地震数据采集器
用套片方案研制24位地震数据采集器的优越性
用 套 片 方 案 研 制 ２ ４位 地 震数 据 采 集 器 的优 越 性
王 翠 芳 邵 玉 平 宋 澄
（ 国成 都 ６０ ４ 中 １ ０ １四 川 省 地 震 局 水 库 地 震 研 究 所 ）
摘 要 由于 早 期 推 出 的套 片 中 没有 最 小 相 位 滤波 ， 国 际 国 内研 制 地 震 数 据 采 集 器 都 采 用 了 Ｄ Ｐ 故 Ｓ 滤波抽取方案 （ 称通用方案） 简 。随 着 电子 技 术 日新 月 异 的 发展 ， 条 件 采 用 Ｃｒｕ ｏ ｉ 有 ｉ ｓＬ ｇｃ ｒ ｇ公 司 推 出 的新 一 代 套 片 Ｃ ３ ０ 、 Ｓ ３ １ ７ 、 Ｓ ３６ 设 计 地 震 数 据 采 集 器 。该 套 片 方 案 与 通 用 方 案 相 Ｓ ３１ Ｃ ５ ７ ／ ２Ｃ ５ ７ Ａ 比优 点 如 下 ： 用性 能好 ， 专 电路 简 洁 ， 步 性 能 好 ， 声 低 ， 波 速 度 快 ， 制 周 期 短 等 。 本 文 对 由 同 噪 滤 研 套 片 方 案 研 制 出 的 ２ 位 地 震 数据 采 集 器及 优 点 进 行 详 细 论 述 。 ４ 关 键 词 地 震 数 据 采 集 器 ； 用 方 案 ； 片 方 案 ； 片 方 案 的 优 点 通 套 套 中 图分 类 号 ： ３ ５ ６ Ｐ １．２ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ３３ ４ （０ ７０ —０ ９０ １０ —２ ６ ２ ０ ） ４０ ６ －６
燮 Ｈ ｓ ５
前 置 信 号 涮 理 匹配
Ａ０ Ａ１ Ａ ２ｌ
滤波 盟 ｌ ＞ … Ｐ … 二 数据打包
接 口管理 通信管理
图 １ 地 震 数 据 采 集 器 的通 用 方 案
２ ４位地 震数 据采 集器 的套 片方 案 为 ： Ｓ ３ ｌ十 Ｃ ５ ７ Ｃ ３Ｏ Ｓ ３ １＋ Ｃ ５ ７ Ａ， 图 ２ Ｓ ３６ 见 。在 该套 片
地震数据采集器中△-∑AD转换器512kHz数据流的仿真
Ｃ ５７／２ Ｓ３１＇ 是一个 四阶 △一∑Ａ ／ Ｄ转换器 ，采用插人 网络实现 四阶模数转换。图 １ 是具有 ４ 个积分器 的 插人 网络式 △一∑Ａ Ｄ转换器的模拟结构框图 ，图中 “』 ”代表模拟积分器 ，图中的网络是一个具有前馈 系数 为 Ａ ，Ａ ，Ａ ，Ａ ，Ａ 和反 馈 系数为 Ｂ ，Ｂ ，Ｂ ， ４的复 杂 多路前 馈反 馈 系统 。△一∑Ａ ｏ １ ２ ３ ４ ｌ ２ ３ Ｄ转 换 器 的设计 关键 就是 如何 选择 这些 系数 ，在 保 证 系统 稳定 的条 件 下 获得 最 佳 量 化 噪 声成 型 ，使 基 带 内的 量 化 噪声减至最小。图 ２ 是图 １ 的等效离散信号流图。图 ２中的积分器采用 １ （ 一１ ／ Ｚ ）形式的数字积分器，并
Ｃ ５７／２ Ｓ ３１７。该芯片产生字长为 １ｂ 速 率为 ０ Ｃ Ｋ＝ ． Ｍ ｚ ４ ｉ ｔ
５２ｋ ｚ的 ０ １ Ｈ 、１串行 数据 流 。此高速 数据 流必 须经过 一系列 的滤 波 和抽 取 ，才 能得 到地震 观 测所 需 的大 动 态地 震波 形数 据 ，即定点 字长 为 ２ ｉ ４ｂｔ 、采样 率 ５ ０—５０ＳＳ的数据 。所 以 △一∑Ａ ０ Ｐ Ｄ转 换 器 数 据 流 仿 真 有 重要 作用 。在 ２ 位 地震 数据 采集器 的研 制 中 ，符合 地震 观 测需 求 的 滤波 器 一 般都 要 自行 专 门设 计 ，滤 波 ４ 器设 计 的正确 与否关 系 到数据 采集 器 研 制 的成 败 ，因此 如 何 验证 滤 波 器 设 计 的正 确 性 显 得 尤 为 重 要 。在 实 际工作 中遇 到 的最 困难 的 问题是 ：滤 波 器设 计 在 理论 上 符合 规定 指 标 ，但 是 不 知 道 实 际 应 用 的 效 果 如 何 。我们经反复思考认为，如果能利用 △一∑Ａ Ｄ转换器 的工作原理 ，用软件来仿真出转换器 的输出数据 流 ，让其通过滤波器 ，将输出信号与原 信号进行 比较 ，就可 以判断设计的滤波器是否正确 。经此方法验
