專利名稱：地震電磁脈沖微電腦記錄儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于預(yù)報地震，監(jiān)測震前短臨前兆電磁脈沖異常超低頻接收并用數(shù)字記錄的儀器，也可用來預(yù)報煤礦頂板的冒落(煤爆)。
近十幾年來，國內(nèi)外對地震前電磁波研究極為重視。根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)專家的震前電磁波觀測效果對比，在1kHz以下的頻段輻射最強(qiáng)，頻率干擾最小，衰減量最小，出現(xiàn)前兆最早，而且是震前經(jīng)常出現(xiàn)的輻射頻段(1989年《震前電磁波觀測與實驗研究文集》)，在觀測技術(shù)方面，許多地區(qū)設(shè)置了觀測臺網(wǎng)。我國觀測站大多采用定型設(shè)備DD-1型短周期地震儀及通用儀表組合而成的記錄設(shè)備，其終端顯示為電磁波信息的模擬信號，由筆式記錄器記錄在紙帶上或用人工讀數(shù)。上述所采用的儀器有以下不足[1]選擇頻率范圍窄(1Hz～10Hz)，使一些有效電磁波頻段(如10Hz以上)信號不能正確接收進(jìn)來，[2]此儀器是用墨水記錄筆記錄在滾筒上，記錄器滾筒速度均勻性受電源、溫度、各傳動件加工誤差等因素影響，因此滾筒走速誤差很難消除，而且對機(jī)械加工帶來一定困難，這就影響了記錄信號的精確性，[3]一般通用儀表組成的記錄系統(tǒng)。對環(huán)境要求比較高，抗干擾能力較差，而且阻抗不能得到很好的匹配，這樣造成接收物理量不夠明確。[4]通用儀表組成的記錄儀一般不能長期連續(xù)使用，這樣造成記錄資料不連貫，很難正確反映震前電磁波異常。
本發(fā)明主要是為解決上述不足而提出的，其目的是為地震觀測臺站提供一種用微電腦控制的地震前兆電磁波脈沖異常接收記錄儀，用數(shù)字連續(xù)顯示并打印出在低頻范圍(0.01Hz～2kHz)的電磁脈沖異常數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析達(dá)到地震短臨前兆預(yù)報。
以下結(jié)合


本發(fā)明是如何實現(xiàn)的。
圖1是地震電磁脈沖微電腦記錄儀的原理框圖。
圖2是前置轉(zhuǎn)換器[2]的電路圖。
圖3是主機(jī)電路圖。
圖4是交直流電源轉(zhuǎn)換電路[7]和[11]的電路圖。
圖5是本發(fā)明軟件程序圖。
如圖1原理框圖所示當(dāng)?shù)叵码姶琶}沖發(fā)生變化時，磁感應(yīng)傳器[1](至少設(shè)東西、南北向兩個傳感器)產(chǎn)生相應(yīng)的電動勢，此電動勢經(jīng)過前置轉(zhuǎn)換器[2]轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)入光電隔離器[3]，然后經(jīng)過通道轉(zhuǎn)換[5]輸?shù)絾纹㈦娔X[8]的計數(shù)端T進(jìn)行計數(shù)。定時由時鐘電路[4]產(chǎn)生1秒脈沖輸入到單片微電腦[8]中斷端INT,實現(xiàn)定時控制，單片微電腦[8]的計數(shù)數(shù)據(jù)通過鎖存器[13]輸入到程序存貯器[14]。單片微電腦[8]數(shù)據(jù)輸出的另一路接口電路[12]。再從接口電路[12]輸出到段驅(qū)動器[15]和位驅(qū)動器[17]，通過段位這兩個驅(qū)動器分別驅(qū)動八位LED顯示器[16]實現(xiàn)計數(shù)和時間顯示。按鍵開關(guān)[9]由程序設(shè)置能實現(xiàn)六種功能，在復(fù)位后可實現(xiàn)雙向計數(shù)、自檢、設(shè)置時間、清零數(shù)據(jù)、單A向工作、單B向工作。
以單片微電腦[8]為核心來控制計數(shù)和數(shù)據(jù)處理，由打印機(jī)[6]打印記錄十分鐘脈沖值，每小時脈沖累加值及平均值。當(dāng)交流電停電時，由交直流電源轉(zhuǎn)換電路[11]自動實現(xiàn)直流供電，以保證記錄儀長期連續(xù)穩(wěn)定工作。
