一种地震预警测试装置的制作方法

本实用新型涉及地震预警技术领域，尤其涉及一种地震预警测试装置。

背景技术：

我国是遭受地震灾害最严重的国家之一，国内地震专家对地震预警技术和地震预警系统的应用进行了长期的思考、构想和实践。我国有着分布广泛的数字地震监测台网，并且台网密度仍在快速增加，宽频带仪器也越来越多。随着数字测震台网和数字强震动台网的相互渗透，实时传输强震记录和数字测震记录经过仿真可以相互转化综合利用。数字台网的发展促进了实时地震学的发展，为了更好的为防震减灾事业服务，基于实时地震学的震预警技术将测震台网功能扩展到有效震灾防御领域，发挥我国测震台网及强震台网的最大效益。

强震预警系统的检测终端能在地震发生后检测破坏性地震波并发出预警信号，为预警区提供数秒到数十秒的预警时间，达到减轻地震损失的目的。强震预警系统的终端需要定期进行测试，以保证终端预报的可靠性。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提出了一种可以对强震预警系统的终端进行性能检测的地震预警测试装置。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种地震预警测试装置，包括若干加速度采集单元(1)、模拟信号输入单元(2)、报警输出单元(3)和控制器u7，

加速度采集单元(1)，具有测试输入端和若干输出端，其输出端与模拟信号输入单元(2)的输入端电性连接；加速度采集单元(1)将获取的加速度信号转换为差分信号经输出端输出到模拟信号输入单元(2)中；

模拟信号输入单元(2)，对接收到的差分信号转为单端信号，对该单端信号进行逐次逼近模数转换，将得到的数字信号输入控制器u7的输入端中；

控制器u7的输出端与报警输出单元(3)的输入端电性连接，报警输出单元(3)的输出端选择性的与不同的指示灯电性连接；控制器u7的输出端还与加速度采集单元(1)的测试输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述加速度采集单元(1)包括三轴加速度传感器u1、运放u2和差分放大器u3；三轴加速度传感器u1的三个输出端分别与三个运放u2的同相输入端电性连接，运放u2的输出端与差分放大器u3的同相输入端电性连接，差分放大器u3的反相输入端与输出共模端与参考电压连接；差分放大器u3的同相输出端和反向输出端均与模拟信号输入单元(2)的输入端信号连接；将三轴加速度传感器u1的每一路输出均转换为差分信号。

进一步优选的，所述差分放大器u3的同相输出端还通过电阻r2与运放u2的反相输入端电性连接，运放u2的反相输入端与地之间还并联有电阻r3。

进一步优选的，所述模拟信号输入单元(2)包括若干运放u4a、运放u4b、运放u5和逐次逼近模数转换模块u6；差分放大器u3的同相输出端对应的输入运放u4a的同相输入端中，差分放大器u3的反相输出端对应的输入运放u4b的同相输入端中，运放u4a的输出端还与运放u5的同相输入端电性连接，运放u4b的输出端还与运放u5的反相输入端电性连接，运放u5的输出端与逐次逼近模数转换模块u6的输入端电性连接；逐次逼近模数转换模块u6对输入的信号进行模数转换，将转换后的数字信号输入控制器u7中。

更进一步优选的，所述报警输出单元(3)包括三条支路，各支路分别包括光耦u8、三极管q、继电器和指示灯，光耦u8的引脚1与+5v电源电性连接，光耦u8的引脚2与控制器u7的输出端电性连接，光耦的引脚4与+12v电源电性连接，光耦的引脚3与三极管q的基极电性连接，三极管q的发射极接地，三极管q的集电极上并联有继电器和续流二极管；继电器触点还与指示灯串联；各支路的指示灯的颜色不同；控制器u7选择性的驱动不同支路的指示灯点亮。

再进一步优选的，所述三轴加速度传感器u1的引脚13还与控制器u7的输出端电性连接。

更进一步的优选的，所述控制器u7为美国国家仪器有限公司nicrio控制器。

更进一步的优选的，所述模拟信号输入单元(2)是美国国家仪器有限公司ni9220模拟输入模块。

本实用新型提供的一种地震预警测试装置，相对于现有技术，具有以下有益效果：

(1)加速度采集单元获取x、y和z三个轴向的振动加速度，输出模拟信号分别进行两级增益放大，输出差分信号，以便进行后续处理，差分信号具有很强的抗干扰能力，非常适合远距离通信和高速通信，特别适用对各地的强震检测终端进行信号传输的场合；

(2)模拟信号输入单元对接收的差分信号转为单端信号，采用逐次逼近模数转换，其对单端信号进行保持，实行二级制搜索比较，具有低功耗、高精度和高分辨率的优点，输出16位的数字信号到控制器u7中；

(3)报警输出单元可根据不同的输出信号点亮不同的指示灯，对应不同的加速度的输出信号的范围，起到报警提示功能；

(4)控制器可对三轴加速度传感器发出测试信号，并进一步检测器反馈输出，可检测三轴加速度传感器是否处于正常工作状态；

(5)本实用新型既可验证改进的检测方法，也可以检测现有强震检测系统的组件的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1为本实用新型一种地震预警装置的结构框图；

图2为本实用新型一种地震预警装置的加速度采集单元与模拟信号输入单元和控制器的接线图；

图3为本实用新型一种地震预警装置的模拟信号输入单元的一种接线图；

图4为本实用新型一种地震预警装置的控制器与报警输出单元的一种接线图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种地震预警测试装置，包括若干加速度采集单元1、模拟信号输入单元2、报警输出单元3和控制器u7；

