基于MEMS地震仪的天然地震信号采集系统的开发硕士学位论文 精品
高敏感地震监测技术研究与应用
高敏感地震监测技术研究与应用近年来，地震活动频繁，给人们的生产生活带来了巨大的安全威胁。
为了及时有效地监测地震活动并减少其对人民生命财产安全的危害，高敏感地震监测技术的研究与应用变得尤为重要。
本文将探讨高敏感地震监测技术的研究进展，介绍其工作原理和应用前景。
首先，我们来了解高敏感地震监测技术的工作原理。
高敏感地震监测技术主要通过收集地震波的微弱信号，并对其进行分析和处理，以实现地震事件的准确监测和预警。
其关键在于提高地震信号的采集灵敏度，并通过高精度的数据处理方法对地震事件进行准确判定。
目前，主要的高敏感地震监测技术包括地震仪、地震网络和人工智能算法等。
地震仪是高敏感地震监测技术中最重要的工具之一。
地震仪通过测量地震波的加速度、速度和位移等参数，为科学家提供了有价值的数据。
传统的地震仪通常是基于传感器和数据记录器的组合，其工作原理是通过传感器将地震波的微弱信号转换为电信号，并经过数据录制器进行数字记录和存储。
然而，随着新一代地震仪的发展，如MEMS （微电子机械系统）地震仪，其小型化、低功耗和高灵敏度的特点成为研究热点。
这些新型地震仪的应用，大大提高了地震波的采集效率和准确性。
除了地震仪，地震网络也是高敏感地震监测技术中的关键组成部分。
地震网络是由分布在全球各地的地震台站组成，它们互相连接并共享数据，以实时监测地球各地的地震活动。
地震台站通常配备有地震仪和通信设备，可以将采集到的地震数据传输至地震监测中心进行分析和处理。
地震网络的建立和运营，为地震活动的监测和预警提供了强大的支持，使得人们能够及时了解到地震的发生并采取相应的防范措施。
在高敏感地震监测技术的研究与应用中，人工智能算法也起到了重要的作用。
人工智能算法通过对海量地震波数据进行深度学习和模式识别，可以提高地震事件的自动检测和分类能力。
例如，可以利用人工智能算法对地震波形进行特征提取和模式识别，从而实现地震活动的自动识别和定位。
此外，人工智能算法还可以应用于地震预警系统中，通过对地震波速度和震级的快速估算，提供给人们更准确的地震预警信息。
新型MEMS地震检波器的研究
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ＭＥＭＳ；ａ ｃ ｌｒ ｔ ｎ ｓ ｎ ｏ ；ｓ ｉｍｉ ｅ ｐ ｏ ｅ ｉ ｌｔ ｎ ｃ ｅｅ ａｉ ｅ ｓ ｒ ｅｓ ｃ ｇ ｏ ｈ ｎ ；ｓｍｕ ａｉ ｏ ｏ
（ 南 石 油 大 学 电子 信 息 工程 学 院 。 川 成 都 ６ ０ｏ ） 西 四 １５ｏ
摘
要 ：以 ＭＥ ＭＳ加 速 度 传 感 器 为 基 础 的 新 型 地 震 检 波 器 大 幅 度 提 高 了地 震 检 波 器 的 各 项 性 能 指 标 。介
绍 了 一 种 新 型 的 石 油 勘 探 ＭＥ ＭＳ地 震 检 波 器 的 设 计 及 其 主 要 技 术 参 数 ， 通 过 微 传 感 器 结 构 的 力 学 性 能 并
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ｃｏ ｓｒ ｃ ： ｍｐａｅ ｔ ｈ ｒ ｖｏ ｓ ｏ ｅ ａ ｎｅ ｔｐｅ ｓ ｉｍｉ ｇ ｏ ｈ ｅ ｂａ ｅ ｎ Ｍ ＥＭ Ｓ ａ ｃ ｌｒ ｔｏ ｅ ｓ ｓ ｒ ｄ ｗｉｈ ｔ ｅ ｐ ｅ ｉｕ ｎ ｓ， ｗ－ｙ ｅ ｓ ｃ ｅ ｐ ｏｎ ｓ ｄ ｏ ｃ ｅｅ ａｉ ｎ ｓ ｎ ｏＦ ｈ ｓｇ ｅ ｔ ｍｐｒｖ ｄ ｉｓｐｅｆ ｒ ａ ｃ ． ａ ｒ ａｌ ｉ ｙ ｏ ｅ ｔ ｒｏｍ ｎ ｅ Ｔｈｅ ｓｒ ｔｒ ｈａ ａ ｔｒｓｉｓａ ａｎ ｔｃｈ ｉａ ａ ａ ｔｒ ｆｔｅ ｎ ｗ ｙ ｅ ｔｕｃｕ ｅ ｃ ｒ ｃ ｅｉｔｃ ｎｄ ｍ ｉ ｅ ｎ ｃ ｌｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｏ ｈ ｅ ｔ ｐ ＭＥＭＳ ｓ ｉｍｉ ｅ ｐ ｎ ｏ ｉ ｘ ｌ ｒｔｏ ｓｉ ｒ ｄ ｅ ｈｏ ｔ ｐ ｃｆｃ ｓｚ ｆｓｒ ｔ ｒ ｆｔ ｗ—ｙ ｅｉｍ ｉ ｅ ｓ ｃｇ ｏ ｈｏ ｅ ｆｒｏｌｅ ｐ ｏ ａｉｎ ｉ ｎｔｏ ｕｃ ｄ， ｗ ｈｅｓ ｅ ｉｉ ｉｅｏ ｔｕｃｕ ｅ ｏ ｈｅｎｅ ｔｐｅｓ ｓ ｃ ｇ ｏ ｈｏ ｅ ｉ ｃ ｅ ｅ ｈ ｏ ｇ ｅ ｈａ ｉａ ｏ ｒｙ ｓｍｕ ａｉｎ ｆ ｔ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｏ ｃ ｏ ｓ ｎ ｏ ．