[發(fā)明專(zhuān)利]一種多通道泥石流地聲處理電路和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611051332.8
• 申請(qǐng)日: 2016-11-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108088545B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顏芳;孫芳;萬(wàn)順平;王珂;孫景雷;梁濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 航天科工慣性技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01H1/12
• 分類(lèi)號(hào): G01H1/12
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種多通道泥石流地聲處理電路，其特征在于，該電路包括：AD采集模塊、比較觸發(fā)模塊、微處理器模塊和至少3個(gè)地聲信號(hào)調(diào)理模塊；

地聲信號(hào)調(diào)理模塊，用于接收地聲傳感器傳送的地聲信號(hào)，并對(duì)接收到的地聲信號(hào)進(jìn)行調(diào)理后發(fā)送給AD采集模塊；

其中所述的地聲信號(hào)調(diào)理模塊包括防雷模塊、第一濾波模塊、第二濾波模塊、輸入保護(hù)模塊、第三濾波模塊和第四濾波模塊：

防雷模塊，與地聲傳感器連接，進(jìn)行大線(xiàn)防雷保護(hù)，當(dāng)發(fā)生雷擊瞬間電路電壓過(guò)大時(shí)，浪涌保護(hù)器件泄放沖擊電壓和電流，保護(hù)所述多通道泥石流地聲采集電路；

第一濾波模塊，用于接收地聲傳感器發(fā)送的地聲信號(hào)，吸收地聲傳感器較長(zhǎng)線(xiàn)纜上引入的干擾噪聲，并將處理后的地聲信號(hào)發(fā)送給第二濾波模塊；

第二濾波模塊，用于接收第一濾波模塊發(fā)送的地聲信號(hào)，并降低來(lái)自第一濾波模塊的地聲信號(hào)的差模和共模噪聲，將處理后的地聲信號(hào)發(fā)送給第三濾波模塊；

輸入保護(hù)模塊，用于在第二濾波模塊向第三濾波模塊傳送地聲信號(hào)過(guò)程中，吸收輸入的大電壓信號(hào)；

第三濾波模塊，用于接收第二濾波模塊發(fā)送的地聲信號(hào)，配合微控制器完成不同地質(zhì)環(huán)境下地聲模塊的帶寬設(shè)置，并根據(jù)帶寬設(shè)置對(duì)接收到的地聲信號(hào)進(jìn)行篩選，獲取所需地聲信號(hào)，并將處理后的地聲信號(hào)發(fā)送給第四濾波模塊；

第四濾波模塊，用于接收第三濾波模塊發(fā)送的地聲信號(hào)，將線(xiàn)路上的所有共模噪聲分流至接地；

比較觸發(fā)模塊，用于接收任一地聲信號(hào)調(diào)理模塊發(fā)送的地聲信號(hào)，當(dāng)?shù)芈曅盘?hào)超過(guò)比較觸發(fā)的閾值時(shí)，通知微處理器模塊采集地聲信號(hào)，所述閾值通過(guò)數(shù)字電位器動(dòng)態(tài)設(shè)置；

AD采集模塊，采用24位多通道同步進(jìn)行采樣，每個(gè)通道對(duì)應(yīng)一個(gè)地聲信號(hào)調(diào)理模塊，每個(gè)通道接收其對(duì)應(yīng)的地聲信號(hào)調(diào)理模塊發(fā)送的地聲信號(hào)，同時(shí)，提供超低輸入電流，允許直接連接傳感器，每個(gè)輸入通道都有一個(gè)可編程增益級(jí)，將低幅度傳感器輸出映射到滿(mǎn)量程ADC輸入范圍，從而使信號(hào)鏈的動(dòng)態(tài)范圍最大，數(shù)字濾波器濾除AD采集后引入的噪聲，將處理后的地聲信號(hào)發(fā)送給比較觸發(fā)模塊；

