基于STM32F407的微震信息采集系统设计

为了能够准确地采集和传输微震监测数据,实时监控煤矿井下冲击地压情况,设计了一套基于STM32F407的微震信息采集系统。该系统通过传感器和前端采集控制模块FPGA采集煤矿井下的微震信号,并将其传送到STM32F407进行处理,同时,STM32F407根据现场数据采集需要,可向FPGA发送增益控制、同步控制等信息,实时调整采集电路参数;处理后的微震信号经以太网传送至地面服务器,服务器对采集的信息进行分析和显示,可判断出震源位置。试验结果表明,该信息采集系统可靠、高效,能满足现场微震信息实时采集与传送的要求。     

基于EMD和互信息熵的微震信号自适应去噪

针对强干扰背景下的微震信号提取,提出一种基于经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）和互信息熵的自适应提取算法。通过EMD对微震信号进行分解,得到高频和低频两部分信号,并对分解得到的各阶固有模态分量求出能量和能量熵值。根据互信息准则,通过依次计算相邻分量能量熵之间的互信息值来区分高频和低频信号。将经过自适应阈值滤波后的高频信号和低频信号一起进行信号重构,得到新的微震信号。仿真结果表明,在对微震信号去噪时,该方法可以有效地去除噪声信号,信噪比均提升了10 dB以上。工程上的微震信号通过该方法处理后,也取得了较好的效果。     

微震定位系统中拾震器布阵研究

对微震监测中拾震器阵列进行科学有效的布置是保证微震定位系统能有效运行的一个关键条件,设计了4种拾震器阵列布设方案,使煤矿中微震定位监测系统运行得更加科学有效.首先建立复杂地质模型,利用微变网格射线追踪正演模拟出微震源起震到拾震器阵列接收信号的过程,然后在施加随机扰动的情况下,利用粒子群-神经网络算法(PSO-BP)反演推算出震源位置,最后通过震源位置的误差来分析各个布阵方案的特点,同时分析了阵列中拾震器数量的合理值.研究结果表明,在微震监测系统中拾震器利用率最高的情况下,可以给出准确、合理、有效的拾震器布阵方案.     

基于小波分析的冲击地压微震前兆信号研究

采集某煤矿1300工作面冲击地压发生前后的微震信号,进行时序特征分析,并采用db5作为小波基函数对微震信号进行5层分解,得到各层子频带的频谱特征和能量百分比。分析结果表明:冲击地压发生前,微震次数和能量呈现先增加后减少再增加的趋势;冲击地压发生前1h出现了前兆信号,能量主要分布在62.5～250Hz的中高频段,能量百分比达到55%;冲击地压发生时,波形起伏明显,振幅明显增大,低频信号占主要成分,能量主要集中在0～62.5Hz的低频段,且占总能量的70%左右。得出冲击地压前兆:振幅增加,微震主频明显降低,频带由高频向低频发展,且前震发生的时间越靠近主震,低频信号越多,低频信号所占的能量百分比也越大。因此,可将微震主频急剧降低、振幅明显升高、低频信号能量百分比增加作为冲击地压前兆的主要特征,结合每日微震次数和能量变化趋势进行冲击地压预测。     

基于FPGA的微震信息采集系统研究

针对煤炭开采过程中地质灾害预防的技术障碍问题,提出了一种基于FPGA的矿山微震监测系统。系统以FPGA为核心处理器,对采集的微震信号进行放大、滤波等一系列处理。其中,信号的放大系数可根据不同的采集环境进行相应的配置;系统还增加了乒乓缓存模块和数字滤波模块,加快了数据的处理速度,提高了数据的处理精度;微震信息数据通过以太网传输,减少了误码率,实现了远程监测。最后,选择系统的几个采集通道进行了现场的实验测试,实验结果验证了该方案的可行性。     

多种群遗传算法在微震震源定位中的应用

微震震源的精确和快速定位对坑道安全的预测至关重要;在设定均质均速模型条件下,两两检波器的观测走时和计算走时的拟合差绝对值之和为适应度函数,把微震震源定位转换为求解优化问题;采用格雷码对震源位置进行编码,提高了遗传算法的局部搜索能力;同时采用两个群体独立进化,分别利用轮盘和排序方法从两个群体中选择优秀个体,将各种群中的优秀个体进行交叉运算和变异产生新的个体,从而提高了遗传算法的全局搜索能力;通过实验证实优化后的遗传算法在微震震源定位中具有较高的性能和精度.     

