устройство для многоканальной цифровой регистрации сейсмических сигналов

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ЦИФРОВОЙ РЕГИСТРАЦИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее передающий и приемный модули, при этом передающий модуль содержит сейсмометр, аналого-цифровой преобразователь, генератор, оперативное запоминающее устройство и контроллер, отличающееся тем, что в качестве приемного модуля используется управляющий компьютер, а передающий модуль дополнительно содержит первый и второй аналоговые мультиплексоры, предварительное оперативное запоминающее устройство, блок распознавания сейсмосигнала, первый микропроцессор, первое постоянное запоминающее устройство и таймер, при этом аналого-цифровой преобразователь, предварительное оперативное запоминающее устройство, таймер, первый микропроцессор, первое постоянное и первое оперативное запоминающие устройства объединены первой магистралью обмена информацией, а первый микропроцессор через контроллер подключен к компьютеру, генератор подключен к сигнальному входу первого аналогового мультиплексора, выход которого соединен с калибровочным входом сейсмометра, выходы которого связаны с сигнальными входами второго аналогового мультиплексора, выход которого соединен с сигнальным входом аналого-цифрового преобразователя, а управляющие входы первого и второго аналоговых мультиплексоров соединены с первым микропроцессором, при этом блок распознавания сейсмосигнала выполнен в виде объединенных второй магистралью обмена информацией блока спектрального анализа сейсмосигнала, второго микропроцессора, второго и третьего постоянных и второго оперативного запоминающих устройств, а первая и вторая магистрали обмена информацией соединены посредством адаптера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сейсмометрии, в частности к устройствам для многоканальной цифровой регистрации сейсмических сигналов.

Известно устройство для многоканальной цифровой регистрации сейсмических сигналов, содержащее сейсмометр, аналоговый мультиплексор, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), буферное запоминающее устройство, блоки управления и распознавания сейсмосигнала, контроллер и управляющий компьютер [1] . Выходы сейсмометра связаны с сигнальными входами аналогового мультиплексора, выход которого соединен с входом АЦП. АЦП, буферное запоминающее устройство, блоки управления и распознавания сейсмосигнала объединены магистралью обмена информацией. Блок управления через контроллер подключен к управляющему компьютеру.

Недостатки этого устройства состоят в нерациональном использовании буферного запоминающего устройства и низкой достоверности зарегистрированной информации. Причинами указанных недостатков является жесткая структура сейсмографа, которая не обеспечивает оптимального распределения зарегистрированной информации в буферном запоминающем устройстве в соответствии со спектральным составом сейсмосигнала, а также отсутствие в структуре сейсмографа средств аппаратной реализации эффективных, в частности спектральных критериев истинности сейсмосигнала.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для многоканальной цифровой регистрации сейсмических сигналов, содержащее передающий и приемный модули, при этом передающий модуль содержит сейсмометр, АЦП, генератор, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и контроллер [2] . Передающий модуль, кроме того, содержит масштабный делитель, ключи записи и считывания, тактовый триггер и адресные счетчики. Приемный модуль включает опорный генератор со схемами синхронизации, масштабный делитель, тактовый триггер, ключи записи и считывания, адресные счетчики, ОЗУ, аналоговый регистратор с цифроаналоговым преобразователем и многоканальный регистратор. Данное техническое решение позволяет обеспечить высокую помехозащищенность канала передачи информации между передающим и приемным модулями за счет введения цепей задержки, кодирования - декодирования сигнала и многоканального регистратоpа. Последние дают возможность передачи сигналов по параллельным каналам с различным сдвигом во времени и последующего восстановления пораженных помехой участков сигнала на основе записей, полученных по другим каналам.

Однако данное устройство не обеспечивает распознавание сейсмических сигналов, поступающих на вход сейсмометра, что может привести к регистрации ложных сигналов, нерациональному заполнению ОЗУ передающего модуля избыточной информации и к снижению достоверности зарегистрированной информации.

Цель изобретения - создание такого устройства, в котором его элементы, связи и функциональные свойства элементов позволили бы улучшить использование ОЗУ и повысить достоверность зарегистрированной информации.

