一种微地震检波信号前端处理系统的制作方法

一种微地震检波信号前端处理系统
1.技术领域
2.本发明涉及勘探信号处理技术领域，具体地说是一种微地震检波信号前端处理系统。


背景技术：

3.微地震是一种小型的地震（mine tremor or microseismic），在地下矿井深部开采过程中发生岩石破裂和地震活动，常常是不可避免的现象。由开采诱发的地震活动，通常定义为，在开采坑道附近的岩体内因应力场变化导致岩石破坏而引起的那些地震事件(cook，1976)，它是在生产过程中自然发生，具有能量小，持续时间短等特点。开采坑道周围的总的应力状态，是开采引起的附加应力和岩体内的环境应力的总和。对地下开采诱发的地震活动性的研究表明，矿震不一定全都发生在开采的地点，且不同地区的最大震级也不相同，但矿震深度一般对应于开采挖掘的深度。大多数的微地震事件频率介于200-1500hz之间，持续时间小于1s，能量级别很低，一般在里氏-3~+1级之间。由于微地震信号易受周围噪声遮蔽或影响，并且在传播过程中，岩石等介质的吸收效应也会使其能量受到不同程度影响。
4.现有技术对于一些微弱的地震检波信号很难检测到，对开采诱发的微弱地震不能早发现、早预警。因此，增强微地震信号以及对其进行降噪处理是微地震监测中不可缺少的环节，也是微地震监测技术今后发展的重要课题之一。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种微地震检波信号前端处理系统，采用多个检波器模块配置与检波信号放大模块、检波滤波模块、检波转换模块、模数转换模块、主控模块、触发电路模块、存储电路模块和通讯电路模块组成的微地震检波信号前端处理系统，利用检波信号放大模块将多个检波器采集的微地震信号进行放大，实现对微地震有效监测和预警，低成本的信号采集和处理的电路，有效地增强了检波器获得的微地震信号的强度和准确度，为后续对微地震信号的具体分析提供了更加准确的数据来源，电路结构简单，使用方便，成本低廉，使用方便，实施效果好，在微地震检测中具有一定的应用前景。
6.实现本发明目的具体技术方案是：一种微地震检波信号前端处理系统，其特点是该微地震检波信号前端处理系统由检波器模块与检波信号放大模块、检波滤波模块、检波转换模块、模数转换模块、主控模块、电源模块、触发电路模块、存储电路模块和通讯电路模块组成，利用检波信号放大模块将多个检波器采集的微地震信号进行放大，实现对微地震有效监测和预警。
7.所述检波器模块与检波信号放大模块、检波滤波模块、检波转换模块、模数转换模
块和主控模块依次连接；所述触发电路模块、存储电路模块和通讯电路模块分别与主控模块连接；所述电源模块为主控模块以及检波信号放大模块、检波滤波模块和检波转换模块供电。
8.所述检波器模块为设置在微地震采集点的若干个检波器，检波器模块将采集的微地震信号经检波信号放大模块放大后输入检波滤波模块；所述检波滤波模块将输入的微地震检波信号经滤波、降噪处理后输入检波转换模块；所述检波转换模块将滤波后的微地震检波信号转换成模拟信号；所述模数转换模块将输入的模拟信号转换成数字信号后输入主控模块；所述主控模块将处理后的微地震信号通过通讯电路模块发送至上位机；所述触发电路模块用于唤醒主控模块进行前端信号采集和处理；所述存储电路模块用于临时存储处理后的信号。