经纬度坐标下矿山微震震源深度的测定方法

针对经纬度坐标下矿山微震震源深度难以确定或误差较大的问题,提出了一种震源深度的测定方法。该方法在只利用微震P波走时的情况下,通过改进微震线性定位法计算微震震源的平面位置和发震时刻,然后通过震源到台站的震中距和微震走时,先进行TD模式拟合,在剔除错误数据后进行DT模式拟合,最后依据拟合直线的截距确定震源深度。实际应用结果表明,该方法能有效降低错误实测数据的干扰,提高震源深度的测定精度。     

多通道微震信号采集系统设计

针对现有矿山微震信号采集系统存在价格昂贵且通用性不强等问题,设计了一种多通道微震信号采集系统。该系统采用地震计拾取微震信号,利用采集电路实现对微震信号的放大、数模转换及数字滤波,利用STM32将滤波后的信号通过USART实时发送给上位机进行分析处理。测试结果表明,该系统可以准确采集、记录地震计拾取的3个通道的微震信号,稳定性好、可靠性高、成本低。     

计算机技术在微震监测及矿井动力灾害预警预报中的应用

淮南矿山微震监测系统MMS具有良好的系统性能和技术参数,对矿井工作面上微震活动实施连续监测,为煤与瓦斯突出预警预报提供了新方式。针对谢一矿5125工作面地质情况,布设了24通道传感器,采用矿山微震监测系统对上覆岩层的微震活动实施连续监测,对震源定位和能量进行分析,得到了工作面微震活动规律分析,对应力集中区和应力降低区进行预警和预报,确定瓦斯源区,为煤与瓦斯突出的预警预报提供了新的手段。     

基于LabVIEW的微震实时监测系统

针对锡铁山铅锌矿深部地压活动频繁的现状,提出了一种基于LabVIEW的微震实时监测系统的设计方案。该系统采用三分量检波器检测微震信号,通过前置放大电路、滤波电路、NI CRIO-9014嵌入式实时控制器与NI 9201采集模块将信号送入工控机及LabVIEW软件平台进行处理,从而实现微震实时监测及定位功能。实际应用表明,该系统的实时性和准确性满足设计要求,具有一定的可行性。     

新型矿井多波多分量地震反射法观测系统关键技术研究

针对DTC-150防爆地质超前探测仪在工程应用中存在的解释成果误差较大的问题,提出了研制一种新型矿井多波多分量地震反射法观测系统的必要性;分析了煤岩有效地震波频率特性,提出新型矿井多波多分量地震反射法观测系统的有效布设方式为震源置于掘进面远端,采用一炮多收制;介绍了该系统中高速高精度多通道数据采集模块的电路设计;给出了该系统为消除掘进面绕射回波干扰和放炮形成的巷道声波干扰的处理方法。该系统已研制成功,实验结果表明,其本底噪声小,且具有较高的可靠性和稳定性。     

用于通信与环境监测的超低频系统

介绍了美、俄超低频对潜通信系统,提出除军事用途,超低频通信系统最有前景的方向是进行电磁监测,俄ZEVS系统的研究实验揭示了SLF电磁波异常与将要发生地震的一些初步规律,地震与观测的电磁场异常和视电阻率的变化有较好的对应性。利用它可以研究地下电阻率结构和空间电磁场;研究地震等引起的电磁场异常变化;用于探测地壳结构和地下资源、发现核废料、环境研究以及地震的监测和预报。具有广阔的应用前景和发展潜力。     

全数字化PET系统时间信号基准模块设计

为了满足为全数字化PET（正电子发射断层扫描仪）系统中前端电子学模块提供时间信号基准的时钟信号的要求,采用FPGA和AD9516-4芯片设计了一种时间信号基准模块。针对时间信号基准的要求,提出了通过参考基准频率由锁相环产生高频信号,同时利用分频器实现了对高频时钟信号的分频,并用LVDS（低电压差分信号）模式对生成的多路时钟信号进行输出,从而获得了多路频率、相位、幅值均相同的同步时钟信号的方法。相比于其他方法实现的时钟分配模块,本方法具有高精确度,低功耗和高稳定性的特点。该模块已经在全数字化PET系统中使用,验证了该模块具有高精确度和高稳定性的特点。     

