專利名稱：微型高頻構造活動信息遙測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及構造活動監(jiān)測領域，尤其是一種微型高頻構造活動信息遙測儀。
背景技術：
現代構造運動(modern tectonic movement)是新構造運動的一部分,指人類歷史時期所發(fā)生的或正在發(fā)生的地殼運動。它對人類經濟活動有較大的影響。除用地貌研究法等以外，還可以用各種方法和儀器進行觀測，得出現代構造運動的相關性質。地殼處于不斷的運動之中，運動以各種形式的構造活動表現出來，地震(Earthquake)僅僅是其中的一種表現形式，地震預報應當建立在全面的構造活動觀測之上。近年來，地震前兆觀測技術得到很大改進，實現了數字化、自動化、高精度與寬頻帶記錄。但是，目前我們國家現有的測震臺站，采樣時間間隔較長、臺站間距較大，相對于我國廣袤的疆土，這些臺站遠遠不能滿足對前兆監(jiān)測的要求。面對臺站數量少、類型不全、成 本高、覆蓋密度低等現狀，如何對構造活動進行多參數、高密度監(jiān)測是長期以來有待解決的問題。此外，能被人們所感知的地震(頻率在幾赫茲到幾百赫茲)是從地殼內部的微破裂(破裂尺度在毫米級，頻率在幾百赫茲至上千赫茲，甚至更高)開始，并由許多個這樣的微破裂通過疊加、貫通逐漸形成大尺度(幾百米到上百公里)、低頻率的破裂帶。在一些地震前，人們可以清楚的聽到如汽車奔馳時發(fā)出的嗚嗚聲等聲音，這些聲音由地殼內部巖石破裂所產生，頻率一般在幾千赫茲左右。不同破裂尺度的構造活動，產生的信號屬于不同的頻率范圍。一般認為，天然地震(Earthquake)的破裂尺度為幾百米到上百千米，所產生的信號頻率幾赫茲；微地震(MicroEarthquake)的破裂尺度為幾米到一千米,所產生的信號頻率幾十赫茲到幾百赫茲；地聲(GeoPhone)的破裂尺度為幾毫米到上百米，所產生的信號頻率為幾千赫茲；聲發(fā)射信號(Acoustic Emission)目前多由實驗室觀測記錄,其破裂尺度在毫米級,所產生的信號頻率可達到幾萬赫茲。對地殼內部高頻信號的觀測是有必要且有意義的。通過對高頻信號的觀測，可能發(fā)現中強震甚至大地震前地殼運動頻率的異常，從而更需要增加對高頻信號領域，這一可能的地震前兆信號的分析與研究。我國現有的構造活動研究觀測主要基于地電觀測臺網、地形變臺網、全國測震臺網、首都圈測震臺網、地下水觀測網、GPS (Global Positioning System,全球定位系統(tǒng))觀測網絡以及野外地質調查等研究觀測手段。這些觀測手段中，普遍存在著采樣時間間隔不夠密集和空間上測點間距較大的問題。由采樣定理容易知道，要抓取瞬間的信號變化，采集速度必須比信號要快；要量到細微的物體，必須用比物體還要小的尺子。同樣，想要全面的觀測構造產生的信號，需要更高采樣頻率、更高分辨率的觀測儀器。從觀測手段上來說，高密度的覆蓋小型觀測臺站，是解決目前臺站測點間距過大引起采樣分辨率不高這個問題的途徑之一。[0008]不同類型的觀測儀器采集信號的分辨率的范圍。地震儀的采樣率為幾十秒一個樣點至每秒鐘幾百個樣點；地形變觀測儀器的采樣率為幾天一個樣點至每秒鐘幾千個樣點；電磁觀測儀器的采樣率為幾分鐘一個樣點至每秒鐘幾百個樣點；地下流體、地溫觀測儀器的采樣率為幾天一個樣點至每秒鐘幾個樣點。目前在小型、高頻率的觀測構造活動信號這一領域還有所缺失，不能滿足對構造活動的在時間和空間上的全面監(jiān)測。對于一些頻率較高的信號——如地聲，或者是頻率成分豐富的信號——如電磁信號；需要用分辨率高的高速采樣儀器才能滿足觀測要求，否則會導致高頻成分信號的缺失以及采集信號的失真等問題，致使對觀測數據的分析和研究出現偏差甚至誤判。目前的觀測臺站，從時間分辨率上來說，采樣頻率較低，對于構造活動高頻信息的觀測采集有所缺失；從空間分辨率上來說，現有的單個臺站占地面積一般達到幾百平方米，人口聚居區(qū)不利于大密度布設，但是受到臺站需要有人值守的限制，在非人口聚居區(qū)的條件惡劣地區(qū)實現大密度布設也有困難
