一種模擬地震信號發生器的製作方法
2023-05-30 17:24:36
專利名稱：一種模擬地震信號發生器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種地震儀表系統通用檢測裝置，尤其涉及一種模擬地震信號發生器。
背景技術：
地震儀表系統運行的可靠性，直接關係著監測對象的安全運行，因此需要定期對系統各項參數進行檢測與校驗。地震儀表系統的檢測是一個十分繁瑣的工作，其中對地震信號的響應檢測，由於沒有地震源信號，目前都採用單一的檢測方式，分開檢測系統頻響、加速度觸發閾值等。現有的檢測裝置和方法存在以下不足之處:1、測試需要攜帶多臺檢測設備，佔用較多的現場空間；2、由於設備相互獨立，導致接線拆裝複雜，供電要求較高，現場使用困難；3、現有的設備不能完全模擬真實的地震信號，雖然分開進行了頻響、加速度觸發閾值等的檢測，但與真實的地震信號仍然存在差異，因此，在實際運行時會帶來較高的誤報率。
實用新型內容本實用新型的目的就在於克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種模擬地震信號發生器。本實用新型的目的是這樣實現的:模擬地震信號發生器由輸入接口、電源接口、AVR+FPGA數據處理模塊、四種工作模塊、段式液晶顯示器、鍵盤+旋鈕編碼器和輸出接口組成；輸入接口、AVR+FPGA數據處理模塊、四種工作模塊和輸出接口依次連接；段式液晶顯示器和鍵盤+旋鈕編碼器分別與AVR+FPGA數據處理模塊連接； 電源接口分別給各功能部件供電；所述的四種工作模塊包括常規波形輸出器、常用波形輸出器、地震波形輸出器和測頻計數器；所述的常規波形輸出器由DDS、信號調理模塊、功率放大模塊和高精度溫度補償晶振組成，AVR+FPGA數據處理模塊、DDS、信號調理模塊、功率放大模塊和輸出接口依次連接，高精度溫度補償晶振和DDS連接；所述的常用波形輸出器由依次連接的固定波形存儲模塊、信號調理模塊和功率放大模塊組成；所述的地震波形輸出器由下列三路依次連接的部件組成:①第3高精度溫度補償晶振、地震波形存儲模塊一、第3信號調理模塊一、第3功率放大模塊一和同步輸出三路地震波形模塊依次連接；②第3高精度溫度補償晶振、地震波形存儲模塊二、第3信號調理模塊二、第3功率放大模塊二和同步輸出三路地震波形模塊依次連接；[0018]③第3高精度溫度補償晶振、地震波形存儲模塊三、第3信號調理模塊三、第3功率放大模塊三和同步輸出三路地震波形模塊依次連接；測頻計數器由測頻計數模塊組成。本實用新型的工作原理是:模擬地震信號發生器具備波形輸出以及頻率測脈衝計數兩大塊功能。可通過鍵盤來選擇功能切換和選擇，對于波形輸出部分可採用數字小鍵盤或者旋鈕編碼器來進行輸出信號的頻率、幅度等各種參數的調整。通過計算機串口與計算機網絡相連接，下載各種地震波形數據，並具有同步輸出三路地震波形的功能。同時具有固定波形存儲功能和輸出功能。本實用新型具有下列優點和積極效果:1、簡化了地震儀表系統的測試設備和測試過程；2、本模擬地震信號發生器能存儲和輸出真實的地震波形數據，從而對地震儀表系統進行更加完備的測試，進而降低實際運行時的地震誤報；3、本模擬地震信號發生器同時具有輸出不同波形、頻率等特徵信號的功能，用於檢測地震儀表系統對幹擾信號的甄別能力，以提高系統的可靠性。
圖1是模擬地震信號發生器的結構方框圖(詳圖)；圖2是模擬地震信號 發生器的結構方框圖(簡圖)；圖1、2 中:100—輸入接口 ；200—電源；300—AVR+FPGA數據處理模塊；其中AVR為AVR型單片機，FPGA (FieldProgrammable Gata Array)為現場可編程陣列；400—四種工作模塊；410—常規波形輸出器，411—DDS (Direct digital synthesis,數位訊號發生器)，412一第I f目號調理豐旲塊，413—H I功率放大模塊，414—H I高精度溫度補償晶振；420—常用波形輸出器，421—固定波形存儲模塊，422一第2彳目號調理I旲塊，423—H 2功率放大模塊；430—地震波形輸出器，43IA—地震波形存儲模塊一；43IB—第3信號調理模塊一；431C—第3功率放大模塊一；432A—地震波形存儲模塊二 ；432B一第3彳目號調理I旲塊_■；[0048]432C—第3功率放大模塊二 ；433A—地震波形存儲模塊三；433B—第3信號調理模塊三；433C—第3功率放大模塊三；434—同步輸出三路地震波形模塊；435—H 3高精度溫度補償晶振；440—測頻計數器，441一測頻計數模塊；500一段式液晶顯不器；600一鍵盤+旋鈕編碼器；700—輸出接口 ；800—模擬地震信號發生器程序。