[實用新型]基于CompactRIO平臺的微震數(shù)據(jù)采集設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320530277.6
• 申請日: 2013-08-29
• 公開（公告）號: CN203443664U
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅嗣成;金瑋
• 申請（專利權(quán)）人: 上海聚星儀器有限公司
• 主分類號: G01H11/06
• 分類號: G01H11/06
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種在微震監(jiān)測領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集儀器，尤其涉及一種基于CompactRIO平臺的微震數(shù)據(jù)采集設(shè)備。

背景技術(shù)

???微震監(jiān)測系統(tǒng)是通過監(jiān)測巖體破裂產(chǎn)生的震動或其他物體的震動，對監(jiān)測對象的破壞狀況、安全狀況等作出評價，從而為預(yù)報和控制災(zāi)害提供依據(jù)的成套設(shè)備和技術(shù)。該監(jiān)測系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于礦山巖體破裂的定位監(jiān)測，是預(yù)測預(yù)報頂板垮落、礦井突水、煤與瓦斯突出、沖擊地壓等的有效工具，也可根據(jù)監(jiān)測到的巖體破裂的范圍和破裂程度，確定導(dǎo)水裂隙帶高度、開采上限和巷道的合理位置等重要參數(shù)。微震監(jiān)測系統(tǒng)也可應(yīng)用于建筑物安全監(jiān)控、大壩和邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測、核廢料儲存峒室穩(wěn)定性監(jiān)測、隧道穩(wěn)定性監(jiān)測以及石油、軍事等領(lǐng)域。可通過在破裂區(qū)周圍的空間內(nèi)布置多組檢波器并實時采集微震數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，采用震動定位原理，可確定破裂發(fā)生的位置，并在三維空間上顯示出來。

???由于微震監(jiān)測系統(tǒng)都是在十分惡劣的環(huán)境下工作，微震信號非常微弱，且各個檢測點分布比較遠，所以我們選用了抗惡劣環(huán)境，且可分布式部署的CompactRIO平臺，高動態(tài)范圍的動態(tài)信號采集模塊，以及分布式多機箱同步算法，從而保證整個監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性，穩(wěn)定性，準確性及易用性。

發(fā)明內(nèi)容

為了滿足微震監(jiān)測系統(tǒng)復(fù)雜，惡劣的工作環(huán)境，本實用新型的目的在于提出一種基于CompactRIO平臺的微震數(shù)據(jù)采集設(shè)備。該設(shè)備基于CompactRIO平臺搭建，采用高動態(tài)范圍的數(shù)據(jù)采集卡以及利用平臺的FPGA資源，編寫相關(guān)軟件算法來滿足數(shù)據(jù)采集的精度，多機箱同步及觸發(fā)存儲等需求。

本實用新型提出的基于CompactRIO平臺的微震數(shù)據(jù)采集設(shè)備，由CompactRIO機箱1、控制器2、動態(tài)信號采集模塊3和數(shù)字DIO模塊4組成，其中：CompactRIO機箱1中含有FPGA模塊5，動態(tài)信號采集模塊3輸出端連接FPGA模塊5，輸入端連接振動傳感器，F(xiàn)PGA模塊5的輸出端連接控制器，DIO模塊的輸入端連接SPI通信總線及外圍數(shù)字輸入輸出線，輸出端連接?FPGA模塊5。

本實用新型中，同一機箱動態(tài)信號采集模塊間的同步通過背板FPGA完成，從而實現(xiàn)了模塊間的信號精確的時間同步。

本實用新型中，多機箱同步通過IEEE1588協(xié)議先同步各機箱的控制器的時鐘，然后再在FPGA上有個模擬時鐘去同步控制器的時鐘，從而達到分布式多機箱同步。

本實用新型中，通過FPGA上數(shù)字鎖相環(huán)算法，各機箱都去同步各自的控制器的時鐘，這樣達到多機箱同步采樣；

本實用新型中，通過FPGA上重采樣算法，從而能夠得到任意采樣率波形數(shù)據(jù)；

本實用新型中，通過FPGA上重采樣STA/LTA算法，從而能夠分離各個微震信號事件；并進行觸發(fā)存儲，從而減少無效信號的計算與存儲。

本實用新型中，F(xiàn)PGA上處理后的數(shù)據(jù)通過PCI總線發(fā)送到控制器端，控制器將數(shù)據(jù)按照標準格式定義打包，然后可通過TCP/IP協(xié)議發(fā)送給其他終端進行處理。

本實用新型微震數(shù)據(jù)采集儀采用模塊化的儀器結(jié)構(gòu)，方便系統(tǒng)的搭建和配置升級；采用CompactRIO平臺保證系統(tǒng)長時間高可靠運行；采用FPGA實現(xiàn)信號的采集、重采樣、濾波、觸發(fā)算法及多機箱的軟件同步；充分發(fā)揮了它的逐點運算的實時性，穩(wěn)定性及準確性。

附圖說明

圖1是本實用新型微震數(shù)據(jù)采集設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本實用新型微震采集設(shè)備FPGA模塊5中的信號處理流程圖。

圖中標號：1為CompactRIO機箱，2為控制器，3為動態(tài)信號采集模塊，4為數(shù)字DIO模塊，5為FPGA模塊。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本實用新型進一步說明。

實施例1：將下列各部件按圖1所示方式連接，該領(lǐng)域技術(shù)人員均能順利實施。CompactRIO機箱1采用cRIO-9118機箱，其背板上有FPGA模塊5。控制器2采用cRIO-9025控制器。動態(tài)信號采集模塊3采用cRIO-9234。數(shù)字DIO模塊4采用cRIO-9401。動態(tài)信號采集模塊3的輸入端連接振動傳感器，數(shù)字DIO模塊4接外部SPI設(shè)備。?

本實用新型的工作過程如下：

振動傳感器把微震信號轉(zhuǎn)成電壓信號傳給動態(tài)信號采集模塊3，動態(tài)信號采集模塊3把模擬信號通過ADC轉(zhuǎn)成數(shù)字量后傳給FPGA模塊5,?FPGA模塊5根據(jù)數(shù)字鎖相環(huán)鎖得RT的時鐘，后進行分頻后得到所需的采樣時鐘，F(xiàn)PGA模塊5根據(jù)采樣時鐘進行重采樣，出來信號根據(jù)用戶定義進行數(shù)字濾波處理，然后經(jīng)過一個直流陷波器把直接成分去除，之后經(jīng)過STA/LTA算法進行觸發(fā)波形運算，最后數(shù)據(jù)通過DMA傳送到控制器2，數(shù)字DIO模塊4接收外部SPI設(shè)備信號也通過DMA傳送到控制器2。控制器2再將數(shù)據(jù)通過TCP/IP協(xié)議發(fā)送出去，或在本地存儲。