地震计恒温低湿监控仪以及监控方法与流程

本发明涉及地震监测辅助设备领域，特别是涉及一种地震计恒温低湿监控仪以及监控方法。

背景技术：

在地震观测中，目前现有的测震仪器是由数采装置、地震计等组成，测震仪器的地震计部分(传感器)都是放在有积岩或花岗岩石的摆房内，摆房包括地表摆房内、地下室内、山洞中；如图1-3所示，分别为测震仪器安装在地表摆房、山洞、地下室的示意图。

具体的，如图1所示，安装在地表摆房中的测震仪器，地表摆房分为地表摆房室5和观测室8，地表摆房室5和观测室8设为内外室的连通结构，仪器机柜1和数采装置2放置在观测室8内，摆墩4和地震测量装置3放置在地表摆房室5内，数采装置2与地震测量装置3通过传输线9连接。如图2所示，安装在山上摆房中的测震仪器，山上摆房分为山洞摆房室7和观测室8，山洞摆房室7和观测室8之间存在5-100米的距离，仪器机柜1和数采装置2放置在观测室8内，摆墩4和地震测量装置3放置在山洞摆房室7内，数采装置2与地震测量装置3通过传输线9连接。还有一种地下摆房，如图3所示，地下摆房包括地下摆房室6和观测室8，地下摆房室6设置在地下，观测室8设置在地表，仪器机柜1和数采装置2放置在观测室8内，摆墩4和地震测量装置3放置在地表摆房室5内，数采装置2与地震测量装置3通过传输线9连接。其中，摆墩4就是在岩石上用水泥砌的水泥墩，用于放地震测量装置3。

按地震仪器规范要求，摆房室内湿度小于85％，年温度误差为5℃。全国大部分测震摆房建在地表，一少部分建在山洞和地下。地表摆房的成本低、对地理位置要求不高、适合大量建造，但是地表摆房容易受外界温度变化而影响室内温度变化，室内年温差一般在5-30℃，远超规范要求年温差≤5℃；且年湿度70-100％。

由于，所有摆房是不允许有窗户和空调来通风和调温的，地震测量装置的灵敏度太高，不能有外界振动、流动风干扰，每年都有地震测量装置因温差而靠摆(内部摆锤靠边不会自由摆动无法获取信息)，无法记录地震信号。同时因温度变化造成地震测量装置标定不合格，直接影响观测数据的可靠性。

一般在摆房室内放几盆氯化钙除湿去潮来保持湿度，而摆房室内温度则随外界自然变化而变化，同时，地震测量装置一般直接裸放在摆墩上或摆坑内，需要进行防潮，现有的防潮方式为在地震测量装置上罩一个简易泡沫罩。

其次，在夏季，摆房室内湿度接近100％，由于地震测量装置是高灵敏度仪器，人不能经常进入摆房室查看湿度变化，造成不能及时更换氯化钙除湿，使摆房室内湿度经常超过90％，而山洞摆房室更是常年接近100％。并且，还存在因环境湿度过大易造成地震测量装置的内部电子元件受潮发霉受损而无法正常工作的问题。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一：现有的摆房内湿度、温度受环境影响大，温湿度变化会干扰地震计的测量，导致地震计停摆、损坏。

本发明的目的是：提供一种温度恒定、维持低湿度、具有智能调控功能的地震计恒温低湿监控仪以及监控方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种地震计恒温低湿监控仪，包括恒温低湿防护箱、采集监控装置，地震测量装置设于所述恒温低湿防护箱内，所述恒温低湿防护箱内形成为密闭空间，所述恒温低湿防护箱内设有加热单元、吸湿单元和探测单元，所述加热单元、所述探测单元连接所述采集监控装置。