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題是提供一種微型高頻構造活動信息遙測儀，以解決對地殼運動產生的構造活動進行監(jiān)測上在高頻信號采集方面的問題，以填補或擴展對地殼運動產生的高頻信號的觀測和數據采集的能力。為了解決上述問題，本實用新型提供了一種微型高頻構造活動信息遙測儀，該微型高頻構造活動信息遙測儀與遠程服務器相耦接，其特征在于，包括傳感器單元、數據采集單元、3G模塊和控制單元；其中，所述傳感器單元，分別與數據采集單元和控制單元相連接，用于根據控制單元的指示信號，感知并采集所述構造活動所產生的高頻信號，并將該高頻信號生成模擬信號傳輸給所述數據采集單元；所述數據采集單元，分別與所述傳感器單元、3G模塊和控制單元相連接，用于根據所述控制單元的指示信號，接收所述傳感器單元發(fā)送的所述模擬信號，并對該模擬信號進行模數轉換，將產生的數字信號發(fā)送給所述3G模塊；所述3G模塊，分別與數據采集單元和控制單元相連接，用于根據所述控制單元的指示信號，接收所述數據采集單元發(fā)送的所述數字信號，并通過無線網絡根據所述控制單元的指示向遠程服務器發(fā)送該數字信號，以及接收該遠程服務器發(fā)送的控制指令信號；所述控制單元，分別與所述傳感器單元、數據采集單元和3G模塊相連接，用于發(fā)送相應的指示給所述傳感器單元、數據采集單元和3G模塊進行操作。進一步地，其中，數據采集單元包括模數轉換單元、數據緩存單元、USB模塊和供電模塊；其中，所述模數轉換單元，分別與所述傳感器單元、所述數據緩存單元、供電模塊和控制單元相連接，用于在供電模塊的電壓支持下，根據所述控制單元的指示信號，接收所述傳感器單元發(fā)送的所述模擬信號，并進行模數轉換，將產生的數字信號發(fā)送給所述數據緩存單元;所述數據緩存單元，分別與模數轉換單元、USB模塊、供電模塊和控制單元相連接，用于在供電模塊的電壓支持下，根據所述控制單元的指示信號，儲存所述模數轉換單元發(fā)送的數字信號，并根據所述控制單元的指示信號，經USB模塊將數字信號發(fā)送給3G模塊；所述USB模塊，分別與所述數據緩存單元、供電模塊和控制單元相連接，用于在供電模塊的電壓支持下，根據所述控制單元的指示信號，傳輸數據緩存單元與3G模塊之間的數據交換及命令交換；所述供電模塊，分別與所述模數轉換單元、數據緩存單元和USB模塊相連接，用于為所述模數轉換單元、數據緩存單元和USB模塊提供外接電源的電壓和電流。 進一步地，其中，所述模數轉換單元進一步包括前置放大器和模數轉換器，其中，所述前置放大器，分別與所述傳感器單元和模數轉換器相連接，用于接收所述傳感器單元發(fā)送的模擬信號，并將其進行放大處理，處理后發(fā)送給所述模數轉換器；所述模數轉換器，分別與所述前置放大器和數據緩存單元相連接，用于接收所述前置放大器放大后的模擬信號，并將其轉換為數字信號發(fā)送給所述數據緩存單元?！みM一步地，其中，所述前置放大器為具有較高的電壓增益的前置放大器。進一步地，其中，所述模數轉換器為采用高速、高分辨率的18位并行模擬數字轉換器。進一步地，其中，所述傳感器單元是三通道傳感器。進一步地，其中，所述三通道傳感器為地電場傳感器、地聲傳感器或地溫傳感器之
