用于地震和震声测量网络(尤其是本质安全的矿场网络)的同步的方法及系统的制作方法
【专利摘要】一种地震和震声测量网络的同步的方法，尤其是本质安全的矿场网络的同步的方法，其特征在于，在每一传输信道中周期性地开始对信号从接收器(OD)传播到发射器(ND)以及返回的时间校正(2Ki)的测量。接着，在所述接收器(OD)的含有实时时钟(RT)的锁相环中，以连续模式产生作为校正的经移位第二内部基准节拍(TWa)，所述经移位第二内部基准节拍相对于来自时钟(GPS)的第二基准节拍(TW)在相位上向前移位时间校正(Ki)，其中所述内部时钟(RT)同时向前移位了所述时间校正(Ki)。此外，在连续模式中，相对于所述第二基准节拍(TW)以(N)倍的更多频率，优选地，250倍的更多频率产生在相位上向前移位校正时间(Ki)的内部同步节拍(TSa)，键入本质安全地向远程传输线路(TR)提供功率的供应?分离逆变器(PZ)的输出。设计用于此方法的系统在接收器(OD)的线性块(BL)中含有缩短远程传输线路(TR)的接收器(OD)的半导体键(KL)，所述半导体键经由所述线性块(BL)的输送电分离器(transoptor galvanic separator)(SG2)的输入端连接到微控制器(MK)的输出端(b)。在发射器(ND)中，同步节拍(TS)的形成块(UF)经由电容器(C)连接到发射器线性块(BLN)上。形成块(UF)的输出端连接到发射器的微控制器(MKN)的相位检测器(DFN)的输入端中的一者上。所述发射器线性块(BLN)含有信号的输送电分离器(SG3以及SG4)。
【专利说明】
用于地震和震声测量网络(尤其是本质安全的矿场网络)的同步的方法及系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于地震和震声测量网络的同步的方法及系统，尤其是本质安全的矿场网络的同步的方法及系统。
【背景技术】
[0002]矿场中的地震以及震声测量网络的特殊性因它们在地下矿场作业中的空间位置而造成。取决于数字传输的接收盒在包括多个数字接收器的这些系统中的位置而使测量网络同步的GPS信号被直接馈送到网络或通过矿场有线以太网或光纤IEEE 1588网络从矿场地面传输。数字采矿地球物理测量网络中的每一测量信道由数字发射器(数字发射器连接到地震检波器或听地器上)以及数字接收器构成，数字发射器和数字接收器通过单独的有线远程传输总线连接在一起。
[0003]与地震检波器或听地器配合的数字发射器靠近经开采长壁定位。为了传输测量数据，它们最常使用允许从数字接收器向发射器提供中央电源的单一远程传输线路以及双向同步传输。数字接收器配备具有内部时钟的数字微控制器，以及供给和分离逆变器。它连接到GPS时钟上并且经由远程传输线路连接到数字发射器上。数字发射器包括微控制器、本质安全的分离系统以及模/数转换器。
[0004]波兰专利PL 211622B1揭示了一种用于地球物理数据采集的方法和网络，尤其针对来自所选择广大区域中指定的点的慢波形的地球物理数据采集。所述发明包括对每一测量点处收集的信号同时采样且在此点处独立地记录。地球物理信号的读取与外部时间基准标准同步。记录在每一测量点处的信号值。在模数转换之后所述信号值在测量点处收集在数据载体上，优选地，小型闪存卡上。无论信号的收集如何，都将它们经由传输网络(优选地，因特网和/或GSM移动电话)从所有点在线发送到收集站，其中能够在收集站和/或传输网络不起作用时暂停信息的传输，并且能够在中断之后恢复从传输中的中断开始时的传输，从小型闪存卡补充缺失信息。在每一测量点处的信号的同时采样通过校准来自外部定时基准(优选地，GPS和/或DCF发射器)的定时信号来同步。这促使识别在不同测量点处接收的信号之间的相位关系。
