地震监控系统硬件的电路方案
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地震台站观测系统布线及防雷技术要求(试用稿)中国地震局监测预报司编制2010年2月前言 (3)1 主题内容与适用范围 (4)2 引用标准 (4)3 术语和定义 (4)4 总则 (6)5 低压配电布线技术要求 (7)5.1 一般要求 (7)5.2 配电设备布线要求 (7)6 通信线路布线技术要求 (9)6.1 一般要求 (9)6.2 通信线路布线要求 (9)7 防雷电危害技术要求 (10)7.1 一般要求 ......................................................................................... (10)7.2 防直接雷击技术要求 .................................................................... (10)7.3 配电线路防雷技术要求.............................................................................. . (10)7.4 信号线路防雷技术要求 (11)7.5 抗雷电电磁干扰技术要求 (13)8 接地布线技术要求 (13)8.1 一般要求 ........................................................................ .. (13)8.2 接地装置及连接技术要求 (14)附录A(规范性附录)本技术要求用词说明 ....................................................... . (15)附录B(资料性附录)本技术要求条文说明 (15)图A 地震台站工作平台示意图 (22)图B 地震台站低压配电布线防雷设计参考图 (23)图C 地震台站信号线路布线防雷设计参考图 (24)图D 地震台站直接雷击防护装置与接地设计参考图 (25)图E 法拉第笼结构设计参考图 (26)随着现代科学技术的飞速发展,我国地震台站(简称台站)进行了大规模的数字化技术改造和建设,地震系统中广泛应用了数字技术、信息网络技术,使得观测技术系统上了一个新台阶。
第一章地震数据服务子系统设备和工程方案为了实现地震数据服务子系统建设的技术方案,需要相应的设备配置和工程土建方案,以保证地震数据服务子系统的正常运转。
1.1地震数据服务子系统功能框架地震数据服务子系统基于广域专用网,极低频地震电磁监测网定时记录的电磁波信息快速并入中国地震局地震中心网,传输到地震数据服务子系统进行存储和处理。
图8.1给出地震数据服务子系统的功能架构图。
地震数据服务子系统的硬件系统基于一个1000M光纤以太网(LAN)结构,主要部件包括:共2台数据库服务器、2台数据处理服务器、1台中间件服务器、1台数据汇集服务器、1台网络监控与备份服务器、1台KVM集中控制服务器,均连接到一台配备48个千兆端口的核心IP交换机上。
与此同时,高性能统一网络存储系统也与IP网络相连,为所有接入IP交换机的服务器客户端提供异构环境下的集中、统一、共享、实时的数据存储服务。
地震数据服务子系统将具有以下功能:实现电磁监测台站(包括固定台和流动台)观测数据的实时与快速汇集、管理、处理与应用,主要完成两大任务:(1)记录来自固定或流动极低频地震电磁监测台送来的信息并存入磁盘阵列、备份磁带机/光盘机;(2)对磁盘阵列数据进行处理:生成极低频地震电磁正常或异常信息,并将其存入数据库。
图8.1 地震数据服务子系统网络拓扑图1.2设备方案按照地震数据服务子系统技术方案和上述硬件框架,地震数据服务子系统主要由数据处理与应用软件系统和数据传输、存储、管理和处理硬件平台构成。