地震波形数据的处理和分析
地震波形数据的处理和分析1. 引言2. 数据采集3. 数据预处理- 数据格式转换- 数据降噪- 数据校正4. 数据分析- 时域分析- 频域分析- 时间-频率分析5. 结束语1. 引言地震是地球上的一种常见自然灾害，它可能造成巨大的生命和财产损失。
地震波形数据的处理和分析是了解地震活动和预测地震可能性的关键步骤。
本文旨在介绍地震波形数据的处理和分析方法，帮助科研工作者更好地利用这些数据来研究地震活动和预测地震可能性。
2. 数据采集地震波形数据的采集通常使用地震仪。
地震仪通常由三个基本部分组成：传感器、记录器和电源。
传感器用于测量地震波，将其转换为电信号。
记录器接收来自传感器的信号，并将其记录在磁带、磁盘或计算机存储器中。
电源用于提供记录器和传感器所需的电力。
3. 数据预处理处理地震波形数据的首要任务是对其进行预处理。
地震数据预处理可以分为数据格式转换、数据降噪和数据校正三个部分。
- 数据格式转换地震数据采集器通常会以其自己的格式存储数据。
因此，在使用数据之前，必须将其转换为统一的格式。
这通常需要使用专业软件或自己编写的代码来完成。
- 数据降噪地震波形数据通常包含许多各种各样的噪声，并可能出现一些异常值或目标外的信号。
因此，需要降低噪音，以使信号更加清晰。
常用的降噪方法有滤波、去除基线漂移等。
- 数据校正校正是指将原始地震波形数据转换为标准的地震量，例如位移、速度或加速度。
地震波形数据的校正可通过对地震仪的灵敏度和响应函数进行测量来完成。
4. 数据分析地震波形数据的分析涉及到时间域分析、频域分析和时间-频率分析。
- 时域分析时域分析是分析地震波形数据的时间特性。
时域分析方法通常包括峰值、振幅、半周期等。
- 频域分析频域分析是分析地震波形数据的频率特性。
这可以通过将波形数据转换为频谱来实现。
最常用的频域分析方法是傅里叶变换。
- 时间-频率分析在许多情况下，需要分析地震波形数据的时间和频率特性。
这可以通过使用小波分析完成。
水库大坝地震监测系统(三)多通道大容量同步数据采集器
该 多通 道数 据 采集 器具备 三通道 强震 记 录器的 所有功 能 ， 而且 单 台最 大通 道数 可 以达到 ６ 。使 ４个 用该数 据采 集 器建设 结构 台阵 ， 不仅 能够 最大程度 地 降低 结构 台阵仪 器费 用， 同时也 实现 了集 中通
信和 集 中监 控 。
关键 词 ：大坝 ； 地震 监 测 系统 ； 据采 集 ； 数 多通道 ；同步 ；触发存储 ；实时 时钟
交 的只是 报警 时刻 、 发文 件名 称 、 触 数据 文件 等相关 信息 ， 脱离 台 网 中心 软件 的管理 也能独 立工 作 。 在一 定 强 度 的地震 发 生 后 ， 该强 震 记 录器 将传 感器 检测 到的模 拟震 动信号 进行 幅值调 理 和滤波处 理， 转换 为数字 化 的电压信 号 ， 且 自动形 成触发记 并 录， 由仪 器 内部存 储介 质保存 ， 然后 自动通 过通信 线 路 向设备 管 理 中 心发 出 地震 报 警 信 号 。一 般 情 况
准 通信协 议 ， 能够 自由地 与多通 道记 录器 、 三通道 强 震 记 录器组 网 。其 主要技 术指标 如下 ：
１ 功 能 要 求
多通道 大容 量 同步 数 据 采集 器 （ 简称 多 通 道 采
集器 ） 多通道 强震记 录 器 ， 即 是进 行 大型结 构 台阵观
测 的重要 仪器 ， 它与 常用 的三通 道强震 记录 器相 比， 不仅采 集通 道数 多 （ 多 可达 ６ 最 ４个 ） 最重 要 的是方 ，
M95系列EEPROM在地震前兆数据采集器中的应用
文献标识码 ： Ａ
Ｍ９ ５系 列 Ｅ Ｐ ＯＭ 在 地 震 前 兆 Ｅ Ｒ 数 据 采 集 器 中 的 应 用
杨 峰 ， 李晓东