[0005]已知的用于记录地球物理信号的测量网络的同步的方法和系统使用GPS系统的外部定时基准来使这些测量同步。它们不能提供足够精确的同步，主要因为它们没有考虑到信号沿不同长度的远程传输线路传播所相关联的延迟。由于这个原因，不可能获得地震事件的可接受的精确定位。当使用主动和被动速度层析成像时，尤其是对于岩体的小区域(例如，在长壁的前方，其中成像波的时间延迟极小并且与远程传输线路中的延迟相当)成像时，邻接的矿场的边界地区尤其是这种情况。
[0006]这在其中传播延迟可能达到采样间隔的10%的震声信号测量的情况下也很重要。模/数转换器普遍地用于使用高频率处理信号并且用数字方式过滤信号的处理系统中。为了达到就绪状态并获得在准确确定的采样时间中经同步处理的数据，需要充分控制其工作频率。取决于转换器的操作模式，还有必要考虑用于模/数处理和滤波的时间。现有系统不能解决造成测量误差的问题，尤其是在观测岩体的小区域时。
【发明内容】
[0007]发明目标
[0008]本发明的目标是通过地震和震声网络的改进的同步来改进现在使用的用于地震和震声网络的同步的方法和系统。此目的将通过调整远程传输线路中的延迟时间、并且另外通过校正这些网络中使用的模/数转换器中实施的处理和数字滤波所用的时间以及完成和传输数据块所需的时间来实现。
[0009]发明概述
[0010]在所提出的地震和震声测量网络的同步的方法中，在每一传输信道中周期性地开始对信号从接收器传播到发射器以及从所述发射器传播回所述接收器的时间校正的测量。接着，在接收器的包括内部时钟的锁相环中，以连续模式产生作为校正的经移位第二内部基准节拍，所述经移位第二内部基准节拍相对于从全球导航卫星系统同步的时钟的第二基准节拍在相位上超前了时间校正，其中内部时钟的同时向前移位等于时间校正。还在连续模式中，在与第二基准节拍相比时，以更多频率地，优选地，250倍的更多频率产生在相位上超前了校正时间值的内部同步节拍。此内部节拍键入供应-分离逆变器的输出，从而本质安全地向远程传输线路提供功率，并且通过此线路到模/数转换器，所述模/数转换器控制发射器的锁相环，包含反馈耦合。实现此任务，使得模/数转换器的就绪在同步节拍的相继脉冲之间与同步节拍相比以更多频率，优选地，40倍的更多频率出现，并且对于与此节拍同步的就绪状态的次数，优选地，40的就绪状态出现一次以及优选地，对于与第二基准节拍同步的每一 10，000测量出现一次。这导致在第二同步节拍的每一周期中，在接收器中获得从地震检测器或听地器探针对模拟分量进行采样的测量数据块。接着，通过软件实现的减去优选8ms的恒定的时间校正延迟来进一步调整对由在第二基准节拍的下降斜率时刻处从内部时钟获得的测量结果块组成的测量数据包中第一样本进行采样的实际时间(其已经考虑远程传输线路中的信号延迟)，所述恒定延迟由在发射器中完成测量结果的测量数据块的时间(其等于同步节拍的一个周期)以及测量数据块中包含的测量结果的测量数据块以数字样本形式从发射器传送到接收器的时间(也等于使发射器同步的节拍的一个周期)产生。尽管支持本发明的方法的本发明的系统的几个元素提出用软件方式来实现，但是本发明的领域的技术人员显而易见的是它们还可以用硬件方式来实现。因此每当提及软件实现的装置时，应清楚相同的装置可以实现为硬件。所选择的情况中的软件装置比硬件更便宜且更方便。