地震觀測儀器維護

1、地震觀測儀器維護,2011年11月,,1、地震計基本原理2、數(shù)據(jù)采集器基本原理3、傳遞函數(shù)4、日常維護中發(fā)現(xiàn)的問題,擺的懸掛方式,垂直擺,水平擺,1、地震計基本原理,垂直擺,水平擺,STS-2地震計,STS-2地震計,STS-2地震計,BBVS-60寬頻帶地震計,三分向一體結(jié)構(gòu)頻帶寬度：60秒～40赫茲外置鎖擺、松擺螺釘上電初始化時自動檢測機械零位并調(diào)整支持遠(yuǎn)程零位監(jiān)控安裝時只需要調(diào)整水平、方位，松擺，加電后即可進入工作

2、狀態(tài),北京港震機電技術(shù)有限公司 www.geodevice.cn,采用經(jīng)典的力平衡負(fù)反饋技術(shù)，傳遞函數(shù)穩(wěn)定,BBVS-60地震計反饋系統(tǒng),,北京港震機電技術(shù)有限公司 www.geodevice.cn,BBVS-60地震計控制系統(tǒng),北京港震機電技術(shù)有限公司 www.geodevice.cn,實現(xiàn)了簡單安裝，無需用戶干預(yù)即可精確調(diào)零。,BBVS-60頻率特性,BBVS-60自身噪聲功率譜密度,BBVS-60安裝使用,,,水平調(diào)整,輸出插座,

3、水平泡,水平泡,鎖擺螺釘垂直方向為鎖定狀態(tài),方位基準(zhǔn),方位基準(zhǔn),鎖擺螺釘,,,,,一、 EDAS - 24IP的特點,數(shù)據(jù)采集、記錄、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)三大功能,2、數(shù)據(jù)采集器基本原理（EDAS24IP）,EDAS - 24IP典型應(yīng)用,流動地震觀測利用Linux的文件系統(tǒng)，支持大容量存貯一般臺站觀測遠(yuǎn)程管理實時數(shù)據(jù)傳輸/遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問,二、 EDAS - 24IP概述,2.1 結(jié)構(gòu)2.2 信號處理流程2.3 基本特

4、征與功能 2.4 性能指標(biāo)EDAS - 24IP的功耗<2W,2.1 EDAS - 24IP的外部簡介,,,顯示燈存儲介質(zhì)及電池盒電源顯示燈外接電源插座COM1超級終端串口COM2數(shù)據(jù)串口地震計插座A （3通道）地震計插座B （6通道）GPS天線插座LAN插座,,1 顯示燈,,2電池盒,,3電源燈,,7地震計A,,8地震計B,,9GPS,,4電源插座,,5超級終端,6數(shù)據(jù)串口,,10

5、網(wǎng)口,,EDAS – 24IP的內(nèi)部構(gòu)成,主電路板,GPS,,,主電路板,,DSP電路板,,地震計接口板,,B通道AD擴展板,,A通道AD擴展板,,電源控制板,EDAS- 24IP功能框圖,,,輸入放大器直接連接到地震計的信號輸出差分平衡輸入：提高抗共模干擾能力低噪聲轉(zhuǎn)換輸入信號變化范圍，適合ADC輸入多量程切換，使數(shù)據(jù)采集器有能力適合不同地震計的信號輸出幅度范圍 （量程選擇 ?5V /?10V/?20

6、V ）,模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換（ ADC ） 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換（ DAC ）,DAC ADC,,模擬信號?數(shù)字信號,采樣：按等間隔對輸入信號取樣量化：將每一個取樣的幅值轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼,,,采樣率選擇：采樣定理：一個數(shù)字信號序列能夠表示的最大信號頻帶寬度為該數(shù)字信號序列采樣率的一半。主要由地震計的輸出頻帶決定，理論上越高越能反映真實值，實際上受傳輸速率及存儲容量約束。地震計 頻帶 采樣率FBS-3 20

7、s-20Hz 50HzBBVS 40s-40Hz 100Hz,模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）,將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼。常見的ADC有8位、12位、16位、24位，它們具有不同的性能，位數(shù)越高越好。,北京港震機電技術(shù)有限公司,2.2 EDAS- 24IP信號流程,,,,,地震數(shù)據(jù)采集器 AD采樣濾波 DSP信號處理 實時數(shù)據(jù)輸出,地震數(shù)據(jù)服務(wù)器1 嵌入式Linux操作系統(tǒng) Red

8、boot、內(nèi)核、 BusyBox常用命令 Tinylogin用戶管理、 agetty控制臺、 其他定制的Linux命令域應(yīng)用程序2 wu-ftpd提供文件傳輸服務(wù)3 telnetd提供網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程服務(wù)；4 apache提供WWW網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及文件下載5 地震數(shù)據(jù)服務(wù)、記錄程序；6 客戶數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)站。,命令轉(zhuǎn)發(fā),采樣率變換與數(shù)字濾波器,DF62?,DF510?,DF410?,DF310?,DF216?,DF18?