优选的是，所述加热单元包括加热片和散热块，所述加热片连接在所述散热块上，所述散热块连接在所述恒温低湿防护箱的箱体上。

在上述任意方案中优选的是，所述加热单元还包括加热胶片，所述加热胶片设置在所述地震测量装置的下方。

在上述任意方案中优选的是，所述吸湿单元包括干燥瓶和吸湿瓶，所述吸湿瓶套设在所述干燥瓶上，所述吸湿瓶与所述恒温低湿防护箱的箱体内环境连通，所述干燥瓶与所述吸湿瓶连通，所述干燥瓶内填充有干燥剂。

在上述任意方案中优选的是，所述吸湿瓶吊装在所述恒温低湿防护箱的箱体顶面上，所述箱体的顶面上开设有安装孔，所述吸湿瓶贯穿所述安装孔插入所述箱体内，所述吸湿瓶的顶部连接有顶盖，所述顶盖盖设在所述箱体上。

在上述任意方案中优选的是，所述吸湿瓶包括固定段、干燥段和集水段，所述干燥瓶连接在所述固定段并延伸到所述干燥段。

在上述任意方案中优选的是，所述固定段连接有固定盖，所述干燥瓶和所述干燥段分别连接在所述固定盖的内外圈。

在上述任意方案中优选的是，所述探测单元设为温湿度传感器。

在上述任意方案中优选的是，所述采集监控装置包括中央处理器、监控设备，所述探测单元、加热单元连接所述中央处理器，所述中央处理器连接所述监控设备，所述中央处理器上连接有存储模块。

在上述任意方案中优选的是，所述加热单元通过固态继电器和数模转换模块连接到所述中央处理器上。

本发明还提供一种恒温低湿监控仪的监控方法，包括，

初始化设置，系统参数初始化，并设置设定温度、设定湿度；

采集监控装置的中央处理器接收探测单元测得的恒温低湿防护箱内的实时温度、实时湿度；

实时温度与设定温度进行比较，以判断加热单元是否启动；

实时湿度与设定湿度进行比较，以判断吸湿单元是否需要更换；

中央处理器接收到的实时温度、实时湿度传输到存储模块，存储模块将数据传送到终端设备和数据库。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)通过将地震测量装置设置在恒温低湿防护箱内的方式，对地震测量装置进行湿热隔离，并且通过加热单元、吸湿单元对恒温低湿防护箱内环境进行温度、湿度调控，使地震测量装置在恒温低湿环境下工作，保证地震测量装置的测量精度、延长使用寿命；

(2)加热单元的加热功率调节精度高，使恒温低湿防护箱内温度变化精度达到0.01℃；

(3)恒温低湿防护箱内干燥剂更换周期可以达到3-6个月，减小对地震测量装置的干扰；

(4)采集监控装置对箱体内环境进行智能、远程调控，实现信息化、平台化运行。

本发明提供的地震计恒温低湿监控仪以及监控方法结合以下附图做进一步说明。

附图说明

图1为现有技术中地震计的在地面上的安装方式；

图2为现有技术中地震计的在山洞中安装方式；

图3为现有技术中地震计的在地下的安装方式；

图4为本发明地震计恒温低湿监控仪的一优选实施例的内部结构示意图；

图5为本发明地震计恒温低湿监控仪的一优选实施例的吸湿单元的放大结构示意图；

图6为本发明地震计恒温低湿监控仪的一优选实施例的采集监控装置的结构示意图；

图7为采用本发明地震计恒温低湿监控仪前后的信阳台的脉冲标定结果示意图；

图8为采用本发明地震计恒温低湿监控仪的信阳台的湿度状态的示意图；

图9为采用本发明地震计恒温低湿监控仪的信阳台的温度状态的示意图；

图中，1、仪器机柜；2、数采装置；3、地震测量装置；4、摆墩；5、地表摆房室；6、地下摆房室；7、山洞摆房室；8、观测室；9、传输线；10、顶盖；11、箱体；12、散热块；13、加热片；14、地震测量装置；15、加热胶片；16、雪弗板；17、温湿度传感器；18、吸湿瓶；19、连通孔；20、干燥瓶；21、固定段；22、固定盖；23、导流条。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