8.2.1数据处理软件数据处理软件主要依据建设目标和技术指标要求,结合地球物理和极低频无线电通信研究成果,进行计算模型的规范化构建,发展高效合理的数据处理算法和程序设计手段,定制相应的专业软件,实现数据处理输入输出规范化。
8.2.1.1总体技术要求数据处理软件总体技术要求为:•各种数据产品计算模型基于最新研究成果,在国内外具有先进性;•数据处理算法具有高效性,并尽量采用并行算法进行程序设计;•计算软件基于数据库平台,实现数据获取、计算自动化,专业软件主要基于C/S架构;•依据具体需要,产品数据可采用数据库存储、文件存储等多种样式,具有规范化的打印输出和图像展示功能;•能依据工程目标产出相应的图像产品;•界面简便友好,并有相应的使用说明文档。
编号:本科毕业论文(设计)题目:地震仪信号采集部分电路的设计学院物理与电子科学学院专业电子信息科学与技术学号姓名指导教师职称:完成日期 2011-4诚信承诺我谨在此承诺:本人所写的毕业论文《MEMS地震仪的地震预警系统的设计》均系本人独立完成,没有抄袭行为,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,若有不实,后果由本人承担。
承诺人(签名):年月日地震仪信号采集部分电路的设计摘要:研究表明地震是由于地层深处聚集的大量能量瞬间爆发引起地层表面抖动而引起的。
这种能量是以波的形式向外传播的,而地震波有分为破坏力小但传播速度快的纵波(P波)和破坏力大但传播速度慢的横波(S波)。
所以我们可以利用纵波先到达地面横波后到达地面这个原理设计一款地震波检测仪器装置捕获先到达的纵波然后在进行分析,根据地震的强弱程度不同而发出不同的预警信号。
虽然地震源的能量非常巨大,但是地震波是向四周扩散的即使没有其他的能量损耗随着地震波向四周扩散空间的增大单位面积上分得的能量也会变得非常少了,我们知道地震源离地球表面都非常的远而且地震波在经过不同的地质界面时会发生折射和反射这也会损耗一部分能量,还有地层介质本身也要吸收一些能量,能传到地层表面的信号是非常弱小的,所以难以准确检测,因此这就要求我们设计一款高性能的地震信号采集系统。
由于传统的地震仪体积大、频带窄,所以我们在原有的地震仪基础上提出了基于MEMS技术的地震仪设计方案。
MEMS加速度传感芯片1221x-002具有低频响应好、灵敏度高的优点。
然后对检测到的信号进行放大、滤波、去直流分量等处理有效的提高了信噪比。
可以再利用A/D转换器把采集到的模拟信号转换成数字信号送给单片机进行处理,单片机进行分析后得出要不要报警的结论,如果需要报警则单片机驱动蜂鸣器,蜂鸣器发出报警信号,这样人们就能够很容易的进行判断地震的发生与否,从而采取一定的措施来减小地震发生时带给人们的损失。
本论文只研究信号采集部分电路。
基于ADS1256的地震数据采集电路设计
本文为大家介绍以ARM内核S3C2440为处理器,24位自带模拟开关的ADS1256芯片为A/D转换和信号输入通道选择,利用其特性、工作原理来设计具有高精度、多通道、实时操作性强的地震数据采集系统电路。
数据通过桥式低通滤波输入,有效地抑制了长导线共模信号,并且大大提高了整个电路抗电磁干扰能力,从而可以实现地震数据采集系统的高精度、高质量、低功耗和便携式等特点。
系统总体结构框图
电路总体结构如图1所示,采用三星公司生产的ARM9系列S2C2440微处理器作为核心控制芯片,由地震检波器输出微弱、复杂的地震信号首先经模拟信号调理电路的放大、跟随以及滤波等处理后,再通过控制模拟开关进行选择通道,然后再应用ADS1256进行模/数转换,采集到的数据是通过SPI 总线的方式送入海量存储器中,以便以后查阅和分析。
模拟信号调理电路
模拟信号调理电路主要包括地震微弱信号的滤波、放大等。
