一種分布式礦震檢測方法及裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開一種分布式礦震檢測方法及裝置，涉及煤礦井下安全監控領域。將多路震動檢測裝置分布式安裝在待測設備或區域；服務器提供啟動信號后開始高精度同步震動檢測，采集的信號由裝置接收處理后通過以太網傳送到云端服務器；服務器對海量信息進行數據融合分析處理后提供給用戶。震動檢測裝置硬件包括震動檢測轉換單元、微控制器單元、人機交互單元、存儲單元、通信單元、時間同步單元和服務器。優點：能夠檢測靈敏度高、動態范圍大的震動信號，頻響特性寬，數據無損快速傳輸，分布式環境下網絡化同步與震源定位精度高；系統容量大，具有較強的擴容能力和較低的擴容成本。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開一種分布式礦震檢測方法及裝置，涉及煤礦井下安全監控領域。將多路震動檢測裝置分布式安裝在待測設備或區域；服務器提供啟動信號后開始高精度同步震動檢測，采集的信號由裝置接收處理后通過以太網傳送到云端服務器；服務器對海量信息進行數據融合分析處理后提供給用戶。震動檢測裝置硬件包括震動檢測轉換單元、微控制器單元、人機交互單元、存儲單元、通信單元、時間同步單元和服務器。優點：能夠檢測靈敏度高、動態范圍大的震動信號，頻響特性寬，數據無損快速傳輸，分布式環境下網絡化同步與震源定位精度高；系統容量大，具有較強的擴容能力和較低的擴容成本。【專利說明】一種分布式礦震檢測方法及裝置
本專利技術涉及涉及礦震檢測
，具體是一種分布式礦震檢測方法及裝置。
技術介紹
目前微地震監測技術已經成為地球物理界的熱門技術之一，是儲層壓裂過程中最精確、最及時、最有效的監測手段。近幾年來，世界各國紛紛投入大量資金、人力、物力，積極開展該技術的應用與研究工作，廣泛用于各類資源開發及生產活動，比如煤礦開采、頁巖油氣開發等。隨著地球物理學的發展，特別是數字化地震監測技術的應用，以及對震源定位方法深入研究，微地震監測技術應用范圍不斷擴大，發展前景廣闊。微地震監測技術的基本應用方法是:通過在礦區井下或地面分布式布置震動檢測器，接收由自然原因或生產活動所產生或誘導的微小地震事件，并通過對這些事件的產生的震動數據綜合分析，最后通過這些分析結果對生產活動進行監控和指導。隨著該項監測技術的日益成熟，實時微地震監測系統可以及時指導壓裂工程，適時調整壓裂參數；對壓裂范圍、裂縫發育方向和大小進行追蹤定位，客觀評價壓裂工程的效果，對礦區生產開發提供有效的指導。礦區微地震檢測技術共分為三類:第一類是礦井地震檢測系統，特點是監測大震級破裂事件，定位精度500米左右，主要采用地震行業的技術和設備；第二類是分布式微地震監測系統，用于監測小型礦震，特點是可監測小震級破裂事件，定位精度50?100米左右，一般適合采區尺度的震動監測；第三類是高精度微地震檢測系統，用于監測小震級沖擊地壓和巖層破裂，定位精度達到10米以內。現有的各種礦震監測方法存在很多問題: 1.大部分還是采用局部化、區域化、獨立節點為主的布局結構，無法利用分布式大數據融合來真實反映地震情況。2.少量采用分布式的監測方法無法保證采集數據的同步性、一致性、相關性，通過后期數據分析的方法誤差很大。3.現有的監測網絡需要單獨布線，成本高、擴展性差、難度大。
技術實現思路
為了克服上述現有技術的缺點，本專利技術提供一種分布式礦震檢測方法及裝置，能夠檢測靈敏度高、動態范圍大的震動信號，實現頻響特性寬、數據無損快速傳輸、分布式環境下網絡化同步與震源定位精度高。本專利技術是以如下技術方案實現的:一種分布式礦震檢測裝置，其特征在于:包括多路分布式安裝在待測設備或待測區域的震動檢測裝置；所述的震動檢測裝置包括微控制器單元、分別與微控制器單元連接的震動檢測轉換單元、人機交互單元、存儲單元、通信單元和時間同步單元，所述的通信單元和震動檢測轉換單元分別與時間同步單元連接，所述的微控制器單元通過通信單元連接服務器，所述的服務器通過通信單元同時給多路震動檢測裝置提供啟動信號；所述的時間同步單元以支持IEEE1588硬件時間戳的以太網物理層芯片為核心。其進一步是:所述的震動檢測轉換單元由加速度震動傳感器、抗混疊濾波器和模數轉換器組成；加速度震動傳感器采集到反映震動信息的模擬量后經抗混疊濾波器送入模數轉換器，模數轉換器轉換后的數字信號送給微控制器單元。所述的微控制器單元由嵌入式微控制器以及與嵌入式微控制器連接的FIFO存儲器組成。