Ａ ａ ｌ ＭＥＭＳ ｅ ｐ ｎ ｓａ ｈｉｖ ｄ ｔ ｒ ｕ ｈ ｍ ｃ ｎｃ ｌｐｒｐｅ ｔ ｉ ｌ ｔｏ ｏ ｈｅ ｔ ｔ ｒ ｆ ｍｉ ｒ —ｅ ｓ ｒ ｕ ｓ ｍｐ ｅ ｓ ｉｍ ｉ ｅ ｐｈ ｎｅｈａ ｅ ｂ ｅ ａ ｉｃ ｔｄ ｏ ｈ ｇ —ｅ ｉｔｎ ｅ ｓｌｃ ｎ ｗａ ｅ ｈ ｏ ｇ ｈ ｏ ｂ ｎ ｔｏ ｅ ｈ ｑ ｓｏ ｅｓ ｃ ｇ ｏ ｏ ｖ ｅ ｎ ｆｂｒ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｈｉｈ ｒ ｓｓａ ｃ ｉ ｏ ｆｒｔ ｒ ｕ ｈ ｔｅ ｃ ｍ ｉ ａｉｎ ｔｃ ｎｉｕｅ ｆ ｉ ｔ ｅ ｓ ｆａ ｅ ｍａ ｈ ｎ ｎ ｎ ｈ ｕｌ ｃ ｉ ｉ ｙ ｕｓｎ ｇ ｅ ｒ ｎ ｓ ｔｅｉ ｈ ｕｒ ｃ ｃ ｉ ｉ ｇ ａ ｄ ｔ ｅ ｂ ｋ ｍａ ｈ ｎｎｇ ｂ ｉ ｇ ｍａ ｎ ｔｏ ｐｕ ｔｒｎｇ，ｐｈ ｔｌｔ ｇａ ｙ， ｈｅ ｃ ｌｅｃ ｉ ｏｏｉｈｏ ｒ ｐｈ ｃ ｍｉａ ｔ ｈｎｇ
《基于深度学习的微震识别和到时拾取系统的研究与实现》
《基于深度学习的微震识别和到时拾取系统的研究与实现》一、引言随着人工智能和深度学习技术的飞速发展，其在地质、地球物理等领域的应用也日益广泛。
其中，微震监测技术是用于研究地下岩层中地震活动的重要手段。
本文将重点探讨基于深度学习的微震识别和到时拾取系统的研究与实现，为地下岩层地震活动的监测提供更为高效、精准的技术支持。
二、微震监测技术概述微震监测是通过在地下岩层中布置传感器，捕捉并记录由岩层中地震活动产生的微小震动信号，进而分析岩层的地震活动特性。
这一技术广泛应用于矿井安全、油田开发等地质工程领域，具有重要的实际意义。
三、深度学习在微震识别中的应用传统的微震识别方法主要依赖于人工解译和经验判断，效率低下且易受人为因素影响。
而深度学习技术能够通过学习大量数据，自动提取特征，实现自动识别和分类。
因此，将深度学习应用于微震识别，可以有效提高识别效率和准确性。
四、基于深度学习的微震识别系统设计与实现（一）系统设计本系统采用深度学习框架，设计包括数据预处理、特征提取、模型训练和识别四个主要部分。
首先，对原始微震数据进行预处理，包括去噪、归一化等操作；然后，通过深度神经网络提取特征；接着，利用大量标记数据进行模型训练；最后，实现微震信号的自动识别。
（二）特征提取与模型训练特征提取是深度学习中的关键步骤，通过卷积神经网络等手段，从原始数据中提取出有效的特征。
模型训练则需要大量的标记数据，通过不断优化模型的参数，提高模型的泛化能力。
在实际应用中，可以采用迁移学习等技术，加快模型训练速度，提高识别准确率。
五、到时拾取系统的设计与实现到时拾取是微震监测中的关键环节，用于确定地震事件的到达时间。
本系统采用基于深度学习的到时拾取算法，通过训练模型学习地震信号的传播规律和到时特征，实现自动到时拾取。
（一）算法设计到时拾取算法采用长短期记忆网络（LSTM）等深度学习技术，通过捕捉地震信号的时序特征，实现到时拾取。
算法包括数据预处理、模型训练和到时拾取三个步骤。
基于智能手机MEMS传感器监测实时震况的研究
基于智能手机MEMS传感器监测实时震况的研究作者：杨梦琴来源：《无线互联科技》2014年第03期摘要：本文针对我国多发地震而不能提前准确监测以造成重大损失的问题，设计将智能手机内置传感器用于地震监测以搭建实时城市地震网的研究，达到第一时间准确监测潜在最大危害地区的目的，从很大程度上避免了地震灾害所带来的巨大损失。
关键词：MEMS传感器；地震预警；地震网我国位于世界两大地震带之间，是地震活动较多且强烈的地区。
近年来，我国地震频发，先后在汶川及玉树两地发生强级地震，不仅给灾民造成生命财产损失，也给我国造成重大经济损失。
若提前预知地震并做好充分的准备，就可以从很大程度上避免悲剧的发生。
而此次研究主要将智能手机内置传感器用于地震监测以搭建实时城市地震网，第一时间监测地震并为其做好准备。
1 MEMS传感器概述MEMS是微电子机械系统的的简称，它是一种微米级的类似于集成电路的装置和工具。
虽然对常规地震检波器的研究与使用已有50多年的历史，已具备小体积，高灵敏度以及对地面噪声较强的抑制作用等特征，但MEMS加速传感器凭借其独有的低频响应，高的矢量保真度及数据的直接传输逐渐成为地震监测研究中的重要角色。
目前已经有将MEMS作为技术制作的微机械地震加速计，大小不及一枚硬币，功耗只有毫瓦级，在±3g（g为地球重力加速度值）的测量范围下可达120dB的动态范围，噪声仅有300～500ng/ ，可用于强震监测。
2 具体细节及可实行性2.1 用户自测现今智能手机几乎人手一部，而大多数智能手机中均配备小型灵敏传感器，足以监测地震运动。