圖2是地震電磁脈沖微電腦記錄儀前置轉(zhuǎn)換器[2]電路圖。前置轉(zhuǎn)換器[2]由零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電源1403(H4)和比較器LM339(H1、H2、H3)及外圍件組成，主要作用把磁感應(yīng)傳感器[1]接收進(jìn)來的模擬信號轉(zhuǎn)換成具有高電平為2.8V以上，低電平為0.8V以下的脈沖數(shù)字信號。H4的1腳接+5V電源，3腳接地1，2腳為輸出端，接H1的輸入端9腳，組成緩沖器;負(fù)輸入端8連接電阻R1，串連多圈精密電位器RD，RD的可變端連接H2的正輸入端7腳，RD的另一端接地，R1和R0的分壓供H2作比較基準(zhǔn)電源(即前置轉(zhuǎn)換器[2]的門檻電平)H2的負(fù)輸入端接電阻R6，R6的另一端接地1，增加輸入阻抗作用，二極管D1、D2分別以正、反向并聯(lián)在H2的正、負(fù)輸入端，避免因瞬間大脈沖損壞前置轉(zhuǎn)換器[2]。H2是一個具有滯回特性的電壓比較器，H2的正輸入端連電阻R5，R5的另一端接H2的輸出端1腳，R5為滯后電阻，起反饋作用。H2的輸出端連接H3的正輸入端5，另一路連接電阻R2，R2的另一端接H1的輸出端14;H1的輸出端14連接電阻R3和電容C1的正端，C1的負(fù)端接地1，R3的另一端接電源+5V。H3的負(fù)輸入端4腳接電阻R7，R7的另一端接地1。H3的輸出端2腳接保護(hù)電阻R8，防止輸出瞬間短路時損壞H3，R8的另一端連接LED光電二極管，作為監(jiān)視整個前置轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)。
圖3是地震電磁脈沖微電腦記錄儀主機(jī)電路圖。它是由單片微電腦[8]為核心，控制程序?qū)崿F(xiàn)計數(shù)、顯示和打印。A路前置轉(zhuǎn)換器[2]從磁感應(yīng)傳感器[1]A接收的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號VA，輸入到光電隔離器[3]TIL113的“一端”。光電隔離器[3]的“+”端接電阻R1，R1為光電二極管的限流電阻，光電隔離器[3]的“e”端接地，“c”端接電阻R3，R3的另一端接主機(jī)電源+5V。光電隔離器[3]的C端輸入到通道轉(zhuǎn)換[5]的輸入端IN0，B路前置轉(zhuǎn)換器[2]通過光電隔離[3]耦合到通道轉(zhuǎn)換電路[5]的輸入IN1端，其具體電路接線與前置轉(zhuǎn)換器[2]V路相同。
通道轉(zhuǎn)換電路[5]的S0端接單片微電腦[8]的T1端;通道轉(zhuǎn)換電路[5]的A端單片微電腦的P25口。單片微電腦[8]的P25口控制通道轉(zhuǎn)換電路[5]實現(xiàn)分時兩個通道記錄。
光電隔離器[3]把主機(jī)部份的地與前置轉(zhuǎn)換器[2]的地隔離開，有效防止主機(jī)干擾沿傳輸線饋至前置轉(zhuǎn)換器[2]造成的干擾。
時鐘電路[4]由集成塊IC7071和外圍器件構(gòu)成秒發(fā)生器。電容C的兩端分別接IC7071的VDD、OSC1端;晶振TX2兩端分別接IC7071的OSC、OSC端，它們供給秒發(fā)生器的振蕩源，頻率為32，786Hz。二極管V2、V3的負(fù)端分別接IC7071的OUT1、OUT2端，把2秒信號的脈沖合成秒信號。二極管V2、V3的正端相連，并連接三極管V1的基極，其信號通過三極管V1放大后集電極輸出具有2.8V以上高電平的1秒脈沖信號，再通過整形反向器7414輸入端整形反向后輸出端輸出，供單片微電腦[8]中斷端INT的低電平。三極管V1的基極接電阻R5，R5是基極偏流電阻，R5的另一端接電源+5V。V1的發(fā)射極接地，V1的集電極接限流電阻R7，R7的另一端接+5V。電阻R6一端接+5V，另一端接時鐘集成電路塊IC7071的VDD端，然后接電阻R8，R8的另一端接地2，R6、R8使+5V電源分壓后供集成塊IC7071的1.5V電源。