按地震仪器规范要求，摆房室内湿度小于85％，年温度误差为5℃，为了控制摆房室内的湿度条件，在地表摆房室、山洞摆房室、地下摆房室内放置氯化钙进行吸潮干燥；外界温度剧烈变化时，地震计会出现靠摆、地震波形漂移等故障。在中原地区地震监测过程中，山洞内放了7盆氯化钙，湿度仍然保持在90％左右，不符合规定，地震监测的精度受到干扰，地震监测装置的寿命也受到影响，并且湿度较高的月份，氯化钙的更换周期基本保持在半个月左右，工作人员出入摆房会影响地震监测装置的正常工作。为了解决地震监测过程中的温度湿度不满足规范要求的问题，提出本发明的地震计恒温低湿监控仪的方案。

结合图4-6所示，本实施例提供一种地震计恒温低湿监控仪的优选实施例，包括恒温低湿防护箱、采集监控装置，地震测量装置14设于恒温低湿防护箱内，恒温低湿防护箱内形成为密闭空间，恒温低湿防护箱内设有加热单元、吸湿单元和探测单元，加热单元、探测单元连接采集监控装置。

地震测量装置14即地震计，对地震参数进行监测，地震仪需要在规范的温度、湿度范围内进行工作才能保证测得参数的准确性；因此，采用将恒温低湿防护箱设置在摆房内、地震测量装置14设置在恒温低湿防护箱内的方式进行保温隔离。恒温低湿防护箱内形成密闭空间，以便对地震测量装置14进行封隔保护，并且配设有加热单元、吸湿单元，加热单元进行热量补充，使恒温低湿防护箱内的温度恒定在设定范围内，吸湿单元持续对恒温低湿防护箱内的湿气进行吸收，使温度和湿度保持在规范要求的范围内，进而，使地震测量装置14在恒温低湿环境下稳定运行。

在地震测量装置14的环境保持恒温低湿的条件下，为方便对温度、湿度条件进行监测，利用探测单元对恒温低湿防护箱内的温度、湿度进行监测，探测单元将温度、湿度数据传输到采集监控装置，通过采集监控装置对温度、湿度信息进行接收并存储、显示，进行持续监控。并且，加热单元连接采集监控装置，采集监控装置对加热单元的加热热量进行调控，采集监控装置结合探测单元采集到的恒温低湿防护箱的内部温度数据，来调节加热单元的散热量进而保持恒温低湿防护箱的内部温度恒定。

本实施例，利用恒温低湿防护箱将地震测量装置14进行隔离防护，通过加热单元、吸湿单元的设置使恒温低湿防护箱内保持恒定温度和低湿度状态，探测单元对温度、湿度数据进行采集，并且采集监控装置对恒温低湿防护箱的内部温度、湿度信息进行接收、存储、调控，以便工作人员对数据进行统计。

进一步的，恒温低湿防护箱的箱体11的侧壁由保温材料围覆形成，箱体11的形状可以围覆形成矩形、柱形等形状，用于将地震测量装置14进行保温隔热围覆。其中，箱体11的保温材料优选为聚氨酯、泡沫板、保温板，保温隔热效果好、密封性能好。箱体11的内壁上贴附铝泊纸，铝箔纸加强箱体11的密封，并且铝箔纸可以促进导热。

优选的，箱体11的底面设为雪弗板16，雪弗板16的保温隔热和支撑效果好。箱体11的顶部加设顶盖10，箱体11的顶部形成双层结构，加强密封隔热效果。箱体11的壁面厚度根据实际需要设计。

进一步的，加热单元包括加热片13和散热块12，加热片13连接在散热块12上，散热块12连接在恒温低湿防护箱的箱体11上。散热块12连接在箱体11的内壁上，加热片13连接在散热块12上，散热块12在箱体11的内壁上环形分布，保证箱体11内均匀散热。加热片13为电加热的金属材料加热片，优选为ptc恒温加热片，传热效果好；散热块12也为金属材料，散热块12优选为铝材料，利用散热铝块进行对称散热，具有散热均匀、稳定，并且铝块还具蓄热功能，即使突然停电铝块也具有持续向外散热功能，不至于短时间内温度急剧下降。其中，散热块12可以为在箱体11的内壁上均匀间隔分布，也可以为在箱体11的内壁环形连续分布。

