[实用新型]一种基于ARM的地震数据采集系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种天然地震数据采集系统，应用于于天然地震数据采集等相关领域。 

背景技术

近年来，利用流动地震台站观测记录到的天然地震数据资料研究地壳上地幔的精细结构逐渐成为地震学发展的重要分支，国内相关单位如中国科学院、中国地震局等在流动地震台站观测以及研究方面均取得了重大的成果，然而遗憾的是，观测所用的设备90％以上是从美国、加拿大等单位购进的进口设备，为了尽快形成具备自主知识产权的核心技术，减弱对进口设备的依赖，研制适合当前国内野外观测需求的地震观测设备无疑具有重要意义。 

用于天然地震流动观测的地震数据采集系统最显著的特点就是长时间不间断的连续观测，最重要的指标包括时间服务的精度高、信号的畸变小、系统的便携性和操控性好等几方面，国内早期研制的采集系统由于当时技术局限，大多采用单片机作为控制与处理核心，模拟数据经过前放电路、模数转换以及数字处理芯片滤波处理，输出到机械硬盘完成数据的采集存储，系统的扩展性差，外观笨重，很难适应当前的观测需求；时间服务精度很难控制在毫秒以内，数据回收之后还必须进行钟差的校正；数据存储格式五花八门，必须配备专用的后处理软件，操控方式相对于进口设备也要复杂一些。 

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一套适用于当前野外流动地震观测的地震数据采集系统，该系统具有高精度的时间服务系统，信号畸变小，便携性和操控性好，输出数据格式国际通用。 

本实用新型的技术方案如下： 

一种基于ARM的地震数据采集系统，其特征在于：包括 

信号放大电路模块，用于放大来自地震计的微弱信号； 

模数转换器，将经过放大的模拟信号转换为数字信号； 

数字信号处理器，将转换的数字信号进行处理； 

中央控制与处理单元ARM，经处理的数字信号传入中央控制与处理单元ARM，中央控制与处理单元ARM包括数据处理系统，所述数据处理系统包括控制模块、采集模块、授时模块、存贮模块。 

进一步的，所述授时模块包括一个单片机作为处理核心，一个可电压控制的晶体振荡器提供采集主频，一个温度传感器用来测量温度，一个数模转换器来转换控制电压。 

进一步的，还包括外接存储装置，所述外接存储装置为支持热插拔的USB存储装置。 

进一步的，所述数字信号处理器通过外围逻辑接口与中央控制与处理单元ARM连接。 

进一步的，所述外围逻辑接口包括缓存FIFO，ARM通过对FIFO的读写完成数据采集。 

进一步的，所述模数转换器型号为CS5372，所述数字信号处理器型号为CS5376，所述外围逻辑接口采用型号为A42MX16的接口逻辑电路，所述中央控 制与处理单元ARM采用型号为AT91RM9200的芯片。 

本实用新型的技术效果包括： 

由于来自于地震计的信号非常微弱，一般在微伏级别，因此本实用新型首先采用放大电路对地震计获得的微弱信号进行放大，然后通过模数转换器将放大后的模拟信号转换成数字信号，数字信号经过数字处理器芯片多级抽样、滤波，再通过外围逻辑接口被中央控制与处理单元ARM接收，本实用新型为了ARM处理方便，在逻辑接口处设计有一个缓存FIFO，ARM通过对FIFO的读写完成数据采集。数据存储采用外接Usb盘的方式，在指示灯灭时随时可热插拔，数据压缩采用国际通用的steim1/2型压缩算法。系统的操作控制采用RS232协议，通过笔记本或者palm型掌上电脑均可完成，简单易行。 

对于地震数据采集领域而言，天然地震数据采集系统需要长时间不间断进行监测和数据采集，其时间服务的精确性至关重要，现有的地震数据采集技术一般采用高精度的晶体振荡器来提供基准频率信号，同时定时接收GPS信号，通过二者协同工作来提供高精度的时间服务。然而，即使是很高精度的晶体振荡器，由于晶体本身固有的频率-温度特性，使得晶振的频率随着温度变化而变化，经过一段时间的积累就会产生较大误差。基于这一点，本实用新型采用了全新的时间服务模块进行授时服务，原理框图如图2所示，采用可电压控制的晶体振荡器(VCXO)为数据采集提供采集主频，通过比较GPS秒号和晶体振荡器分频产生的秒号之间的差异用逐步试错的方法得到正确的压控值，将正确的压控值和温度传感器所测到的温度之间的对应关系存储在单片机MCU内部的存储器里，在特定温度点优先使用这个关系表进行晶体振荡器的频率调整，这样以后即使在没有GPS信号的情况下也能为数据采集提供较高的时间精度。