O進一步地，其中，所述模數轉換主要是通過對所述模擬信號進行放大，然后再轉換成所述數字信號。進一步地，其中，所述模擬信號為模擬電壓信號。進一步地，其中，所述3G模塊與數據采集單元之間通過USB接口進行連接。與現有技術相比，本實用新型所述微型高頻構造活動信息遙測儀，解決了對地殼運動產生的構造活動進行監(jiān)測上在高頻信號采集方面的問題，填補或擴展對地殼運動產生的高頻信號的觀測和數據采集的能力；同時降低了單臺儀器的成本，可以實現高密度布設、小型化儀器一至兩人可以進行安裝、多年連續(xù)使用、無人值守，對當前與未來構造活動的觀測。

圖I為本實用新型實施例所述微型高頻構造活動信息遙測儀的結構框圖；圖2為本實用新型實施例所述微型高頻構造活動信息遙測儀中的數據采集單元的具體結構圖；圖3為本實用新型實施例中圖2所述數據采集單元中的模數轉換單元的具體結構圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明，但不作為對本實用新型的限定。如圖I所示，為本實用新型實施例所述的一種微型高頻構造活動信息遙測儀，該微型高頻構造活動信息遙測儀I與遠程服務器51相耦接，其特征在于，該微型高頻構造活動信息遙測儀I包括傳感器單元11、數據采集單元12、3G (第三代移動通信技術，3rd-generation)模塊13和控制單元14 ;其中，所述傳感器單元11，分別與數據采集單元12和控制單元14相連接，用于根據控制單元14的指示信號，感知并采集所述構造活動所產生的高頻信號，并將該高頻信號生成模擬信號(在本實施例中一般采用模擬電壓信號)傳輸給所述數據采集單元12。其中，該傳感器單元11在本實施例中可以是三通道傳感器，即該三通道傳感器單元11可以是地電場傳感器、地聲傳感器或地溫傳感器之一。同時，該傳感器單元11也可以是具有地電場傳感器、地聲傳感器和地溫傳感器的傳感器單元11，這里只需技術人員根據實際情況，對傳感器單元中所具有的傳感器進行設置即可，這里不再贅述。所述數據采集單元12，分別與所述傳感器單元11、3G模塊13和控制單元14相連接，用于根據所述控制單元14的指示信號，接收所述傳感器單元11發(fā)送的所述模擬信號，并對該模擬信號進行模數轉換，將產生的數字信號發(fā)送給所述3G模塊13。其中，所述的模數轉換主要是是通過對所述模擬信號進行放大，然后再轉換成所·述數字信號。所述3G模塊13，分別與數據采集單元12和控制單元14相連接，用于根據所述控制單元14的指示信號，接收所述數據采集單元12發(fā)送的所述數字信號，并通過無線網絡根據所述控制單元14的指示向遠程服務器51發(fā)送該數字信號，以及接收該遠程服務器51發(fā)送的控制指令信號。其中，在本實施例中所述3G模塊13與數據采集單元12之間可以通過USB接口進行連接。還可以通過其他方式進行連接，這里對于本領域技術人員都能考慮到的變化，不再做出具體贅述。所述控制單元14，分別與所述傳感器單元11、數據采集單元12和3G模塊13相連接，用于發(fā)送相應的指示給所述傳感器單元11、數據采集單元12和3G模塊13進行操作。如圖2所示，為本實用新型實施例中數據采集單元12的內部結構框圖，該數據采集單元12包括模數轉換單元21、數據緩存單元22、USB模塊23和供電模塊24 ;其中，所述模數轉換單元21，分別與所述傳感器單元11、所述數據緩存單元22、供電模塊24和控制單元14相連接，用于在供電模塊24的電壓支持下，根據所述控制單元14的指示信號，接收所述傳感器單元11發(fā)送的所述模擬信號，并進行模數轉換，將產生的數字信號發(fā)送給所述數據緩存單元22。所述數據緩存單元22，分別與模數轉換單元21、USB模塊23、供電模塊24和控制單元14相連接，用于在供電模塊24的電壓支持下，根據所述控制單元14的指示信號，儲存所述模數轉換單元21發(fā)送的數字信號，并根據所述控制單元14的指示信號，經USB模塊23將數字信號發(fā)送給3G模塊13。