專利名稱：一種地震電磁信息采集裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及地震觀測領域，具體而言，涉及到一種地震電磁信息采集方法和裝置。
背景技術：
目前，人們已經(jīng)觀測到了大量的地震前出現(xiàn)的電磁異常信號。地震前的電磁異常信號主要包括地電阻率異常信號-主要涉及到地震孕育過程中地球介質電學性質變化與地震發(fā)生的關系；地電場異常信號-主要涉及到地震孕育過程中產生的動電效應或過濾電勢與地震發(fā)生的關系；電磁輻射異常信號-主要涉及到地震孕育過程中巖石破裂所產生的巖石新鮮表面激發(fā)電子信號與地震發(fā)生的關系；地磁場異常信號-主要涉及到地震孕育地區(qū)及其附近地下巖石磁性的改變與地震發(fā)生的關系。現(xiàn)在一些學者研究發(fā)現(xiàn)地震前尤其是大地震前在震中區(qū)及其周圍地區(qū)上空電離層中的電子濃度也會發(fā)生大的變化。而利用氣象衛(wèi)星資料探索地震區(qū)及其周圍地區(qū)的熱紅外輻射異常的現(xiàn)象本質上也是電磁異常現(xiàn)象。大量的實驗室實驗結果甚至野外實驗也證明，當巖石受到力的作用后就會在破裂前發(fā)出各種頻段的電磁異常信號。大量的觀測與研究表明，震前確實存在著多種形式的電磁異?，F(xiàn)象。只是由于存在許多干擾背景，它們較難識別，目前的研究水平還沒有達到完全能夠從觀測結果確定震前電磁異常信號來源的能力，而豐富且多樣性的震前電磁異?，F(xiàn)象表明它們可能來自多種源。相信隨著科學技術的不斷發(fā)展進步，現(xiàn)有的觀測技術和觀測方法必將得到進一步的改善，利用震前電磁異常信號的方法來預報地震的可能性將越來越大。目前，在地震電磁觀測中，采用系統(tǒng)如圖2所示。系統(tǒng)通過接收天線，將外部的電磁信號轉換為一定大小的電壓信號，通過數(shù)據(jù)采集卡對這個電壓信號進行采集后輸入到計算機中進行分析保存?，F(xiàn)行的設計方式主要有以下幾個不足之處第一，由于該系統(tǒng)的終端控制為計算機，使其難以實現(xiàn)流動地震電磁信息觀測記錄；第二，該系統(tǒng)配置性差，一旦計算機出現(xiàn)故障整個系統(tǒng)將無法使用，同時一般計算機使用的數(shù)據(jù)采集卡價格均很高，增加系統(tǒng)生產成本。第三缺乏模塊化設計，而模塊化后，缺乏各個模塊間實時、安全通信的方法。因此，迫切需要一種新的地震電磁信息方法和裝置來解決以上問題。

發(fā)明內容
為了解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，提高地震電磁信息觀測的流動性和穩(wěn)定性，增強地震電磁信息觀測系統(tǒng)的配置靈活性，本發(fā)明提供了一種地震電磁信息方法和裝置，所述裝置是將數(shù)據(jù)采集卡，計算機整合到一地震電磁信息采集器，同時該采集器可通過網(wǎng)絡或串行接口與計算機通信，如圖3所示。采用該種方案以后，解決了地震電磁流動觀測的問題，同時，計算機還可以通過網(wǎng)絡或串行接口訪問地震電磁信息采集器，讀取地震電磁信息數(shù)據(jù)或者對地震電磁信息采集器進行相關的設置，提高了系統(tǒng)的靈活性。具體技術方案如下一種地震電磁信息采集裝置，其特征在于所述的地震電磁信息采集裝置包括四通道模數(shù)轉換模塊，包含輸入信號調理模塊，M位模數(shù)轉換芯片模塊用于采集 2個低頻通道和2個點頻通道的模擬信號輸入；數(shù)據(jù)采集處理模塊包含數(shù)字信號處理器，數(shù)字信號處理器與四通道模數(shù)轉換模塊中的模數(shù)轉換芯片采用SPI總線形式連接。GPS模塊由一 GPS接收板Jupiter21構成。標定模塊采用直接數(shù)字頻率合成產生標定波形，包含單片機，DDS模塊。主控制模塊包含ARM9處理器，網(wǎng)絡接口及串行通信接口。存儲模塊包括FLASH存儲器，動態(tài)隨機存儲器和USB接口的大容量存儲器。電源模塊包括隔離DC-DC模塊和電壓溫度檢測模塊。一種地震電磁信息采集方法，其特征在于所述的地震電磁信息采集方法包括地震電磁信息采集器對每一分鐘之內的地震電磁波形數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理，統(tǒng)計處理采用波形絕對值求和取平均值的方法。