9.所述检波信号放大模块包括：放大芯片u1、与放大芯片 u1的in-引脚连接的电阻r2、输出端与电阻r2连接的运放op1、与运放op1的正相输入端连接的电阻r1、与放大芯片u1的in+引脚连接的电阻r3、1号引脚电阻r3连接且2号引脚与电阻r1连接的用于连接检波器模块的接口j1、负极连接接口j1的2号引脚且正极接负相供电的二极管d1、相互并联后正极连接接口j1的2号引脚且负极接正相供电的二极管d2和二极管d3、相互并联后负极连接接口j1的1号引脚且正极接负相供电的二极管d4和二极管d5、正极连接接口j1的1号引脚且负极接正相供电的二极管d6、串联后连接于放大芯片u1的两个rg引脚之间的电容c2和电阻r6、一端与放电芯片u1的ref引脚连接且另一端接地的电阻r5、一端与放大芯片u1的vout引脚连接且另一端作为输出与检波滤波模块连接的电阻r4，以及一端与电阻r4输出端连接且另一端接地的电容c1。其中，运放op1的负相输入端与输出端连接，放大芯片u1的v+引脚接正相供电，v-引脚接负相供电。
10.所述检波滤波模块包括：滤波芯片u2、串联后与滤波芯片u2的+in引脚连接的电阻r7和电阻r8、一端连接于电阻r7和电阻r8之间，且另一端与滤波芯片的-in引脚和out引脚均连接的电容c3、一端与滤波芯片u2的+in引脚连接且另一端接地的电容 c6、并联后一端与滤波芯片u2的v-引脚连接，且另一端接地的电容c7和电容c8，以及并联后一端与滤波芯片u2的v+引脚连接，且另一端接地的电容c4和电容c5。其中，电阻r7作为输入与检波信号放大模块连接，滤波芯片u2的out引脚作为输出与检波转换模块连接，滤波芯片u2的v-引脚接负相供电，v+引脚接正相供电。
11.所述检波转换模块包括：作为输入与检波滤波模块连接的电容c9、一端均与电容c9连接的电阻r9和电阻r10、正相输入端与电阻r9另一端连接的运放op2、一端与运放op2的输出端连接的电阻r15、连接于运放op2的负相输入端和输出端之间的电阻r12、正相输入端与电阻r10另一端连接的运放op3、一端与运放op3的输出端连接的电阻r16、连接于运放op3的负相输入端和输出端之间的电阻r14、连接于运放op2输出端和运放op3负相输入端之间的电阻r13、连接于运放op2负相输入端和运放op3正相输入端之间的电阻r11、连接于运放op2正相输入端和运放op3正相输入端之间的电容c10、一端与运放op2的-5v供电端连接且另一端接地的电容c11，以及一端与运放op2的+5v供电端连接且另一端接地的电脑人c12。其中，运放op3的正相输入端接地，电阻r15和电阻 r16的输出分别为与模数转换模块连接的p3+和p3-输出端。
12.所述模数转换模块包括与检波转换模块连接的用于接收放大处理后的微地震检
波信号的转换调理电路，以及与转换调理电路连接并与主控模块连接的模数转换器。
13.所述转换调理电路包括：作为输入端p3+接收检波转换模块的正输出信号的电阻r17、一端与电阻r17输入端连接且另一端接地的电阻r19、一端与电阻r17输出端连接且另一端接地的电容c13、一端与电阻r17输出端连接且另一端作为输出ainp的电阻r18、作为输入端p3-接收检波转换模块的负输出信号的电阻r21、一端与电阻r21输入端连接且另一端接地的电阻r20、一端与电阻r21输出端连接且另一端接地的电容c14、一端与电阻r21输出端连接且另一端作为输出ainn的电阻r22、连接于电阻r18输出ainp和电阻r22输出ainn之间的电容c15，以及连接于电阻r18输出ainp和电阻r22输出ainn之间的由二极管d7、d8、d9、d10构成的整流电桥。其中，整流电桥的另两端分别接2.5v正、负相供电。
14.所述模数转换器采用型号为ads1672的高分辨率高速模数转换器。
15.所述主控模块采用可编程32位单片机。
16.所述触发电路模块包括：型号为ic555芯片触发器、相互并联后一端与ic555芯片的4#和8#引脚连接，且另一端与输出端vo连接的电阻r23和电阻r24、与ic555芯片的5#连接的接地电容c16、与ic555芯片的7#引脚连接的接地电容c17，所述ic555芯片的3#、6#和7#引脚连接输出端vo；所述ic555芯片的2#引脚连接输入端vin；所述ic555芯片的4#和8#引脚连接电源vdd；所述触发电路模块采用以ic555芯片为核心的触发器，该触发器的触发信号来自于检波器的运行电压信号。
