[發明專利]一種基于FPGA的分布式微震采集站時間采集控制與補償系統

在審

• 申請號: 202210646305.4
• 申請日: 2022-06-08
• 公開（公告）號: CN115032928A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 金國慶;李華松;葉放;邱彥林
• 申請（專利權）人: 深藍感知（杭州）物聯科技有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G01V1/00;G01V1/28
• 代理公司: 杭州裕陽聯合專利代理有限公司 33289
• 代理人: 高明翠

本發明公開了一種基于FPGA的分布式微震采集站時間采集控制與補償系統，包含：GPS模塊、FPGA模塊、多個采集站和上位機；GPS模塊向FPGA模塊發送第一脈沖信號；FPGA模塊接收到脈沖信號后將其轉換成多路的第二脈沖信號并分別發送至多個采集站；采集站用于采集振動信號，采集站在接收到第二脈沖信號后開始信號采集工作，并將采集到的振動信號發送回FPGA模塊；FPGA模塊在接收到每個采集站發回的振動信號后計算每個采集站的延遲時間并將其發送至上位機。本發明的基于FPGA的分布式微震采集站時間采集控制與補償系統，能夠有效補償電纜的時間延遲，使得采集站能夠達到同時采集的目的，提高微震時間檢測精度，同時兼容采集站的網絡傳輸，應用場景靈活。

技術領域

本發明涉及一種基于FPGA的分布式微震采集站時間采集控制與補償系統。

背景技術

微地震監測技術實施過程需要在礦井中布設多個井下采集站。由于不同采集站距離地面服務器的距離不同且差異較大，采集站獲取的地震波形需要共同分析微地震事件，影響微震監測精度的因素與初至拾取密切相關。因此如何實現采集站的時間同步是檢測技術實現的關鍵內容。

井下采集站無法直接接收GPS信號，需要將井上的時間信號引到井下作為采集站的同步采集信號。一般的方法有使用鎖相環來同步不同采集節點之間的時鐘，但該方式適用于傳輸距離較短的環境，不適用于長電纜，不能適應分布式微震采集站的應用場景。還有一種解決方法基于IEEE1588協議的網絡同步。該方式更適合于布設有環網的建設成熟的煤礦中，但這種方式的網絡通信協議將浪費電纜通信的傳輸帶寬且需要依賴高精度的授時器和高性能的交換機，成本較高。此外，一般的采集站都是開發好的產品，很難在對采集站作二次開發。

發明內容

本發明提供了一種基于FPGA的分布式微震采集站時間采集控制與補償系統解決上述提到的技術問題，具體采用如下的技術方案：

一種基于FPGA的分布式微震采集站時間采集控制與補償系統，包含：GPS模塊、FPGA模塊、多個采集站和上位機；

GPS模塊、FPGA模塊、多個采集站均通信連接至FPGA模塊，多個采集站還通信連接至FPGA模塊；

GPS模塊用于與通信衛星進行通訊連接并接收GPS信號，在定位成功后GPS模塊向FPGA模塊發送第一脈沖信號；

FPGA模塊接收到脈沖信號后將其轉換成多路的第二脈沖信號并將多路的第二脈沖信號分別發送至多個采集站；

采集站用于采集振動信號，采集站在接收到第二脈沖信號后開始信號采集工作，并將采集到的振動信號發送回FPGA模塊；

FPGA模塊在接收到每個采集站發回的振動信號后計算每個采集站的延遲時間并將其發送至上位機。

進一步地，FPGA模塊包含時間分頻單元、IOB單元和時間補償單元；

時間分頻單元用于采集第一脈沖信號并通過FPGA模塊的IOB單元設置多個第二脈沖信號；

時間補充單元對產生的第二脈沖信號進行計數，并在FPGA模塊接收到對應的采集站返回的振動信號后停止計數，從而計算相應的時間間隔。

進一步地，FPGA模塊還包含第一存儲單元；

存儲單元用于保存時間補充單元計算出的采集站相應的時間間隔。

進一步地，在測試階段，上位機將每個采集站的信號傳輸線的長度信息發送至FGGA模塊，FPGA模塊根據接收到的每個采集站的信號傳輸線的長度信息以及對應的采集站的時間間隔來計算每個采集站的延遲時間；

在實際工作階段，每個采集站將采集的振動信號發送至上位機，上位機根據每個采集站的延遲時間對每個采集站進行時間補償使得多個采集站實現同步采集。