單片微電腦[8]的P10～P17口分別接打印機(jī)[6]八根數(shù)據(jù)總線DB～DB，打印機(jī)[6]的STB選通線接口電路[12]的PC2口。打印機(jī)[6]的BUY忙線接接口電路[12]PC2口。當(dāng)打印機(jī)允許打印時，接口電路[12]可給打印機(jī)[6]選通信號，單片微電腦[8]通過P10～P17口把要求打印的數(shù)據(jù)輸入到打印機(jī)進(jìn)行定時打印。
單片微電腦[8]的八位傳送線輸入到鎖存器[13]的D0～D7，把單片微電腦[8]的數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。單片微電腦[8]的ALE地址鎖存信號線接鎖存器[13]的選通信號線，鎖存器[13]的八根輸出線Q0～Q7輸出端分別接程序存儲器的地址線A0～A7程序存儲器[14]的數(shù)據(jù)輸入線D0～D7分別接單片微電腦[8]的DB0～DB7。程序存儲器[14]的A8～A10地址線接單片微電腦[8]的P20～P22。程序存貯器[14]的DE選通端接單片微電腦[8]的選通端PSEN,程序存貯器[14]的A0～A3地址線分別接接口電路[12]的地址線A0、A1和選通端CS單片微電腦[8]的八位數(shù)據(jù)總線DB0～DB7分別接接口電路[12]的數(shù)據(jù)輸入線D0～D7。單片微電腦[8]的寫信號WR接接口電路[12]的寫信號WR，單片微電腦[8]的讀信號RD接口電路[12]的讀信號RD，它們都是低電平有效。
單片微電腦[8]的復(fù)位端RESET通過反向器7402反向，接接口電路[12]的復(fù)位端RESET。單片微電腦[8]復(fù)位端接電阻R10、電容C2，R10的另一端接復(fù)位開關(guān)K11端，開關(guān)的另一端接地2，C2的另一端接地2，在上電時通過R9向C2充電而產(chǎn)生一個足夠長時間的低電平，供單片微電腦的復(fù)位需要。
單片微電腦[8]P27連接按鍵開關(guān)K2的3端，K2的一端接地2K2的另一端2接+5V，K2置時用。單片微電腦[8]P26口接開關(guān)K3的3端，K3的1端接地2，K3的2端接+5V。K3供選擇時間和計數(shù)顯示。
單片微電腦[8]的XTAL1端接晶振TX1的一端和電容C3的一端;單片微電腦[8]的XTAL1接晶振TX1的另一端和電容C3的一端，單片微電腦[8]的XTAL2接晶振TX1的另一端和電容C4的一端，晶振TX1和電容C3、C4組成單片微電腦[8]的振蕩源，電容C3、C4的另一端接地。
接口電路[12]的PB和PA口聯(lián)接八位LED顯示器[16]的位驅(qū)動器[17]和段驅(qū)動器[15]，從而八位LED顯示器[16]實現(xiàn)計數(shù)和時間顯示。接口電路[12]的PB0～PB3口分別接段驅(qū)動器[15]的輸入端A1、A2、A3、A4。接口電路[12]的PB4～PB7口分別接另一個段驅(qū)動器[15]的輸入端A1、A2、A3、A4，兩個段驅(qū)動器[15]的輸出端Y1、Y2、Y3、Y4分別接八位LED顯示器[16]段驅(qū)動器輸入，供八位顯示器[16]段驅(qū)動用。
接口電路[12]的PA0～PA3口連接位驅(qū)動器[17]輸入端Vi0、Vi1、Vi2、Vi3，接口電路[12]的PA4～PA7口連接另一個位驅(qū)動塊[17]的輸入端Vi0、Vi1、Vi2、Vi3，這兩個位驅(qū)動塊[17]的輸出端V01、V02、V03、V04分別接LED的位驅(qū)動D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0，位驅(qū)動器[17]供八位LED顯示器[16]位驅(qū)動用。