微處理器模塊，在接到比較觸發(fā)模塊發(fā)送的采集地聲信號(hào)指示后，接收AD采集模塊發(fā)送的地聲信號(hào)，對(duì)采集的地聲信號(hào)進(jìn)行增益動(dòng)態(tài)設(shè)置、數(shù)字濾波、頻率篩選處理，識(shí)別有效的泥石流地聲信號(hào)，動(dòng)態(tài)地配置地聲傳感器的截止頻率、實(shí)時(shí)調(diào)整AD采集模塊的增益，并能根據(jù)泥石流的類(lèi)型設(shè)置AD模塊的濾波器模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，在地聲傳感器的一對(duì)差分信號(hào)上各并聯(lián)一個(gè)氣體放電管構(gòu)成所述防雷模塊，氣體放電管的一端與第一濾波模塊的輸出相連，另一端與地聲傳感器的大地相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，在地聲傳感器的一對(duì)差分信號(hào)上各串聯(lián)一個(gè)小的電阻或者磁珠構(gòu)成所述第一濾波模塊。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述第二濾波模塊，采用共模扼流圈的兩個(gè)電感分別與2個(gè)電阻并聯(lián)后再與電容組成的差分濾波器組合。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述輸入保護(hù)模塊包括連接在差分信號(hào)線(xiàn)與地之間的壓敏電阻或者TVS管。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述第三濾波模塊采用低通開(kāi)關(guān)電容濾波器實(shí)現(xiàn)，低通開(kāi)關(guān)電容濾波器的截止頻率由微處理器模塊控制，通過(guò)調(diào)整微處理器模塊的輸出頻率完成截止頻率動(dòng)態(tài)配置。

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電路，其特征在于，在AD采集模塊的差分信號(hào)上輸入端各并聯(lián)一個(gè)電阻和電容到地，構(gòu)成具有接地參考的所述第四濾波模塊。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其特征在于，微處理器模塊根據(jù)泥石流地聲引入的噪聲特點(diǎn)配置AD采集模塊的數(shù)字濾波器模型，并根據(jù)初始采集的信號(hào)的強(qiáng)弱動(dòng)態(tài)地設(shè)置AD采集模塊的增益，以滿(mǎn)足不同信號(hào)強(qiáng)度地聲信號(hào)的要求。

9.一種基于權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述電路實(shí)現(xiàn)的泥石流地聲處理方法，其特征在于，將至少3個(gè)地聲傳感器探頭以三角的方式埋設(shè)在泥石流溝緣附近的基巖上，該方法包括以下步驟：

步驟1：微處理器模塊根據(jù)泥石流溝的地質(zhì)條件配置低通開(kāi)關(guān)電容濾波器的截止頻率和采樣頻率；

步驟2：在確定沒(méi)有泥石流發(fā)生的情況下，通過(guò)微處理器發(fā)送觸發(fā)閾值自動(dòng)設(shè)置指令，以10S內(nèi)采集的信號(hào)的最大值為初始閾值A(chǔ)0；若比較觸發(fā)模塊在10S的時(shí)間內(nèi)仍然觸發(fā)處理器中斷，再將觸發(fā)閾值A(chǔ)1設(shè)定為A0*1.2，此時(shí)，A1作為下次觸發(fā)的A0，依次類(lèi)推，直到比較觸發(fā)模塊在10S的時(shí)間內(nèi)均不觸發(fā)處理器中斷，此時(shí)將該觸發(fā)閾值設(shè)為最終的觸發(fā)閾值，將最終的觸發(fā)閾值平方后除以2并乘以1.5作為平均功率閾值P0；

步驟3：微處理器模塊根據(jù)比較觸發(fā)閾值調(diào)整增益值；

步驟4：微處理器模塊讀取多個(gè)通道的AD采集模塊的數(shù)據(jù)，并配置數(shù)字濾波器模型，進(jìn)一步除去數(shù)字信號(hào)中的噪聲，數(shù)據(jù)采集時(shí)間持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于40S；

步驟5：微處理器模塊計(jì)算采集的多個(gè)通道的平均功率；

步驟6：微處理器將多個(gè)通道的平均功率與平均功率閾值P0比較，若采集的多個(gè)通道的平均功率閾值大于平均功率閾值P0的數(shù)量大于總通道數(shù)的一半，表示采集的地聲信號(hào)為泥石流地聲信號(hào)。