圖3是模擬地震信號發生器程序流程圖。圖中:I一接受鍵盤+旋鈕編碼器600發送的指令；2—是否下載波形數據；3—根據指令存儲到相應的存儲模塊；4一是否調用波形；5—根據指令調用相應的存儲模塊或DDS的波形數據；6—是否對波形進行調節；7—對波形進行調節；8—發送指令，通過四種工作模塊400將波形輸出到輸出接口 700 ；9一是否接收脈衝波形；10—計數；11一波形是否發送結束；12—計數結束；13一在段式液晶顯示500上顯示計數結果；14 一程序結束。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例詳細說明:1、總體如圖1、2，模擬地震信號發生器由輸入接口 100、電源接口 200、AVR+FPGA數據處理模塊300、四種工作模塊400、段式液晶顯示器500、鍵盤+旋鈕編碼器600和輸出接口 700組成；輸入接口 100、AVR+FPGA數據處理模塊300、四種工作模塊400和輸出接口 700依次連接；段式液晶顯示器500和鍵盤+旋鈕編碼器600分別與AVR+FPGA數據處理模塊300連接；[0081]電源接口 200分別給各功能部件供電。2、功能塊I)輸入接口 100輸入接口 100為常用的串口，用於與計算機相連接，為模擬地震信號發生器提供下載數據的接口。2)電源 200電源200為模擬地震信號發生器提供外接工作電源。3 ) AVR+FPGA 數據處理模塊 300AVR+FPGA數據處理模塊300由AVR型單片機和FPGA組成。AVR型單片機具有優良的抗噪聲性能，適用於野外工作，FPGA的型號為EP4CE15F17C8N。AVR+FPGA數據處理模塊300配合植入在內的模擬地震信號發生器程序800實現對通過輸入接口 100或者是鍵盤+旋鈕編碼器600發送的數據進行數據處理，然後將處理後的數據發送到段式液晶顯示器500或者是四種工作模塊400。4)四種工作模塊400四種工作模塊400包括常規波形輸出器410、常用波形輸出器420、地震波形輸出器430和測頻計數器440。(I)常規波形輸出器410常規波形輸出器410由DDS411、信號調理模塊412、功率放大模塊413和高精度溫度補償晶振414組成；AVR+FPGA數據處理模塊300、DDS411、信號調理模塊412、功率放大模塊413和輸出接口 700依次連接，實現常規波形輸出；高精度溫度補償晶振414和DDS411連接，實現溫度補償。常規波形輸出器410實現了常規波形輸出功能。AVR+FPGA數據處理模塊300對DDS411進行命令控制，實現常規波形(如正弦波、方波)的信號輸出，並可通過鍵盤+旋鈕編碼器600對波形的頻率、幅度等各個參數進行調整。a) DDS411DDS411為常用的數位訊號發生器，用於常規波形的發生；b)第I信號調理模塊412第I信號調理模塊412是一種常用的信號調理器，用於對DDS411發生的信號進行
調理；c)第I功率放大模塊413功率放大模塊413是一種常用的功率放大器，用於將信號調理模塊412發送來的信號進行功率放大；d)第I高精度溫度補償晶振414高精度溫度補償晶振414是一種常用的有源石英晶振，它與DDS411相連接，用於提高DDS411輸出信號頻率的精度。(2)常用波形輸出器420常用波形輸出器420由依次連接的固定波形存儲模塊421，信號調理模塊422和功率放大模塊423組成。[0106]AVR+FPGA數據處理模塊300對常用波形輸出器420進行操作，常用波形輸出器420中預先存儲27個常用波形，用戶可根據需要對波形的種類進行選擇，並可通過鍵盤+旋鈕編碼器600對波形的頻率、幅度等各個參數進行調整。a)固定波形存儲模塊421固定波形存儲模塊421由常用的存儲器組成，該模塊中預先存儲27個地震儀表測試常用波形，用戶可根據需要對波形的種類進行選擇；b)第2信號調理模塊422第2信號調理模塊422是一種常用的信號調理器，用於對固定波形存儲模塊421發送的信號進行調理；c)第2功率放大模塊423第2功率放大模塊423是一種常用的功率放大器，用於將信號調理模塊412發送來的信號進行功率放大。