CN1151383C - 使用无线遥测技术的地震检测系统 - Google Patents

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и
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Abstract

地震检测系统把监测地形分成多个单元(14)，每个单元包括一个单元访问节点(16)和许多地震检波器部件(10)。该检波器部件(10)通过无线遥测技术传送数字形式的数据到相应的单元访问节点(16)，并且该单元访问节点(16)通过宽带通道把数据提供给中央控制(12)。

Description

使用无线遥测技术的地震检测系统
技术领域
本发明是关于使用地震检波器的地震检测。
背景技术
对于使用地震检波器阵列并结合一系列爆炸或由振动设备施加给地面的一连续振动所进行的陆地表面物理监测技术是众所周知的。
虽然所获得的结果是有价值的，但传统的技术要慢、劳动强度大、费用高。而且有必要在以前需要监测的网格地带上开发出大量的地震检波器。每一个检波器串被分别连接到一中央控制部件。随着监测过程的进行，后面的检波器必需被断开，重新放置到前面，并再连接。该过程是非常费力的，而连接的复杂性必然会导致很高的出错概率。当考虑到一典型的三维地震阵列包含将近750km电缆时就会明白问题的严重性。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种装置，以简化这些过程，并由此能以很大的系数降低监测的时间和费用。
相应地，从一个方面，本发明提供了一种一种地震检测系统，包含多个排列在监测地形的阵列中的地震检波器部件，其中每一个所述的检波器部件包含用于得出代表该检波器处的地球表面的地震移动的数字数据的装置；其中每一个所述的检波器部件进一步包括遥测装置，适用于从中央控制器接收命令信号和根据命令发送该数字数据；在每一个检波器部件内的遥测装置是无线遥测装置；所述的监测地形被分成多个单元，每个单元包括多个地震检波器部件和一个单元访问节点，在每个单元里的所述检波器部件通过无线遥测、并且每个单元采用单个频率与相应的单元访问节点通信，该单元访问节点与该中央控制器通信。
在本发明的一优选形式中，地带被分成了多个单元，其中每一个包含多个地震检波器部件和单元访问节点。在给定的单元的检波器部件通过无线遥测技术以一定的频率与相应的单元访问节点通信，其中在相邻的单元处使用不同的频率。
单元访问节点可以通过无线、电缆或光纤连接与中央控制进行通信。
在每一个单元内的通信最好是高频(最好是2.4GHz)低功耗，这可使得一有限数量的频率可在整个地带处可再利用。
用于得出所述的数字数据的装置可包含被耦合到模-数转换器上的测速模拟检波器。
每一个地震检波器部件最好提供有一个用于短期存储所述数据和永久存储识别该检波器部件的唯一代码的存储器。
最好，每一个检波器部件具有一个前置放大器和一个从中央控制板远程运行的前置放大器控制装置。该前置放大器控制装置可运行以控制作为该检波器部件与被监测的地震信号源之间距离和时间的函数的增益和/或该前置放大器的运行时间窗。
每一个检波器部件也可附加有物理地体现在内部或外部的唯一识别码，或以电的形式标记在形成该检波器的一部份的微处理器上，或例如以机器可读的条形码的形式作为一个外部显示，所有这些都可以利用已有硬件通过无线的方法读取。
该无线遥测装置最好是数字式的，并包含一专用的无线系统，或由一蜂窝无线系统来提供。
另一方面，本发明提供了一种进行地震监测的方法，其中多个地震检波器部件被放置在感兴趣地形的阵列中，一系列地震事件被生成以产生由所述检波器部件搜集的地震信号，每一个所述的检波器部件的数据被以数字形式存储在所述的检波器部件上，并且在稍后时间，通过无线电、或者电缆、或者光纤连接，将所述数据传到中央位置；所述的监测地形被分成若干个单元，而每一个单元包含多个检波器部件和一个单元访问节点；每一个检波器部件以在此单元内所有检波器部件所共有的频率、通过无线遥感技术以数字形式传输所述数据到其相应的单元访问节点。
附图简述
现在仅以举例的形式，参照附图描述本发明的一个实施例，其中：
图1是地震监测系统的示意图；
图2是说明在该系统中使用的一种形式的地震检波器部件的方框图；
图3是说明无线频率定位的一监测区域的示意图；
图4是在该系统中使用的中央控制的方框图。
具体实施方式
参照图1，对一感兴趣地带的区域的物理监测通过在已知的位置，典型地是在规则的阵列中放置多个检波器部件或远程检测部件(RAU 10)而进行。在本发明的该系统中，通过无线遥测技术，每一个RAU 10可从中央控制部件(CCU 12)接收信号并向其传送数据。
该阵列可如在14处所指示的分成单元，其中每一个带有一个发送器/接收器或作为RAU 10与CCU 12之间中继的单元访问节点。这种划分可能是地带的特性所决定的，但是在任何事件中都是有利的，因为它允许在RAU 10中使用低功率源，这样会降低尺寸和费用。
图2说明的是可在图1系统中使用的单个RAU 10。在图2中该RAU 10使用了单一的常规地震检波器或检波器串在20处以模拟的形式通过前置放大器和过滤器站21向模-数转换器22提供速度信息。该数字化的信息被存储在24以按照从CAN 16接收的信号通过发送器/接收器26提供给CAN 16。这些控制信号以及数字信息的提供可采用任何合适的协议。