采集的地震電磁波形數(shù)據(jù)通過自定義的實時、安全的通訊協(xié)議傳送到主控模塊。地震電磁信息采集器采集低頻段東西方向和南北方向的電磁波形，點頻段的東西和南北方向的電磁波形，并將上述4通道的波形以一定的格式記錄和壓縮。電磁波形記錄格式為MinSEED格式，壓縮算法采用的是STEIM2壓縮算法。地震電磁信息采集器對采集的電磁波形進行實時地震事件檢測判斷，地震事件檢測采用STA/LTA算法。本發(fā)明的有益效果包括1、系統(tǒng)集成度高，可適用于地震臺站或流動性觀測；2、模塊化的設計思想，使地震電磁信息采集器配置靈活；3、具有一定的通用性，可用作通用型的地震數(shù)據(jù)采集器使用；4、自定義的RS232通訊協(xié)議，實現(xiàn)主控模塊105與標定模塊104、數(shù)據(jù)采集模塊 102、電源控制模塊107的實時、準確通訊。


圖1為地震電磁信息采集器模塊功能2為原有的地震電磁信息采集系統(tǒng)圖3為改進的地震電磁信息采集系統(tǒng)圖4為地震電磁信息采集器硬件連接框5為地震電磁信息采集器數(shù)據(jù)處理流程圖
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。地震電磁信息采集器總體數(shù)據(jù)處理流程如圖5所示。采集器對實時地震電磁信息數(shù)據(jù)，使用MinKeed格式進行壓縮存儲和分鐘存儲。 同時，對實時地震電磁信息數(shù)據(jù)采用STA/LTA算法進行地震事件檢測，并對其進行存儲。存儲介質可選采集器NAND FLASH和采集器USB接口掛載的U盤。采集器通過以太網(wǎng)接收后臺軟件發(fā)送的設置、查詢命令。采集器通過以太網(wǎng)與訪問客戶通信，將地震電磁信息數(shù)據(jù)實時的傳送給客戶端， 以便客戶端實現(xiàn)實時監(jiān)控；同時接收客戶端發(fā)送的設置、查詢參數(shù)。采集器提供FTP服務，提供U盤上的數(shù)據(jù)給客戶端。主控模塊帶有網(wǎng)絡接口，RS232接口，用于與PC機相連通信。主控模塊105與標定模塊104、數(shù)據(jù)采集模塊102、電源控制模塊107通訊時采用自定義協(xié)議，具體分4部分講述1主控模塊105與標定模塊104、數(shù)據(jù)采集模塊102、電源控制模塊107通訊時采用自定義協(xié)議，包括命令發(fā)送與命令應答兩部分。命令發(fā)送命令頭+設備地址+命令字+數(shù)據(jù)包號+數(shù)據(jù)長度+數(shù)據(jù)+CRC16上述協(xié)議各部分定義如下命令頭2個字節(jié)0xlb+0xl0設備地址與設備名稱的對應關系為1) 0x00對應主控模塊1052)0x01對應數(shù)據(jù)采集模塊1023) 0x02對應標定模塊1044) 0x03對應電源控制模塊107命令字1個字節(jié)數(shù)據(jù)包號1個字節(jié)，多包傳送時，最后一個包號為0數(shù)據(jù)長度2個字節(jié)，高位在前，低位在后，數(shù)據(jù)長度包括命令頭+設備地址+命令字+數(shù)據(jù)包號+數(shù)據(jù)長度+數(shù)據(jù)CRC16 =P(X) = X16+X15+X2+1 = 8005，高位在前，低位在后命令應答正確應答0x4f+0x4b+設備地址+命令字+數(shù)據(jù)包號+數(shù)據(jù)長度+數(shù)據(jù)+CRC16錯誤應答=0x45+0x52+設備地址+命令字+數(shù)據(jù)包號+數(shù)據(jù)長度+錯誤代碼 (2byte)+CRC162主控模塊105與數(shù)據(jù)采集模塊102通信通訊協(xié)議在數(shù)據(jù)采集模塊102與主控模塊105通信過程中，主控模塊105為主設備，在完成時間同步以后就開始不停向主控模塊105發(fā)送一定格式的地震數(shù)據(jù)包，同是數(shù)據(jù)采集模塊 102還需不停檢測是否有主控模塊105發(fā)送過來的查詢/設置命令，若有，則進行相應的處理。為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，無論是數(shù)據(jù)包還是命令包均需要CRC校驗。各命令定義如下(1)數(shù)據(jù)采集模塊102發(fā)送數(shù)據(jù)(此時數(shù)據(jù)采集模塊102為主設備向主控模塊105 發(fā)送數(shù)據(jù)，主控模塊105收到數(shù)據(jù)后不應答)
