数字强震仪制造技术

本发明专利技术公开了数字强震仪，包括地震信号采集转换单元、地震信号处理与控制单元、地震数据管理单元、人机交互单元以及电源管理单元；地震信号采集转换单元，用于采集地震信号，并将地震信号进行数字化处理后发送至地震信号处理与控制单元；地震信号处理与控制单元，用于地震事件判断、烈度计算和紧急处置控制；地震数据管理单元，用于接收来自地震信号处理与控制单元的数据，按照一定的格式进行整理之后发送至人机交互单元；人机交互单元，用于实现用户与数字强震仪之间信息与数据交流；电源管理单元用于为地震信号采集转换单元、地震信号处理与控制单元、地震数据管理单元以及人机交互单元供电。本发明专利技术能够进行地震灾害防御。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地震信号检测领域，尤其涉及数字强震仪。
技术介绍
大震造成的巨灾对生命财产的破坏非常严重。当大震发生时，通过专门的仪器快速获取的有关地震烈度的数据对指导抗震救灾有重要意义，有助于在短时间内判断宏观震中以及地震造成破坏的程度。破坏性地震发生时，对重大工程、生命线工程以及公众集中的场所和设施需要提供地震紧急处置措施和报警信息。例如针对高速铁路的地震灾害防御， 需要强震观测仪器能够实时捕捉地震信号，准确判断地震破坏程度，及时采取处置措施确保安全。从捕捉到地震信号，判断破坏程度到最终采取紧急措施，要求在尽可能短的时间内完成，提高了对强震仪实时性的要求。由强震仪组成的强震观测网络，直接为抗震设防服务，获得的强震纪录为重大工程、结构的抗震设防提供依据，在地震工程科学研究和防震减灾工作中发挥了重要的作用。 用于强震观测的仪器是一种典型的模数混合嵌入式系统，通常包括有前置放大电路，高分辨率AD转换器，嵌入式处理器，通信接口以及高精度的时间服务系统。由于防震减灾领域对地震灾害防御的标准和要求日渐提高，需要强震观测系统能及时提供地震烈度参数并进行地震紧急处置。现有技术中，例如专利文献CN1407349A, ZL200420018483. X，ZL200920003722. 7 以及ZL2008200776M.4，还未有任何方案对仪器的实时性有专门的说明或措施，通常是采用单一的嵌入式处理器进行地震数据的采集和处理，同时还要完成远程通信、数据存储等功能。由于嵌入式系统的处理能力有限，随着仪器功能的增加，处理任务数量庞大，即便是采用32位的嵌入式处理器，在不同的处理任务之间进行切换会浪费大量的处理器工作时间，不能保证烈度速报和紧急处置任务对实时性的严格要求。此外，精确的烈度算法计算量较大，在嵌入式系统上实现会占用大量的时间，无法实现真正的烈度速报。有的强震仪采用了 8位或16位的嵌入式微控制器作为主控CPU，虽然降低了成本，但是牺牲了系统的整体性能和灵活性，大大限制了其应用的范围。因此，采用单一嵌入式微控制器的强震仪性能较低，灵活性较差。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了数字强震仪。本专利技术提供了一种数字强震仪，包括地震信号采集转换单元、地震信号处理与控制单元、地震数据管理单元、人机交互单元以及电源管理单元；地震信号采集转换单元，用于采集地震信号，并将地震信号进行数字化处理后发送至地震信号处理与控制单元；地震信号处理与控制单元包括数字信号处理器、程序存储器和随机存储器；用于地震事件判断、烈度计算和紧急处置控制；地震数据管理单元包括嵌入式微控制器、程序存储器和随机存储器和网络控制器；用于接收来自地震信号处理与控制单元的数据，按照一定的格式进行整理之后发送至人机交互单元；人机交互单元，用于实现用户与数字强震仪之间信息与数据交流；电源管理单元用于为地震信号采集转换单元、地震信号处理与控制单元、地震数据管理单元以及人机交互单元供电。