优选的，箱体11设为矩形罩体，散热块12设为4块，散热块12连接在箱体11的中上部位，每个散热块12上连接一个加热片13。其中，加热片13的加热功率可以通过采集监控装置进行调节，加热片13的加热功率调节范围广泛，调节精度高，使箱体11内的温度调控精度精确到0.01℃。

进一步的，加热单元还包括加热胶片15，加热胶片15设置在地震测量装置14的下方。加热胶片15对箱体11的底面进行加热，加热胶片15对地震测量装置14的下方温度进行微调。加热胶片15的加热功率调节范围广、调节精度高，加热胶片15的加热功率可以精确到1w，温度变化小，不会影响地震测量装置14的运行稳定性。加热胶片15通过电加热，加热胶片15的加热功率也通过采集监控装置进行调节。

加热单元通过加热片13、加热胶片15进行配合加热的方式，既能满足箱体11内温度调节的要求，还能保证温度调节精度，并且利用散热块12、铝箔纸配合进行散热，使箱体11内温度均衡、稳定。

更进一步的，结合图4和图5所示，吸湿单元包括干燥瓶20和吸湿瓶18，吸湿瓶18套设在干燥瓶20上，吸湿瓶18与恒温低湿防护箱的箱体11内环境连通，干燥瓶20与吸湿瓶18连通，干燥瓶20内填充有干燥剂。箱体11内的湿空气通过吸湿瓶18进入到干燥瓶20，干燥瓶20内的干燥剂吸收空气中的水气，起到干燥空气的作用。干燥剂吸收水气后凝结形成水滴，水滴流出干燥瓶20储存在吸湿瓶18，减小对干燥剂的干燥效果的干扰。

其中，干燥剂优选为氯化钙、硅胶等。

吸湿瓶18吊装在恒温低湿防护箱的箱体11顶面上，以便热空气上升后及时进行吸湿干燥。恒温低湿防护箱的箱体11顶面上开设有安装孔，吸湿瓶18贯穿安装孔插入箱体11内，吸湿瓶18的顶部连接有顶盖10，顶盖10盖设在箱体11上。吸湿瓶18固定连接在顶部中央位置上，通过拿取顶盖10的方式向上提拉吸湿瓶18，使吸湿瓶18抽出箱体11，操作简便、密封效果好。

吸湿瓶18包括固定段21、干燥段和集水段，干燥瓶20连接在固定段21并延伸到干燥段，固定段21固定连接在顶盖10上，干燥段和集水段为可拆卸连接在固定段21的一体式的瓶体结构，干燥段上开设有连通孔19，连通孔19在干燥段上均匀分布，以便周围的环境空气流入干燥瓶20，使干燥瓶20对空气中的湿气进行吸收。干燥瓶20吸收空气中的湿气后凝结形成的水珠流入集水段，集水段对空气中的水气进行收集。

固定段21连接有固定盖22，固定盖22上设有内螺纹和外螺纹，干燥瓶20和干燥段分布连接在固定盖22的内外圈上，干燥瓶20连接在内螺纹上，干燥段连接在外螺纹上，实现干燥瓶20与吸湿瓶18的相互套接，结构简单、安装方便，方便将集水段的水倒出，以及干燥瓶20内的干燥剂更换。

干燥瓶20上连接有导流条23，导流条23延伸到集水段内，以便对干燥瓶20内集结的水珠进行导流。导流条23设为布条，在干燥瓶20上连接若干条。

探测单元设为温湿度传感器17，对温度、湿度进行同步监测，并将温度、湿度数据传输到采集监控装置，采集监控装置根据实时的温度、湿度数据，对加热单元的加热量进行调节。

探测单元还可以设为温度传感器和湿度传感器。

本实施例的除潮原理：当箱体11内的环境温度低于设定温度时，采集监控装置控制加热单元对箱体11内环境进行加热，箱体11内的空气受热后形成潮湿热空气，潮湿热空气向上升并聚集在箱体11的顶端，在顶端中央位置放置吸湿单元，吸湿单元内的干燥剂对潮湿空气进行吸潮干燥，干燥剂吸湿后失去作用化成液态水，顺着导流条23流入吸潮瓶的集水段。待干燥剂完全失去作用后通过箱体11的顶部取出吸潮瓶，把水倒出、并更换干燥剂，实现保温吸潮作用。