基于PC/104的激励信号源的设计与实现

介绍了一种基于PC/104的激励信号源的设计方法。此激励信号源模块是PC/104标准尺寸模块,可以提供交直流电压及频率信号,其可靠性及稳定性高,应用范围广。在设计中采用了先进的信号发生技术,其中直流电压信号产生部分采用了反馈校正回路,提高了信号精度;交流及频率信号产生部分采用了直接数字式频率合成技术(DDS),并使用FPGA芯片来实现信号的产生,信号分辨率较高。整个系统具有较高的应用价值。     

3G技术在地震网络系统的安全应用价值探析

从地震的发生频率上来看,我国是一个多发的国家。同时在地震中由于受到各种灾害而引起的损失也是最严重的。所以,对地震的信号进行实时性监测并完成信号数据的快速传输必须要应用先进的技术手段。文章主要介绍的就是目前应用十分广泛的3G技术在地震的网络系统中的安全应用。     

基于DDS技术AD9850的激励信号源设计

给出了一种基于直接数字频率合成(DDS)技术的涡流检测激励信号源的设计与实现方案。以单片机AT89S52为核心的控制芯片,采用AD9850型DDS芯片,外围配合滤波器、人机交互等模块,得到频率、相位可调的涡流传感器的激励信号源。该信号源系统具有频率分辨率高、稳定性好、频率可控等特点,可实现100Hz-40MHz范围内、步进值为1Hz的正弦信号的输出,电压峰-峰值达到10+0.4V。     

基于LabVIEW的可控方波信号源设计与实现

针对测控领域中可控方波信号的特点,在LabVIEW平台上设计并开发了可控方波信号源,该信号源包含方波信号生成、输出端口扩展、端口联动控制、信号类型选择等4个模块,能够根据需要,分别设置信号频率、幅值、相位、方波占空比,生成相应的高精度方波信号,满足现代工程测量的需要。     

基于FPGA的高精度频率计

为了满足硬件工程师对高精度和高带宽测频仪器的需求,设计一种基于FPGA的高精度频率计。频率计包括外围的电压跟随电路和串口通信电路以及FPGA上的分频器模块、频率计量模块和串口通信模块,并使用Altera公司的Cyclone Ⅳ芯片作为控制核心。首先待测信号经过电压跟随器的稳压和隔离,然后将稳压信号接入分频器模块,分频器模块会把频率信号以1 kHz为界限分为低频和高频信号,并对低频信号和高频信号分别采用周期测频法和脉冲计数法测频。测量的频率数据可实时通过串口上传至上位机。经过测试,频率计能够实现1 Hz的精度、200 MHz的测频带宽以及多通道检测。     

基于QPSO的震动传感器片上相位补偿器设计方法

震动传感器的系统相位非一致性会对地震波到时时差提取产生很大的误差,严重影响震源定位精度;针对这一问题,提出了一种基于量子粒子群优化算法（QPSO）的震动传感器片上相位补偿器设计方法。首先对震动传感器进行相位标定,获得传感器与参考传感器的相位差;其次设计基于QPSO算法的相位补偿滤波器对相位差进行修正,使其无限趋近于0;最后,将相位补偿滤波器封装成FPGA软核部署于FPGA上,完成对震动传感器的相位片上实时补偿。为了验证该方法的性能,将相位补偿滤波器部署于自研的多通道震动信号采集系统上,对8个相同型号震动传感器进行相位一致性校准。试验结果表明,在震动传感器频响范围内,该方法可以将2.5°内的传感器相位差实时修正至0.0044°以下,实现了震动传感器阵列的相位一致性实时校准。该成果在地下浅层震源定位领域具有较强的应用价值。     

基于复杂网络的历史地震时空分布及异常分析

为了研究地震异常对地震预测及震后引发次生灾害的影响,收集整理1911年之前的历史地震数据,建立中国历史地震数据库。通过对地震及地震异常的关联分析建立复杂网络模型,根据网络模型提出每种地震异常的重要性及每次地震危害度的计算方法,并以此研究地震异常与地震之间的内部关联,最后通过网络模型的数据分析研究历史地震的时空走势。实验结果表明通过复杂网络研究历史地震的可行性,为地震研究提供了新的方法。