用户通过地震监测软件启用MEMS加速传感器监测当前所在位置地震运动数据，发送数据信息给地震监测站，并通过高灵敏度GPS接收器接收计算后得出的反馈信息。
地震监测软件在后台运行期间，若提前感知强烈地震运动，会向用户发出警报提示，减少人员伤亡。
有无预警系统对比图如图1所示。
2.2 数据采集智能手机所具备的无线数据传输接口包括GSM/GPRS、WiFi、蓝牙以及RFID，通过接入互联网获取当前位置目标的在线数据库，结合GPS进行定位，并将地震运动数据及具体位置作为地震观测点信息发送到分布式地震波采集系统。
基于MEMS的三分量主动源地震仪设计
基于MEMS的三分量主动源地震仪设计
高乐然;朱国维;宋佳伟
【期刊名称】《电子设计工程》
【年(卷),期】2024(32)1
【摘要】为了满足主动源地震勘探技术对勘探仪器高精度、高速率、高灵活度和宽频带的要求,采用STM32F407为控制核心,MEMS芯片VS1002为传感器,辅以△Σ型A/D转换器AD7767和菊花链传输模式,实现了基于MEMS的三分量主动源地震仪设计。
该设计能完成12通道,24位采集精度,最小采样间隔0.05 ms的地震信号采集,0 dB放大时的动态范围可达118 dB,输入带宽为0~1 kHz,地震数据可存储到本地SD卡备份同时通过无线传输至PC上位机保存和显示。
实验结果表明,地震仪能对标准信号和主动源地震信号进行快速、稳定和准确的采集,满足预期设计目标。
【总页数】6页(P49-54)
【作者】高乐然;朱国维;宋佳伟
【作者单位】中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;煤炭资源与安全开采国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN98
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mems地震源定位的原理及应用
mems地震源定位的原理及应用下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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一种可用于地震勘探的MEMS加速度传感器的研究的开题报告
一种可用于地震勘探的MEMS加速度传感器的研究的开题报告题目：一种可用于地震勘探的MEMS加速度传感器的研究摘要：随着传感器技术的发展和成本的不断降低，MEMS（微机电系统）加速度传感器在地震勘探领域中的应用逐渐普及。
本文旨在研究一种可用于地震勘探的MEMS加速度传感器，通过对传感器的性能参数、制造工艺和应用场景等方面进行研究，探索MEMS加速度传感器在地震勘探领域中的应用潜力。
研究内容：1. MEMS加速度传感器的基本原理和结构特点；2. 地震勘探中MEMS加速度传感器的应用需求分析；3. MEMS加速度传感器在地震勘探中的应用情况；4. MEMS加速度传感器的制造工艺和性能参数；5. 利用自研MEMS加速度传感器进行地震勘探实验并进行性能评估；6. 对MEMS加速度传感器的性能进行优化。
计划安排：第一年：1. 完成文献综述和技术调研；2. 设计MEMS加速度传感器的原理图和结构图；3. 进行传感器原理模拟和热力学模拟；4. 制造MEMS加速度传感器的实验样品。
第二年：1. 对MEMS加速度传感器进行实验测试和性能评估；2. 根据实验结果对MEMS加速度传感器的结构和性能参数进行优化；3. 进行地震勘探实验，测试MEMS加速度传感器在实际应用中的性能和可靠性。
第三年：1. 对地震勘探实验结果进行数据分析和处理；2. 完成本文论文写作和论文答辩准备。
研究意义：本研究旨在研究一种可用于地震勘探的MEMS加速度传感器，通过探索其制造工艺、性能参数和应用场景等方面，为地震勘探领域提供一种新的传感器解决方案。
该研究成果对于提升我国地震勘探领域的研究水平和应急救援能力具有重要意义。
新型MEMS地震检波器的研究
新型MEMS地震检波器的研究近年来，地震活动的频率和强度明显增加，对于地震监测和预警手段的需求也越来越高。
传统的地震检波器利用地震波传播引起的地表震动来监测地震活动，但其体积庞大、布设困难、价格高昂等问题限制了其在地震监测领域的应用。
因此，研究和开发新型MEMS地震检波器具有重要意义。
MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是一种微小机械系统，利用微纳尺度的材料、结构和技术制造出具有机械和电子功能的微小设备。