（ ．中国科学技术大学 ， １ 安徽 合 肥 ２０ ２ ２ ３ ０ ６； ．新疆维吾 尔自治 区地震局 ， 新疆 乌鲁木齐 ８ ０ １ ） ３ ０ １
摘要 ： 结合地震前兆数据采集器实 际研 发工作 ， 采用 了意法半导体公 司 的 Ｍ９ ２６ 详细分析 了 Ｍ９ ５５ ， ５
使用 嵌入 式操 作 系统 ， 在这 些新 型设 备 中使用 非易 失性 存储 设备 来替 代 Ｒ Ｍ存 储 实时 观测数 Ａ
据， 无论 在 电路设计 还 是程 序开 发上 较之 以前 的设 计方 案都 会变 得相 对简 洁得 多 。 目前 用 于 工 业 级 嵌 入 式 系 统 的 非 易 失 性 存 储 设 备 一 般 为 Ｆａｈ Ｍｅ ｒ 、 Ｅ Ｒ Ｍ 或 ｌｓ ｍｏ Ｅ Ｐ Ｏ ｙ ＦＡ Ｒ Ｍ。Ｆａｈ存储 器 价 格 低廉 ， 量 大 ， Ｆａｈ以 页和 块 为单 位 进行 擦 除 操作 ， 页块 大 小 ｌｓ 容 但 ｌ ｓ 且 至少 在数 百 字 节 以上 ， 一特 性 不利 于实 时数 据 的写 入 ； Ｒ Ｍ 中文 名称 为 铁 电存储 器 ， 一 这 ＦＡ 是 种 新 型存储 设 备 ， Ｆａｈ和 Ｅ Ｐ Ｏ 采用 浮动 栅技 术不 同 ，Ｒ Ｍ利 用 铁 电 晶体 的铁 电效 应 与 ｌｓ ＥＲ Ｍ ＦＡ 来 存储 数据 ， 目前所 有 的 Ｆ Ａ Ｒ Ｍ产 品均 由 Ｒ ｍｔ ｎ公 司制 造 或 授权 ， 读 写 速度 快 ， 写 次 ａ ｒ ｏ 其 擦 数 不受 限制 ， 在性 能 上具 备一 切存 储器 的几 乎 全部 优 点 ， 由于价 格 相对 高 昂 ， 利 于 降低仪 但 不
24位地震数据采集器中的数据处理
图 1 24位地震数据采集器的数据处理流程图
125、200、250、500 SPS。本文把采样率为 500、250、125简称 500采样系列 ; 采样率为 200、100、50简称 200 采样系列 。下面对两 系列四阶段的数据处理详细介绍 。
3 收稿日期 : 2006210219。
1 A /D 采样后的 512KSPS数据流
关键词 24位地震数据采集器 ; 512K数据流 ; DSP滤波 ; COUNT值 中图分类号 P315. 73 文献标识码 A
引言
地震计将感应到的地面运动信号转换成 电压值输出给数据采集器 , 采集器将模拟电 压信号进行滤波放大 , 再进行 A /D 转换成 512KSPS的 1位数据码流 , 该码流经 DSP的 两段滤波后就得到了我们熟悉的地震波形的
第 5期 (总第 341期 ) 2007年 5月
国 际 地 震 动 态 Recent Developments in World Seismology
No. 5 ( Serial No1341) M ay, 2007
24位地震数据采集器中的数据处理 3
王翠芳 邵玉平 宋 澄
(四川省地震局水库地震研究所 , 成都 610041)
第 5期 王翠芳等 : 24位地震数据采集器中的数据处理
35
率时每秒输出 512 KSPS的 1 位码流 。这里 采用的是 512 KSPS速率 , 虽然 0 或 1 一位 码不能直接表示抽样值的大小 , 但可以表示 相邻抽样值的变化规律 , 1 代表上升一个增 量 Δ, 0 代表下降一个增量 Δ。CS5372 定义 无输入信号时 512KSPS 码流中 1 码和 0 码 的密度为 50% , 则 1秒内 512K码流中 1码 和 0 码的和为 0, 即输入信号为 0; CS5372 定义正全量程时 1码的比例为 86% , 0码的 比例为 14% , 则 1秒内 512K码流中 1码和 0码的和为 72% , 对应于最大的模拟输入 + 10V; CS5372定义负的全量程时 1码的比例 为 14% , 0码的比例为 86% , 则 1秒内 512K 码流中 1码和 0码的和为 - 72% , 对应于采 集器的最小输入 - 10V。
仪器主要性能指标