该RAU 10还包含一个电源28和控制电路30。该电源28相应地包含可充电的或任意使用的电池并最好有一个太阳能板。
每一个RAU 10可由一个唯一码来识别，该码被存储在24的指定区域中，如在24a处所示的。
控制电路30以两种方式控制前置放大器21的运行。
首先，调节作为特定RAU 10与地震信号源位置的距离的函数的前置放大器21的增益；这可在与信号源距离远时提供更高的灵敏度。随着信号源的位置的改变而RAU 10是固定不动时，可做相应的调节和改变。
其次，当从地震信号源返回值衰减时，也可以随着时间改变增益，其中当信号衰减时，使用更多的前置放大以增强信号。例如，可设置一靠近地震信号源的RAU在信号的第一秒具有初始增益20，以后以1秒为间隔一直增加到21、22、23，而较远的RAU可设置为初始增益为24，并增加到25、26、27。
从CCU 12有两个参数是可编程的。
控制电路还可控制数字无线遥测的运行，以便功率输出是可变的，使得向任意给定的CAN 16报告的RAU 10的数量和任意RAU 10与任意给定的CAN 16的距离是可编程的，使得地震监测的设计是灵活的。这些参数从CCU 12也是可编程的。
在运行中，在初始化地震信号源之前，CCU 12发送一个信号以间接激活RAU 10，在接收到信号后，每一个部件存储数据一段时间。CAN 16轮流查询相应的RAU 10导致每一个RAU发送以其标识码为起始的存储信息。通过在不同的单元使用不同的频率，可在每一个单元中同时进行轮流查询，其中CAN 16通过少数的宽带无线连接或数据电缆或光纤连接与CCU 12进行通信。
做为一项修改，也可以使用每个包含两个或多个与单一存储器一起运行的地震检波器、控制电路和发送器/接收器的RAU。
单元的形状和大小由无线发送器的范围、地带、障碍和较小程度的天气来决定。在一给定的单元里的RAU是运行在一套无线频率上，相邻的单元则运行在不同的频率上。
遥测系统可再利用非相邻单元里的频率。图3参照含有山脊(用轮廓线37指示)的监测区对此说明。假设无线发送器具有一有限的范围，一旦在该范围之外，在另一单元中就可以使用一给定的频率。这样在轮流查询的基础上就可再利用无线频率以最小化该系统所要求的频率数。
该无线系统在低功率时可特定地运行在2.4GHz的频带下，而这一级别的高频则会随着距离的增加而快速地衰减，这就导致了在无限的数量的单元里只能使用有限的频率。而2.4GHz的频带尤其合适是因为它在很多的领域内是免许可证的。
在CAN从众多不同的单元里接收到信号后，系统软件通过删除较弱的信号来复制该信号。
通过每个地震检波器以500Hz(2ms的采样率)的重复率生成24位的信息，就可以获得合适的分辨率。通过在RAU 10或CAN 16中使用已知的数据压缩技术就可以降低轮流查询系统的带宽要求。
作为一个例子，对于以2ms为间隔的24位采样，每个检波器部件的最大数据率是12Kbps，而对于具有8个检波器部件的区域，该区基站将具有最大数据率1Mbps。有能用于该数据率的低费用的无线遥测模块；例如，哈里斯半导体有限公司的“Prism”无线芯片集能处理将近4Mbps。
图4是CCU的一种相应的形式。数据是在已知类型的市场上可得到的地震检测记录部件44上捕获的。它在46处发出定时的发射命令。每一个发射命令都导致同步脉冲发生器产生同步脉冲1以激励检波器和一系列定时的同步脉冲2以控制轮流检测。该同步脉冲在50处通过发送器/接收器开关52被编码和传送，它也选通输入的数据信号到接收器和译码器54以向记录部件44提供数据。
在CCU的一项修改中，采样间隔可以逐步地及时降低。作为一个例子，在整个4s期间不进行每2ms的采样，而是在第一秒时采样率是每2 ms，而第二秒时采样率是每4ms，第三秒时是每6ms，第4秒时是每8ms。这样设置的原因是与低频信息相比高频信息会随着时间减弱，因此，在时间上离输入事件越远，需要测量的高频成份就越少，并可降低采样率。
CCU 12具有定义每一个RAU 10的位置的信息是有必要的。如在当前各种系统中所做的，这可通过把RAU 10固定在以前通过常规监测标记的位置上来达到。为有助于装载定义哪一个RAU在哪一个位置的信息，每一个RAU可方便地设置一个外部的、机器可读的标签，如带有该部件唯一识别码的常规条形码。安装该部件的人员可由此以一种简单的方式把位置号和相应的检波器代码输入可移动的记录设备以进行随后的下载进中央控制12。
做为一个替换，每一个RAU也可以包含一个电子定位装置，该装置可使得RAU能在地带上被定位而不必对其后由CCU 12通过轮流检测RAU 10的位置数据建立的每个RAU的位置进行初步监测。这样的定位装置可由GPS系统提供，而位置的精度可通过使用差分GPS(DGPS)来提高。不是在每一个RAU中使用DGPS，因为RAU是处于固定的位置，所以客观存在的位置信息可在安装时装入RAU；这可以通过红外、无线、或相应的其它从也包含条码阅读器的可移动的DGPS设备链接的短范围数据传送的装置很方便地做到。
而且，也可以通过在CAN里的GPS接收器确定每一个单元的CAN位置，以及关于通过一相对简单的本地系统确定的其CAN的每个RAU的相对位置。
很有可能要求使用一专用的无线遥测系统，其中一个频率间接地从CCU 12运送命令到各RAU 10，相反地，多个分开的频率运送数据。但是，在某些位置，也可能对命令和数据使用与蜂窝电话相似的系统。
在本发明的范围内也可对前述内容做出其它的修改和提高，如在下列权利要求中所定义的。

