六通道强震记录器及强震记录系统的制作方法

本实用新型涉及数据记录技术领域，具体而言，涉及六通道强震记录器及强震记录系统。

背景技术：

强震观测是利用仪器来观测地震时地面运动的过程以及在其作用下工程结构的反应情况。强震观测的目的在于通过对取得记录的分析，从而了解地震动与结构反应特性，以便研究结构抗震问题。新型强震仪必须具备宽频带响应、大动态范围、低噪声、低功耗可靠性高等特性。配合不同量程的加速度、速度传感器，采用不同的采样频率和参数设定方式，满足强震观测与结构观测的要求。

传统的强震观测中，观测点的速度信息通常是由所观测的加速度数据通过积分等处理方法间接获得，使得经过信号处理后获得的速度、位移等信息不可避免的产生失真、漂移等信号失真现象。现有技术虽然有多通道的型号(如8-24通道)，但是随着采样通道增加，使得仪器结构复杂、功耗增加、整个系统价格十分昂贵。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种六通道强震记录器及强震记录系统，以改善现有技术不能直接获取观测点的速度信息，以及现有的多通道强震记录器的结构复杂的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供的一种六通道强震记录器，包括壳体，所述壳体设置有三分量加速度传感器接口和三分量速度传感器接口，所述壳体内设置有处理器，所述处理器分别与所述三分量加速度传感器接口和所述三分量速度传感器接口电连接。

进一步地，所述六通道强震记录器还包括依次连接的信号发大电路、模数转换电路以及数字滤波器，所述三分量加速度传感器接口和所述三分量速度传感器接口均与所述信号发大电路连接，所述数字滤波器与所述处理器电连接。

进一步地，所述壳体还设置有RS232接口和RJ45网络接口，所述RS232接口和所述RJ45网络接口均与所述处理器电连接，所述处理器用于通过所述RS232接口和所述RJ45网络接口与服务器进行数据交互。

进一步地，还包括单片机和时间模块，所述时间模块包括GPS天线接口，所述GPS天线接口设置于所述壳体，所述GPS天线接口通过所述单片机与所述处理器相连，所述GPS天线接口用于连接GPS接收天线，所述单片机用于处理时间信号。

进一步地，所述时间模块还包括具有后备电池的时钟芯片，所述时钟芯片与所述单片机连接。

进一步地，还包括电源模块，所述电源模块与所述单片机电连接，所述电源模块包括电源、稳压电路以及直流变换器，所述稳压电路和所述直流变换器分别与所述电源连接。

进一步地，所述电源用于接入220V交流电，所述电源输出电压为12V。

进一步地，还包括监控芯片，所述监控芯片与所述处理器连接，所述监控芯片用于检测所述六通道强震记录器是否正常运行。

进一步地，还包括CF存储卡，所述CF存储卡与所述处理器电连接。

第二方面，本实用型实施例还提供一种强震记录系统，包括服务器和六通道强震记录器，所述服务器与所述六通道强震记录器通信连接，所述六通道强震记录器包括壳体，所述壳体设置有三分量加速度传感器接口和三分量速度传感器接口，所述壳体内设置有处理器，所述处理器分别与所述三分量加速度传感器接口和所述三分量速度传感器接口电连接。

与现有技术相比，本实用新型的六通道强震记录器配合三分量加速度传感器和三分量速度传感器可同时获取并记录观测点的加速度与速度信号，避免了经过后期信号处理所带来的问题。检测的速度值和加速度值准确，简单、功耗低、价格便宜，监测系统可以连续稳定的运行。通过记录的加速度与速度数据可以直接进行加速度与速度反应谱计算和地震烈度的计算，为强震观测，建筑物的抗震设计提供准确的参考数据。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型较佳实施例提供的服务器与六通道强震记录器进行交互的示意图。

图2为本实用新型较佳实施例提供的六通道强震记录器的结构示意图。

图3为本实用新型较佳实施例提供的六通道强震记录器的时间模块的结构示意图。

图4为本实用新型较佳实施例提供的六通道强震记录器的电源模块的结构示意图。

图标：100-六通道强震记录器；200-服务器；101-三分量加速度传感器接口；102-三分量速度传感器接口；103-RS232接口；104-RJ45网络接口；105-处理器；106-信号发大电路；107-模数转换电路；108-数字滤波器；109-单片机；110-时间模块；1101-GPS天线接口；1102-时钟芯片；111-电源模块；1111-电源；1112-稳压电路；1113-直流变换器；112-监控芯片；113-CF存储卡。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，是本实用新型较佳实施例提供的六通道强震记录器100与服务器200进行交互的示意图。本实用新型实施例提供一种强震记录系统，包括六通道强震记录器100和服务器200，所述服务器200与六通道强震记录器100通信连接，服务器200为能够运行相应软件程序的计算机，如电脑、平板电脑等。

