[实用新型]基于CompactRIO平台的微震数据采集设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种在微震监测领域的数据采集仪器，尤其涉及一种基于CompactRIO平台的微震数据采集设备。

背景技术

   微震监测系统是通过监测岩体破裂产生的震动或其他物体的震动，对监测对象的破坏状况、安全状况等作出评价，从而为预报和控制灾害提供依据的成套设备和技术。该监测系统可广泛应用于矿山岩体破裂的定位监测，是预测预报顶板垮落、矿井突水、煤与瓦斯突出、冲击地压等的有效工具，也可根据监测到的岩体破裂的范围和破裂程度，确定导水裂隙带高度、开采上限和巷道的合理位置等重要参数。微震监测系统也可应用于建筑物安全监控、大坝和边坡稳定性监测、核废料储存峒室稳定性监测、隧道稳定性监测以及石油、军事等领域。可通过在破裂区周围的空间内布置多组检波器并实时采集微震数据，经过数据处理后，采用震动定位原理，可确定破裂发生的位置，并在三维空间上显示出来。

   由于微震监测系统都是在十分恶劣的环境下工作，微震信号非常微弱，且各个检测点分布比较远，所以我们选用了抗恶劣环境，且可分布式部署的CompactRIO平台，高动态范围的动态信号采集模块，以及分布式多机箱同步算法，从而保证整个监测系统的可靠性，稳定性，准确性及易用性。

发明内容

为了满足微震监测系统复杂，恶劣的工作环境，本实用新型的目的在于提出一种基于CompactRIO平台的微震数据采集设备。该设备基于CompactRIO平台搭建，采用高动态范围的数据采集卡以及利用平台的FPGA资源，编写相关软件算法来满足数据采集的精度，多机箱同步及触发存储等需求。

本实用新型提出的基于CompactRIO平台的微震数据采集设备，由CompactRIO机箱1、控制器2、动态信号采集模块3和数字DIO模块4组成，其中：CompactRIO机箱1中含有FPGA模块5，动态信号采集模块3输出端连接FPGA模块5，输入端连接振动传感器，FPGA模块5的输出端连接控制器，DIO模块的输入端连接SPI通信总线及外围数字输入输出线，输出端连接 FPGA模块5。

本实用新型中，同一机箱动态信号采集模块间的同步通过背板FPGA完成，从而实现了模块间的信号精确的时间同步。

本实用新型中，多机箱同步通过IEEE1588协议先同步各机箱的控制器的时钟，然后再在FPGA上有个模拟时钟去同步控制器的时钟，从而达到分布式多机箱同步。

本实用新型中，通过FPGA上数字锁相环算法，各机箱都去同步各自的控制器的时钟，这样达到多机箱同步采样；

本实用新型中，通过FPGA上重采样算法，从而能够得到任意采样率波形数据；

本实用新型中，通过FPGA上重采样STA/LTA算法，从而能够分离各个微震信号事件；并进行触发存储，从而减少无效信号的计算与存储。

本实用新型中，FPGA上处理后的数据通过PCI总线发送到控制器端，控制器将数据按照标准格式定义打包，然后可通过TCP/IP协议发送给其他终端进行处理。

本实用新型微震数据采集仪采用模块化的仪器结构，方便系统的搭建和配置升级；采用CompactRIO平台保证系统长时间高可靠运行；采用FPGA实现信号的采集、重采样、滤波、触发算法及多机箱的软件同步；充分发挥了它的逐点运算的实时性，稳定性及准确性。

附图说明

图1是本实用新型微震数据采集设备的系统结构图。

图2是本实用新型微震采集设备FPGA模块5中的信号处理流程图。

图中标号：1为CompactRIO机箱，2为控制器，3为动态信号采集模块，4为数字DIO模块，5为FPGA模块。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1：将下列各部件按图1所示方式连接，该领域技术人员均能顺利实施。CompactRIO机箱1采用cRIO-9118机箱，其背板上有FPGA模块5。控制器2采用cRIO-9025控制器。动态信号采集模块3采用cRIO-9234。数字DIO模块4采用cRIO-9401。动态信号采集模块3的输入端连接振动传感器，数字DIO模块4接外部SPI设备。 

本实用新型的工作过程如下：

振动传感器把微震信号转成电压信号传给动态信号采集模块3，动态信号采集模块3把模拟信号通过ADC转成数字量后传给FPGA模块5, FPGA模块5根据数字锁相环锁得RT的时钟，后进行分频后得到所需的采样时钟，FPGA模块5根据采样时钟进行重采样，出来信号根据用户定义进行数字滤波处理，然后经过一个直流陷波器把直接成分去除，之后经过STA/LTA算法进行触发波形运算，最后数据通过DMA传送到控制器2，数字DIO模块4接收外部SPI设备信号也通过DMA传送到控制器2。控制器2再将数据通过TCP/IP协议发送出去，或在本地存储。