(3)地震波形輸出器430地震波形輸出器430由下列三路依次連接的部件組成:①第3高精度溫度補償晶振435、地震波形存儲模塊一 431A，第3信號調理模塊一431B、第3功率放大模塊一 431C和同步輸出三路地震波形模塊434依次連接；②第3高精度溫度補償晶振435、地震波形存儲模塊二 432A，第3信號調理模塊二432B、第3功率放大模塊二 432C和同步輸出三路地震波形模塊434依次連接；③第3高精度溫度補償晶振435、地震波形存儲模塊三433A、第3信號調理模塊三433B、第3功率放大模塊三433C和同步輸出三路地震波形模塊434依次連接。a)地震波形存儲模塊一 43IA地震波形存儲模塊一 43IA由常用的存儲器組成，該模塊中可預先存儲8個地震波形文件，用戶可根據需要對波形的種類進行選擇。b)第3信號調理模塊一 43IB第3信號調理模塊一 431B是一種常用的信號調理器，用於對地震波形存儲模塊一431A發送的信號進行調理；c)第3功率放大模塊一 43IC第3功率放大模塊一 431C是一種常用的功率放大器，用於將信號調理模塊431B發送來的信號進行功率放大；d)地震波形存儲模塊二 432A地震波形存儲模塊二 432A由常用的存儲器組成，該模塊中可預先存儲8個地震波形文件，用戶可根據需要對波形的種類進行選擇。e)第3信號調理模塊二 432B第3信號調理模塊二 432B是一種常用的信號調理器，用於對地震波形存儲模塊二432A發送的信號進行調理；f)第3功率放大模塊二 432C第3功率放大模塊二 432C是一種常用的功率放大器，用於將信號調理模塊431B發送來的信號進行功率放大；e )地震波形存儲模塊三433A[0131]地震波形存儲模塊三433A由常用的存儲器組成，該模塊中可預先存儲8個地震波形文件，用戶可根據需要對波形的種類進行選擇。f)第3信號調理模塊三433B第3信號調理模塊三433B是一種常用的信號調理器，用於對地震波形存儲模塊三433A發送的信號進行調理；g)第3功率放大模塊三433C第3功率放大模塊三433C是一種常用的功率放大器，用於將信號調理模塊433B發送來的信號進行功率放大；h)同步輸出三路地震波形模塊434同步輸出三路地震波形模塊434是常用的三路波形輸出器，實現了三路地震波形的同步輸出功能。i)第3高精度溫度補償晶振435第3高精度溫度補償晶振435是常用的有源石英晶振，第3高精度溫度補償晶振435同時與地震波形存儲模塊一 431A、地震波形存儲模塊二 432A和地震波形存儲模塊三433A相連接，實現了同時增強了對地震波形存儲模塊一 431A、地震波形存儲模塊二 432A和地震波形存儲模塊三433A的輸出信號頻率的精度。j ) SYN436SYN436是波形輸出觸發控制線路，同時與地震波形存儲模塊一 431A、地震波形存儲模塊二 432A和地震波形存儲模塊三433A相連接，實現了三路波形的輸出同步。(4)測頻計數器440測頻計數器440由測頻計數模塊441組成。a)測頻計數模塊441測頻計數模塊441是一種常用的測頻計數器，實現了對AVR+FPGA數據處理模塊300發送的信號進行頻率測量，並可對AVR+FPGA數據處理模塊300發送的脈衝信號進行計數。5)段式液晶顯不器500段式液晶顯示器500是常用的段式液晶顯示器，用於顯示信號的頻率、幅度等信肩、O6 )鍵盤+旋轉編碼器600鍵盤+旋鈕編碼器600由常用的鍵盤、旋鈕和編碼器組成，其功能是對信號的頻率、幅度等各個參數進行調整。7)輸出接口 700輸出接口 700為模擬地震信號發生器提供了與地震儀表系統的連接接口，實現了將常規波形、常用波形和地震波形發送給地震儀表系統的功能。8)模擬地震信號發生器程序800模擬地震信號發生器程序800是植入在AVR+FPGA數據處理模塊300中，實現了波形下載、波形調節、測頻計數、段式液晶顯示、波形輸出的功能。3、工作原理輸入接口 100為常用的串口，用於與計算機相連接，為模擬地震信號發生器提供下載數據的接口；電源接口 200為模擬地震信號發生器提供了外接電源；AVR+FPGA數據處理模塊300由AVR型單片機和FPGA組成，功能是對通過輸入接口 100或者是鍵盤+旋鈕編碼器600發送的數據進行數據處理，然後將處理後的數據發送到段式液晶顯示器500或者是四種工作模塊400 ；四種工作模塊400由常規波形輸出器410、常用波形輸出器420、地震波形輸出器430和測頻計數器440構成，實現了常規波形、常用波形和地震波形的輸出功能，並實現了對輸入信號的頻率測量，以及對脈衝信號的計數功能；段式液晶顯示器500是常用的段式液晶顯示器，用於顯示信號的頻率、幅度等信息；鍵盤+旋鈕編碼器600由常用的鍵盤、旋鈕和編碼器組成，其功能是對信號的頻率、幅度等各個參數進行調整；輸出接口 700為模擬地震信號發生器提供了與測試設備的連接接口，實現了將常用波形、常規波形和地震波形發送給地震儀表系統的功能。