本发明的一般描述以及实施例均不应以仅软件装置的狭隘意义来理解。锁相环在使用微控制器的接收器中通过软件来实现。相位检测器编程有恒定的所测得的第二基准节拍的时间校正值。相位检测器控制脉宽调制器，脉宽调制器经由低通滤波器控制压控振荡器的输入。此振荡器的输出信号当通过软件设定的内部时间除法器分除时，向微控制器的内部时间硬件时钟提供节拍。因此获得第二内部基准节拍，其相对于来自全球卫星导航系统的第二基准节拍在时间上向前移位了时间校正值，等于远程传输线路中传输的信号的延迟时间。通过内部时间除法器分除压控振荡器的频率，获得内部同步节拍，其优选地以每4ms发送到发射器。此节拍以比经移位第二内部基准节拍更多频率地，优选地，250倍的更多频率同步其操作，考虑了在每一传输信道中第二内部节拍相对于来自从全球卫星导航系统同步的时钟的基准节拍其脉冲的不同时间校正。此校正由先前在给定远程传输线路中进行的自动延迟测量产生。在发射器中，同步信号控制在发射器的微控制器中通过软件实现的锁相环。锁相环向用发射器的压控振荡器的输出频率来计时的模/数转换器提供反馈。长度与在发射器的可编程相位检测器的输出端处的相位误差成正比的信号通过发射器的低通滤波器引入到此振荡器的输入端，所述信号比较同步节拍的脉冲相位与通过同步节拍除法器分除模/数转换器的就绪脉冲获得的那些脉冲相位。因此，在发射器的输出端处，与同步节拍同步地在获得对信号模拟分量进行采样的呈采样结果的测量数据块形式的暂态串行的数字结果。同时，在配合的接收器中与第二基准节拍同步地获得呈测量结果的测量数据的数据包形式的数字结果，所述结果中的块在同步节拍的相继脉冲之间传输。此外，为了提高在接收器信道中信号采样的同步的精确性，通过另外减去等于处理时间与数字滤波时间之和的恒定时间校正的值，从而通过软件校正由第二基准节拍的下降斜率时刻处从内部时钟获得的测量数据块组成的数据包中第一样本的采样时间。用于地震和震声测量网络的同步的系统在接收器的线性块中具有缩短远程传输线路的内置半导体键。所述键经由线性块的输送电分离器(transoptor galvanic separator)输入端连接到微控制器的输出端。发射器具有形成同步节拍的块，所述块通过电容器连接到发射器的线性块。形成块的输出端连接到发射器的微控制器的相位检测器的输入端中的一者上。发射器的线性块含有信号的两个输送电分离器。发射器线性块中的输送电分离器输出端的控制二极管，与其它的三个二极管一起连接在格雷兹(Graetz)整流电路中，所述整流电路将发射器线性块连接到远程传输线路上。此输送电分离器的输出端连接到发射器微控制器的数据输入端上，而发射器微控制器的数据输出端连接到发射器线性块的输送电分离器输入端的控制二极管上，所述发射器线性块的输出端通过键入远程传输线路的发射器的半导体键控制。接收器的输出线性块的输送电分离器的输出端连接到微控制器的输入端上，且此输送电分离器的控制二极管将供应-分离逆变器经由限流器连接到远程传输线路上。接收器配备有锁相环，其包括具有可编程时间校正的软件实现的相位检测器、具有可编程脉冲宽度的硬件振荡器、连接到压控振荡器上的硬件低通滤波器，其输出端连接到内部时间除法器上。压控振荡器经由内部同步节拍除法器、累计节点以及接收器的线性块连接到远程传输线路上。
[0011]发射器配备有锁相环，其包括具有软件实现的宽度的脉冲发生器、以及连接到发射器的压控振荡器上的电压控制的发射器的硬件低通滤波器，所述发射器振荡器的输出端连接到模数转换器的控制输入端上。模数转换器的就绪输出端经由确定在同步节拍的脉冲之间执行的测量数目的除法器与发射器相位检测器输入端中的一者连接，其另一输出端经由形成系统和电容器连接到发射器的线性块上。