更进一步的，如图6所示，利用采集监控装置进行集中调控、信息收集、信息储存等工作。采集监控装置包括中央处理器、监控设备、存储模块，存储模块连接中央处理器，探测单元、加热单元连接中央处理器，中央处理器连接监控设备。探测单元、加热单元通过中央处理器进行调控，探测单元测得的温度、湿度数据传输到中央处理器，存储模块进行储存，同时，中央处理器将接收到是实时数据与设定值进行比较，当温度低于设定值时，中央处理器调节加热组件的加热功率以使箱体11内温度保持恒定。当湿度高于设定值时，工作人员通过监控设备接收到数据变化后，工作人员判断是否需要更换干燥剂。

中央处理器将接收到的信息传输到监控设备，在监控设备上进行显示，监控设备上显示的内容包括技术指标、仪器状态、参数设置、设备管理等内容。技术指标包括箱体11内的实时温度、实时湿度、设定温度、设定湿度等；仪器状态包括加热单元的运行状态、加热单元的加热功率、温湿度传感器17的运行状态；参数设置包括温度、湿度参数、误差范围等。

具体的，电源模块为采集监控装置的各个部件、加热单元、探测单元等进行供电。电源模块包括电源、变压器、防雷模块，对供电电源进行稳压防雷。电源模块上连接有降压模块，降压模块连接中央处理器，加热单元的加热片13和加热胶片15通过固态继电器、数模转换模块连接到中央处理器上，以便精确调节加热功率。温湿度传感器17通过rs232转i2c模块连接在中央处理器上，为中央处理器输送温度、湿度数据；存储单元集成在中央处理器上，监控设备连接在中央处理器上，监控设备为远程终端，可以设为电脑、手机、平板等，通过监控设备对设备运行状态进行监控或调节、对系统参数进行调节。

具体的，采集监控装置包括计算机终端、32位高速arm9工控板内含wince6.0系统、rs232转i2c模块、vc220v转dc12v开关电源、dcdc3.3v隔离电源降压模块、防雷模块、4-20ma固态继电器、rs485转4-20ma转换器、隔离变压器、工作指示灯。

32位高速arm9工控板内含wince6.0系统为中央处理器，系统内有智能监控分析处理软件具有实时采集、分析、调控、存储、入库等功能，中央处理器内含有16gsmi卡作为存储模块，用来实时存储温湿度数据，中央处理器上有网口与计算机网络相连，rs232转i2c模块作为转换接口、vc220v转dc12v开关电源作为降压模块、dcdc3.3v隔离电源降压模块作为另一种降压模块、继电器选用4-20ma固态继电器、数模转换模块选用rs485转4-20ma转换器。

利用arm工控板内的wince6.0系统，用c#编写的智能监控软件对4-20ma固态继电器和rs485转4-20ma转换器进行数字信号变模拟信号进行的精准控温的，使箱体11内的温度日变化范围在≤±0.02℃。利用arm工控板内串口与rs232转i2c模块和温湿度传感器17相连。利用arm工控板内的wince6.0系统，利用aps技术开发网页浏览器，内含主页、技术指标、仪器状态、参数设置、设备管理，实现远程监控。

通过温湿度传感器17实时采集箱体11内的温湿度数据，并且所采集的数据通过网络通信自动存储到数据库，用于数据分析研究，通过监控深度的网页实时了解箱体11内的温湿度变化，根据实际温度与设定温度的差值，利用固态继电器、数模转换模块对加热单元进行温度的微量补偿，来实现温度调节；当实际湿度超过设定湿度时，及时更换干燥剂实现低湿。