相比传统的地震检波器，MEMS地震检波器具有体积小、能耗低、精度高、响应快等优势，因此成为了地震监测领域的一个研究热点。
目前，研究人员主要关注MEMS地震检波器的设计和制造技术，以及其在地震监测中的应用。
在设计和制造方面，MEMS地震检波器通常由传感器和数据处理器两部分组成。
传感器用于测量地震波的震动信号，并将其转换为电信号；数据处理器则对传感器采集到的信号进行处理和分析，得出地震的参数如震级、震源位置等。
MEMS地震传感器的核心技术是微机电系统技术。
通过微机电系统技术，可以将传统的地震传感器做成微小的MEMS传感器，使得其能够实现原位检测和高精度测量。
目前，研究人员已经成功开发出多种类型的MEMS地震传感器，如微型加速度计、微型压电传感器等，这些传感器在地震监测中具有重要的应用价值。
MEMS地震检波器在地震监测中的应用主要体现在以下几个方面。
首先，通过部署大量的MEMS地震检波器，可以实现对地震活动的实时监测和跟踪，提供更准确的地震预警和应急响应；其次，MEMS地震检波器具有较低的功耗和较长的寿命，能够长期稳定地工作，减少人工维护和更换传感器的成本；此外，MEMS地震检波器在灾后评估和地震学研究等方面也有重要的应用。
然而，MEMS地震检波器在实际应用中还面临一些挑战。
首先，MEMS地震检波器的制造和封装技术仍存在一定的难题，需要进一步提高。
其次，MEMS地震检波器的可靠性和稳定性问题需要解决，确保其在恶劣环境下能够正常工作。
地震勘探采集仪器应用论文
地震勘探采集仪器应用论文地震勘探采集仪器应用论文预读: 摘要：1目前主流节点仪器的性能对比目前采用节点技术的新一代勘探仪器,无线的居多.除了上文提到的GSＲ无线节点仪器,还有Fairfield公司生产的ZLandNode陆地采集设备(该公司有多种节点［4］,其中Z700和Z3000适应于深水作业)和Sercel的Unite系统等.对于无线节点仪器需要关注:节点单元的内存容量;节点单元的供电方式和续航能力;外置检波器的兼容能力;数据回收的方式;是否可以实现实时QC数据回传;是否有防盗功能;节点单元的重量,这7个指标.FairfieldNodal公司的ZLand 节点仪器［5］是该公司主打陆地无线采集设备,它将锂电池、记录模块和检波器集于一身.Zland无线节点内部存贮容量为2GB,检波器使用OYO公司的GS－1检波器,或者CT－30芯体.因为内存储容量和锂电池待机能力的瓶颈,Zland仪器稍逊色于同类其他的GSＲ和Unite.但是Zland就是因为相对高度的集成恰好诠释了节点技术.前期节点的野外放样都借鉴了GSＲ无线节点的模式,其使用GeoXT和GISMAP类似于Ｒumelia项目GSＲ无线节点施工流程.作为欧洲大陆采集设备研发商Sercel,自己的UniteＲAU也成为节点仪器市场的新星.Unite 相对其他节点仪器有以下5点优势:1)足够大内存容量.8GB是世界节点仪器之最.2)灵活的供电方式.内置电池是备用,外部电池根据用户自己需要.3)数据回收方式灵活.除了可以像其他无线节点设备一样,可以站体整体回收连线下载,在野外也可以通过Harvester连接CAN无线回收1Km内的节点数据.4)可以和有线传统的采集设备428XL混用,为业界保守人士接受新节点设备提供了一个良好的缓冲.5)强大的内存和强劲的供电,保障Unite系统在野外长时间连续工作的能力.三家主流无线节点仪器可以满足不同层次的物探承包商的需要,其性能对比见表 1.从操作难度和劳动量来讲,笔者更倾向于OYO公司的GSＲ,经过鲁曼拉项目的实践,GSＲ无线节点具有操作简单,重量轻和记录时间长等优点.2508XT新一代节点技术仪器Sercel公司于2013年9月发布了新一代地震勘探仪器508XT,该仪器采用X－Tech构架,颠覆传统的仪器理念,吸收节点技术,目标是使带道能力达到1百万道［6］.508XT将有线系统和无线设备Unite结合在一起,可以实现混用,继承了428XL的这一便捷功能,最值得人关注的是野外设备大大简化.在508XT系统中没有交叉站(Laux)和电源站(laul)独立设备,野外控制、数据存储和数传单元被CX－508这一种地面设备实现,如图3所示.该系统之所以继承了节点技术,是因为CX－508实际上是一个节点单元,它的内部也有4GB的内存冗余.每一个CX －508在排列上可以管控64道FDU－508或者74道DSU1－508(都是55m线缆距).CX－508除了管理节点单元之外,也代替了交叉站的角色,使用光缆交叉线传输速率可以达到1Gbps．而大线传输速度也因为节点技术和CX－508单元的优势的结合可以达到40Mbps.节点技术的应用,使508XT有了大线数据传输冗余的优势.