[0012]发明效果
[0013]根据本发明的系统和方法为配合测量地震和震声网络的每一信道提供精确同步，考虑了在不同长度的线路中的信号传播延迟，以及来自地震传感器和/或听地器的振动信号的三分量样本的完成时间及从发射器串行传输到接收器的时间还有信号的处理和数字滤波的恒定时间。本发明明显减少测量误差，这在岩体的小区域中执行地震事件的定位并且使用通过这些现象或通过主动方法激发的地震波成像时尤其重要。
【附图说明】
[0014]本发明的示例性实施例在附图中呈现，其中图1-示出了矿场中的地震和震声测量网络的简图，图2-示出了为在地震测量网络中使用的测量传输信道的一个实例实施同步处理的系统的方块图，以及图3-呈现在图2的电路中传输的特定信号的基本时间图。
【具体实施方式】
[0015]实例I (方法)
[0016]根据本发明的方法，在每一传输信道中周期性地开始对信号从接收器OD传播到发射器ND以及返回的时间校正2Ki的测量。接着，在接收器OD中，在含有内部时钟RT的锁相环中，以校正模式连续地产生经移位第二基准节拍TWa，所述经移位第二基准节拍相对于从GPS时钟采集的第二基准节拍TW在相位上超前了时间校正Ki，其中在内部时钟RT中的时间同时向前移位了时间校正值Ki。同样在连续模式中，相对于第二基准节拍TW以N =250倍的更多频率产生在相位上超前了时间校正Ki的内部同步节拍TSa，键入本质安全地向远程传输线路TR提供功率的供应-分离逆变器PZ的输出，并且通过它控制发射器ND的锁相环的工作，包含通过反馈耦合三角积分类型的模/数转换器AC，使得模/数转换器AC的就绪R在同步节拍TS的后续脉冲之间与同步节拍TS相比以NP = 40倍的更多频率出现，并且对于同步到此节拍的NP = 40的就绪R状态出现一次以及对于与第二基准节拍TW同步的(N.NP) = 10, 000测量出现一次。因此，在同步节拍TS的每一循环中，在接收器OD中获得从地震传感器SI或听地器探针Gl对模拟分量X、Y以及Z进行采样的测量数据的块ΒΝΡ。在第二基准节拍TW的每一周期中，获得由250个测量数据块BNP组成的数据包。通过软件实现的减去8ms的恒定延迟来进一步调整对在内部时钟RT的时间Tl处收集的测量结果数据包中测量数据的第一块BNP中的第一样本进行采样的实际时间(其已经考虑远程传输线路TR中的信号延迟)，8ms的恒定延迟由在发射器ND中完成测量结果的测量数据块BNP的时间(等于同步节拍TS的一个周期)以及测量数据块BNP中包含的测量结果以数字样本形式从发射器ND传送到接收器OD的时间(也等于同步节拍TS的一个周期)产生。
[0017]此外，对于震声以及地震两者的每一三分量测量信道(X、Y、Z)，自动地执行对延迟(其由对应于此信道且将发射器ND链接到接收器OD的远程传输线路TR中的信号传播时间产生)的时间校正Ki的测量。为了提高接收器OD信道中的信号采样的同步的精确性，通过另外减去等于处理时间Tp与数字滤波时间Tf之和的恒定时间校正Tac的时间，来调整在时间Tl处从时钟RT获得的由N个测量数据块BNP组成的数据包中第一样本的采样时间。