17.本发明与现有技术相比具有以下有益的技术效果和显著进步：1）采用多个检波器配置来对微地震进行检测，并通过信号采集和处理的电路，有效地增强了检波器获得的微地震信号的强度和准确度，为后续对微地震信号的具体分析提供了更加准确的数据来源，电路结构简单，设计巧妙，使用方便，成本低廉，适于在微地震检测中应用。
18.2）采用增强微地震信号以及对其进行降噪处理电路，能够捕获微弱的地震检波信号，对开采诱发的微弱地震进行早发现、早预警。
附图说明
19.图1为本发明结构示意图；图2为检波信号放大模块电路图；图3为检波滤波模块电路图；图4为检波转换模块电路图；图5为转换调理电路图；图6为模数转换器电路框图；图7为触发电路模块电路图。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
21.实施例1参阅图1，本发明由采集微地震信号的检波器模块1、接收检波器模块1输出的微地
震信号的检波信号放大模块2、检波滤波模块3、检波转换模块4、模数转换模块5、主控模块6、电源模块7、触发电路模块8、存储电路模块9和通讯电路模块10组成。
22.所述检波器模块1为设置在微地震采集点的若干个检波器1-n构成的模组；所述检波器模块1与检波信号放大模块2、检波滤波模块3、检波转换模块4、模数转换模块5和主控模块6依次连接；所述触发电路模块8、存储电路模块9和通讯电路模块10分别与主控模块6连接；所述电源模块7为主控模块6以及检波信号放大模块2、检波滤波模块3和检波转换模块4供电；所述检波器模块1将采集的微地震信号经检波信号放大模块2放大后输入检波滤波模块3；所述检波滤波模块3将输入的微地震检波信号经滤波、降噪处理后输入检波转换模块4；所述检波转换模块4将滤波后的微地震检波信号转换成模拟信号；所述模数转换模块5将输入的模拟信号转换成数字信号后输入主控模块6；所述主控模块6将处理后的微地震信号通过通讯电路模块10发送至上位机11；所述触发电路模块8用于唤醒主控模块6进行前端信号采集和处理；所述存储电路模块9用于临时存储处理后的信号。
23.参阅图2，所述检波信号放大模块2包括：型号为ad8221的放大芯片u1、一端与放大芯片 u1的in-引脚连接的电阻r2、输出端与电阻r2另一端连接的运放op1、一端与运放op1的正相输入端连接的电阻r1、一端与放大芯片u1的in+引脚连接的电阻r3、电阻r3另一端连接1号引脚，且2号引脚与电阻r1另一端连接的用于连接检波器模块的接口j1、负极连接接口j1的2号引脚且正极接-3.3v供电的二极管d1、相互并联后正极连接接口j1的2号引脚且负极接+3.3v供电的二极管d2和二极管d3、相互并联后负极连接接口j1的1号引脚且正极接负相供电的二极管d4和二极管d5、正极连接接口j1的1号引脚且负极接正相供电的二极管d6、串联后连接于放大芯片u1的两rg引脚之间的电容c2和电阻r6、一端与放电芯片u1的ref引脚连接且另一端接地的电阻r5、一端与放大芯片u1的vout引脚连接且另一端作为输出p1与检波滤波模块连接的电阻r4，以及一端与电阻r4输出端连接且另一端接地的电容c1。其中，运放op1的负相输入端与输出端连接，放大芯片u1的v+引脚接正相供电，v-引脚接负相供电，所述正相供电为+3.3v，负相供电为-3.3v；所述运放op1采用型号为opa350的运算放大器。
