基于加速度计的海底地震数据采集系统研制

发布时间：2020-10-22 20:43

　　 地震是一种对全世界人民财产和生命有重大威胁的自然灾害，每年地震都会对国家造成严重损失。尤其是在海底发生的地震，除了地震直接造成房屋倒塌、火灾等破坏外，海底地震还容易引起海啸造成更为严重的次生灾害。全球地震发生是十分频繁的，几乎每时每刻都会有地震发生。全世界每年发生6级以上地震至少百余次，为了实时监测这些地震发生的信息，需要安放大量的地震数据采集系统。由于大部分地震都发生在海底，而目前海底地震监测设备布放数量十分有限，因此研制新型海底数据采集系统是有必要的。 近年来随着现代的电子信息和计算机技术的快速发展，数字检波和数字存储技术基本已取代了传统的落后的模拟地震观测方法。数字地震观测的方法有更大动态范围、更高的分辨率，数据存储处理也更方便。因此研发设计基于数字检波技术的地震数据采集系统显得更加重要。 通常，地震数据采集系统的关键问题是如何有效的处理地震波信号。针对这些情况本课题设计了一套基于MEMS加速度计的海底地震数据采集系统。方案选取合适的MEMS三轴加速度计，采用TI公司内部自带可编程放大器（PGA）的24位Δ-Σ型AD作为信号放大器和模数转换器。嵌入式处理平台采用的是STM32F103平台，使用大容量高速SD卡作为数据存储器。数据采集单元通过串口把数据传给PC。计算机端的上位机软件采用C#开发，具有数据接收、显示、绘图、存储、历史数据分析等基本功能。同时上位机还能配置采集单元的采样率和系统时间校准功能。本课题需要完成的主要任务是设计嵌入式数据采集存储单元、完成上位机编写、制定合适的通信协议。 本文前两章介绍课题相关背景和MEMS加速度传感器，接着叙述了系统整体方案。在后面分别详细介绍了系统采集单元相关硬件设计，嵌入式软件设计，上位机软件设计和系统调试等内容。在论文的结尾，总结了课题在设计调试中碰到的问题及存在的系统不完善之处。文章最后对本课题提出了一些有待改进之处，为今后数字地震测量技术的发展研究提供参考。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：P716.83;TP274
【部分图文】：

从而造成巨大能量的短时间释放，形成地震。在这些断层附近布放地震仪是监听地震的主要手段。然而，由于断层有很大一部分被海洋覆盖，在海底布放地震仪的困难是无法形成全球地震监听网络的主要原因。图1.1是我国国家级地震台站分布图，可以看出目前我国地震台都分布在陆地上。图 1.1 中国 148 个国家级地震台站分布图现代地震数据采集系统的一般测量原理，是通过检测震摆的位移、速度和加速度等参量，判断不同类型的地震强度和震动方式，这种方式灵敏度高，经过近百年的检验，被证明是记录微弱地震波的最好方法。然而，如果此类正好布放在震中强源位置，剧烈的震动将会导致震摆出格甚至损坏。海底地震数据采集系统由于布放的高成本，一般选址在发生过强震的断层位置，是典型的强震记录仪器，因此用震摆式原理设计此类地震仪具有局限性。可记录强震，具有宽频带响应、全数字记录特点

杭州电子科技大学硕士学位论文第 2 章 地震检波器及其新技术传统地震检波器原理及特性地震检波器是把传输到地面或水中的地震波转换成电信号的机电转换野外地震数据采集的关键部件。从使用环境分有：陆上检波器，沼泽检波检波器[8]。从工作原理分有：动圈式检波器包括常规检波器和超级检检波器，数字检波器。按输出信号所跟踪的物理量分有：速度检波器加器，压力检波器。1 电动式地震检波器

图 2.2 电动式检波器的固有振动过阻尼状态： /10D h ，两个不相等的实根为：2 21.2 0 2r h h h (2-13)固有振动电压具有非周期性，且迅速衰减：()()2212htttVtecece (2-14)临界阻尼状态： /10D h ，两个相等的实根为：1.2r h(2-15)固有振动电压处于周期振动向非周期振动过渡的状态： 1 2htV e c c t (2-16)地震勘探的垂向分辨率：垂向分辨率的严格定义是：用地震的方法可以分辨地层的最小厚度。电动式震检波器通常工作的欠阻尼状态，即固有振动为衰减正弦，固有振动的延迟时
【参考文献】

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本文编号：2852067