[0018]在每一接收器OD中，在锁相环中安排了微控制器MKO的使用并且包括:具有软件预设的时间校正值Ki的相位检测器DF、从相位检测器输出端DF通过相位误差控制的脉宽调制器PW、控制硬件压控振荡器GP的低通硬件滤波器FD，所述低通硬件滤波器的输出当除以以编程方式设定的内部时间的除数1/NS时，对硬件内部时钟RT计时，所述内部时钟在开始时给定在程序协议中传输的当前天文时间ΝΜΕΑ，由于接收器的上述锁相环，获得经移位第二基准节拍TWa，所述经移位第二基准节拍相对于来自GPS时钟的第二基准节拍TW在时间上向前移位了时间校正Ki，其中在内部时钟RT中本地时间的同时向前移位等于时间校正值Ki。通过使压控振荡器GP的频率FO除以软件设定的内部同步节拍的除数1/NT，在接收器中获得相对于第二基准节拍TW在时间上以每4ms的时间校正Ki向前移位且发送到发射器ND的内部同步节拍TSa。在发射器中比每I秒更频繁地从内部同步节拍TSa重构的同步节拍TS在考虑到由远程传输线路TR中预进行的自动延迟测量产生的第二基准节拍Tff其脉冲的时间校正Ki的情况下使发射器的工作同步，并且对由N = 250个测量数据块BNP (在每一块中具有40个结果)组成的数据包从发射器ND与同步节拍TS同步地传输进行计时，其中整个数据包与第二基准节拍TW同步地传输。
[0019]来自接收器OD的内部同步节拍TSa的脉冲通过位于接收器的线性块BL中的输送电分离器SG2以及缩短供应-分离逆变器PZ电压线路的晶体管键KL到达发射器ND，并且通过电阻器Rl供应到本质安全的远程传输线路TR，由于限制远程传输线路TR中的电压和电流的接收器的二极管势皇BO所要求的本质安全而固定。
[0020]在发射器ND中，通过线性电路BLN的块以及节拍形成系统UF，同步节拍TS因远程传输线路TR在接收器OD中键入内部同步节拍TSa而使得从远程传输线路TR中的可变分量恢复，其中TS = TSa+K1在发射器ND中，在形成系统UF中获得的同步节拍TS的脉冲控制发射器微控制器MKN中安排了软件的锁相环，其向硬件模/数转换器AC提供三角积分的反馈，所述反馈使用从硬件低通滤波器FDN的输出端到输入端的硬件压控振荡器GPN的输出频率FO计时，其中比较同步脉冲TS的相位与通过将模/数转换器AC的就绪R产生的脉冲除以由软件确定的同步节拍除数1/NP获得的那些相位，来自调制器PWN的信号以与在发射器的可编程相位检测器DFN的输出端处的相位误差成正比的长度输入。
[0021]因此，在发射器ND的输出端处获得测量数据块BNP，所述测量数据块由在与此节拍同步的同步节拍TS的两个相继脉冲斜率之间的周期中对信号模拟分量X、Y和Z进行采样的NP = 40个数字结果组成。测量结果WP从转换器AC传输到微控制器MKN。呈测量结果的测量数据块BNP形式的输出数据借助于发射器线性块BLN中的输送电分离器SG4和发射器键KLN通过远程传输线路TR的键入从发射器ND发射，并且通过输送电分离器SGl接收在接收器OD中(其中二极管通过线路中电流的可变分量控制)，并且在形成之后串行地引入到接收器微控制器MK。
[0022]由NP = 40个测量结果组成的每第N个测量数据块BNP与来自GPS时钟的第二基准节拍TW同步地接收在接收器OD中。在由从接收器OD发出的N = 250个测量结果块BNP组成的数据包中，由NP = 40个结果组成的第一测量数据块BNP前面是在接收器OD中的在时间Tl处从内部时钟RT收集的由软件确定的时间。所收集的时间考虑线路中的延迟以及之后另外的调整，包括减去固定时间:块形成的时间(4ms)、块传输的时间(4ms)以及呈恒定时间校正Tac形式的信号处理和过滤的恒定时间，所收集的时间精确地确定对在由N个块组成的数据包的第一块BNP中传输的信号第一样本进行测量的时间。
