[发明专利]振动分析系统及其方法

说明书

一种振动分析系统包括一台或多台服务器计算机、一个或多个客户端计算设备、以及一个或多个振动检测单元，其通过网络在功能上连接。其一个或多个振动检测单元可以部署在现场以进行振动检测。检测到的振动数据发送到一台或多台服务器计算机进行振动/地震分析。本文披露的系统可用于振动/地震勘测、振动监测等。每个振动检测单元可具有振动检测传感器和用于自动定位的定位模块。振动检测单元可以是检波器，且系统可以包括一个信号处理模块用于补偿检波器引入的失真。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年11月14日提交的加拿大专利申请序列号2,948,437及2017年5月19日提交的加拿大专利申请序列号2,967,629的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本文总体上涉及振动信号分析系统和方法，并且特别涉及分析从振动检测设备如检波器所采集的振动和/或地震数据的系统和方法。

背景技术

地震活动包括在特定地理位置的地震的发生、机制和震级，并总结了一个地区的地震发生情况(见地球物理学(第4版)，弗兰克·斯塔西和保罗·戴维斯著，由剑桥大学出版社于2008年9月出版，ISBN：9780521873628)。地震活动可分为自然地震以及诱发地震如人类活动引起的地震和震颤。大多数诱发地震都是低震级。

地震勘测已广泛应用于许多领域，例如资源勘探。地震勘测探测从远端人为地震源生成并在地球传播的地震信号。检测到的信号可用于地震数据分析，例如生成二维(2D)和/或三维(3D)地震图像，或时序地震图像，其可被视为四维(4D)地震图像。

地面振动通常是由爆炸、建筑施工、铁路和公路运输等引起的人为地面振动。地面振动的频率范围通常很宽，且沿着地表传播时会引起声波。

地形学是研究地球表面和其他可观测天文物体的形状和特征。区域地形图通常是指其三维地表形状。

各种振动传感器如检波器和微机电系统(MEMS)检波器已用于地震测量。例如，检波器通常有一个或多个悬浮在磁场中的线圈。外部振动导致线圈在磁场中移动，并在线圈上形成电压。此类电压可用于确定外部振动的特性。

传统检波器通常成本低、高效节能且可靠。但是，它们的频率带宽通常很窄，特别是在低频范围内的频率响应通常较差。开环MEMS检波器的频率带宽通常非常有限。另一方面，闭环MEMS检波器通常价格昂贵、脆弱且功耗高。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种振动检测装置。该振动检测装置包括：用于检测振动和输出第一信号的检波器；一个模数(A/D)转换器功能性连接到检波器以在离散时间域内将第一个信号转换到第二个信号；以及一个信号处理模块功能性连接到检波器以在离散时间内处理第二个信号以补偿检波器引入的失真。检波器的_s域传递函数H(s)为：

其中B，ω_n，和ξ是预先确定的参数。信号处理模块的z域传递函数G(z)是从以下s域传递函数使用预先确定的采样方法及采样频率获得的：

在一些实施例中，信号处理模块是具有多个放大器和单元延迟的数字滤波器，信号处理模块的z域传递函数G(z)为：

其中a₀，a₁，a₂，b₀，b₁，和b₂是放大器的增益，并且根据H(s)、所述采样方法和所述采样频率预先确定。

在一些实施例中，振动检测装置还包括：定位模块；网络模块；和与检波器、信号处理模块、定位模块和网络模块功能性连接的控制其运行的控制电路。