[发明专利]地震深井监测中数据采集的授时装置及其授时方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及地震监测技术，尤其涉及地震深井监测中数据采集的授时装置及其授时方法。

【背景技术】

随着经济活动和城市化进程的加快，地表地震观测的环境越来越恶劣，尤其是城市，地铁、铁路等轨道交通的建立以及人类的其他活动，严重影响了地震监测仪器的背景噪声。钻孔应变在地学观测中的作用越来越重要，这种仪器可以弥补测震和GPS观测的不足，在数秒或数月的时段范围里发挥高精度的优势，为研究地壳运动提供观测资料。所以，越来越多的地震监测仪器和设备选择安装在井下，直接与观测井的基岩刚性连接在一起。

对于地震观测，时间服务非常关键，要求数据与时间必须是一一对应的，这就需要用到GPS授时技术，全球定位系统GPS输出包括GPS数据和秒脉冲两部分，其中GPS数据包含时间数据以及导航数据信息，秒脉冲提供接收数据的时间基准，通过包含有时间信息的GPS数据和秒脉冲模拟信号，保证GPS授时/守时精度优于1ms。

目前，常规的GPS授时一般采用GPS天线离开GPS模块一定的距离，而GPS模块和仪器设备距离很近(通常位于一块电路板上)，GPS数据以TTL或RS232电平方式输入微处理器MCU处理，秒脉冲信号以TTL电平方式输入微处理器MCU处理；在这种方式下，GPS天线到GPS模块之间传输的是高频的射频信号，GPS的射频信号传输距离较短，一般只有30米左右，信号随距离衰减，一般传输距离有限，根本无法传输到水下几百米深的井下设备授时。且在地表检测系统中，通常使用数字信号来获得时钟信息，再通过秒脉冲来精确对时，这种方法通常能达到1ms的时间误差，然而在深井观测系统中，在长距离传输的状况下很难获取准确的对时。

GPS授时另一种授时方式采用GPS天线和GPS模块离开仪器设备一定的距离，模块输出的数据通过RS232电平方式进行短距离传输，或者通过RS485芯片进行长距离传输。但是由于秒脉冲的TTL电平信号负载和抗干扰能力弱等原因，一般只用于板卡间信号传输，传输距离不超过几米；且此时单靠GPS数据信号的授时只能达到1s的精度，无法实现1ms的授时精度。

【发明内容】

本发明提供一种授时距离远、授时精度高，能够实现秒脉冲信号锁相后精确授时的地震深井监测中数据采集的授时装置及其授时方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

地震深井监测中数据采集的授时装置，包括设置于深井底部的地震传感器，在深井的底部设有通过信号及同步线与地震传感器连接的微处理器；在深井的井上地面设有GPS天线和GPS模块，GPS模块与GPS天线相连接用于获取GPS坐标和时间；在深井的井上地面还设有与GPS模块连接将GPS模块输出的TTL电平秒脉冲信号转换为低压差分形式秒脉冲信号的第一RS485电平转换芯片；在深井的井上地面还设有与GPS模块连接将GPS模块输出的GPS数据转换为低压差分形式秒脉冲信号的第二RS485电平转换芯片；在深井的底部还设有与微处理器连接的第一RS485电平解调芯片，深井底部的第一RS485电平解调芯片与深井井上的第一RS485电平转换芯片之间设有连接两者的长距离双绞线，第一RS485电平解调芯片将第一RS485电平转换芯片输出的低压差分形式秒脉冲信号解调为TTL电平秒脉冲信号输送给微处理器；在深井的底部还设有与微处理器连接的第二RS485电平解调芯片，深井底部的第二RS485电平解调芯片与深井井上的第二RS485电平转换芯片之间也设有连接两者的长距离双绞线，第二RS485电平解调芯片将第二RS485电平转换芯片输出的低压差分形式秒脉冲信号解调为GPS数据输送给微处理器。

地震深井监测中数据采集的授时方法，包括以下步骤：

a)、深井井上地面的GPS天线接入GPS模块获取信号，产生GPS数据和TTL电平秒脉冲信号以秒脉冲模拟信号输出；

b)、TTL电平秒脉冲信号通过第一RS485电平转换芯片，使单端的秒脉冲信号转换成低压差分形式的秒脉冲信号通过长距离双绞线传输至深井底部；

c)、差分形式的秒脉冲信号从长距离双绞线进入第一RS485电平解调芯片，让秒脉冲信号转换成原来的TTL电平秒脉冲信号，进入微处理器进行锁相，通过秒脉冲的边沿脉冲，得到精确到秒的时刻；

d)、GPS数据通过第二RS485电平转换芯片，转换成低压差分形式的秒脉冲信号通过长距离双绞线传输至深井底部；

e)、第二RS485电平转换芯片的差分形式的秒脉冲信号从长距离双绞线进入第二RS485电平解调芯片，让秒脉冲信号转换成原来的GPS数据进入微处理器；