[0023]远程传输线路TR在发射器ND和接收器OD的线性电路块BLN中的键入允许信号X、Y和Z的用数字方式记录的一组数位振动数据从发射器ND串行发送到接收器0D。有时，配置和测试数据从接收器OD发送到发射器ND。更换传输方向之前从矿场地面A发送双倍宽度的内部同步节拍TSa并且接着将来自接收器OD微控制器MK的累计节点SU的配置数据发送至地下矿场B到发射器ND。
[0024]在根据本发明的方法中，在信道中测量由远程传输线路TR在因产生内部同步节拍TSa的脉冲而改变其长度之后引起的延迟的后续时间校正Ki，并且基于软件测量至发射器ND响应的第一脉冲的时间的时间校正2Ki之后，通过GPS时钟提供的第二基准节拍TW使周期性地供应到内部时钟RT的天文时间NMEA同步。所测得的延迟值以时间校正Ki的形式通过软件引入到接收器OD的锁相环的相位检测器DF。由于操作接收器OD的微控制器MK锁相环的相位检测器DF，内部时钟RT向前移位了在远程传输线路TR中测得的时间校正值Ki，并且产生相对于来自GPS时钟的第二基准节拍TW向前移位了时间校正Ki的使发射器ND工作同步的内部同步节拍TSa。
[0025]内部同步节拍TSa的向前移位的脉冲带有延迟地发送到发射器ND，所述延迟补偿所输入的校正，即，在每第N个内部节拍同步TSa处与GPS时钟的第二基准节拍TW同步。在发射器ND中，使用具有相位检测器DF的锁相环的同步节拍TS的脉冲控制发生器GPN的频率并且进一步控制模/数转换器AC的频率，使得每第NP个处理结果与节拍TS同步地发出并且每个N.NP = 10, 000与第二基准节拍TW同步地发出。
[0026]曲线图(图3)上的时间Tl确定由许多测量数据块BNP组成的数据包中第一样本的测量时间。通过在同步节拍TW的下降斜率的时间处从内部时钟RT获取时间Tl来确定所述时间Tl并且放在数据包中传输的第一块BNP的开始处。另外通过减去8ms的时间(同步节拍TS的两个脉冲)来校正所述时间Tl，8ms的时间中的一者既定用于在发射器ND处完成由NP = 40个样本构成的测量数据块BNP，并且在第二节拍期间，测量数据块BNP从发射器ND发送到接收器0D，并且另外通过减去模/数转换器AC的恒定处理时间和过滤时间来校正所述时间Tl。
[0027]为了确保发射器ND与由GPS时钟产生的在远程传输线路TR中移位了信号延迟时间的第二基准节拍TWa同步，接收器OD通过用键KL(所述键通过具有二极管D2的输送电分离器SG2从接收器OD的微控制器MK的输出端控制)缩短逆变器PZ而较频繁发送内部同步节拍TSa。内部同步节拍TSa在发射器ND中通过形成同步节拍TS的系统UF从远程传输线路TR中的变化分量中恢复。它通过锁相环操作控制模/数转换器AC以便执行NP =40次测量，其中第一次测量与第二同步节拍TS同步进行。
[0028]由于远程传输线路TR通过由输送电分离器SG4控制的发射器键KLN从发射器微控制器MKN的数据输出端键入，因此在发射器微控制器MKN中呈测量数据块BNP形式的由NP = 40个结果构成的所完成测量数据通过远程传输线路TR从发射器ND传输到接收器0D。由接收器线性块BLO中输送电分离器SGl的二极管Dl识别的用键KLN键入远程传输线路TR的呈可变分量形式的结果通过微控制器MK接收。通过接收器OD的微控制器MK接收、补充有在时间Tl处从内部时钟RT收集的时间(经过互补调整)、呈由测量数据块BNP组成的数据包形式的数据经由数据总线MD发送到传输接收盒KO并且进一步通过线路L发送到地震系统SS。