地震信号首先通过桥式低通滤波构成的输入电路,然后再通过前置放大电路。
《XND-S6-08 地震报警仪》制作说明
一、实验操作步骤:
1.排列:把地震报警仪所需的器材排列好,以便制作时需要。
2.连接电路:如下图将电路连接完成。
3.组装框架:组装好框架,并将羊眼圈拧进孔里。
4.固定电路:将电路固定在框架上。
铜丝上端连接羊眼圈,下端连接玻璃球。
5.实验成品:随着玻璃球的晃动,二极管亮,蜂鸣器响。
二、注意事项:
1.蜂鸣器和二极管有正负之分。
连接电路时,注意同极相连,以保证电路正常连通。
2.电池负极的黑导线连接羊眼圈时,注意不要紧挨着玻璃球。
地震监测预警系统的设计与实现地震是人类面临的重大自然灾害之一,给生命和财产带来了极大的损失。
为此,地震预警技术成为了科学研究的焦点。
设计和实现一个可靠的地震监测预警系统,对于保障公共安全和稳定社会发展具有非常重要的意义。
一、地震监测预警系统的概述地震监测预警系统是以研究地球物理学和地震学为基础,利用先进的观测系统、高精度计算模型和数据分析算法,对地震场进行实时监测并及时预警。
该系统主要包括地震监测设备、监测中心和预警系统三部分。
1.地震监测设备地震监测设备是地震监测预警系统的基础。
它包括地震仪、GPS、接收机以及多个测量仪器。
地震仪是一种重要的地震监测设备,用于记录地震波的到达时间、振幅和频率,从而确定地震发生的位置和强度。
2.监测中心监测中心是一个集地震监测和数据分析于一体的综合性中心,它主要负责地震信息的实时监测和数据分析。
监测中心需要实时获取地震监测设备所获取的数据,并对数据进行处理和分析,进而确定地震的发生位置和强度。
3.预警系统预警系统主要是一个快速反应地震发生的预警系统,它通过与监测中心相连接,实时获取监测中心发出的地震预警信号,并快速响应这些信号,提供一定的时间窗口供人们采取相应的措施。
二、地震监测预警系统的设计地震监测预警系统的设计主要包括硬件设计和软件设计两部分。
1.硬件设计硬件设计是地震监测预警系统的基础。
它主要包括地震监测设备和数据传输网络两部分。
a)地震监测设备的设计地震监测设备是地震监测采集系统的核心,它需要满足高精度、高稳定性和高可靠性的要求。
设计一个好的地震监测设备就需要考虑地震仪、 GPS、接收机等设备的互相配合以及系统的总体结构。
同时,需要考虑设备的修复和维护成本,设计可靠的开发板和外壳结构。
b)数据传输网络的设计数据传输网络是地震监测预警系统的一个重要组成部分,它需要满足高速传输和高可靠性的要求。
这部分通过信息采集网络、无线传感器网络和内外网技术的融合,建立合理的传输网络方案。
自制家用地震报警器电路
本报警器电路所用元件少,制作容易,灵敏度较高,报警声音清脆洪亮,适合家庭作地震报警用。
电路如图1所示。
图1可分成两个部分:第一部分是由BG1、R1、C组成单管音频振荡器,喇叭Y放出音频报警信号;第二部分是由BG2、R2、K、J等组成的自锁电路。
当有地震发生时,悬挂着的铜管与粗铜丝接触,接通CK,在此瞬间,BG2得偏流导通,线圈J通电吸合,其常开触点J1、J2闭合。
此时,报警部分接通电流,电路振荡,Y发出音频报警信号;同时,J由于J1的吸合,BG2就能始终得到偏流而导通,尽管CK时断时通,但J能一直保持吸合,使报警器一直报警。
地震过后,按一下装在室外的开关K,BG2失去偏流,J因失电而释放,报警即告停止。
考虑到发生毁灭性地震时,交流电源可能被破坏,故本报警装置采用4节一号电池供电,平时不工作时,电路中只有几微安穿透电流,耗电极微。
报警接触开关CK制作方法如下(见图2):找一根长20cm、内径4mm,导电良好的铜管,一端焊上一根导线(1m~2m),固定在墙上。
再找一段
15cm长的粗铜丝,也焊上一根引线,将粗铜丝插入铜管内1/2左右(插入。
TMS320VC33控制的地震记录仪设计摘要本文详细介绍32033控制下的地震记录仪的整体设计过程。