其中，所述的數字信號以O、I 二進制代碼的形式儲存在所述數據緩存單元22中。所述USB模塊23，分別與所述數據緩存單元22、供電模塊24和控制單元14相連接，用于在供電模塊24的電壓支持下，根據所述控制單元14的指示信號，傳輸數據緩存單元22與3G模塊13之間的數據交換及命令交換。所述供電模塊24，分別與所述模數轉換單元21、數據緩存單元22和USB模塊23相連接，用于為所述模數轉換單元21、數據緩存單元22和USB模塊23提供外接電源的電壓和電流。保證所述模數轉換單元21、數據緩存單元22和USB模塊23正常工作。[0050]如圖3所示，模數轉換單元21由前置放大器211和模數轉換器212組成，其中，所述前置放大器211，分別與所述傳感器單元11和模數轉換器212相連接，用于接收所述傳感器單元11發(fā)送的模擬信號，并將其進行放大處理，處理后發(fā)送給所述模數轉換器 212 ；其中，在本實施例中所述前置放大器211為具有較高的電壓增益的前置放大器211，該前置放大器211可以將小信號放大到標準電平上。使用該前置放大器211的原因是，前端的傳感器單元11感知并采集到的所述構造活動所產生的高頻信號比較弱，需要先將其放大到一定的電平才可以到下一級進行處理。所述的模數轉換器212，分別與所述前置放大器211和數據緩存單元22相連接，用于接收所述前置放大器211放大后的模擬信號，并將其轉換為數字信號發(fā)送給所述數據緩存單元22。其中，這里需要說明的是，所述模數轉換單元212為采用高速、高分辨率的18位并 行模擬數字轉換器，這種轉換器與以往數據采集器中經常使用的Σ —ΛΑ / D轉換器相t匕，其優(yōu)越性在于是一種逐次逼近的模數轉換器，其噪聲是非頻率依賴的。與現有技術相比，本實用新型所述微型高頻構造活動信息遙測儀，解決了對地殼運動產生的構造活動進行監(jiān)測上在高頻信號采集方面的問題，填補或擴展對地殼運動產生的高頻信號的觀測和數據采集的能力；同時降低了單臺儀器的成本，可以實現高密度布設、小型化儀器一至兩人可以進行安裝、多年連續(xù)使用、無人值守，對當前與未來構造活動的觀測。具有如下特點I、可以達到最高采樣頻率為50KHz，可以根據需求自己選擇采樣頻率。2、還實現了自帶三通道傳感器接口，并提供地溫信號、地聲信號以及電磁信號采集器，可根據需要安裝其他測量參數的傳感器。3、還可以沿斷層帶高密度布設，測量近地表斷層附近構造活動產生的高頻信號，用于地質學研究或是為地震預報領域的提供高精度、高時空分辨率的數據。4、同時也可以應用到礦震監(jiān)測、大工程監(jiān)測、地下洞室(防空洞)等領域。當然，本實用新型還可有其他多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據本實用新型做出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本實用新型所附的權利要求的保護范圍。
權利要求1.一種微型高頻構造活動信息遙測儀，該微型高頻構造活動信息遙測儀與遠程服務器相耦接，其特征在于，包括傳感器單元、數據采集單元、3G模塊和控制單元；其中， 所述傳感器單元，分別與數據采集單元和控制單元相連接，用于根據控制單元的指示信號，感知并采集所述構造活動所產生的高頻信號，并將該高頻信號生成模擬信號傳輸給所述數據采集單元； 所述數據采集單元，分別與所述傳感器單元、3G模 塊和控制 單元相連接，用于根據所述控制單元的指示信號，接收所述傳感器單元發(fā)送的所述模擬信號，并對該模擬信號進行模數轉換，將產生的數字信號發(fā)送給所述3G模塊； 所述3G模塊，分別與數據采集單元和控制單元相連接，用于根據所述控制單元的指示信號，接收所述數據采集單元發(fā)送的所述數字信號，并通過無線網絡根據所述控制單元的指示向遠程服務器發(fā)送該數字信號，以及接收該遠程服務器發(fā)送的控制指令信號； 所述控制單元，分別與所述傳感器單元、數據采集單元和3G模塊相連接，用于發(fā)送相應的指示給所述傳感器單元、數據采集單元和3G模塊進行操作。