圖4是交直流電源轉(zhuǎn)換電路[7]的電路圖。
交流電源連接開關(guān)K4、保險F1、噪聲濾波器Z，并聯(lián)在變壓器的初級兩端。變壓器次級有兩組10V電壓。第一組電流為3A，供主機(jī)顯示，打印機(jī)用電源;第二組電流為0.5A，供前置轉(zhuǎn)換器電源，兩組電源分別供電是為了防止主機(jī)電源對前置轉(zhuǎn)換器[2]電源的干擾。
第一組交流電壓接橋堆的交流輸入端，橋堆的正輸出端接電容C1的正端，橋堆的負(fù)端接C1的負(fù)端。經(jīng)橋堆整流后經(jīng)過連接濾波電容C1輸入到穩(wěn)壓塊DW(1，2，3，4)的輸入端1，四個穩(wěn)壓塊的2端全部接地2，穩(wěn)壓塊DW1的輸出端3接電容C3，C3的另一端接地2DW1的3端接開關(guān)K5的1端，K5的另一端2接供顯示電源+5V，K5是控制顯示電源。DW2的輸出端3接電容C4的一端，并接供主機(jī)電源+5V，C4的另一端接地2。穩(wěn)壓塊DW3、DW4的輸出端接電容C5輸出端供打印機(jī)+5V電源。
+9V蓄電池的負(fù)端接地2，正端連接保險F2的一端，F(xiàn)2的另一端接二極管D1的正端。二極管負(fù)極接穩(wěn)壓塊DW1的輸入端1。當(dāng)有交流電時，D1不導(dǎo)通，由交流電供電。當(dāng)沒有交流電時，二極管D1導(dǎo)通由蓄電池進(jìn)行供電。
變壓器第二組交流電壓和第一組一樣經(jīng)過橋堆整流橋堆DE2的交流端接變壓器的次級，橋堆的正極接電容C2的正端，并且與穩(wěn)壓塊DW5輸入端相連，DW5的2端和C2的負(fù)端接地1。
干電池的負(fù)端接地1，正端連接二極管D2的正端。穩(wěn)壓塊DW5輸出端3供前置轉(zhuǎn)換器+5V電源。當(dāng)有交流電時，穩(wěn)壓塊DW5的3端輸出，供+5V電源。當(dāng)沒有交流電時，二極管D2導(dǎo)通，使用+6V電池，前置轉(zhuǎn)換器通電。
圖5是地震電磁脈沖微電腦記錄儀軟件程序圖。本發(fā)明是單片微電腦[8]通過運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)。程序由單片微電腦[8]匯編而成。為了正確及時計數(shù)，采用單片微電腦[8]的計數(shù)器及中斷功能，即計數(shù)口外部事件計數(shù)，計滿256次時，產(chǎn)生一次中斷，讓中斷服務(wù)程序在內(nèi)存中脈沖數(shù)存貯單元累加256就實現(xiàn)了脈沖記數(shù)。主程序是一個循環(huán)程序，不斷地算出當(dāng)前脈沖數(shù)，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)顯示出來，并判斷時間，每隔十分鐘打印一次脈沖數(shù)，每一小時打印一次總和、平均值，時間控制由外部時鐘每一秒鐘產(chǎn)生一次中斷實現(xiàn)。程序設(shè)置兩個開關(guān)鍵，一個是復(fù)位鍵K1，需重設(shè)時間或重新啟動時可接此按鈕。另外K2、K3作選擇功能專用。本程序?qū)崿F(xiàn)六種功能在復(fù)位后選擇、雙向計數(shù)器、自檢、設(shè)置時間、清零數(shù)據(jù)、單A向工作、單B向工作。
為測試震源方向性，單片微電腦[8]接收至少兩個方向的磁感應(yīng)傳感器[1]前置轉(zhuǎn)換器[2]，本程序既可以同時測兩個方向(東西、南北)，也可單測一個方向。測兩個方向時，接口連的雙選一通道轉(zhuǎn)換器由程序定時每隔十秒選一方向計數(shù)，即實際是雙向分時計數(shù)。兩個數(shù)據(jù)分別存放在一個單元，為一個方向的地址。這樣程序可雙向自動計數(shù)，互不影響，數(shù)據(jù)顯示時，最高位顯示A或B，提示當(dāng)前正計的哪一個方向數(shù)，還可隨時撥K選擇顯示數(shù)據(jù)或時間。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1.磁感應(yīng)傳感器[1]，靈敏率高，頻率范圍為0.01Hz～2kHz，現(xiàn)有技術(shù)選擇頻率大部份在1Hz～10kHz左右。