当通往仪器车的线缆不畅,该冗余在4ms采样率的情况下,数据存储在CX－508内存当中,可以容纳至少15天的连续数据量.CX －508结合无线电台技术,在有线数据不畅情况下,也可以通过CX－508无线连接实时QC.508XT倡导零等待时间,野外节点单元CX－508有三种模式:Testing、Standby、Acquisition.根据生产的需要可以设置连续采集或者阶段性的采集,不会因为大线故障或者仪器车搬点而停止采集.与所有的节点仪器一样,508XT对GPS的依赖性很强,地面设备CX－508和Unite Ｒau等都内置了GPS.GPS除了同步采集之外,对于ＲAU还有定位甚至防盗的作用.508XT可以实现有线和无线ＲAU的混用,如图4所示.无线的设备也可以通过CX－508实现实时的QC信息,当有线排列“失联”之后,CX－508启动无线工作模式,除了不能回传地震采集数据外,实时QC电瓶管理等信息可以通过无线回传,此时的CX－508无线最大回传距离为1km.3结束语根据原创论文统计数据分析研究，笔者认为根据近几年节点仪器发展的趋势,未来节点仪器的发展特点,甚至可以说整个地震勘探仪器的发展走向有以下6个特点:1)由之前的“盲采”逐步实现实时QC.2)节点理念由无线走向有线采集设备,有线无线混合使用.3)电源管理更加优良化.4)节点单元的存贮容量更大.5)对GPS的依赖程度更大,有的可以实现防盗.6)与单点接收Q技术、高密度采集和新的施工方法紧密结合.面对高速发展的技术装备,石油勘探仪器的工程技术人员不能墨守成规,只有不断地学习吸收新的技术和理念,才能满足时代需求.。
基于MEMS传感器的高精度地震波采集系统
摘要 ： 针对地震波微弱信号的采集 问题 ， 将Ｍ Ｅ ＭＳ 传感技术应用于地震波采集中 ， 设计 了采集系统 。提出了基于 Ｍ Ｅ Ｍ ｓ 加速度传感 器和 ２ ４ 位高精度 Ａ Ｄ Ｃ芯片的地震波数据采集系统设计方案 ； 采用精密仪表放大器对传感器信号进行 了差分处理 ， 由于系统为混合 信号系统 ， 在Ｐ Ｃ Ｂ 设计 时采用了数字模拟隔离方案以抑制相互之问的干扰 ， 使用 磁耦 隔离 芯片隔离 Ａ Ｄ Ｃ 芯 片与微控制芯 片的通信
பைடு நூலகம்
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ４ ５ ５ １ ． ２ ０ １ ３ ． １ ２ ． ０ １ ８
基于 ＭＥ ＭＳ 传感器的高精度地震波采集系统
施 湛 ， 董 林 玺
（ 杭 州 电子 科技 大学 射频 电路 与系统教 育部 重点 实验 室 ，浙 江 杭 州 ３ １ ０ ０ １ ８ ）
Ｓ ＨＩ Ｚｈ ａ ｎ．ＤＯＮＧ Ｌ ｉ ｎ — ｘ ｉ
（ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｆ Ｒ Ｆ Ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ａ ｎ ｄ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｈ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｄ ｉ ａ ｎ ｚ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｈ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ３ １ ０ ０ １ ８ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
地震勘探用三维MEMS加速度传感器的研究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ Ｍ ＥＭ Ｓ ａ ｃ ｌｒ ｔｏ ｓ ｎｓ ｒ ｆ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ３Ｄ ｃ ｅｅ ａ ｉ ｎ ｅ ｏ ｏ
０ 引 言
使用 ＭＥ 技 术 的检波 器所接 收 到的地 震 数据 可 以 ＭＳ 在最终叠加数据上保 留至 ３Ｈ 的地震信 号 ， ｚ 高频 分量也有 明显 的提升 ， 动态 范 围大 于 １ ０ Ｂ， 三 分量 地震 勘探 其 ０ 在 ｄ 中， 能更好地分离 Ｐ波和 Ｓ波。但 目前 三分量数 字传感器
