分辨率的數(shù)據(jù)。優(yōu)選的，信號處理模塊中，數(shù)字濾波器為基于DSP的IIR數(shù)字濾波器。具體的，DSP芯片采用現(xiàn)有的產(chǎn)品，其承擔信號接收模塊中兩種天線在兩個方向上，即四個信號通道接收到的數(shù)據(jù)的數(shù)字濾波和抽取運算，實時輸出24位分辨率的數(shù)字信號，采樣率可選擇IOHz、20Hz、50Hz、100Hz、200Hz，相關參數(shù)涉及以及控制利用現(xiàn)有成熟軟件技術進行編程實現(xiàn)。IIR數(shù)字濾波器具有穩(wěn)定、可靠、精度高的特點。在本實用新型中，數(shù)字濾波器使用多組IIR數(shù)字濾波器對多個信號通道的數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波和抽取，得到所需的低采樣率的數(shù)字信號。所謂抽取，是對濾波后的數(shù)字信號進行二次采樣，降低采樣率的過程。優(yōu)選的，本實用新型中超低頻信號接收天線所接收的頻率范圍為O. I-IOHz ;點頻信號接收天線所接收的信號頻率為38KHz。超低頻信號接收天線以及點頻信號接收天線皆可選用現(xiàn)有技術中相應頻率參數(shù)的天線產(chǎn)品。也可根據(jù)相應頻率及其它參數(shù)要求，利用現(xiàn)有技術進行制作。有益效果本實用新型通過分別設置超低頻接收通道和點頻接收通道，保證了儀器具備多頻段全方位的接收能力。在數(shù)據(jù)的處理階段，本實用新型通過采用先進的選頻技術，提高了信號的穩(wěn)定性，保證了監(jiān)測信號的頻率特性，實際應用中儀器信號的采樣率優(yōu)于lOOsps，可記錄超低頻信號的原始波形，以及點頻信號唱腔隨時間的變化特性，便于對地震時間的判斷。本實用新型還通過遠程服務器的設置，實現(xiàn)了網(wǎng)絡實時傳輸海量數(shù)據(jù)和對儀器進行遠程控制的功能；數(shù)據(jù)存儲時的目錄設置方便對數(shù)據(jù)的有效壓縮，同時也方便了在此基礎上的數(shù)據(jù)報表生成，方便工作人員的日常工作記錄。此外，在本實用新型的基礎上，還可以很容易的通過硬件的選擇以及軟硬件的結合，實現(xiàn)裝置自檢、自復位、重啟以及事件的短信報警等的智能化控制功能；USB數(shù)據(jù)臨時存儲功能，保證觀測資料的連續(xù)性；以及遠程數(shù)據(jù)服務提供FTP功能遠程下載監(jiān)測數(shù)據(jù)功能，實現(xiàn)網(wǎng)絡實時傳輸海量數(shù)據(jù)和對儀器的遠程控制。

圖I所示為本實用新型的結構組成示意圖；圖2所示為本實用新型數(shù)據(jù)處理流程示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的內(nèi)容更加明顯易懂，
以下結合附圖和具體實施方式
做進一步說明。圖I所示為本實用新型的一種具體實施例結構，圖2所示為這種實施例結構基礎上的數(shù)據(jù)處理流程示意圖；結合圖I和圖2，本實用新型包括信號接收模塊I、信號處理模塊2、數(shù)據(jù)控制模塊3以及人機接口模塊；人機接口模塊即可供工作人員操作和查看數(shù)據(jù)的后臺計算機。信號接收模塊中設有兩個相互垂直設置的超低頻信號接收天線和兩個相互垂直設置的點頻信號接收天線；超低頻信號接收天線所接收的頻率范圍為0. I-IOHz ;點頻信號接收天線所接收的信號頻率為38KHz。超低頻信號接收天線以及點頻信號接收天線皆選用現(xiàn)有技術中相應頻率參數(shù)的天線產(chǎn)品。點頻信號接收天線的信號輸出端連接天線放大器，防止天線的引線對信號造成衰減；信號處理模塊包括信號放大器、帶通濾波器、模數(shù)轉換器以及數(shù)字濾波器；天線接收到的信號輸出至信號放大器中，經(jīng)放大后進行帶通濾波、模數(shù)轉換，再進行數(shù)字濾波。其中模數(shù)轉換器為24位模數(shù)轉換器，在每一個天線信號通道中采用一片獨立的4階A-E調制器CS5321，每一個通道的滿量程輸入為+10V，轉換器輸出高速(每秒256K比特)比特流，經(jīng)過數(shù)字濾波和抽取以后，能夠提供24位的分辨率和大于120dB的動態(tài)范圍；數(shù)字濾波器為采用DSP實現(xiàn)的IIR數(shù)字濾波器，用于處理四個天線信號通道上CS5321輸出的高速比特流，輸出24位分辨率的低速采樣率的數(shù)字信號。DSP采用TI公司 的32位高速浮點DSP芯片TMS320VC33，運行時鐘60MHZ，運行速度為60MIPS。