2.本發(fā)明采用數(shù)字顯示和記錄，能準(zhǔn)確記錄地下電磁脈沖變化情況，避免了常規(guī)儀器由于機(jī)械結(jié)構(gòu)、人工記錄、筆式記錄產(chǎn)生的誤差而影響了記錄信號的精確性。
3.常規(guī)儀器對環(huán)境要求比較高，擾干擾能力差，本發(fā)明采取了以下抗干擾措施;前置轉(zhuǎn)換器[2]把接收的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓排除外界不必要的干擾;在前置轉(zhuǎn)換器[2]與主機(jī)之間采用光電隔離[3]，根本消除了地面供電系統(tǒng)及主機(jī)對前置轉(zhuǎn)換器的干擾。
4.本發(fā)明采用單片微電腦[8]控制，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，線路采用的芯片集成度高，功能強(qiáng)，成本低。
5.本發(fā)明儀器的價格是常規(guī)測試儀器價格的三分之一，并且操作、維修方便。自動化程序高，能夠穩(wěn)定連續(xù)使用。
權(quán)利要求
1.一種用于預(yù)報地震，監(jiān)測震前短臨前兆的地震電磁脈沖微電腦記錄儀，其特征在于當(dāng)?shù)叵码姶琶}沖發(fā)生變化時，磁感應(yīng)傳感器[1]產(chǎn)生相應(yīng)的電動勢，經(jīng)過前置轉(zhuǎn)換器[2]轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)入光電隔離器[3]然后經(jīng)過通道轉(zhuǎn)換電路[5]輸入單片微電腦[8]的計數(shù)端進(jìn)行計數(shù)，由時鐘電路[4]實現(xiàn)定時控制，八位LED顯示器[16]實現(xiàn)計數(shù)和時間顯示，按鍵開關(guān)[9]由單片微電腦[8]為核心控制程序，實現(xiàn)多種功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震電磁脈沖微電腦記錄儀其特征在于其磁感應(yīng)傳感器[1](至少設(shè)東西、南北向兩個傳感器)監(jiān)測的頻率范圍在0.01Hz～2kHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震電磁脈沖微電腦記錄儀其特征在于其前置轉(zhuǎn)換器[2]由零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電源1403(H4)和比較器LM339(H1、H2、H3)及外圍器件組成。比較器H1緩沖輸出經(jīng)電阻R1和多圈精密電位器R9分壓實現(xiàn)改變前置轉(zhuǎn)換器[2]的門檻電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震電磁脈沖微電腦記錄儀其特征在于光電隔離器[3]把主機(jī)部份的電源地與前置轉(zhuǎn)換器[2]的地隔離開，有效防止主機(jī)干擾沿傳輸線饋至前置轉(zhuǎn)換器[2]造成的干擾。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震電磁脈沖微電腦記錄儀其特征在于單片微電腦[8]的P25口控制通道轉(zhuǎn)換電路[5]實現(xiàn)分時兩個通道記錄。