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｓ ｒ ｃ ： ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ＭＥＭＳ ａ ｃ ｌｒ ｔ ｎ ｓ ｎ ｏ ， ｅ ｙ ｅ ｏ ｉｉ ｌｇ ｏ ｈ ｎ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｕ ｅ ｎ ｓ ｉ ｃ ｃ ｅｅ ａｉ ｅ ｓｒ ａ ｎ ｗ ｔｐ ｆ ｄｇ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｅ ｕｐ ｎ ｓ ｄ ｉ ｅ ｓ ｏ ａ ｍｉ
（ 南 石 油 大 学 电 子 信 息 工程 学 院 ， 川 成 都 ６０ ０ ） 西 四 １ ５０
摘
要 ：以 ＭＥ ＭＳ加速度传感器为基础的新型数字地震检波器是地震勘探所用仪器 的发展方 向之一 。介
绍 了一种三维 ＭＥ 加 速度检波器结构 ， ＭＳ 这有别于传统三分量 ＭＥ ＭＳ传感器通过用 ３只 ＭＥ ＭＳ加速 度传 感器按正交直角组装 。并通过 Ｐ ｐｃ 软件对其进行 了整体仿 真 ， Ｓｉ ｅ 仿真 结果表 明其 阶跃 响应和正 弦响应基 本和理论分析的结果吻合 。 关键词 ：微机 电系统 ；加速度传感器 ； 真 仿
基于DSP的地震波信号采集仪设计
基于DSP的地震波信号采集仪设计王(契);姚竹亭;顾秀江【摘要】设计一种基于数字信号处理器(DSP)的地震波数据采集仪.该仪器以TMS320VC5410A为系统运算处理器,负责针对地震波信号的数学分析.本文简单介绍了VectorSeis数字三分量检波器的优越性,给出了DSP主要外围电路(包括复位电路、电源模块、存储器控制电路)的实现,重点介绍了DSP与PC之间基于USB接口通信的软硬件实现.针对地震波信号的特点,提出了基于FFT和小波分析的包括去噪、滤波和数据压缩的数字信号处理算法.测试结果表明该仪器可以较好完成对地震波信号的采集和数据预处理的功能.【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2011(000)006【总页数】5页(P68-72)【关键词】DSP;检波器;地震波;数据采集;USB【作者】王(契);姚竹亭;顾秀江【作者单位】中北大学机械工程与自动化学院,山西太原030051;中北大学机械工程与自动化学院,山西太原030051;中北大学机械工程与自动化学院,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP368.10 引言地震测试仪主要用于测量、记录和分析由自然震源或类似于地下爆炸的人工震源发射的地震信号[1]。
近年来，其在民用防震减灾工作中的应用也十分广泛，地震测试仪的开发也越来越受到重视。
随着地震观测技术的不断进步，对地震检测仪器的分辨率、动态范围、抗干扰能力、多信道以及地震数据处理技术等方面的要求也越来越高。
而一批高性能、低功耗和低价格的数字信号处理器的DSP芯片的出现及其与PC通信接口技术的完善，恰恰可以适应目前地震测试设备开发要求。
1 系统总体结构及原理该系统总体结构见图1。
图1 总体结构框图DSP处理器是本系统的核心，它负责协调外围电路完成对信号的采集和处理。
来自三分量检波器的震动信号经调理电路进行滤波，幅度变换之后，进入带有多路循环扫描的并行A/D芯片；A/D变换后的数字信号接入DSP处理器，在其内部由各种处理算法将信号进行快速运算和处理；最后将处理后的信号通过USB接口器件送入PC，实现进一步的数据分析并完成数据存储和人机交互等功能。
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中国石油大学硕士研究生学位论文(申请工学硕士学位)基于MEMS地震仪的天然地震信号采集系统的开发学科专业：信号与信息处理培养方向：信号的检测与处理The Development of Seismic Signals Acquisition System Based on MEMS SeismometerThesis Submitted toChina University of Petroleumin partial fulfillment of the requirementfor the degree of Master of Science EngineeringbyMA Qiu-fang(Signal and Information Processing)Tutor:Professor MA Xi-gengProfessor ZHOU Yao-qiApril,2007基于MEMS地震仪的天然地震信号采集系统的开发摘要检测和分析地震信号可以帮助人类认识地球构造，预测地震自然灾害。