2.如權利要求I所述的微型高頻構造活動信息遙測儀，其特征在于，數據采集單元包括模數轉換單元、數據緩存單元、USB模塊和供電模塊；其中， 所述模數轉換單元，分別與所述傳感器單元、所述數據緩存單元、供電模塊和控制單元相連接，用于在供電模塊的電壓支持下，根據所述控制單元的指示信號，接收所述傳感器單元發(fā)送的所述模擬信號，并進行模數轉換，將產生的數字信號發(fā)送給所述數據緩存單元； 所述數據緩存單元，分別與模數轉換單元、USB模塊、供電模塊和控制單元相連接，用于在供電模塊的電壓支持下，根據所述控制單元的指示信號，儲存所述模數轉換單元發(fā)送的數字信號，并根據所述控制單元的指示信號，經USB模塊將數字信號發(fā)送給3G模塊； 所述USB模塊，分別與所述數據緩存單元、供電模塊和控制單元相連接，用于在供電模塊的電壓支持下，根據所述控制單元的指示信號，傳輸數據緩存單元與3G模塊之間的數據交換及命令交換； 所述供電模塊，分別與所述模數轉換單元、數據緩存單元和USB模塊相連接，用于為所述模數轉換單元、數據緩存單元和USB模塊提供外接電源的電壓和電流。
3.如權利要求2所述的微型高頻構造活動信息遙測儀，其特征在于，所述模數轉換單元進一步包括前置放大器和模數轉換器，其中， 所述前置放大器，分別與所述傳感器單元和模數轉換器相連接，用于接收所述傳感器單元發(fā)送的模擬信號，并將其進行放大處理，處理后發(fā)送給所述模數轉換器； 所述模數轉換器，分別與所述前置放大器和數據緩存單元相連接，用于接收所述前置放大器放大后的模擬信號，并將其轉換為數字信號發(fā)送給所述數據緩存單元。
4.如權利要求3所述的微型高頻構造活動信息遙測儀，其特征在于，所述前置放大器為具有較高的電壓增益的前置放大器。
5.如權利要求3所述的微型高頻構造活動信息遙測儀，其特征在于，所述模數轉換器為采用高速、高分辨率的18位并行模擬數字轉換器。
6.如權利要求I所述的微型高頻構造活動信息遙測儀，其特征在于， 所述傳感器單元是三通道傳感器。
7.如權利要求6所述的微型高頻構造活動信息遙測儀，其特征在于，所述三通道傳感器為地電場傳感器、地聲傳感器或地溫傳感器之一。
8.如權利要求I所述的微型高頻構造活動信息遙測儀，其特征在于，所述模數轉換主要是通過對所述模擬信號進行放大，然后再轉換成所述數字信號。
9.如權利要求8所述的微型高頻構造活動信息遙測儀，其特征在于，所述模擬信號為模擬電壓信號。
10.如權利要求I所述的微型高頻構造活動信息遙測儀，其特征在于，所述3G模塊與數據采集單元之間通過USB接口進行連接。
專利摘要本實用新型公開了微型高頻構造活動信息遙測儀，該微型高頻構造活動信息遙測儀與遠程服務器相耦接，其特征在于，包括傳感器單元、數據采集單元、3G模塊和控制單元；與現有技術相比，本實用新型解決了對地殼運動產生的構造活動進行監(jiān)測上在高頻信號采集方面的問題，填補或擴展對地殼運動產生的高頻信號的觀測和數據采集的能力；同時降低了單臺儀器的成本，可以實現高密度布設、小型化儀器一至兩人可以進行安裝、多年連續(xù)使用、無人值守，對當前與未來構造活動的觀測。
文檔編號G01V1/22GK202693806SQ20122039432
公開日2013年1月23日 申請日期2012年8月9日 優(yōu)先權日2012年8月9日
發(fā)明者張詩笛, 劉力強, 陳國強, 劉培洵, 陳順云 申請人:中國地震局地質研究所