其還用于管理數(shù)據(jù)處理模塊的各部件、執(zhí)行數(shù)字濾波運算，管理授時系統(tǒng)和數(shù)字通訊接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及參數(shù)設置等；IIR數(shù)字濾波器具有穩(wěn)定、可靠、精度高的特點。其進行數(shù)字濾波和抽取，得到所需的低采樣率的數(shù)字信號。所謂抽取，是對濾波后的數(shù)字信號進行二次采樣，降低采樣率的過程。改變輸出采樣率實際上是通過改變IIR數(shù)字濾波器，并使用不同的抽取比來實現(xiàn)的，這個改變可以在運行時進行。新的采樣率可以通過對軟件中的參數(shù)進行相關設置來實現(xiàn)。4個通道的采樣率可設置為200Hz、IOOHz、50Hz、20HzUOHz,相應的信號帶寬分別為80Hz、40Hz、20Hz、8Hz、4Hz ；模數(shù)轉換器與數(shù)字濾波器之間通過光電耦合器連接，避免溫漂影響；信號處理模塊中還包括供電控制單元、標定電路和負責調度管理各部件的處理器單片機；供電控制單元將+12V輸入電源變換為+5V、+3. 3V和+1. 8V等多組電源，供其它各模塊單元使用；標定電路采用現(xiàn)有的16位D/A換能器的標定信號發(fā)生器，提供方波和正弦波組標定信號的電流和電壓輸出。標定信號的輸出直接連接到標定線圈上，標定信號的參數(shù)及定時常數(shù)可由用戶通過軟件設定，可設定參數(shù)包括方波標定信號的幅度、寬度、定時時間等；正弦波標定信號的頻率、幅度、震蕩次數(shù)，以及不同頻率正弦波組的數(shù)目。在裝置采用短信GPS控制時，還可通過處理器單片機處理GPS信息，并精確調整系統(tǒng)處理時鐘。處理 器單片機可采用現(xiàn)有技術的單片機實現(xiàn)。經(jīng)過數(shù)字濾波的信號傳輸至數(shù)據(jù)控制模塊中，數(shù)據(jù)控制模塊包括相互連接的控制器和存儲器。本實施例中，控制器采用ARM9實現(xiàn)控制功能，存儲器包括ARM9內(nèi)部集成的SDRAM、NOR FLASH，外部集成128M DOC (數(shù)據(jù)緩存區(qū))，以及通過ARM9應用現(xiàn)有的內(nèi)置USB接口技術擴展的外部硬盤或CF卡或NAND Flash (永久數(shù)據(jù)區(qū))，此外ARM上還設有備用的擴展存儲器外部USB接口，用于數(shù)據(jù)的臨時存儲。ARM9中集成有LAN網(wǎng)絡服務器和一個自適應的10M/100M網(wǎng)絡接口，即遠程數(shù)據(jù)服務器和數(shù)據(jù)請求接口，可通過配置物理層網(wǎng)絡設備實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳輸，支持WWW、FTP、Telnet等網(wǎng)絡服務。ARM9與數(shù)據(jù)處理模塊的DSP之間，以及人機接口模塊之間，皆通過RS232串口相連接。ARM9還通過一個兼容的實時數(shù)據(jù)輸出串口進行全雙工的數(shù)據(jù)傳輸，用于輸出采集數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，同時還可以接收參數(shù)設置命令及數(shù)據(jù)重發(fā)請求。結合圖2，本實用新型中ARM9控制器數(shù)據(jù)控制模塊中的控制器對是實時波形數(shù)據(jù)的處理包括以下步驟a).讀入實時波形數(shù)據(jù)，并將實時波形數(shù)據(jù)輸出至人機接口模塊；b).對實時波形數(shù)據(jù)進行異常事件判斷，創(chuàng)建存儲目錄，將判斷結果為異常波形的實時波形數(shù)據(jù)，以及判斷結果為正常波形的實時波形數(shù)據(jù)分別存入存儲器；c).當人機接口模塊有數(shù)據(jù)請求時，控制器根據(jù)數(shù)據(jù)請求將存儲器中相應的的實時波形數(shù)據(jù)輸出到人機接口模塊。本實用新型中，控制器在對實時波形數(shù)據(jù)進行存儲時，首先設置存儲目錄，然后按照存儲目錄將實時波形數(shù)據(jù)存儲到存儲器中；人機接口模塊的數(shù)據(jù)請求包括存儲目錄參數(shù)，控制器按照存儲目錄對存儲器中的數(shù)據(jù)進行檢索后，將相應數(shù)據(jù)輸出到人機接口模塊。存儲目錄的設置可提高對數(shù)據(jù)的有效壓縮率，也可以使工作人員通過人機接口模塊或者遠程服務接口，很方便的進行數(shù)據(jù)的訪問、檢索或者報表生成。存儲目錄參數(shù)可包括波形數(shù)據(jù)發(fā)生的時間，以及數(shù)據(jù)類型如異常波形數(shù)據(jù)或正常波形數(shù)據(jù)，等參數(shù)類型。