4、模擬地震信號發生器程序流程圖圖3是模擬地震信號發生器程序流程圖，實現了模擬地震信號發生器的波形下載、波形調節、測頻計數、段式液晶顯示、波形輸出的功能。具體流程如下:①接受鍵盤+旋鈕編碼器600發送的指令I ;②判斷是否下載波形數據2，是則根據指令存儲到相應的存儲模塊3後直至步驟⑩；否則進入步驟③；③判斷是否調用波形4，是則根據指令調用相應的存儲模塊或DDS的波形數據5後再進入步驟④，否則進入步驟⑤；④判斷是否對波形進行調節6，是則經過對波形進行調節7後再進入步驟⑤；⑤發送指令，通過四種工作模塊將波形輸出到輸出接口 8後直至步驟⑩；⑥判斷是否接收脈衝波形9，是則進入步驟⑦，否則轉跳到步驟①；⑦計數10;⑧判斷波形是否發送結束11，是則經過計數結束12後進入步驟⑨，否則轉跳到步驟⑦；⑨在段式液晶顯示500上顯示計數結果13後直至步驟⑩；⑩程序結束。
權利要求1.一種模擬地震信號發生器，其特徵在於: 由輸入接口(100)、電源接口(200)、AVR+FPGA數據處理模塊(300)、四種工作模塊(400)、段式液晶顯示器(500)、鍵盤+旋鈕編碼器(600)和輸出接口(700)組成； 輸入接口(100)、AVR+FPGA數據處理模塊(300)、四種工作模塊(400)和輸出接口(700)依次連接； 段式液晶顯示器(500)和鍵盤+旋鈕編碼器(600)分別與AVR+FPGA數據處理模塊(300)連接； 電源接口(200)分別給各功能部件供電； 所述的四種工作模塊(400)包括常規波形輸出器(410)、常用波形輸出器(420)、地震波形輸出器(430)和測頻計數器(440)； 常規波形輸出器(410)由DDS(411)、信號調理模塊(412)、功率放大模塊(413)和高精度溫度補償晶振(414)組成； AVR+FPGA數據處理模塊(300)、DDS(411)、信號調理模塊(412)、功率放大模塊(413)和輸出接口(700)依次連接； 高精度溫度補償晶振(414)和DDS(411)連接； 常用波形輸出器(420)由依次連接的固定波形存儲模塊(421)，信號調理模塊(422)和功率放大模塊(423)組成； 地震波形輸出器(430)由下列三路依次連接的部件組成: ①第3高精度溫度補償晶振(435)、地震波形存儲模塊一(431A)、第3信號調理模塊一(431B)、第3功率放大模塊一(431C)和同步輸出三路地震波形模塊(434)依次連接； ②第3高精度溫度補償晶振(435)、地震波形存儲模塊二(432A)、第3信號調理模塊二(432B)、第3功率放大模塊二(432C)和同步輸出三路地震波形模塊(434)依次連接； ③第3高精度溫度補償晶振(435)、地震波形存儲模塊三(433A)、第3信號調理模塊三(433B)、第3功率放大模塊三(433C)和同步輸出三路地震波形模塊(434)依次連接； 測頻計數器(440)由測頻計數模塊(441)組成。
專利摘要本實用新型公開了一種模擬地震信號發生器，涉及一種地震儀表系統通用檢測裝置。本實用新型由輸入接口、電源接口、AVR+FPGA數據處理模塊、四種工作模塊、段式液晶顯示器、鍵盤+旋鈕編碼器和輸出接口組成；輸入接口、AVR+FPGA數據處理模塊、四種工作模塊和輸出接口依次連接；段式液晶顯示器和鍵盤+旋鈕編碼器分別與AVR+FPGA數據處理模塊連接；電源接口分別給各功能部件供電；四種工作模塊包括常規波形輸出器、常用波形輸出器、地震波形輸出器和測頻計數器。本實用新型簡化了地震儀表系統的測試設備和測試過程；能存儲和輸出真實的地震波形數據；用於檢測地震儀表系統對幹擾信號的甄別能力，以提高地震儀表系統的可靠性。
文檔編號G01V13/00GK203012163SQ20122069087
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者陳志高, 夏界寧, 鄒彤, 蔣冰莉, 楊江, 楊建 , 吳鵬, 郭唐永, 項大鵬 申請人:中國地震局地震研究所