所述的人機交互單元采用液晶觸摸顯示屏。所述的存儲單元采用非易失性存儲器。所述的通信單元包括以太網接口、串口、程序下載接口及現場總線接口。一種分布式礦震檢測方法，采用上述的分布式礦震檢測裝置，具體檢測步驟如下: 步驟1，將多路震動檢測裝置分布式安裝在待測設備或待測區域； 步驟2，服務器發出啟動信號后由時間同步單元在IEEE1588網絡測量和控制系統的精密時鐘同步協議控制下提供高精度定時檢測控制脈沖； 步驟3，震動檢測轉換單元將采集到的信號進行濾波、模數轉換處理后送入微控制器單元；微控制器單元在數據上加入幀頭、幀尾、時間戳、校驗值部分，以封裝成能夠在以太網傳輸的信息結構，封裝完成后還要進行無損數據壓縮； 步驟4，微控制器將封裝后的信息通過通信單元中的以太網接口傳送至云端服務器；步驟5，服務器對多路震動檢測裝置處理后的數據進行數據融合分析處理后得到震源位置和震動時間提供給用戶。其進一步是:根據采集信號中的離散數據利用目前相關檢測方法得到地震波到達相關檢測裝置的時間差，由此時間差可確定近場區和遠場區；再根據TDOA定位方法，將地震波傳播速度、時間差、檢測裝置坐標綜合處理計算出震動時間和震源位置。本專利技術的有益效果是: 1、能夠檢測靈敏度高、動態范圍大的震動信號，頻響特性寬。2、分布式環境下網絡化同步與震源定位精度高。3、系統容量大，具有較強的擴容能力和較低的擴容成本 4、系統還可以擴展功能，具有更強的監測能力。【專利附圖】【附圖說明】圖1為本專利技術系統結構原理框圖； 圖2為震動檢測裝置原理框圖； 圖3為本專利技術系統流程圖。【具體實施方式】如圖1和圖2所示，一種分布式礦震檢測裝置包括多路分布式安裝在待測設備或待測區域的震動檢測裝置；所述的震動檢測裝置包括微控制器單元、分別與微控制器單元連接的震動檢測轉換單元、人機交互單元、存儲單元、通信單元和時間同步單元，所述的通信單元和震動檢測轉換單元分別與時間同步單元連接，所述的微控制器單元通過通信單元連接服務器，所述的服務器通過通信單元同時給多路震動檢測裝置提供啟動信號。軟件部分包括實時操作系統、人機交互界面、云端數據庫、數據處理和通信等。所述的震動檢測轉換單元由加速度震動傳感器、抗混疊濾波器和模數轉換器組成；加速度震動傳感器采集到反映震動信息的模擬量后經抗混疊濾波器送入模數轉換器，模數轉換器轉換后的數字信號送給微控制器單元。實際中，震動的形式多種多樣、強度大小不一、頻率范圍跨度很大，因此要求加速度震動傳感器靈敏度要高、響應頻帶要寬。同時要求模數轉換器分辨率要高，本專利技術中采用24位高速模數轉換器。微控制器單元是整個系統的核心，所述的微控制器單元由嵌入式微控制器以及與嵌入式微控制器連接的FIFO存儲器組成，在實時操作系統的控制下快速響應、處理各種事件，保證所有實時任務協調一致運行，控制各種外設正常工作，接收、處理、存儲、轉發震動數據以及運行各種通信所遵循的協議。微控制器接收模數轉換器的轉換結果后，要在數據上加入幀頭、幀尾、時間戳、校驗值等部分，以封裝成能夠在以太網傳輸的信息結構。封裝完成后還要進行無損數據壓縮以提高數據傳輸速度。為了防止意外導致數據丟失，系統運行中數據需要存到FIFO和非易失性存儲器中。系統數據通過以太網傳輸同時對網絡時間同步方面要求嚴格，微控制器還需要運行IEEE1588協議棧和TCPIP協議棧。所述的人機交互單元采用液晶觸摸顯示屏，人機交互單元中的液晶觸摸顯示屏通過友好的交互界面顯示系統運行狀態并控制系統運行參數。界面可以采用本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種分布式礦震檢測裝置，其特征在于：包括多路分布式安裝在待測設備或待測區域的震動檢測裝置；所述的震動檢測裝置包括微控制器單元、分別與微控制器單元連接的震動檢測轉換單元、人機交互單元、存儲單元、通信單元和時間同步單元，所述的通信單元和震動檢測轉換單元分別與時間同步單元連接，所述的微控制器單元通過通信單元連接服務器，所述的服務器通過通信單元同時給多路震動檢測裝置提供啟動信號；所述的時間同步單元以支持IEEE1588硬件時間戳的以太網物理層芯片為核心。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙小虎，丁恩杰，有鵬，胡晨駿，張敏，
申請(專利權)人：中國礦業大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32