请参考图2，本实用新型较佳实施例提供的六通道强震记录器100的结构示意图。所述六通道强震记录器100包括壳体，壳体为中空结构，壳体内设置有处理器105，壳体上设置有多个接口，包括三分量加速度传感器接口101、三分量速度传感器接口102、RS232接口103以及RJ45网络接口104，并且三分量加速度传感器接口101、三分量速度传感器接口102、RS232接口103以及RJ45网络接口104均与处理器105电连接，以实现处理器105和外接设备的数据交互。

所述三分量加速度传感器接口101和三分量速度传感器接口102分别用于接三分量加速度传感器和三分量速度传感器。三分量加速度传感器是测量运动物体线加速度和振动参数的仪器，由加速度传感器和放大器组成；三分量速度传感器用于检测运动物体的线速度和角速度。

所述六通道强震记录器100还包括依次连接的信号发大电路106、模数转换电路107以及数字滤波器108，所述三分量加速度传感器接口101和所述三分量速度传感器接口102均与所述信号发大电路106连接，所述数字滤波器108与所述处理器105电连接。三分量加速度传感器和三分量速度传感器的检测信号通过三分量加速度传感器接口101和所述三分量速度传感器接口102，并依次经过信号发大电路106的信号放大、模数转换电路107将模拟信号转换为数字信号以及数字滤波器108的滤波后，传递至所述处理器105，经过处理器105的信号处理及分析后，可通过所述RS232接口103和RJ45网络接口104向服务器200上传结果。运行与服务器200中的软件通过RS232接口103或RJ45网络接口104对六通道强震记录器100进行数据传输和文件读取。

本实施例中，所述信号放大线路采用型号为OP177组成的六通道前置放大器，以进行模拟信号放大与调制。所述模数转换电路107包括3个型号为CS5372A的24位A/D转换器。所述数字滤波器108的型号为CS5372A。处理器105的型号为TMS320F2812，采用TMS320F2812处理芯片作为信号采集控制核心，完成6通道速度和加速度信号的采集、触发判断和数据存储等任务，处理器105还连接有静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)作为数据和程序缓存，其缓存大小为512KB。

模数转换电路107输出512KHz的1位数据流，经过数字滤波器108滤波后，变为24位6通道的数据信号输出。数字滤波器108与处理器105采用SPI总线进行数据交换与命令控制。依据不同的监测要求，信号的采样率可以设定为500Hz、200Hz、100Hz或50Hz。模数转换与数字滤波后的信号首先存储于SRAM之中，同时经过处理器105的分析，判断是否达到预先设定的触发条件，若符合条件则系统开始记录数据。

六通道强震记录器100还包括电源模块111和时间模块110，电源模块111和时间模块110通过单片机109与处理器105连接。电源模块111用于为整个六通道强震记录器100的供电，以及通过三分量加速度传感器接口101和三分量速度传感器接口102为三分量加速度传感器和三分量速度传感器供电。所述时间模块110为六通道强震记录器100进行提供时间参考，保证记录的加速度和速度信息对应的时间的准确。

所述单片机109通过串行接口与处理器105相连，单片机109用于处理时间信号和电源模块111的电压以及记录器内部温度。本实施例中，所述单片机109的型号为W77LE51。

请参考图3，是本实用新型较佳实施例提供的六通道强震记录器100的时间模块110的结构示意图。所述时间模块110包括GPS天线接口1101和时钟芯片1102。通过GPS天线接口1101可以外接GPS接收天线，通过GPS授时，保证六通道强震记录器100在运行时的时间精度误差在一毫秒以内。

为了准确记录强震发生的时间，六通道强震记录器100在运行时，采用4.096MHz高精度温度补偿晶振经过分频后产生的1KHz信号作为内置时钟源，系统开始运行时，首先从时钟芯片1102读取当前时间(年、月、日、时、分、秒)到单片机109。每隔半小时，利用GPS的时间同步功能对单片机109中读取的时间进行校正，时间精度误差在一毫秒以内，同时改写时钟芯片1102，将其设定为GPS读取的时间。所述时钟芯片1102还需有后备电池，在六通道强震记录器100关闭时，依靠具有后备电池的时钟芯片1102保存时间信息，本实施例中，所述时钟芯片1102的型号为DS1302。