Claims (14)

1、一种地震检测系统，包含多个排列在监测地形的阵列中的地震检波器部件(10)，其中每一个所述的检波器部件(10)包含用于得出代表该检波器处的地球表面的地震移动的数字数据的装置(20，21，22)；其中每一个所述的检波器部件(10)进一步包括遥测装置(24，26)，适用于从中央控制器(12)接收命令信号和根据命令发送该数字数据；其特征在于，在每一个检波器部件内的遥测装置是无线遥测装置；所述的监测地形被分成多个单元(14)，每个单元(14)包括多个地震检波器部件(10)和一个单元访问节点(16)，在每个单元(14)里的所述检波器部件(10)通过无线遥测、并且每个单元采用单个频率与相应的单元访问节点(16)通信，该单元访问节点(16)与该中央控制器(12)通信。
2、如权利要求1所述的地震检测系统，其特征是在相邻的单元(14)里使用不同的频率。
3、如权利要求2中所述的地震检测系统，其特征是所述的在每一个单元(14)里通信是频带为2.4GHz的高频低功率。
4、如权利要求2或3中所述的地震检测系统，其特征是在该地形的多个非相邻单元(14)里使用一给定的频率。
5、如权利要求1中所述的地震检测系统，其特征是所述的单元访问节点(16)通过无线、电缆或光纤连接与所述的中央控制器(12)通信。
6、如权利要求1中所述的地震检测系统，其特征是所述的用于导出数字数据的装置包括一模拟地震检波器(20)，其测量速度并耦合到模-数转换器(22)。
7、如权利要求1中所述的地震检测系统，其特征是所述的地震检波器部件(10)设置有用于短期存储所述数据和永久存储唯一识别代码的存储器(24)。
8、如权利要求1中所述的地震检测系统，其特征是每一个所述检波器部件(10)具有一个前置放大器(21)和一个前置放大器控制装置(30)。
9、如权利要求8中所述的地震检测系统，其特征是所述的前置放大器控制装置(30)控制该前置放大器(21)的增益，作为所述检波器部件与被测量的该地震信号源的位置的距离的函数和/或时间的函数。
10、如权利要求7中所述的地震检测系统，其特征是每一个所述的检波器部件(10)具有它自己的唯一代码，该代码被在内部或外部以物理形式体现、或以电子形式标记在作为所述检波器部件一部份的微处理器上、或作为一个外部显示。
11、如权利要求1中所述的地震检测系统，其特征是所述的无线遥测装置(24，26)是数字式的。
12、一种进行地震监测的方法，其中，将感兴趣的地形分成若干个单元，将多个检波器部件(10)放置在每个单元中，以便在感兴趣地形上的阵列中形成多个检波器部件(10)，并使一个单元访问节点(16)与每个单元相关联；生成一系列地震事件，以产生由所述检波器部件(10)采集的地震信号；将每一个所述的检波器部件(10)的数据以数字形式存储在所述的检波器部件(10)；每一个检波器部件(10)以在此单元(14)内所有检波器部件所共有的频率、通过无线遥感技术以数字形式传输所述数据到其相应的单元访问节点(16)；通过无线电、通过电缆、或者通过光纤链路，将所述数据从每一个单元访问节点(16)传输到一中央位置。
13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于在一个给定单元内的检波器部件(10)在一给定频率下利用无线遥感技术与相应的单元访问节点(16)通信，在相邻单元(14)内使用不同的频率，每一频率被用于该地形的多个非相邻单元(14)中。
14、根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于每一个所述检波器部件(10)包括一个前置放大器(21)，其中，控制该前置放大器(21)的选自增益和运行时间窗中的至少一个参数，作为该检波器部件(10)与被测量的地震源的位置之间的距离和/或时间的函数。
CNB971990344A 1996-10-23 1997-10-23 使用无线遥测技术的地震检测系统 Expired - Lifetime CN1151383C (zh)

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