9、,DF52?,DF410?,DF310?,DF216?,DF18?,DF52?,DF45?,DF310?,DF216?,DF18?,DF52?,DF42?,DF310?,DF216?,DF18?,DF42?,DF310?,DF216?,DF18?,DF42?,DF35?,DF216?,DF18?,DF42?,DF32?,DF216?,DF18?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

10、,,輸入采樣率,輸出采樣率,256K,256K,256K,256K,256K,256K,256K,500Hz,200Hz,100Hz,50Hz,20Hz,10Hz,1Hz,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,數(shù)字信號序列能夠表示的最大信號頻帶寬度為該數(shù)字信號序列采樣率的一半在采樣率變換之前需要用數(shù)字濾波器濾除多余頻帶的信號，以滿足新采樣率對信號頻帶的要求,FIR數(shù)字濾波器,,通帶波動<0.08dB阻帶衰減<-135

11、dB,最小相位：初動清晰，適合速報。線性相位：適合強震記錄、結(jié)構(gòu)觀測、數(shù)據(jù)分析、工程應(yīng)用。,地震數(shù)據(jù)文件存儲目錄結(jié)構(gòu),,,緩沖數(shù)據(jù)文件系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu),永久紀(jì)錄文件系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu),,FlashFTP連接EDAS-24IP root目錄結(jié)構(gòu),,,緩沖數(shù)據(jù)文件的目錄,永久紀(jì)錄文件的目錄,如何得到EDAS-24IP地震數(shù)據(jù),1、實時波形數(shù)據(jù)； 通過數(shù)據(jù)串口/網(wǎng)口，計算機啟動EDAS-IP-SMS軟件，建立連接

12、，顯示波形，存儲。 網(wǎng)絡(luò)連接到EDAS-24IP,FTP或WWW網(wǎng)頁下載ctn文件。2、標(biāo)定文件、事件數(shù)據(jù)和日志數(shù)據(jù)； 網(wǎng)絡(luò)連接到EDAS-24IP,FTP或WWW網(wǎng)頁下載ctn文件。3、查看波形文件 EDSP-IAS 1.7以上版本,如何設(shè)置EDAS-24IP參數(shù),1、通訊端口； 數(shù)據(jù)串口/網(wǎng)口，計算機啟動EDAS-IP-SMS軟件，建立連接，設(shè)置參數(shù)。2、串口設(shè)置；

13、 計算機啟動EDAS-IP-SMS軟件，建立連接，設(shè)置參數(shù)。3、網(wǎng)口設(shè)置 網(wǎng)絡(luò)連接到EDAS-24IP, WWW網(wǎng)頁設(shè)置參數(shù)。 網(wǎng)絡(luò)連接到EDAS-24IP,啟動EDAS-IP-SMS軟件，建立連接，設(shè)置參數(shù)。4、參數(shù)設(shè)置需要管理員密碼,EDAS-24IP用戶級別,EDAS-24IP的用戶分為網(wǎng)絡(luò)一般用戶和超級用戶： 網(wǎng)絡(luò)一般用戶的訪問權(quán)限：1、 

14、 能夠查詢臺站的基本系統(tǒng)簡介及了解臺站基本情況；2、   能夠查詢臺站的儀器工作情況；3、  能夠查詢實時數(shù)據(jù)波形；4、  能夠查詢和回放指定時間段的地震波形文件，包括連續(xù)記錄和觸發(fā)記錄事件?？?可以獲得有關(guān)地震計傳遞函數(shù)等技術(shù)文檔。 管理員的訪問權(quán)限：

15、 具有以上權(quán)限 設(shè)置和更改儀器參數(shù)　　　　　　　密碼管理 　 EDAS-IP-SMS,1、面向連接、按需服務(wù)；2、用戶驗證，提供一定安全保證：采用與系統(tǒng)一 致的用戶及口令驗證連接請求；3、采用Steim2數(shù)據(jù)壓縮方式構(gòu)成數(shù)據(jù)幀，幀格式 保持同數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)幀格式形式兼容；4、多種數(shù)據(jù)服務(wù)方式，提供靈活組網(wǎng)支

