[发明专利]一种分布式矿震检测方法及装置

摘要

本发明公开一种分布式矿震检测方法及装置，涉及煤矿井下安全监控领域。将多路震动检测装置分布式安装在待测设备或区域；服务器提供启动信号后开始高精度同步震动检测，采集的信号由装置接收处理后通过以太网传送到云端服务器；服务器对海量信息进行数据融合分析处理后提供给用户。震动检测装置硬件包括震动检测转换单元、微控制器单元、人机交互单元、存储单元、通信单元、时间同步单元和服务器。优点能够检测灵敏度高、动态范围大的震动信号，频响特性宽，数据无损快速传输，分布式环境下网络化同步与震源定位精度高；系统容量大，具有较强的扩容能力和较低的扩容成本。

主权项

一种分布式矿震检测方法，其特征在于：包括多路分布式安装在待测设备或待测区域的震动检测装置；所述的震动检测装置包括微控制器单元、分别与微控制器单元连接的震动检测转换单元、人机交互单元、存储单元、通信单元和时间同步单元，所述的通信单元和震动检测转换单元分别与时间同步单元连接，所述的微控制器单元通过通信单元连接服务器，所述的服务器通过通信单元同时给多路震动检测装置提供启动信号；所述的时间同步单元以支持IEEE1588硬件时间戳的以太网物理层芯片为核心；所述的震动检测转换单元由加速度震动传感器、抗混叠滤波器和模数转换器组成；加速度震动传感器采集到反映震动信息的模拟量后经抗混叠滤波器送入模数转换器，模数转换器转换后的数字信号送给微控制器单元；所述的通信单元包括以太网接口、串口、程序下载接口及现场总线接口；具体检测步骤如下：步骤1，将多路震动检测装置分布式安装在待测设备或待测区域；步骤2，服务器发出启动信号后由时间同步单元在IEEE1588网络测量和控制系统的精密时钟同步协议控制下提供高精度定时检测控制脉冲；步骤3，震动检测转换单元将采集到的信号进行滤波、模数转换处理后送入微控制器；微控制器在数据上加入帧头、帧尾、时间戳、校验值部分，以封装成能够在以太网传输的信息结构，封装完成后还要进行无损数据压缩；步骤4，微控制器将封装后的信息通过通信单元中的以太网接口传送至云端服务器；步骤5，服务器对多路震动检测装置处理后的数据进行数据融合分析处理后得到震源位置和震动时间提供给用户，并根据采集到的脉冲信号中的离散数据利用相关检测方法得到地震波到达相关检测装置的时间差，具体如下：tab(k)=1NΣn=0N-1a(k)b(n-k)---(1)]]>以A1、A2为例，带入公式1可得：t12(k)=1NΣn=0N-1R1(k)R2(n-k)]]>具体如下：假设震源位置的坐标为(x,y,z)，检测装置的安装位置是确定的，其坐标已知，根据TDOA定位方法得出方程，具体如下：(xa-xb)2+(ya-yb)2+(za-zb)2=vtab---(2)]]>以A1、A2为例，带入公式(2)可得：(x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2=vt12]]>由公式2可以计算出地震波速度v，再根据TDOA公式列出方程组就可以计算得出震源位置，如方程组3所示：(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2-(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2=vt12(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2-(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2=vt23(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2-(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2=vt31---(3)]]>根据采集信号中的离散数据利用目前相关检测方法得到地震波到达相关检测装置的时间差，由此时间差可确定近场区和远场区；再根据TDOA定位方法，将地震波传播速度、时间差、检测装置坐标综合处理计算出震动时间和震源位置；根据监测到时的先后将检测装置与震源距离分为近场区域和远场区域，取到时较早的近场区域点进行组合计算；再取到时较晚的远场区域点进行组合计算，并进行几次远近结合的计算，用来校正组合可能产生的误差。