当温度下降低于设定温度时，通过中央处理器控制ptc恒温发热片和加热胶片15自动加热，通过数字信号与模拟信号的转换，精准控制加热，实现远程温度精准控制、调节，温度精度可达0.01℃。通过远程监控，发现湿度超过地震计正常工作范围时，更换干燥剂，减少人员频繁进入摆房内而造成干扰。通过计算机、手机登录内网，进行远程监控，按照“地震前兆数据库结构规范”格式存储并自动存入oracle数据库，拓展了应用了领域。

本发明还提供一种恒温低湿监控仪的监控方法的优选实施例，包括，

初始化设置，中央处理器启动后，对系统的技术指标、仪器状态、参数设置等模块进行初始化处理，使系统各个模块、串口等均完成初始化设置；

中央处理器接收探测单元(即温湿度传感器17)采集到的恒温低湿防护箱内部的实时温度、实时湿度数据，并且实时温度与设定温度进行比较，当实时温度小于设定温度时，加热单元启动进行加热，当实时温度大于设定温度时，加热单元停止加热；加热单元加热后，中央处理器再次接收恒温低湿防护箱内的实时温度；

同时，实时湿度与设定湿度进行比较，实时湿度大于设定湿度时，中央处理器发出警报，以便工作人员及时更换吸湿单元内的干燥剂，以使实时湿度小于设定湿度；

中央处理器接收到的实时温度、实时湿度数据存储在存储模块内，并且存储模块内的数据传输到oracle数据库中，同时，存储模块的数据通过网络传输到终端设备上，以便数据在终端设备上进行显示，工作人员可实时监控。

在初始化设置之前，设置看门狗程序，看门狗程序对中央处理器的工作状态进行监控，对中央处理器进行监控和重新启动，以保证中央处理器保持持续运行状态。

其中，警报可以为声光警报，还可以通过终端设备上的数据显示进行警报，如红色警报标识。

本实施例的地震计恒温低湿监控仪，在不影响地震计正常工作的情况下，使地震计的工作温度控制在较小范围内且达到恒温效果，同时箱体11内有加热单元能加热除湿，通过高精度的温湿度传感器17实时测量内部的温度和湿度，同时该仪器具有网络功能、自动记录存储功能，通过内部网页用计算机、手机随时查看，方便工作人员实时了解测震摆房内的温湿度变化情况，具有安装方便、操作简单等优点，同时可延长地震计使用寿命。

在应用本实施例之前，摆房内的干燥剂在半个月左右需要更换一次，应用本实施例之后，摆房内的干燥剂3-6个月更换一次即可，明显减小对仪器的干扰。

本实施例的具体应用实例，以信阳台测震地震计为例，结合图7-9所示，对信阳台采用本实施例的地震计恒温低湿监控仪前后的脉冲标定、温度、湿度数据对比结果，结果如下所示，

如图7所示，信阳台测震地震计自2014年6月到2018年初的脉冲标定结果，其中，自2017年初到2018年初为应用地震计恒温低湿监控仪的时间，2017年之前为摆房内的自然条件。脉冲标定过程中，各个方向的脉冲应该满足不高于5％的要求，以5％为合格与否的分界线。在2017年之前，不能满足此要求，采用本实施例的技术方案后，三个方向的脉冲均满足不高于5％的要求且数据维持稳定，使地震计工作稳定。

如图8所示，信阳台测震地震计所处的箱体11内湿度与摆房内环境湿度的对比图，在摆房内湿度达到100％时，恒温低湿防护箱的内部湿度较稳定，保持在低于65％，有效的延长地震计的工作寿命。

如图9所示，信阳台测震地震计所处的箱体11内温度与摆房内环境温度对比图，摆房内环境温度在5-30℃范围内变化，而恒温低湿防护箱的内部温度常年维持在22.4±0.1℃，温度控制精确，有效的延长地震计的工作寿命。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。