由于地震信号的频率很低且能量非常微弱，所以难以准确检测，因此有必要设计一款高性能的地震信号采集系统。
本文针对传统地震仪体积大、频带窄的缺点，提出了基于MEMS技术的三分量地震仪的设计方案。
使用低频响应好、灵敏度高的MEMS 加速度传感芯片1221x-002感测地震信号，并设计放大、滤波、去直流分量等信号调理电路对传感信号进行处理，提高信噪比。
再将整个检测电路进行合理装配和调试，研制出三分量地震仪。
为了构成高精度数据采集系统，还选择24位高分辨率数据采集器DT9820采集地震信号，并设计配套的数据采集处理软件。
数据采集软件使用Visual C++编程，软件的主要功能包括数据采集、曲线绘制、PSN文件存储和FFT频谱分析等。
在设计中，着重分析了系统设计关键，提出了降低功耗、提高抗干扰能力等硬件优化措施和合理分配缓冲区、运用WINDOWS消息响应机制、合理组织软件各功能模块、采用GPS授时器授时等软件措施。
通过这些措施提高了系统实时性和可靠性。
实验结果表明，系统能够进行高精度实时数据采集和信号分析，输出的数据和专业分析软件WinQuake兼容，且应用软件界面友好、稳定可靠，达到了设计要求。
关键词：MEMS地震仪，数据采集，DT9820，PSN数据格式The Development of Seismic Signals Acquisition SystemBased on MEMS SeismometerMA Qiu-fang(Signal and Information Processing) Directed by Professor MA Xi-geng,Professor ZHOU Yao-qiAbstractDetection and analysis of seismic signals can help people understand earth’s structure and predict earthquake disasters.It is difficult to detect seismic signals accurately because its frequency is too low and energy is too weak.So it is necessary to design a high-performance seismic signals acquisition system.This theses introduces the design of a tri-axis seismometer based on MEMS technology,aims to overcome the disadvantages of traditional seismometers,such as large volume and narrow band.In the design,1221x-002 is chosen to detect earthquake,and subsequent signal conditioning circuits are designed to improve signal to noise ratio,including amplifying,filtering and DC removing.By reasonable assembly and testing,a seismometer with three sensing directions is finally developed.Then DT9820,a data acquisition board with 24 bit resolution,is chosen to convert the seismic data.Based on the board,an acquisition and processing software is programmed with Visual C++6.0.The main functions of the developed software include data acquisition,curve portray,storing of PSN files and FFT spectrum analysis.Many methods are used to improve the system’s real-time propertyand reliability.Power saving and anti-interference are introduced to optimize hardware performance.Reasonable