16、持： ? 連續(xù)實時數(shù)據(jù)服務(wù)； ? 事件信息服務(wù)； ? 事件波形服務(wù)； ? 數(shù)據(jù)段服務(wù)；,地震數(shù)據(jù)服務(wù)的功能特點,2.3 EDAS - 24IP的基本功能,高性能的輸入放大器、Σ-Δ調(diào)制器CS5321實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換 、高精度FIR數(shù)字濾波器、去零點濾波器（高通） GPS時間服務(wù)精度:鐘差<0.1ms 頻差<1ppm靈活的標(biāo)定信號發(fā)生器及地震計零點監(jiān)控RS-232兼

17、容串行接口（控制臺、數(shù)據(jù)） 單電源供電、工作參數(shù)掉電不丟失環(huán)境溫度與供電電壓監(jiān)測（內(nèi)部電壓） 自動定時健康信息面板顯示工作狀態(tài)地震數(shù)據(jù)記錄 地震數(shù)據(jù)記錄及參數(shù)設(shè)置的遠(yuǎn)程服務(wù) 實時數(shù)據(jù)服務(wù)與顯示 軟件遠(yuǎn)程升級,2.4 EDAS - 24IP的性能指標(biāo),三、EDAS - 24IP安裝指南,3.1 安裝步驟3.2 連接EDAS - 24IP到供電電源3.3 連接到通信設(shè)備或計算機3.4 連接地震計3.

18、5 安裝GPS天線3.6 LED面板顯示 3.7 檢查工作狀態(tài),安裝附件,,第一步設(shè)備準(zhǔn)備在安裝之前檢驗參照第一節(jié)所需要的設(shè)備是否齊全，并準(zhǔn)備一臺計算機，其硬件要求：l        奔騰ⅢCPU、128M內(nèi)存、CDROM；l        至少一個RS232端口；l&#

19、160;       至少一個LAN口。操作系統(tǒng)要求：l        Windowds 2000；l        Servicepack2；l       

20、安裝JAVA PLUG（訪問EDAS-24IP內(nèi)部的WWW網(wǎng)頁之前應(yīng)在計算機上安裝）。應(yīng)用軟件要求： l        最好安裝港震公司的EDAS-IP-SMS軟件，該軟件同時支持串口及網(wǎng)口方式與EDAS-24IP的通訊連結(jié)，參照軟件手冊；l        FTP軟件。,安裝步驟

21、（一）,安裝步驟（二）,第二步安裝GPS天線，參照第二章第七節(jié)；第三步連接EDAS-24IP到地震計，參照第二章第六節(jié)； 第四步連接EDAS-24IP的電源線路外部電源，參照第二章第三節(jié)；第五步連接EDAS-24IP的實時數(shù)據(jù)串口COM2的通訊線到計算機本地串口，參照第二章第四節(jié)；第六步連接EDAS-24IP的網(wǎng)線到計算機或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，參照第二章第五節(jié)；,安裝步驟（三）,如果本地計算機安裝了EDAS-IP-SMS軟件，則

22、采用以下步驟操作（建議使用）： 第七步連接EDAS-24IP電源插頭，面板電源指示燈（紅色）亮，表示EDAS-24IP開始工作；第八步啟動本地計算機安裝的EDAS-IP-SMS軟件，并使用串口與EDAS-24IP連通，得到EDAS-24IP的的IP地址，修改EDAS-24IP的IP地址為實際應(yīng)用的IP地址，參照EDAS-IP-SMS軟件手冊；第九步修改好EDAS-24IP的IP地址后，重新啟動EDAS-24IP，

23、則EDAS-24IP的IP地址為新修改的IP地址，使用新的IP地址，通過EDAS-IP-SMS軟件以網(wǎng)絡(luò)方式連通EDAS-24IP，連通后則可以進行參數(shù)設(shè)置等操作，參照EDAS-IP-SMS軟件手冊；第十步當(dāng)然，還可以通過WWW網(wǎng)頁、FTP 或telnet的方式訪問EDAS-24IP，參照第三章和第四章。,3.1 連接到供電電源,,,電源關(guān)斷信號,輸入,電源管理,外電源電池電池充電系統(tǒng),3.2 連接到通信設(shè)備或計算機,波特率

24、> A通道所需的數(shù)據(jù)傳輸速率 + B通道所需的數(shù)據(jù)傳輸速率； 其中 A通道所需的數(shù)據(jù)傳輸速率 = SRA * 90 + 180； B通道所需的數(shù)據(jù)傳輸速率 = SRB * 90 + 180；,表2.3 部分采樣率與波特率的對應(yīng)關(guān)系,3.3 連接地震計,接口引腳說明,3.3 連接地震計,與不同傳感器的輸入連接　　　　BBVS、BBAS直接無縫連接　　與其他則需要增加接口盒,3.4 安裝

