专利名称：一种微型地震动探测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用MEMS(Micro Electronic Mechanical System)加速度传感 器设计的微型地震动探测装置。
背景技术：
地震动探测装置主要利用目标运动时形成的瑞雷波进行探测。目前，地震动探测 领域两大类传感器——地震检波器与加速度计并存。随着探测方法和探测仪器的发展，地 震动检波器用量与日俱增，并对其各项技术指标提出了新的更高的要求，但是用于接收地 震动信号的检波器却没有大的突破。这种检波器最大的弊端是抗干扰能力低、灵敏度较低。 就地震动探测而言，其频带范围相对于新型MEMS加速度传感器狭窄，而对任何其它类型传 感器所要求的诸如传感器环境噪声、动态范围、谐波畸变以及检波器正交分量干扰噪声等 难以突破的指标，对MEMS加速度传感器而言都是值得称道的优势所在。随着微电子技术和 计算机技术的飞速发展，近十年来，在地震动探测方面，数字地震动仪器、计算机以及信号 处理方法和技术手段都有了长足的进步，而所使用的地震动检波器并无本质上的变化。动 圈式传感器体积较大，且某些固有缺点却难以克服，如动态范围小，最多达60dB ;对检测 IOHz以下的低频地震动信号几乎无能为力；在三分量应用中各轴向之间的干扰严重，灵敏 度误差大。由于传感器得不到理想的原始信号，地震动探测后期处理效果大打折扣。近些 年来，随着MEMS技术的迅速发展，MEMS加速度传感器以其高的灵敏度、分辨率和矢量保真 度，良好的低频响应以及宽的通频带等优势，逐渐成为地震动探测技术发展中的重要角色， 但由于应用MEMS加速度传感器测试地震动信号目前公开文献一般采用驻钉法安装，需要 先在地面下先埋一铁钉，在铁钉上安装地震动探测系统，安装复杂，测试一致性不高，因此 严重限制了其实际应用。发明内容
本发明目的是克服上述已有技术的不足，提供一种结构简单、不安装在铁钉上也 能正常使用的微型地震动探测装置。
本发明包括壳体、盖子、显示屏、气泡水平仪、加速度传感器、电路板、电源、固封填 充物及导线；电路板包括放大电路、信号调理电路、数据处理电路和电压转换电路。加速度 传感器采用瑞士 Sf 1221型MEMS加速度传感器，量程为土 10g，输入电压为5V，响应频率O — 600HZ，灵敏度2. 4 ± O. 24 V/g ;放大电路采用美国ANALOG DEVICE公司的AD620，AD620引 脚I通过导线连接一个普通电阻与可调电阻，普通电阻与可调电阻串联连接，可调电阻通 过导线然后与引脚8连接，通过可调电阻调整放大倍数；加速度传感器通过导线连接放大 电路AD620引脚2、引脚3 ；AD620引脚2、引脚3为信号输入引脚，AD620引脚4接低电平、 AD620引脚6接地、AD620引脚7接高电平，AD620引脚5为信号输出引脚与MAX291引脚8 连接；信号调理电路采用Maxim公司的基于开关电容滤波技术的八阶低通滤波器MAX291 ； MAX291引脚8为输入引脚，MAX291引脚I接地，MAX291引脚2接低电平，MAX291引脚3与MAX291引脚4连接，MAX291引脚6接地，MAX291引脚7接高电平，MAX291引脚5为输出 引脚；数据处理电路采用TMS320F2812芯片，TMS320F2812芯片的ADCINA0引脚为输入引 脚，TMS320F2812芯片ADCLO引脚接地，TMS320F2812芯片的其它ADC引脚引出到外部接 口上以备扩展应用；TMS320F2812工作时所要求的电压分为两部分3. 3V的FLASH电压和1.8V的内核电压。MAX291引脚5与TMS320F2812芯片的ADCINA0引脚连接进行AD转换； TMS320F2812对电源很敏感，电压转换电路采用TPS767D301，TPS767D301芯片输入电压为 +5V，芯片起振；能够产生3. 3V和1. 8V两种电压供TMS320F2812以及电路中其它芯片使用； TMS320F2812芯片ADCLO引脚OUT引脚与Nokia5110的信号输入引脚4连接，显示屏选用 Nokia5110液晶显示屏，Nokia5110引脚6接高电平，引脚8接地,显示屏显示按预定算法计 算生成的结果。