本系统是采用32033为主控芯片采集由16位模数转换芯片976转换后的16位数字量;经32033处理后的16位数字量完成与上位计算机通信。
主要应用过采样技术、滤波技术、数字滤波技术、技术、数字信号处理技术等现代电路设计技术,使本系统成为数据采集的精典产品。
关键词数字信号处理、过采样、滤波、模数转换引言本次设计主要采用公司生产的32位浮点数字信号处理芯片32033作为系统的主控芯片;采用公司生产的16位模数转换芯片976作为模数转换芯片;采用公司生产的八阶开关电容式低通滤波器1064-2作为硬件滤波芯片。
本系统功能的实现主要分为两个部分即硬件电路设计和软件程序设计。
1硬件电路设计考虑到系统功能的实现,硬件电路设计主要分为四个部分即信号前置处理和信号滤波处理、信号转换、功能实现,计算机接口电路。
系统框图如图111信号前置处理和滤波处理信号前置主要是通过419二选一模拟开关对两个量程的信号进行切换选通,419的控制端由直接控制,模拟信号通过419送给356运算放大器,进行信号的放大和一级滤波。
这里用运算放大器人为作了一个二阶滤波器,将信号整形处理幅值为±10的准备供给的电压信号。
通过前置处理的模拟信号经过419进行选择由控制分成两种情况即通过1064-2滤波通道或者直接送给976,通过1064-2的将前置信号的高频滤掉,滤波器的转折频率由提供的滤波时钟控制。
12模数转换信号经前置整形和滤波后的±10电压信号送到模数转换器976,一个模拟量经转换后产生16位数字电压量,在转换结束后由976的管脚的状态给后面的74574一个锁存脉冲,将16位数字量信号锁存到74574上,等待来读取数据。
这里面976的转换及前置419的信号选通都是由主控的,从时间上能够保证读取转换后的有效数据。
13功能实现32033是公司生产的高性能浮点数字信号处理芯片,根据芯片本身的特点需要考虑几个方面1电源供给本身使用33工作电压,使用18锁向环电压,需要采用公司推荐的电源芯片767318将+5电源电压转换成33和18。
八、地震报警器制作指南问:我不会电子怎么办?答:本文电路简单,图文并茂,通俗易懂,一般都能亲自完成制作。
问:本电路会触电吗?答:本电路仅仅直流6V电压,人体安全电压在36V一下,所以请放心动手制作,不会触电。
问:我没有烙铁和专业工具可以做吗?答:完全可以,在安装传感器的时候只要将需要连接的引脚拧在一起即可,然后在用胶带或者套件里的热熔胶做好绝缘。
问:电路设计为什么没有电源总开关?答:地震属于自然灾害,破坏力极大,为了使电路可靠,不采用电源开关断电,提高了电路系统的可靠性,如果确实需要断电,取出电池即可。
问:普通的水银开关可以吗?答:普通的水银开关只有2个方向,为了提高传感器的可靠性,最好采用全向水银开关。
问:为什么本电路使用3只全向水银开关,1只全向水银开关可以吗?答:1只全向水银开关和3只全向水银开关的作用是一样的,这里采用3只全向水银开关并且调整好独自的角度,只是为了进一步提高灵敏度。
问:水银有毒吗?我的水银开关不小心摔坏了怎么办?答:有剧毒!如落到地面上,首先利用纸张和硬纸片用尽办法将水银粒逐粒捡起(可用手电筒的光亮使汞"珠子"发出反射光而找到散落的汞)。
收集处理方法是,用湿润的小棉棒或胶带纸将洒落在地面上的水银粘集起来,放进可以封口的小瓶中,如饮料瓶等塑料瓶,并在瓶中加入少量水,瓶上写明“废弃水银”等标识性文字,交给本单位或社区居委会废液管理人员处理或送到环保部门专门处理。
对掉在地上不能完全收集起来的水银,可撒些硫磺粉,以降低水银毒性。
因为硫磺粉与水银结合可形成难以挥发的硫化汞化合物,防止水银挥发到空气中危害人体健康。
特别提醒广大市民注意,千万不要把收集起来的水银倒入下水道,以免污染地下水源。