加速度采集单元1，具有测试输入端和若干输出端，其输出端与模拟信号输入单元2的输入端电性连接；加速度采集单元1将获取的加速度信号转换为差分信号经输出端输出到模拟信号输入单元2中；

模拟信号输入单元2，对接收到的差分信号转为单端信号，对该单端信号进行逐次逼近模数转换，将得到的数字信号输入控制器u7的输入端中；

控制器u7的输出端与报警输出单元3的输入端电性连接，报警输出单元3的输出端选择性的与不同的指示灯电性连接；控制器u7的输出端还与加速度采集单元1的测试输入端电性连接。

如图2所示，图中给出了一种加速度采集单元1的具体结构。各加速度采集单元1包括三轴加速度传感器u1、运放u2和差分放大器u3；三轴加速度传感器u1的三个输出端分别与三个运放u2的同相输入端电性连接，运放u2的输出端与差分放大器u3的同相输入端电性连接，差分放大器u3的反相输入端与输出共模端与参考电压连接；差分放大器u3的同相输出端和反向输出端均与模拟信号输入单元2的输入端信号连接；将三轴加速度传感器u1的每一路输出均转换为差分信号。三轴加速度传感器u1选用的是mma7361l，是一种低功耗的三轴加速度传感器。其具有xout、yout和zout三个输出端，分别对应输出三个轴x、y和z的加速度检测信号，通过输入运放u2和差分放大器u3中实现开环和闭环增益放大，得到两路相反的差分信号，即图中的a0+与a0—，a1+与a1—以及a2+与a2—。同理，其他的三轴加速度传感器同样输出六路类似的差分信号到模拟信号输入单元2的输入端。对应三轴加速度传感器u1三路输出的运放分别为u2a、u2b和u2c，对应的与u3x、u3y和u3z连接，并输出六个差分信号至模拟信号输入单元2中。

作为本实用新型的改进，如图1所示，差分放大器u3的同相输出端还通过电阻r2与运放u2的反相输入端电性连接，运放u2的反相输入端与地之间还并联有电阻r3。通过电阻r2和r3构成了一个反馈回路，电阻r2与r3的比值决定了反馈的闭环增益倍数。断开电阻r3可提高增益倍数。

本实用新型的加速度采集单元1的三轴加速度传感器u1也可采用封装的mems三轴加速度检测仪来替代实现。

如图3所示，模拟信号输入单元2包括若干运放u4a、运放u4b、运放u5和逐次逼近模数转换模块u6；差分放大器u3的同相输出端对应的输入运放u4a的同相输入端中，差分放大器u3的反相输出端对应的输入运放u4b的同相输入端中，运放u4a的输出端还与运放u5的同相输入端电性连接，运放u4b的输出端还与运放u5的反相输入端电性连接，运放u5的输出端与逐次逼近模数转换模块u6的输入端电性连接；逐次逼近模数转换模块u6对输入的信号进行模数转换，将转换后的数字信号输入控制器u7中。图示的运放u4a、运放u4b对应的处理一路反相的差分信号，经过运放u5将两路差分信号合并为单端信号，进行高分辨率的ad转换以后输出数字信号至控制器u7进行进一步处理。本实用新型的u4为ina106。逐次逼近模数转换模块u6本实用新型可采用saradc芯片ad7687，该器件内置一个极低功耗、高速、16位无失码采样adc、一个内部转换时钟、一个多功能串行接口和采样保持电路，能可靠实现16为adc转换。

如图4所示，报警输出单元3包括三条支路，各支路分别包括光耦u8、三极管q、继电器和指示灯，光耦u8的引脚1与+5v电源电性连接，光耦u8的引脚2与控制器u7的输出端电性连接，光耦的引脚4与+12v电源电性连接，光耦的引脚3与三极管q的基极电性连接，三极管q的发射极接地，三极管q的集电极上并联有继电器和续流二极管；继电器触点还与指示灯串联；各支路的指示灯的颜色不同；控制器u7选择性的驱动不同支路的指示灯点亮。

图示的三条支路分别对应的是三个不同的报警状态，如果检测到的加速度信号较小，则光耦u8a导通，三极管q1导通并放大，继电器jd1线圈吸合，指示灯gl亮，发出绿色光；如果加速度较大，则光耦u8b导通，三极管q2导通并放大，继电器jd2线圈吸合，指示灯yl亮，发出黄色光；同理，加速度非常大，则光耦u8c导通，三极管q3导通并放大，继电器jd3线圈吸合，指示灯rl亮，发出红色光。

另外，如图1所示，三轴加速度传感器u1的引脚13还与控制器u7的输出端电性连接。引脚13为测试端，当控制器u7发出幅值不同的脉冲信号时，三轴加速度传感器u1对应的会输出相应的方波，根据脉冲幅值和方波的对应关系，可以判断三轴加速度传感器u1是否处于正常工作状态。

当然，为提高系统集成度，本实用新型的控制器u7可以采用美国国家仪器有限公司nicrio控制器，nicrio控制器集成了处理器和fpga等模块，具有很强的扩展和处理能力。模拟信号输入单元2也可以采用集成度更高的美国国家仪器有限公司ni9220模拟输入模块，其与控制器u7之间的通信采用db37—db15接口连接，具有16个差分输入端，单台ni9220模拟输入模块可连接最多5个三轴加速度传感器u1的15路输出，并输出分辨率为16位的数字信号。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，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。