气泡式水平仪采用圆式76系列水平仪，圆式76系列水平仪安装在壳体的上表 面，76系列水平仪中垂线与壳体上表面中垂线同轴，电源采用干电池，该干电池与芯片 TPS767D301引脚1、引脚5、引脚6、引脚11、引脚12连接。外部封装为壳体，其外径100mm， 内径90mm，高100mm。加速度传感器通过胶固定安装在空心壳体底部，电路板安装在壳体中 部，电路板与壳体的盖子之间留有空隙，空隙部分用固封填充物填充固封，壳体顶部设有盖 子，盖子上安装气泡式水平仪、电源以及显示芯片，盖子与空心圆柱体壳用胶连接。
壳体全部埋入地面，目标运动时，由于瑞雷波衰减较慢，加速度传感器感受到地面 的震动信号，通过放大电路将信号放大，滤波电路滤掉高频噪声，通过数据处理电路的A/ D转换模块进行A/D转换，转换后进行目标特征提取，依据目标特征信号在时域、频域、时 频域上的差异，按照预定算法计算，计算后区分出人、兽、车，区分后将结果传递到显示屏显/Jn ο
在地震动探测系统的中，传感器轴向方向敏感度高，观测气泡式水平仪，判断埋入 的加速度传感器是否与地面平行，如不平行，通过调节使加速度传感器与地面平行，这样保 证每次测量效果基本一致。本发明与现有技术相比，体积小于传统的探测系统；安装简易方 便；易于使加速度传感器与地面平行，提高测量精度；能够保证每次探测效果基本一致。
本发明将地震动探测系统与外部封装进行一体化设计，结构简单，同时系统具有 气泡式水平观测仪，避免以往采用驻钉法时，由于安装因素引起的铁柱与传感器探测方向 夹角变化，降低灵敏度的弊端。
图1为本发明机械结构示意图。
图中1、壳体，2、加速度传感器，3、电路板，4、盖子，5、导线A，6、电源，7、固封填充 物，8、气泡水平仪，9、导线B，10、显示屏。
具体实施方式
壳体(I)用铝制材料制造，在壳体(I)底部用胶将加速度传感器(2)粘结，加速度 传感器(2)与电路板(3)焊接在一起，电路板(3)通过导线A (5)与电源(6)连接，电路板(3)通过导线B (9)与显示屏(10)连接，盖子(4)与壳体(I)用胶粘结，在盖子(4)与电路板(3)之间用固封填充物(7)填充，盖子(4)上安装有气泡水平仪(8)、电源(6)、显示屏(10)，显示屏(10)与盖子(4)与采用胶粘结，电源(6)可以更换，气泡水平仪(8)安装在盖子(4) 的中部。
探测系统在安装时，首先将电路板(3)与加速度传感器(2)焊接在一起，将导线A(5)、导线B (9)与电路板(3)焊接在一起，然后将加速度传感器(2)与壳体(I)用胶粘结， 粘结晾干后，用固封填充物(7)填充，保留导线A (5)、导线B (9)能露出，在盖子(4)上安 装气泡水平仪(8)与显示屏(10)，用胶粘结，将导线B (9)与显示屏(10)焊接，导线A (5) 穿过安装电源(6)的孔，最后将盖子(4)与壳体(I)用胶粘结，导线A (5)与电源(6)连接。 数据处理电路对电压敏感，需要两种不同的电压；电压转换电路主芯片采用TPS767D301， TPS767D301芯片输入电压为+5V，芯片起振，配套其余元件按TPS767D301产品介绍推荐电 路连接。