仪器主要性能指标EDAS-3M地震数据采集器主要性能指标：数据采集通道数：3信号输入形式：双端平衡差分输入输入信号满度值：±4.5V输入放大器放大倍数：1、4、16、64可调A/D转换：16位动态范围：90dB数字滤波器：FIR数字滤波器，包括线性相移和最小相移通带范围：0 ~ 20Hz，0 ~ 40 Hz，0 ~ 50 Hz，0 ~ 70 Hz输出采样率：50 Hz，100 Hz，200 Hz零点补偿范围：A/D转换之前±0.45V零点补偿精度：2LSB零点补偿形式：自动授时方式：GPS接收机授时精度：微妙级定位精度：20m数据存贮：8MB Flash 存贮器事件触发：STA/LTA，可设置检测通道定时触发（10个定时器）输出接口：两个全双工串行口异步方式通信速率：COM1: 4800 BPS、9600 BPS、19200BPSCOM3: 4800 BPS、9600 BPS、19200 BPS、38400 BPS、57600 BPS电源：+11.8V ~ +15V DC功耗：约4.0W （GPS接收机工作时，不包括地震计）约2.8W （GPS接收机关闭时，不包括地震计）环境温度：-10℃ ~ 40℃相对湿度：98%结构：铝制密封机箱尺寸：370mm(L)×240mm(W)×150mm(H)重量：约6KgFBS-3的主要性能指标：工作模式：一个垂直分量；两个水平分量记录量：地动速度等效固有周期：20秒带宽（频率响应）：20秒 ~ 40秒电压灵敏度：500伏·秒/米测量范围：1×10-7米/秒～1×10-2米/秒动态范围：100dB阻尼常数：0.7标定灵敏度：1.2伏·秒/米线性：< 1%电压：±12Vdc电流：30mA最大输出电压：±10VP-P输出阻抗：1Ω外型尺寸：高度：0.25米直径：0.22米重量：11千克EDAS-HD地震数据存储器主要性能指标：硬盘存储容量：4GB存储时间：采样率为50Hz时，约3800小时采样率为100Hz时，约为1900小时通信方式：串行异步方式接口电平：RS232异步方式通信速率: 4800BPS、9600 BPS、19200BPS 电源：＋9V－＋15V DC功耗：＋12V供电时 0.4W（待机状态）＋12V供电时 4W（硬盘工作）平均功耗：采样率为50Hz时小于1W环境温度：5℃ ~ 40℃尺寸：270mm(L)×210mm(W)×60mm(H)。
多通道通用地震前兆数据采集器研制
本 文 以地震前 兆数 据综 合采 集技 术约定 为基 础 ， 给出采 集器 的设计 思路 、 研制 过程 以及 成
果， 并 给 出性能测 试结 果 和应用 实验情 况 。
作 者 简介 ： 王喜珍 （ Ｉ ９ ７ ２ ） ， 男， 副 研究 员 ， 主要 从 事 地 球 物 理 观 测 技 术研 究 工 作 基 金项 目： 地震科研行业专项（ ２ ０ ０ ８ ０ ８ ０ ０ ４ ） 资助
系 统前兆 数据 采集 器研 发规模 总体 尚可 ， 但专 一性 太强 ， 缺乏 国际竞 争力 。为 了克 服地震 前 兆
数 据采集 器 不统一 、 不 通用 的 不足 ， 中 国地 震 局在 “ 九五” 期 间开 发 地震 前 兆 综 合数 据 采 集 器 （ 中 国地 震局 监测 预报 司 ， ２ ０ ０ ３ ） ， 一 定程 度上 实现 采集 、 管理 的统 一 。但 是 ， 将 多个 传感 器连 接 到一个 综合 数据 采集 器上 ， 存 在 一定风 险 ， 即 当综合 数 据采 集 器 出现 故 障 时 ， 所 有 与 之连 接 的 传 感器 的观 测均 受到影 响 。而且 ， 受 当时技 术 、 条 件 的限制 ， 系统 的扩展 性 、 灵活性 和应 用范 围
满足 地震 前兆 传感 器数 据采 集 、 存储 、 网络通 信 、 运 行监 控 等 需 求 的 多通 道 地 震前 兆 数 据 采集
器， 并 能够 兼容 中国地震 局 前兆 软件 管理 平 台 （ 图 １ ） 。 Байду номын сангаас
ｌ Ｉ
． ．．． ． ．．．．． ．．．．． ．．．．． ．．．．．
数据采集器接 口 标准