如果水银渗入地下水,人们饮用了含有重金属的水,就会危害人体健康认识元器件先看下所有元件清单:3V电池盒2只、警笛1只、全向水银开关3只、万能板1段,胶棒1段,接线图1张,标签1张。
地震监控系统解决方案地震行业观测台站广泛设立在边远郊区等交通环境恶劣的环境中,致使获取数据的效率以及台站观测数采仪设备的维护效率大大降低。
无法及时、快速、准确的处理数据信息。
为了提高地震背景场探测系统的信息化水平,提高数据分析的及时性和准确性,避免地震带来的重大危害,有效及时发现并救援,将各采集点的数据实时上传到中心监控端进行分析预测是地震监测行业中非常重要的一环。
智联物联根据地震行业的监测特点,采用4G路由器ZR2000系列智能网关,构建一整套地震监控系统解决方案,实现地震背景场探测系统的自动化、信息化、网络化,加强地震科学研究、监测预报、震灾预防及紧急救援的基础设施。
项目需求:•支持2G/3G/4G 网络•与强震动仪实现串口协议对接•支持远程管理与维护•工业防护等级大于等于 4 级•宽压支持DC12-48V•能够长期承受-20℃-70℃的高低温环境智联物联地震监控系统解决方案:采用智联物联4G路由器ZR2000与固定观测台站数据采集仪相连接,通过以太网方式将现场的地震数据上传到地震背景场探测系统中心;4G路由器ZR2000能够适应严苛的室外环境,采用2G/3G/4G高速无线网络作为数据承载网络,为远程设备和站点之间的联网提供安全高速的无线连接。
无论观测站点身在何处,都可通过2G/3G/4G网络快速接入互联网,4G路由器ZR2000通过VPN与地震背景场探测系统中心建立通信连接,便于技术工程师使用专业软件对强震数据进行分析处理;智联物联科技集产品研发、生产、销售、技术服务及定制化开发于一体,产品有工业级3G/4G无线路由器,GPRS DTU,3G /4G DTU,车载wifi,无线视频监控,移动路由器,联通路由器,电信路由器,GRE,PPTP,L2TP,IPSec,OPENVPN,,GPS模块,4G模块,直播负载均衡路由器,4G工控机,M2M云平台等硬件及软件。
遍及智能电力、智能交通、智能消防、智能家居、智慧水利、智慧医疗、快递柜、充电桩、自助终端、公共安全、安防通信、工业监测、环境保护、环境监测、路灯照明、花卉栽培、车载Wifi等多个领域。
地震勘探系统设计方案1、数据传输部分根据数据传输量,最大采样时间长度为6秒,最大采样频率为2000Hz,采用24位AD采样,获得每个采样点3个字节数据,按照最大矩阵8000个地质检波器计算,起爆一次记录数据的位数为:6×2000×24×8000=2.304Gbits,要求一分钟之内数据传输完成,其传输有效波特率为:2.304Gbits/60s=38.4Mbps/s。
按照最高传输效率0.8计算,实际传输波特率至少为48Mbpd/s。
如此高的速率的高速传输,不能采用CAN,232,485等低速总线。
必须采用高效率的调制来传送数据。
数字调制有幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)三种基础形式。
当然也可由这三种基本形式组合成联合键控,例如mQAM调制就是幅度和相位的联合键控。
此外,还有编码正交频分复用(COFDM)。
mQAM监控利用幅度和相位联合建控,充分利用了波形空间,若采用64QAM,相比来说,一次可以传送6个位的数据,相当于提高6倍。
而对于256QAM则一次可以传送8个位的数据,只需6M的带宽即可传送48Mbps的数据。
故而,高速数据传输采用QAM调制方式传输。
此外,在检波器的电源管理上,通过485总线进行低速通讯,控制处理器管理检波器的工作与否,这样就可以避免高速通讯带来的大功耗。
2、系统整体规划因为整个地震测量系统中,需要连接很多检波器,其排列范围可达到10km,有线通讯很难再10km的长度上达到8M的带宽,所以在整个系统中需要多个“中继站”来传递数传信号,两个中继站之间的连线不超过100m,这样可以保证高速通讯。