24.参阅图3，所述检波滤波模块3包括：型号为opa189的运算放大器作为滤波芯片u2、串联后与滤波芯片u2的+in引脚连接的电阻r7和电阻r8、一端连接于电阻r7和电阻r8之间且另一端与滤波芯片的-in引脚和out引脚均连接的电容c3、一端与滤波芯片u2的+in引脚连接且另一端接地的电容 c6、并联后一端与滤波芯片u2的v-引脚连接且另一端接地的电容c7和电容c8，以及并联后一端与滤波芯片u2的v+引脚连接且另一端接地的电容c4和电容c5。其中，电阻r7作为输入p1与检波信号放大模块2连接，滤波芯片u2的out引脚作为输出p2与检波转换模块4连接，滤波芯片u2的v-引脚接负相供电，v+引脚接正相供电，所述正相供电为+12v，负相供电为-12v。
25.参阅图4，所述检波转换模块4包括：作为输入p2与检波滤波模3连接的电容c9、一端均与电容c9连接的电阻r9和电阻r10、正相输入端与电阻r9另一端连接的运放op2、一端与运放op2的输出端连接的电阻r15、连接于运放op2的负相输入端和输出端之间的电阻r12、正相输入端与电阻r10另一端连接的运放op3、一端与运放op3的输出端连接的电阻r16、连接于运放op3的负相输入端和输出端之间的电阻r14、连接于运放op2输出端和运放op3负相输入端之间的电阻r13、连接于运放op2负相输入端和运放op3正相输入端之间的电
阻r11、连接于运放op2正相输入端和运放op3正相输入端之间的电容c10、一端与运放op2负供电端连接且另一端接地的电容c11，以及一端与运放op2正供电端连接且另一端接地的电脑人c12。其中，运放op3的正相输入端接地，电阻r15和电阻 r16分别为输出端p3+和输出端p3-与模数转换模块5连接。所述运放op2和op3均采用信号为tl072的运算放大器，其正/负供电端接正、负5v供电。
26.所述模数转换模块5包括与检波转换模块连接的用于接收放大处理后的微地震检波信号的转换调理电路5-1，以及与转换调理电路连接并与主控模块6连接的模数转换器5-2。
27.参阅图5，所述转换调理电路5-1包括：作为输入端p3+接收检波转换模块4的正输出信号的电阻r17、一端与电阻r17输入端连接且另一端接地的电阻r19、一端与电阻r17输出端连接且另一端接地的电容c13、一端与电阻r17输出端连接且另一端作为输出ainp的电阻r18、作为输入端p3-接收检波转换模块4的负输出信号的电阻r21、一端与电阻r21输入端连接且另一端接地的电阻r20、一端与电阻r21输出端连接且另一端接地的电容c14、一端与电阻r21输出端连接且另一端作为输出ainn的电阻r22、连接于电阻r18输出ainp和电阻r22输出ainn之间的电容c15，以及连接于电阻r18输出ainp和电阻r22输出ainn之间的由二极管d7、d8、d9、d10构成的整流电桥，所述整流电桥的另两端分别接2.5v正、负相供电。
28.参阅图6，所述模数转换器5-2采用型号为ads1672的高分辨率高速模数转换器。
29.所述主控模块6采用可编程32位单片机。
30.参阅图7，所述触发电路模块8包括：型号为ic555芯片触发器、并联后一端与ic555芯片的4#和8#引脚连接，且另一端与输出端vo连接的电阻r23和电阻r24、与ic555芯片的5#连接的接地电容c16、与ic555芯片的7#引脚连接的接地电容c17，所述ic555芯片的3#、6#和7#引脚连接输出端vo；所述ic555芯片的2#引脚连接输入端vin；所述ic555芯片的4#和8#引脚连接电源vdd；所述触发电路模块8采用以ic555芯片为核心的触发器，其触发信号来自于检波器的运行电压信号。
31.本发明中的各个电子元器件均采用现有的市购元器件，其电路连接关系和信号连接关系参照相应元器件的指导说明书即可完成装配，本实施例中对此不再赘述。
32.上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。