遠程數(shù)據(jù)服務主要包括,通過LAN、C0M、Modem等接口實現(xiàn)ftp、telnet、http的數(shù)據(jù)服務，相關參數(shù)設置以及通信協(xié)議可根據(jù)現(xiàn)有的相應通信方式的通信協(xié)議，通過對控制器的軟件進行編輯來完成。本實用新型中所述具體實施案例僅為本實用新型的較佳實施案例而已，并非用來限定本實用新型的實施范圍。即凡依本實用新型申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應作為本實用新型的技術范疇。權利要求1.一種臨震電磁輻射監(jiān)測儀，其特征是，包括信號接收模塊、信號處理模塊、數(shù)據(jù)控制模塊以及人機接口模塊，其中 信號接收模塊中設有超低頻信號接收天線和點頻信號接收天線，信號接收模塊通過天線接收到的信號輸出至信號處理模塊中； 信號處理模塊包括模數(shù)轉換器以及數(shù)字濾波器，從信號接收模塊中接收到的信號經(jīng)過模數(shù)轉換后，再通過數(shù)字濾波器進行濾波采樣，得到實時波形數(shù)據(jù)，并輸出至數(shù)據(jù)控制模塊； 數(shù)據(jù)控制模塊包括控制器和存儲器，控制器從信號處理模塊讀入實時波形數(shù)據(jù)，并將讀入的實時波形數(shù)據(jù)存儲到存儲器中； 人機接口模塊向數(shù)據(jù)控制模塊中的控制器發(fā)送數(shù)據(jù)請求信號；控制器根據(jù)數(shù)據(jù)請求信號將已存儲的波形數(shù)據(jù)發(fā)送至人機接口模塊。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種臨震電磁輻射監(jiān)測儀，其特征是，數(shù)據(jù)控制模塊還包括與控制器相連接的遠程數(shù)據(jù)服務器以及遠程數(shù)據(jù)接口 ；控制器控制遠程數(shù)據(jù)服務器與遠程數(shù)據(jù)接口之間的數(shù)據(jù)交換。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種臨震電磁輻射監(jiān)測儀，其特征是，信號接收模塊中，還設有天線放大器，點頻信號接收天線接收到的信號經(jīng)天線放大器放大后輸出至信號處理模塊中。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種臨震電磁輻射監(jiān)測儀，其特征是，信號處理模塊中還包括信號放大器，信號放大器的信號輸入端即為信號處理模塊的信號輸入端，信號放大器的信號輸出端連接模數(shù)轉換器的信號輸入端。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種臨震電磁輻射監(jiān)測儀，其特征是，信號處理模塊中，信號放大器與模數(shù)轉換器之間還設有帶通濾波器。
6.根據(jù)權利要求I至5任一項所述的一種臨震電磁輻射監(jiān)測儀，其特征是，信號處理模塊中，模數(shù)轉換器為24位模數(shù)轉換器。
7.根據(jù)權利要求I至5任一項所述的一種臨震電磁輻射監(jiān)測儀，其特征是，信號處理模塊中，數(shù)字濾波器為基于DSP的IIR數(shù)字濾波器。
8.根據(jù)權利要求I至5任一項所述的一種臨震電磁輻射監(jiān)測儀，其特征是，超低頻信號接收天線所接收的頻率范圍為O. 1-lOHz。
9.根據(jù)權利要求I至5任一項所述的一種臨震電磁輻射監(jiān)測儀，其特征是，點頻信號接收天線所接收的信號頻率為38KHz。
專利摘要本實用新型公開一種臨震電磁輻射監(jiān)測儀，其包括信號接收模塊、信號處理模塊、數(shù)據(jù)控制模塊以及人機接口模塊。信號接收模塊中設有超低頻信號接收天線和點頻信號接收天線，信號處理模塊包括模數(shù)轉換器以及數(shù)字濾波器，數(shù)據(jù)控制模塊包括相互連接的控制器和存儲器，人機接口模塊連接數(shù)據(jù)控制模塊的控制器。天線接收到的信號輸出至信號處理模塊中，經(jīng)過模數(shù)轉換、濾波采樣得到實時波形數(shù)據(jù)，并輸出至數(shù)據(jù)控制模塊的控制器中；控制器讀入實時數(shù)據(jù)波形后對波形數(shù)據(jù)進行地震事件判斷，并控制數(shù)據(jù)的存儲和輸出。本實用新型通過接收地震前兆電磁擾動信息，為地震的短臨預報和相關科研工作提供了準確可靠、連續(xù)完整的資料。
文檔編號G01V1/16GK202383299SQ20112055953
公開日2012年8月15日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權日2011年12月29日
發(fā)明者劉紅桂, 盧永, 居海華, 張德齊, 熊建偉, 瞿旻 申請人:江蘇省地震局