[发明专利]一种矿井微地震监测时钟同步装置及方法

说明书

本发明涉及一种矿山微地震监测系统的时钟同步方法，基于GPS授时对地面中央记录系统获得时钟一致性匹配，井下现场控制站则采用原子时钟获得时钟一致性匹配，基于现场总线发送同步时钟信号和时间戳协议，由于信号采集单元和现场控制站均采用独立的晶振作为时钟，时间(x,y)间的相互关系可用一系列成对的数据，采用最小二乘法一阶求出现场控制站、信号采集单元时钟矫正初始值，然后利用二分法根据给定的精度要求对信号采集单元时钟频率多次校准，本发明的有益效果：可以满足矿山大规模微地震长时间连续监测的时钟同步要求，较现有技术，克服持续长时间采集时钟误差累积大，具有实现成本低、同步精度高、可靠性好和适用面广的特点。

技术领域

本发明涉及一种矿井微地震监测系统的时钟同步方法。具体地，本发明基于GPS时钟或原子钟对现场控制站授时，并对采集单元时钟频率进行校准的同步机制及方法。

背景技术

矿山开采过程中，由于矿山井巷或者采场周围矿体和围岩应力被破坏而发生弹性变形，超过了岩体能承受高压的脆性岩体极限平衡状态，向自由空间突然释放巨大能量，因此而产生的以急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象称之矿山动力灾害，如矿山冲击地压、冒顶、矿震、水害突出、煤与瓦斯突出等。微地震监测系统就是一种及时的动力灾害监测手段，具有远距离、动态、三维、实时监测的特点，能够给出震动后的各种信息，并根据震源情况确定破裂尺度和性质，具有不损伤岩体、劳动强度小、时间和空间连续，还可以根据震源情况进一步分析破裂尺度、强度和性质等优点，能够为评价范围内的矿山动力灾害隐患提供依据。

矿井微地震监测系统是由地面中央控制系统及井下现场控制站构成的网络体系，微地震信号采集时间上的误差将成为影响地震数据成像的主要因素，如何保证设备之间的时钟同步是需要解决的关键技术之一。现有地震勘探采集记录系统的时钟同步方法，采用单次采集前的同步校准机制，即在开始采集前，从上至下发送同步码字，收到同步码字后，所有采集站在相同的时刻开始采集，从而保证能够在同步校准之后的短时间内实现全网同步采集和传输。但这种机制不适合长时间矿井微地震持续采集，这是由于矿井微地震现场控制站和信号采集单元采用独立晶振作为时钟源，长时间连续采集会产生时钟漂移会造成时钟误差累积，无法满足矿山安全微地震监测时钟一致性需求。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种矿井微地震监测时钟同步装置及方法，实现中央记录系统、现场控制站与基于现场总线技术的信号采集单元全局时钟同步，实现矿井微地震持续长时间采集时钟同步要求。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案。

首先，矿井微地震监测系统包括用于地面中央记录系统、矿山通讯系统、现场控制站、信号采集单元、电源工作站、现场总线和时钟匹配装置。其中现场控制站、信号采集单元、电源工作站、现场总线和时钟匹配装置构建成矿山井下微地震采集子系统。

所述的时钟匹配装置为高精度的GPS授时或原子钟，主要为地面中央记录系统、现场控制站提供同步时间脉冲和精准时间戳协议，对于地面的监测工作站、超级计算中心可利用GPS授时获得时钟一致性匹配，井下采掘工作面现场控制站采用原子时钟获得时钟一致性匹配，现场控制站通过现场总线实现不同信号采集单元的时钟一致性匹配，即发送同步时钟信号和时间戳协议。

所述基于现场总线技术的信号采集单元和现场控制站均采用独立的晶振作为时钟，时间(x,y)间的相互关系可用一系列成对的数据(x₁,y₁),(x₂,y₂)……(x_m,y_m)，设一次系数方程：

y＝a₀+a₁x (1)

其中：a₀、a₁是任意实数。为确定a₀和α₁，采用最小二乘法构建函数