命令[Oxlb+OxlO]+0x00+0x00+0x00+ 數(shù)據(jù)長度 + 波形數(shù)據(jù)(20 X 37) +CRC16應答
+0x00+0x00+0x00+0x00+0x07+CRC16波形數(shù)據(jù)格式[5字節(jié)緯度+5字節(jié)經(jīng)度]+ [hour+mm+sec+ms高位+ms低位]+ [4 通道數(shù)據(jù)0*4) ] + [hour+min+sec+ms高位+ms低位+4通道數(shù)據(jù)(4*4)](2)采樣頻率參數(shù)設定(此命令由主控模塊105發(fā)出，數(shù)據(jù)采集模塊102收到后需要回復相應的OK命令)命令[Oxlb+OxlO]+0x01+0x02+0x00+0x00+0x0B+4 個字節(jié)的 4 通道設定頻率 +CRC16應答
+0x01+0x02+0x00+0x00+0x07+CRC16其中設定的頻率四個字節(jié)分別代表了 1 4個通道，順序為1通道在前，4通道在后，如為0則表示不需要設置。另外，現(xiàn)在能設置的采樣頻率與對應發(fā)送給數(shù)據(jù)采集模塊102的數(shù)據(jù)如下
權利要求
1.一種地震電磁信息采集的方法，其特征在于對每一分鐘之內的地震電磁波形數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的地震電磁信息采集的方法，其特征在于一分鐘之內的地震電磁波形數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理采用波形絕對值求和取平均值的方法。
3.根據(jù)權利要求1所述的地震電磁信息采集的方法，其特征在于一分鐘之內的地震電磁波形數(shù)據(jù)通過自定義的協(xié)議實時、準確地發(fā)送到主控模塊。
4.一種地震電磁信息采集的方法，其特征在于采集的電磁波形包括低頻段東西方向和南北方向的電磁波形，點頻段的東西和南北方向的電磁波形，將上述4通道的波形以一定的格式記錄和壓縮。
5.根據(jù)權利要求4所述的地震電磁信息采集的方法，其特征在于電磁波形記錄格式為 MinSEED 格式。
6.根據(jù)權利要求4所述的地震電磁信息采集的方法，其特征在于壓縮算法采用的是 STEIM2壓縮算法。
7.—種地震電磁信息采集的方法，其特征在于對采集的電磁波形進行實時地震事件檢測判斷。
8.根據(jù)權利要求7所述的地震電磁信息采集的方法，其特征在于地震事件檢測采用 STA/LTA 算法。
9.一種地震電磁信息采集裝置，其特征在于所述的地震電磁信息采集裝置包括四通道模數(shù)轉換模塊，用于采集2個低頻通道和2個點頻通道的模擬信號輸入；數(shù)據(jù)采集處理模塊，用于連接4通道模數(shù)轉換模塊；GPS模塊，連接所述數(shù)據(jù)采集處理模塊；標定模塊，用于產生標定波形；主控制模塊，負責控制所述數(shù)據(jù)采集處理模塊和標定模塊；存儲模塊；電源模塊，提供上述模塊需要的供電。
10.根據(jù)權利要求9所述的地震電磁信息采集裝置，其特征在于所述四通道模數(shù)轉換模塊包含輸入信號調理模塊，模數(shù)轉換芯片模塊。
全文摘要
一種地震電磁信息采集方法和裝置，屬于地震觀測領域。所述方法是主控制模塊通過自定義的串行協(xié)議接收數(shù)據(jù)采集處理模塊采集的地震信息，將地震電磁信息按照一定的格式寫入存儲模塊，同時利用STA/LTA算法對地震事件進行檢測。該數(shù)據(jù)采集裝置包括四通道模數(shù)轉換模塊，用于采集2個低頻通道和2個點頻通道的模擬信號輸入；數(shù)據(jù)采集處理模塊，用于連接4通道模數(shù)轉換模塊；GPS模塊，連接所述數(shù)據(jù)采集處理模塊；標定模塊，用于產生標定波形；主控制模塊，負責控制所述數(shù)據(jù)采集處理模塊和標定模塊；存儲模塊；電源模塊，提供上述各模塊需要的供電。
文檔編號G01V1/24GK102288991SQ201110186540
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權日2011年7月5日
發(fā)明者盧勇, 祖暉, 章國寶, 金鐘, 黃永明 申請人:東南大學