请参考图4，是本实用新型较佳实施例提供的六通道强震记录器100的电源模块111的结构示意图。所述电源模块111包括电源1111、稳压电路1112以及直流变换器1113，所述稳压电路1112和所述直流变换器1113分别与所述电源1111连接。

电源1111包括电源充电管理电路，可通过电源充电管理电路与220V的交流电连接，电源充电管理电路可以将220V交流电转换为12V的交流电。电源1111采用12V铅酸蓄电池，配有可以自动管理的充电管理电路，在充电管理电路中采用集成电源充电芯片负责电池的充电管理，本实施例中，集成电源充电芯片的型号为UC3906。充电管理电路可以完成自动恒流充电、过电压保护功能。当无外接供电，电池电压低于10.5V时，自动停止供电以防止电池过放电。同时具有电池温度/电压检测功能，可以完善的保护供电源1111。

稳压电路1112可将电源1111输出的12V的交流电转换为3.3V的电压，用于为数处理器105和六通道强震记录器100内的其他芯片器件提供工作电压。直流变换器1113将电源1111输出的12V的交流电转换为±12V的直流电，供给外接的三分量加速度传感器和所述三分量速度传感器。并且所述电源1111还具有充电功能，当停电或者其他情况发生导致没有220V的市电输入时，电源1111可以为六通道强震记录器100提供满足工作需求至少24小时的电量。

请再次参考图2，所述六通道强震记录器100还包括标准闪存(Compact Flash，CF)卡，可称为CF存储卡113，以及监控芯片112。CF存储卡113和监控芯片112均与处理器105连接。

采用CF存储卡113存储记录数据，最大数据存储可达32GB，满足连续数据采集与存储的要求。记录采集数据的CF存储卡113采用True IDE模式通过数据总线D0-D15、地址总线A0-A2与处理器105连接。处理器105通过调用文件读写函数来完成记录文件在CF存储卡113上的读写过程，文件读写函数通过调用底层的CF存储卡113驱动来完成对CF存储卡113命令寄存器的操作。为了有效地处理CF存储卡113上记录的数据，同时能够在装有Windows操作系统的电脑上能够读取记录文件，CF存储卡113记录的文件格式采用嵌入式FAT32的文件系统。在六通道强震记录器100的嵌入式文件系统的设计中，考虑到简化文件结构，采用了对数据文件按照扇区序号进行连续存储的方式，在进行文件操作时，首先取得文件起始的扇区号和文件的长度，计算出文件所占用总的扇区数，就可以完成对文件的读取与写入，由于简化操作过程，配合缓存的管理，可以提高文件的读写效率。

所述监控芯片112用于检测所述六通道强震记录器100是否正常运行。具体的，监控芯片112的作用是为了防止六通道强震记录器100受到外界干扰时，造成硬件系统死机、程序运行混乱等故障的出现。本实施例中，监控芯片112选用了芯片IMP706S完成系统硬件监控功能。

处理器105每隔一定的时间向监控芯片112发出定时器复位信号，防止监控芯片112的定时器溢出。如果发生六通道强震记录器100程序运行错误的情况，监控芯片112的定时器在设定的时间内则没有复位，监控芯片112认为记录器运行异常，并向处理器105发出复位信号，处理器105复位并重新启动，恢复正常运行。并且，监控芯片112在六通道强震记录器100的电压低于设定的阀值时，也会发出复位信号。

另一方面，在需要人工重新启动系统时，通过操作服务器200(如电脑)的监控软件向六通道强震记录器100发出复位命令，在六通道强震记录器100接到复位命令时，设定停止处理器105向监控芯片112发出的定时器复位信号，超过预设时间后，监控芯片112定时器溢出，监控芯片112会使系统自动复位重启。采用基于IMP706S的监控芯片112的复位系统设计，使整个数据采集系统硬件的运行可靠，防止嵌入式程序的运行异常。

综上所述，本实用新型的六通道强震记录器包括壳体，壳体设置有三分量加速度传感器接口和三分量速度传感器接口，所述壳体内设置有处理器，所述处理器分别与所述三分量加速度传感器接口和所述三分量速度传感器接口电连接。配合三分量加速度传感器和三分量速度传感器可同时获取并记录观测点的加速度与速度信号，避免了经过后期信号处理所带来的问题。检测的速度值和加速度值准确，简单、功耗低、价格便宜，监测系统可以连续稳定的运行。通过记录的加速度与速度数据可以直接进行加速度与速度反应谱计算和地震烈度的计算，为强震观测，建筑物的抗震设计提供准确的参考数据。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。