测试系统工作时，首先将壳体(I)埋入地面，接通电源(6)，通过观测气泡水平仪(8)调整埋入角度，保证加速度传感器(2)与地面平行，目标运动时，加速度传感器(2)感受 到地面的震动信号，通过放大电路将信号放大，滤波电路滤掉高频噪声，数据处理电路的A/ D转换模块进行A/D转换，转换后进行目标特征提取，依据目标特征信号在时域、频域、时频 域上的差异，按照预定算法计算，计算后区分出人、兽、车，区分后将结果传递到显示屏(10) 显不O
权利要求
1.一种微型地震动探测装置，其特征是包括壳体、盖子、显示屏、气泡水平仪、加速度传感器、电路板、电源、固封填充物及导线；电路板包括放大电路、信号调理电路、数据处理电路和电压转换电路；加速度传感器采用瑞士 Sf 1221型MEMS加速度传感器，量程为±10g， 输入电压为5￥，响应频率0 — 600!12，灵敏度2.4 土 0.24 V/g ;放大电路采用美国ANALOG DEVICE公司的AD620，AD620引脚I通过导线连接一个普通电阻与可调电阻，普通电阻与可调电阻串联连接，可调电阻通过导线然后与引脚8连接；加速度传感器通过导线连接放大电路AD620引脚2、引脚3 ；AD620引脚2、引脚3为信号输入引脚，AD620引脚4接低电平、 AD620引脚6接地，AD620引脚7接高电平，AD620引脚5为信号输出引脚与MAX291引脚8 连接；信号调理电路采用Maxim公司的基于开关电容滤波技术的八阶低通滤波器MAX291 ； MAX291引脚8为输入引脚，MAX291引脚I接地，MAX291引脚2接低电平，MAX291引脚3与 MAX291引脚4连接，MAX291引脚6接地，MAX291引脚7接高电平，MAX291引脚5为输出引脚；数据处理电路采用TMS320F2812芯片，TMS320F2812芯片的ADCINA0引脚为输入引脚， TMS320F2812芯片ADCLO弓丨脚接地，TMS320F2812芯片的其它ADC引脚引出到外部接口上以备扩展应用；MAX291引脚5与TMS320F2812芯片的ADCINA0引脚连接进行AD转换；电压转换电路主芯片采用TPS767D301，TPS767D301芯片输入电压为+5V，芯片起振；TMS320F2812 芯片ADCLO弓丨脚、OUT引脚与Nokia5110的信号输入引脚4连接；显示屏选用Nokia5110液晶显示屏，Nokia5110引脚6接高电平，引脚8接地，显示屏显示按预定算法计算生成的结果；装置电源采用干电池，该干电池通过导线与芯片TPS767D301引脚1、引脚5、引脚6、引脚11、引脚12连接；加速度传感器通过胶固定安装在壳体底部，电路板安装在壳体中部，电路板与壳体的盖子之间留有空隙，空隙部分用固封填充物填充固封；壳体为空心圆柱体，壳体顶部设有盖子，盖子上安装气泡式水平仪、电源以及显示屏，盖子与壳体之间用胶连接。
2.如权利要求1所述的微型地震动探测装置，其特征是气泡式水平仪采用圆式76系列水平仪，水平仪中垂线与壳体上表面中垂线同轴。
全文摘要
一种微型地震动探测装置，目的是结构简单、不安装在铁钉上也能正常使用；本发明包括壳体、盖子、显示屏、气泡水平仪、加速度传感器、电路板、电源、固封填充物及导线；电路板包括放大电路、信号调理电路、数据处理电路和电压转换电路；加速度传感器采用瑞士Sf1221型MEMS加速度传感器；放大电路采用美国ANALOGDEVICE公司的AD620；加速度传感器通过导线连接放大电路AD620引脚2、引脚3；信号调理电路采用Maxim公司的基于开关电容滤波技术的八阶低通滤波器MAX291；电压转换电路采用TPS767D301。
文档编号G01V1/18GK102998696SQ20121046329
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月17日 优先权日2012年11月17日
发明者秦栋泽, 郭支明, 杨振良, 焦国太, 段志薇, 王建平, 张山增 申请人:中北大学