采 用 网络 进 行 数 据 传 输 和 远 程 监 控 ， 可 以 连接 大 多数 地 震 前 兆 传 感 器 。
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小于1LSB(有效值)
非线性失真度
<-110dB @采样率为50Hz
路际串扰
<-110dB
通带波动
<0.1dB
通带外衰减
>135dB
数字滤波器
FIR数字滤波器，可设置线性相移和最小相移
输出采样率
1、10、20、50、100、200、500Hz
多种采样率输出
每个通道支持多种采样率数据同时输出
实时数据最小输出间隔
10Hz～200KHz
测量精度
输出数据*10-6
分辨率
5*10-7
输入阻抗
1MΩ
本地记录格式
压缩格式或前兆仪器数据格式
实时数据输出间隔
1秒
输出量纲
Hz
测量时基稳定度
10-8，GPS模块同步时
时间
服务
授时精度
GPS模块同步时，时钟精度<0.1ms
守时精度
GPS模块未同步时，时钟漂移小于1ms/天
授时输入
大温度
温度-20℃～+60℃
供电电源
直流9～18V，标准12V
平均功耗
<2W
外形尺寸
200mm*300mm*88mm
公司名称：中西远大科技有限公司
电 话：86-024-31314812
传 真：86-024-83992824
手 机：13314017889
详细地址：沈阳市和平区三好街90号
采用等精度测量频率，保证测量精度一致性
基于TCP/IP协议网络化功能
大容量存储器记录连续数据和事件数据
IRIG-B码授时系统，同步系统时钟精度<0.1毫秒
具有环路自检功能
简介：
EDAS-24GN是一台高分辨率、大动态范围、输出低延迟实时数据流、能适合地震预警研制的通用地震数据采集记录设备。能将多道模拟电压量和频率量的输入转换成数字量输出，具有网络、串口数据传输功能，支持大容量数据存储，具有数据采集、记录、和网络数据服务的功能，并具有体积小、重量轻和功耗低的特点。
邮 编：110004
邮 箱：sy2@
公司网站：
技术指标：
技术指标
内容
数据采集通道数
①3/6个测震/强震/前兆数据采集通道
②3/6个前兆数据采集通道
③3个频率数据采集通道
①
测震
强震
前兆
数
据
采
集
通
道
输入信号满度值
±2.5V,±5V,±10V或±20V，双端平衡差分输入
输入阻抗
500KΩ（单边）
A/D转换
24位
动态范围
>135dB @采样率为50Hz
地震数据采集器（8G）暂时不可扩展
型号:BXY1-EDAS-24GN库号：M355423
主要特点：
50次/秒的高速数据输出速度，适用地震预警
多个通道采集，可同时测量15路数据信号
可实现电压、频率多种采样率数据同时输出
内置线性相位和最小相位特性的FIR数字滤波器
采用24位高精度AD转换
动态范围大于135dB
IRIG-B码时间信号
附件GPS模块
输出IRIG-B码时间信号
通讯
通讯接口
两个RS232C串行口，一个标准10M/100M以太网卡
通讯协议
支持TCP/IP、FTP、Telnet、Http等
参数设置
客户端软件或者IE浏览器设置参数
可靠性
自启动功能
具有自检、自动复位、重启、远程控制和升级功能
记录
记录容量及介质
EVT,可选压缩格式，支持Mini SEED格式
记录功能
支持连续数据和触发事件数据同时记录
②
前兆
采集
通道
输入信号满度值
±10V，双端平衡差分输入
输入阻抗
1MΩ（单边）
A/D转换
24位
动态范围
>135dB @采样率为1Hz
实时数据输出间隔
1秒
本地记录格式
压缩格式或前兆仪器数据格式
③
频率
测量
通道
测量范围
10个采样点/包（提供低延迟实时数据为地震预警服务）
高通滤波
可设DC、10、30、100、300、1000、3000S
标定信号发生器
16位DAC，程控波形输出，±10mA
环路自检
模拟通道输入可程控连接至标定输出或者信号地
标定信号类型
方波、正弦波，伪随机二进制码信号频率、幅度、周期数可设置
本地记录格式