allocation of buffers,utilization of WINDOWS message mechanism and GPS module are also applied in the acquisition and processing software.The results of experiments prove that the developed system can meet the need of real-time data acquisition and signal analysis.The saved data can be read by the WinQuake,a professional seismic signals processing software.Furthermore,the designed software is full of friendly user interface and stable performance.Key words：MEMS Seismometer,Data Acquisition,DT9820,PSN Data Format第1章前言1.1选题背景及意义地震既是一种自然灾害，又是人类认识地球内部结构和演化的一种有力工具。
所以，对天然地震信号进行准确检测以及对采集到的信号进行有效的分析和处理意义重大。
用于地震信号检测的传感器称为地震仪，目前大多数地震仪仍然以机械结构为主，不但体积大、价格高而且频带窄、抗震能力较差，影响信号采集效果。
微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）是使用微机械和微电子技术将机械元件、传感器、执行器和电路等集成到一个半导体上的微型器件，是近几年来随着微电子技术的快速发展而形成的全新的技术领域[1]。
基于MEMS技术制成的各种传感器比传统传感器性能更为优良，具有频带宽、低频响应好、噪声低、灵敏度高、线性度高等优点，因此研究基于MEMS技术的地震仪，提高信号检测的精度具有重要的意义。
为了进行数据分析，还需要将地震仪的信号通过数据采集器进行采集并存入计算机。
地震数据采集器分辨率的高低、采集系统方案的合适与否，都直接影响地震信号采集的实时性、可靠性和准确性，从而影响数据分析的效果。
因此，设计一套基于高灵敏MEMS 地震仪的数据采集系统也至关重要。
1.2课题研究的现状（1）MEMS地震仪的发展现状MEMS地震仪测量的是加速度，内部核心元件为MEMS加速度芯片。
目前开发研制MEMS加速度芯片的厂家主要有美国的ADI、SDI、Applied MEMS、芬兰的VTI、瑞典的Colibrys等，其中有不少性能参数适合地震检测的芯片，如ADI公司的ADXL103和ADXL203、Colibrys公司的MS8002、SDI公司的1221x-002、Applied MEMS公司的SF1500L、SF1500S和SF3000L等。
曾经第一个推出24位Δ-Σ模数转换地震仪SYSTEMⅡ的I/O公司已经成功地将MEMS加速度芯片引入到了地震监测领域，以VECTORSEIS命名推出了以筒型外壳封装的三分量数字加速度部件，从而启动了地震数据采集系统下一轮的更新换代。
法国的Sercel 公司在2002年也推出了数字传感单元DSU作为408UL地震仪升级的部件。
Applied MEMS公司也已为美国地质调查局USGS提供Si-Flex MEMS加速度芯片用于地震监测。
国内也有很多大学和研究机构进行MEMS地震监测技术方面的研究，西安石油勘探仪器总厂和物探局一直致力于MEMS研制及应用研究，威海双丰电子传感有限公司与中科院微系统所合作进行基于MEMS技术石油地震勘探传感器的研究。
（2）地震数据采集器的现状根据地震信号的特点和MEMS地震仪的性能指标，选择的数据采集器至少要达到3个以上通道，以实现单端模拟信号输入和双端差动模拟信号输入；16位以上的A/D转换分辨率，系统噪声有效值至少要小于±3LSB。
北京港震公司生产的EDAS系列是比较专业的24位数据采集器，尤其EDAS-24IP和EDAS-24L还支持流动地震观测，都具有GPS授时，但数据通道个数较少，只能连接少数的地震仪；而美国Data Translation公司的DT9820系列24位数据采集器具有4个独立的A/D转换通道，采用USB2.0接口，不需单独供电，系统噪声较小；北京瑞博华公司的AD8200系列16位数据采集器也采用了USB 接口，总采样速率最大可达100KHz，而且具有32/16个通道，可同时连接多台地震仪，但是其系统噪声比较大，分辨率也不高。