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震電磁脈沖微電腦記錄儀其特征在于時鐘電路[4]中二極管V2、V3的負(fù)端分別接集成塊IC 7071的OUT1、OUT2端，把2秒信號的脈沖合成1秒信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震電磁脈沖微電腦記錄儀其特征在于時鐘電路[4]中電阻R6一端接+5V，另一端接時鐘集成電路IC 7071的V99端，然后接電阻R8，R8的另一端接地2，R6、R8使+5V電源分壓后供IC 7071的1.5V電源電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震電磁脈沖微電腦記錄儀其特征在于打印機(jī)[6]的STB選通線接接口電路[12]的PC4口，打印機(jī)[6]的BUY忙線接接口電路[12]PC4口，當(dāng)打印機(jī)允許打印時，接口電路[12]PC2口可給打印機(jī)[6]發(fā)選通信號，單片微電腦[8]通過P10～P17口把要打印的數(shù)據(jù)輸入到打印機(jī)進(jìn)行定時打印。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震電磁脈沖微電腦記錄儀其特征在于單片微電腦[8]P27口接按鍵開關(guān)[9]中開關(guān)K2的3端，K2的1端接地，K2的2端接+5V，K2置時用。單片微電腦[8]P26口接開關(guān)K3的3端，K3的1端接地2，K3供選擇時間和計數(shù)顯示。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震電磁脈沖微電腦記錄儀其特征在于接口電路[12]的PB和PA口聯(lián)接八位LED顯示器[16]的位驅(qū)動器[17]和段驅(qū)動器[15]，從而實現(xiàn)計數(shù)和時間顯示。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震電磁脈沖微電腦記錄儀其特征在于在交直流電源轉(zhuǎn)換電路[7][11]中變壓器次級有兩組10V電壓，第一組電流為3A，第二組電流為0.5A。第一組電路中蓄電池正極連接二極管D1的負(fù)端，二極管D1的正端連接橋堆DE1的正端，蓄電池的負(fù)端連接橋堆DE1的負(fù)端，當(dāng)有交流電時，D1不導(dǎo)通，由交流電供電;如沒有交流電時，二極管D1導(dǎo)通，由蓄電池+9V供電。第二組電路中干電池正極連接二極管D2的正端，干電池負(fù)端連接橋堆DE2的負(fù)端，DE2的正端輸入到穩(wěn)壓塊DW5的輸入端，然后連接二極管D2的負(fù)端。當(dāng)有交流電時，D2不導(dǎo)通，由交流電供電，如沒有交流電時，二極管D2導(dǎo)通，由干電池+6V供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種地震電磁脈沖微電腦記錄儀，可用于預(yù)報地震，監(jiān)測震前短臨前兆電磁脈沖異常的超低頻接收并用數(shù)字記錄的儀器，也可用于預(yù)報煤礦頂板的冒落。本發(fā)明采用的磁感應(yīng)傳感器(1)適用頻率范圍為0.01Hz～2KHz，采用單片微電腦(8)控制數(shù)字顯示和連續(xù)記錄地下電磁脈沖的變化情況。前置轉(zhuǎn)換器(2)把接收的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓排除外界不必要的干擾。在前置轉(zhuǎn)換器(2)與主機(jī)之間采用光電隔離(3)，消除了地面供電系統(tǒng)及主機(jī)對前置轉(zhuǎn)換器的干擾。
文檔編號G01V3/36GK1062040SQ9010953
公開日1992年6月17日 申請日期1990年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1990年12月6日
發(fā)明者賀霞君, 衛(wèi)義奎, 趙學(xué)普, 馮彬, 陸征寧, 呂云江 申請人:山西省地震局, 機(jī)械電子工業(yè)部工藝研究所