当然,QAM调制需要电路将为复杂,并且成本也较高,在几十个至上百个检波器的数据采集,可以采用一个小网络来采集数据,采用其他速度较低的编码类型,电路简单可靠。
将一个小网络的数据汇总,再通过高速通讯,传给车载总控制器。
在整个系统中,系统的供电时最大的问题,检波器阵列较为庞大,如果采用集中供电,总电流将很大,所以得分开采用蓄电池供电。
数字地震监测台电路设计原理及维护特点
孙修君
【期刊名称】《山西电子技术》
【年(卷),期】2006(000)005
【摘要】数字地震监测台电路设计有UPS、发电机、隔离变压器、报警器等组成.【总页数】2页(P50,65)
【作者】孙修君
【作者单位】沈阳地震台,辽宁,沈阳,110161
【正文语种】中文
【中图分类】P3
【相关文献】
1.一只朝气蓬勃的数字地震监测队伍——记福建数字遥测地震台网中心 [J], 王福成
2.数字地震台电源远程监控系统 [J], 张秀萍;王曰风;郑毅;王志敏;张广莉;韩和平
3.数字地震台电源管理的特点和维护要点 [J], 金文臣
4.数字地震台电源管理的特点和维护要点 [J], 金文臣
5.数字地震台电源管理的特点和维护要点 [J], 金文臣
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地震监控系统硬件的电路方案
版本:V 1.0
深圳市非常智慧信息技术有限公司
2016 年09 月
目录
1 方案简介 (4)
2 方案设计 (4)
2.1 系统框图 (4)
2.2 主要元件选型 (4)
2.3 功耗估算 (6)
2.4 成本估算 (6)
1方案简介
本方案提供了一种低成本、低能耗的野外地质地震检测的电路设计。
本方案可实现:
●24bits 模数采样精度,GPS定时时戳获取
●地震采样数据保存于SD卡
●电池供电,工作时长可在1个月以上
●适应高寒、高温环境,工作温度:-40°C to 85°C
●……
2方案设计
2.1 系统框图
小板电路框图
2.2 主要元件选型
1、MCU的选型
我们主要在两款通用的内嵌处理器芯片之间选型:STM32和MSP430。
STM32是意法半导体公司生产的一种32位CPU处理器;MSP430是Ti公司生产的一款面向低成本、低能耗、高稳定性的通用处理器,在本方案中,我们选取其中集成了24位AD转换的型号。
这两款CPU,在工业控制领域,均得到广泛应用。
由表一可见,STM32和MSP430芯片各有优点,STM32性能更高;而MSP430能耗更低、片内具备24bits的AD转换器,无需外置独立的ADC器件。
本方案中,优选MSP430芯片。
2、GPS定位芯片的选型
SiRF和U-blox为目前为全球最大的两家GPS芯片供应商,其芯片被广泛用于智能手持终端(如手机、平板电脑)、车载导航等领域。
相比较而言,SiRF的芯片体积更小而更适合于在小型设备中集成,价格也稍有优势。
本方案中,SiRF芯片为优选。
2.3 功耗估算
TF卡:100mA ,3.0V
MCU(MSP430): 4.4mA,3.3V
GPS(SiRF GSD4e):4.4mA,1.8V
地震传感器:(未定)
总功耗为(未包括地震传感器):100*3+4.4*3.3+4.4*1.8=323mW。
我们下面估算一下采用电池供电(如2600mAH,9.88WH的手机电池)时,地震监控设备在野外可持续工作的时间:
9880/323=30.59小时。
这个时间长度显然是不够的,还需在软件中对能耗进行优化。
我们可采用“休眠”的方式进行数据采集。
即每秒中,MCU只开启10ms进行数据采集,其余990msMCU处于休眠状态。
休眠状态的设备能耗近似为0,可忽略不计。
则软件优化后,设备在野外工作的时间可在一个月以上。
2.4 成本估算
为主要的硬件Bom成本,供参考。