Это достигается тем, что в устройство для многоканальной цифровой регистрации сейсмических сигналов, содержащем передающий и приемный модули, при чем передающий модуль содержи сейсмометр, АЦП, генератор, ОЗУ и контроллер, согласно изобретению в качестве приемного модуля используется управляющий компьютер, а передающий модуль дополнительно содержит первый и второй аналоговые мультиплексоры, предварительное ОЗУ (ПОЗУ), блок распознавания сейсмосигнала, первый микропроцессор, первое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и таймер, при этом АЦП, ПОЗУ, таймер, микропроцессор, первое ПЗУ и первое ОЗУ объединены первой магистралью обмена информацией, а первый микропроцессор через контроллер подключен к компьютеру, генератор подключен к сигнальному входу первого аналогового мультиплексора, выход которого соединен с калибровочным входом сейсмометра, выходы которого связаны с сигнальными входами второго аналогового мультиплексора, выход которого соединен с сигнальным входом АЦП, а управляющие входы первого и второго аналоговых мультиплексоров соединены с первым микропроцессором, при этом блок распознавания сейсмосигнала выполнен в виде объединенных второй магистралью обмена информацией блока спектрального анализа сейсмосигнала, второго микропроцессора, второго и третьего ПЗУ и второго ОЗУ, а первая и вторая магистрали обмена информацией соединены посредством адаптера.

Предложенный блок распознавания сейсмосигнала позволяет с помощью блока спектрального анализа определить спектр регистрируемого сигнала S(f), его нижнюю f_н и верхнюю f_в частоты. Знание величин f_н и f_впозволяет зарегистрировать сигнал в первом ОЗУ в цифровом виде с дискретностью, достаточной для последующего восстановления всех гармоник сигнала без заполнения ОЗУ избыточной информацией и потери участка вступления. Наличие спектра сигнала S(f), хранимого во втором ОЗУ, позволяет с помощью второго микропроцессора проанализировать истинность сейсмического события путем сравнения данного спектра с эталонным S*(f), содержащемся в третьем ПЗУ. При этом программа сравнения спектров содержится во втором ПЗУ. Необходимость разделения второго и третьего ПЗУ обусловлена удобством перепрограммирования или замены третьего ПЗУ при изменении эталонного спектра. Введение второго микропроцессора позволяет одновременно регистрировать сейсмосигнал в первом ОЗУ и производить анализ его истинности. Соединение первой и второй магистралей обмена информацией через адаптер позволяет обеспечить независимость работы первого и второго микропроцессоров.

На чертеже показана функциональная схема устройства для многоканальной цифровой регистрации сейсмических сигналов, на которой показаны управляющий компьютер (приемный модуль) 1 и связанный с ним передающий модуль 2. Передающий модуль 2 содержит контроллер 3, сейсмометр 4, генератор 5, первый и второй аналоговые мультиплексоры 6 и 7, блок распознавания сейсмосигнала, а также объединенные первой магистралью 8 обмена информацией, АЦП 9, ПОЗУ 10, таймер 11, первое ПЗУ 12, первое ОЗУ 13 и первый микропроцессор 14. При этом первый микропроцессор 14 через контроллер 3 подключен к компьютеру 1, генератор 5 подключен к сигнальному входу первого аналогового мультиплексора 6, выход которого соединен с калибровочным входом сейсмометра 4. Выходы сейсмометра 4 связаны с сигнальными входами второго аналогового мультиплексора 7, выход которого соединен с сигнальным входом АЦП 9, а управляющие входы первого и второго аналоговых мультиплексоров 6 и 7 соединены с первым микропроцессором 14. Блок распознавания сейсмосигнала выполнен в виде объединенных второй магистралью обмена информацией 15 блока спектрального анализа сейсмосигнала 16, второго и третьего ПЗУ 17 и 19, второго ОЗУ 18, второго микропроцессора 20. При этом первая и вторая магистрали обмена информацией 8 и 15 соединены через адаптер 21.

Устройство работает следующим образом. В заданных пунктах располагают управляющий компьютер (приемный модуль( 1 и связанный с ним передающий модуль 2. С управляющего компьютера 1 для передающего модуля 2 задают нижнюю f_н, верхнюю f_в частоты регистрируемых сейсмических сигналов, а также частоту дискретизации f_д, которую выбирают из соотношения f_д = k₁f_в, (1) где k₁ = 2-4, пороги срабатывания по всем компонентам сигнала, а также для таймера 11 - текущую дату и время. После этого таймер 11 начинает отсчет собственного времени. В режиме калибровки генератор 5 через первый аналоговый мультиплексор 6, управляемый первым микропроцессором 14, подает калибровочный сигнал на вход сейсмометра 4. В ждущем режиме с помощью сейсмометра 4 ведется непрерывный прием сейсмических сигналов. С помощью цепочки второй аналоговый мультиплексор 7, управляемый первым микропроцессором 14, АЦП 9, осуществляется аналого-цифровое преобразование сейсмических сигналов и с помощью первого микропроцессора 14 - сравнение модуля сигналов с соответствующими порогами. При этом программа работы первого микропроцессора считывается из первого ПЗУ 12. Непосредственно после этого производится их запись в область ПОЗУ 10 таким образом, что в ней сохраняется информация о сигналах за последний промежуток времени величиной t = k₂/f_н, (2) где k₂ = (1-1,5), причем объем области выбирается из соотношения V = nk₁k₂ (f_в/f_н), (3) где n - число регистрируемых компонент сейсмических сигналов; - число байт, отводимых для записи одной дискреты компоненты сигнала. После начала сейсмического события при превышении модулем сигнала а порога а_она любом из сейсмографов 2 содержимое из ПОЗУ 10 переносится в ОЗУ 13 и продолжается регистрация сигналов в последнем. С помощью таймера 11 в первом ОЗУ 13 фиксируются дата и время наступления сейсмического события. Одновременно с помощью блока спектрального анализа 16 определяются спектр регистрируемого сигнала S(f), его нижняя f_н и верхняя f_в частоты. В соответствии с полученными значениями f_н и f_вкорректируются значения величин f_д, t, V, определяемые соотношениями (1)-(3). Это позволяет зарегистрировать сигнал в первом ОЗУ 13 в цифровом виде с дискретностью, достаточной для последующего восстановления всех гармоник сигнала без заполнения ОЗУ 13 избыточной информацией и потери участка вступления.