在一个示例中，地震信号采集转换单元包括第一水平向加速度计、第二水平向加速度计、垂直向加速度计、第一差分运算放大器、第二差分运算放大器、第三差分运算放大器和模数转换器；第一水平向加速度计、第二水平向加速度计、垂直向加速度计分别与第一差分运算放大器、第二差分运算放大器、第三差分运算放大器连接；第一水平向加速度计、第二水平向加速度计和垂直向加速度计用于输出电压信号；第一差分运算放大器、第二差分运算放大器和第三差分运算放大器用于对接收到的电压信号进行差分放大并将放大后的电压信号输入模数转换器；模数转换器用于将接收到的电压信号量化为数字信号并输入数字信号处理器；数字信号处理器对数字信号进行处理后，向嵌入式微控制器输出地震数据。在一个示例中，地震信号处理与控制单元还包括两路继电器，其中一路为常开路继电器，另一路为常闭路继电器；继电器由数字信号处理器的通用输入/输出管脚控制。在一个示例中，地震数据管理单元还包括与嵌入式微控制器连接的数据存储器、 网络控制器、串行存储器和异步串行接口芯片；数据存储器，用于存储地震数据；嵌入式微控制器，用于接受用户的命令，并执行对数字强震仪的设置以及对保存在数据存储器内地震数据的管理；串行存储器，用于数字强震仪的基本参数和工作参数；网络控制器，用于控制嵌入式微控制器与人机交互单元之间的信息与数据交流。在一个示例中，人机交互单元包括LED指示灯，用户按键和IXD显示屏；LED指示灯，用户按键和IXD显示屏连接在嵌入式微控制器通用输入/输出接口上。在一个示例中，电源管理单元包括3. 3V电压生成模块，1. 8V电压生成模块，1. 2V 电压生成模块，士 12V电压生成模块，以及士 12V电压生成模块；电源管理单元接收9-15V 直流电压，并将9-15V直流电压提供至3. 3V电压生成模块，1. 8V电压生成模块，1. 2V电压生成模块，5V电压生成模块，以及士 12V电压生成模块。在一个示例中，地震信号采集转换单元还包括第四差分运算放大器，第四差分运算放大器的输出端与模数转换模块连接，第四差分运算放大器的输入端用作备用通道。在一个示例中，LED指示灯和用户按键的数量均为4组。在一个示例中，第一水平向加速度计、第二水平向加速度计和垂直向加速度计输出的电压信号为单端电压信号或者差分电压信号；第一水平向加速度计用于测量东西向水平加速度，第二水平向加速度计用于测量南北向水平加速度。在一个示例中，第一差分运算放大器、第二差分运算放大器、第三差分运算放大器和第四差分运算放大器的型号均为0PA1632 ；模数转换器的型号为ADS1274 ；地震信号处理与控制单元的数字信号处理器的型号为ADSP-BF533，地震信号处理与控制单元的程序存储器的型号为M25P64，地震信号处理与控制单元的随机存储器的型号为HY57V561620 ；地震数据管理单元的嵌入式微控制器的型号为AT91SAM拟60，地震数据管理单元的程序存储器的型号为K9F2G08，地震数据管理单元的随机存储器的型号为HY57V2561620，地震数据管理单元的网络控制器的型号为DP83848，地震数据管理单元的异步串行接口芯片的型号为MAX3221 ；5V电压生成模块的型号为MC78M05，士 12V电压生成模块的型号为WRA1212D， 3. 3V电压生成模块的型号为LM2575-3. 3V，1. 8V电压生成模块，1. 2V电压生成模块的型号为 AMS1117-1. 2V。本专利技术提供的强震仪能够应对目前以及未来对大震巨灾进行灾害防御的需求。本专利技术能够进行地震灾害防御，能够实时捕捉地震信号，准确判断地震破坏程度，及时采取处置措施确保安全。本专利技术采用数字信号处理器来专门完成地震信号采集、分析处理、烈度计算以及紧急处置控制等，对计算负荷较低与实时性较弱的功能和任务由嵌入式微控制器来完成，实现了仪器功能的分级与分布处理，大大提高了系统的实时性和可靠性。由于选用的数字信号处理器具有优异的处理和计算性能，为将来烈度计算方法与紧急处置控制算法的改进、优化以及升级留有足够的冗余。附图说明下面结合附图来对本专利技术作进一步详细说明，其中图1是本专利技术提供的数字强震仪的系统框图；图2是地震信号采集转换单元示意图；图3是地震信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨振宇，
申请(专利权)人：中国地震灾害防御中心，
类型：发明
国别省市：