25、GPS天線,GPS天線對天空的張角要盡量大 具有GPS接收機，獲取UTC時間和經(jīng)緯度信息，對數(shù)字信號標(biāo)注時標(biāo)地震數(shù)據(jù)采集器內(nèi)部時間采用UTC標(biāo)準(zhǔn)時間,3.5 LED面板顯示,,,1 電源指示燈,,2 GPS工作狀態(tài)燈,,3 硬盤工作狀態(tài)燈,,4 網(wǎng)絡(luò)端口工作指示燈,,1 電源指示燈,3.6 數(shù)采監(jiān)控軟件的安裝,EDAS-24IP-SMS數(shù)采監(jiān)控軟件光盤安裝,3.7 檢查工作狀態(tài),波形顯示區(qū) 掃描時間刻度區(qū)

26、 波形顯示參數(shù) 狀態(tài)欄 存盤顯示框 臺站編號 采樣率顯示框 時間顯示框,WWW網(wǎng)頁訪問,1、基于Web的Java小程序設(shè)計；2、使用數(shù)據(jù)服務(wù)程序提供的服務(wù)實 現(xiàn)同處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器的交 互活動；3、使用WWW服務(wù)器提供的功能實 現(xiàn)數(shù)據(jù)下載，操作簡單；,四、參數(shù)設(shè)置與查詢,4.1 查詢地震數(shù)據(jù)采集器參數(shù)4.2 實時波形顯示 4.3 設(shè)置臺站編號 4.4 設(shè)置采樣

27、率及高通濾波器 4.5 設(shè)置傳感器量程 、轉(zhuǎn)換因子、零點修正值 4.6 設(shè)置通信參數(shù)立即生效、數(shù)采掉電重啟后才有效 4.7 實時波形存盤 連續(xù)存盤、分小時存盤4.8 顯示工具欄和信息提示欄,轉(zhuǎn)換因子,注：轉(zhuǎn)換因子等于每個Count對應(yīng)的輸入電壓值 例：,,,EDAS-24IP10V量程 1589nV/count=10 (V)/6291455(count)20V量程 31

28、79nV/count5V量程 794nV/count,EDAS-24L,機械擺的傳遞函數(shù),Laplace變換后：,M為質(zhì)量體S為懸掛彈簧R為阻尼z(t)為輸出，表示M相對于地面的運動,,三、傳遞函數(shù),H(s)為擺的傳遞函數(shù)擺的輸出z(t)是擺體相對于地面運動的位移傳遞函數(shù)H(s)表示使用該擺觀測地面運動位移時的系統(tǒng)頻率特性,機械擺對地面運動速度的響應(yīng),記xv(t)為地面運動速度，Hv(s)為速度響應(yīng)傳

29、遞函數(shù)：,,機械擺對地面運動加速度的響應(yīng),記xa(t)為地面運動加速度，Ha(s)為加速度響應(yīng)傳遞函數(shù)：,,傳遞函數(shù)與頻率響應(yīng),位移,速度,加速度,采用動圈換能器的傳遞函數(shù),采用動圈換能器時,,,輸出為：,輸入為：,傳遞函數(shù)為：,地震計的自振周期與阻尼,阻尼：,自由振蕩角頻率：,自由振蕩周期：,反饋式地震計的一般原理,,動圈換能反饋地震計原理框圖：,機械擺Ha(s),電磁力轉(zhuǎn)換G(牛頓/安培),換能器Hv2v(s),,,,,,,,

30、,地面運動加速度輸入,寬帶速度信號輸出,,,+,,,,,,R,C,動圈換能反饋地震計傳遞函數(shù),機械擺：,動圈換能器：,反饋電流：,反饋電流產(chǎn)生的加速度（M為擺體質(zhì)量）：,,反饋網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)：,系統(tǒng)傳遞函數(shù)：,轉(zhuǎn)換為相對于地面運動速度的傳遞函數(shù)：,反饋后自振周期：,阻尼調(diào)整電阻：R,反饋前自振周期：,位移換能反饋地震計原理框圖：,機械擺Ha(s),電磁力轉(zhuǎn)換G(牛頓/安培),換能器Hd2v(s),,,,,,,,,地面運動加速度

31、輸入,寬帶速度信號輸出,,,+,,,,,,積分Hi(s),,,,,R,C,Ri,,,擺體中心位置指示信號輸出,,位移換能反饋地震計傳遞函數(shù),機械擺：,位移換能器：,積分器：,反饋電流：,反饋電流產(chǎn)生的加速度（M為擺體質(zhì)量）：,,反饋網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)：,系統(tǒng)傳遞函數(shù)：,如果kd很大，或者kkdGC很大：,轉(zhuǎn)換為相對于地面運動速度的傳遞函數(shù)：,反饋后自振周期：,阻尼調(diào)整電阻：R,位移換能電子反饋加速度計原理框圖,機械擺Ha(s),電磁力轉(zhuǎn)