Спектр регистрируемого сигнала S(f) помещается во второе ОЗУ 18, после чего с помощью второго микропроцессора 20 анализируется истинность сейсмического события путем сравнения данного спектра с эталонным S*(f), содержащемся в третьем ПЗУ 19. При этом программа сравнения спектров считывается из второго ПЗУ 17. Если расстояние между спектрами регистрируемого сигнала и эталонным оказывается меньше заданной величины, сейсмическое событие считают истинным, в противном случае - ложным. Соединение первой и второй магистралей 8 и 15 обмена информацией через адаптер 21 обеспечивает независимость работы первого и второго микропроцессоров 14 и 20. После этого при принятии отрицательного решения об истинности сейсмического события очищают область ОЗУ 13, в которой записана информация о данном событии. В случае принятия положительного решения об истинности сейсмического события сейсмические сигналы регистрируют в ОЗУ 13 до тех пор, пока модуль экстремума сигнала а не упадет ниже порога а_о. В дальнейшем информацию из ОЗУ 13 передающего модуля 2 передают в управляющий компьютер 1.

Устройство может быть выполнено следующим образом. В качестве управляющего компьютера 1 использован IBM - совместимый компьютера типа "Lop-top" с последовательным интерфейсом RS 232. Контроллер 3 выполнен на основе транзисторных ключей. Сейсмометр 4 выполнен в виде трехкомпонентного пьезоэлектрического акселерометра А1632, его выходы соединены через второй аналоговый мультиплексор 7 (КР561КП1) с сигнальным входом АЦП 9 (КР572ПВ1). Выход и управляющий вход АЦП 9 связан первой магистралью обмена информацией 8 с ПОЗУ 10 )2 корпуса TS6165), таймером 11 (два счетчика КР561ИЕ11), блоком распознавания сейсмосигнала и первыми микропроцессором 14 (Intel 8031), ПЗУ 12 (КР573РФ4) и ОЗУ 13 (16 корпусов TS6165). При этом первый микропроцессор 14 через контроллер 3 подключен к компьютеру 1. Генератор 5 выполнен в виде генератора пилообразного напряжения (последовательно соединенные интегратор КР140УД8 и триггер Шмидта УД1208), подключен к сигнальному входу первого аналогового мультиплексора 6 (КР561КП1), выход которого соединен с калибровочным входом сейсмометра 4. Управляющие входы первого и второго аналоговых мультиплексоров 6 и 7 соединены с первым микропроцессором 14. Блок распознавания сейсмосигнала выполнен в виде объединенных второй магистралью 15 обмена информацией блока 16 спектрального анализа сейсмосигнала (процессор быстрого преобразования Фурье У1815ВФ3), второго и третьего ПЗУ 17 и 19 (КР573РФ4), второго ОЗУ 18 (2 корпуса TS6165), микропроцессора 20 (Intel 8031). Во втором ПЗУ 17 содержится программа определения расстояния r между спектрами регистрируемого сигнала S(f) и эталонным S*(f)

r= (f_в-f_н)S(f)-S^*(f)df. (4)

В третьем ПЗУ 19 содержится несколько эталонных спектров, соответствующих различным локализациям эпицентра землетрясения. При этом первая и вторая магистрали 8 и 15 обмена информацией соединены через адаптер 21 (КР588ВА1). (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1509773, кл. G 01 V 1/24, 1989.

2. Автоpское свидетельство СССP N 1377800, кл. G 01 V 1/22, 1986.