[0029]在从地震系统SS经由接收器OD到发射器ND的传输信道传输配置数据的情况下，发送用键KLO缩短远程传输线路TR的内部同步节拍TSa的较长脉冲。随后，通过微控制器MK的累计节点SU，在通过输送电分离器SG3的二极管D3识别到配置数据的位置处将配置数据发送到发射器ND，并且馈送到发射器ND的微控制器MKN的输入端中。
[0030]图3中观测到的曲线图示出以下内容的时间相关性:
[0031].Tff信号-从GPS接收器传输的第二基准节拍；
[0032].Tffa信号-在接收器OD中产生的经移位第二内部基准节拍，其相对于第二基准节拍TW向前移位了等于远程传输线路TR中所自动测得的延迟的时间校正值Ki ;
[0033]-TSa信号-在接收器OD中产生的并且在以延迟Ki通过远程传输线路TR之后使发射器ND同步并后续在发射器ND中恢复为同步节拍TS的内部同步节拍；TSa信号比TWa更频繁N = 250倍；
[0034].TS信号-使发射器ND同步并且在发射器ND中从由接收器OD发送的节拍TSa恢复；TS信号比TW更频繁N = 250倍；
[0035].就绪脉冲R-模/数转换器AC的就绪脉冲，其界定针对使发射器ND的操作同步的节拍TS对来自地震传感器SI或听地器探针Gl的模拟信号进行三分量采样的时刻，以与此节拍同步地创建由NP = 40个测量结果组成的测量数据块BNP ;
[0036]?经由测量总线MD传输的测量数据-呈由N个测量数据块BNPl到BNPN组成的数据包形式，每秒补充有由从内部时钟RT读出的值指定的时间Tl (曲线图TW)处的第一样本的测量时间，以及在减去自测量数据块BNP的完成时间及其传输时间(等于节拍TS的两个周期=8ms)产生的另外的时间校正以及作为模/数AC的处理时间Tp与数字滤波之和的恒定时间校正Tac之后的时间，所述测量数据从接收器OD传输到传输接收盒KO并且随后到地震系统SS。测量数据块BNP通过发射器ND发送，并且与内部同步节拍TSa同步地完成并经由总线MD从接收器OD发送。
[0037]实例II (系统)
[0038]—种用于使地震和震声测量网络同步的既定在根据本发明的方法中使用的系统由定位在矿场A的地面上的地震系统SS、以及两个矿场震声系统SAl和SA2构成。地震系统SS连接到GPS时钟上，并且通过光纤以太网网络L连接到数字传输接收盒KO上，所述数字传输接收盒包含连接到特定本质安全的远程传输线路TR上的具有输入端WO的数字接收器OD0
[0039]四个接收器OD的输入端WO连接到布置在矿场的地下部分B中的测震站S上。每一测震站S包含连接到发射器ND上的地震检测器SI，发射器ND又经由单独的远程传输线路TR连接到接收器OD上。两个矿场震声系统SAl和SA2中的每一者还配备有来自接收器OD的发射器ND的本质安全的中央电源，连接到GPS时钟上，并且通过光纤以太网网络L连接到数字传输接收盒KO上，所述数字传输接收盒包含连接到特定本质安全的远程传输线路TR上的具有输入端WO的数字接收器OD。
[0040]连接到输入端WO中的每一者的是八个听地器站G，其布置在长壁C的通道中。每一听地器站G包括连接到发射器ND上的听地器探针G1，发射器ND又经由单独的远程传输线路TR连接到接收器OD上。远程传输线路TR用于三分量数字地震和震声信号在发射器ND与接收器OD之间的双向数字传输，并且用于从矿场的地面部分A向数字发射器ND提供本质安全的电源。每一接收器OD作为用于测量数据的枢纽，其可以安装在矿场地面A上或在地下部分B中。根据本发明的系统在接收器OD的线性块BL中具有缩短远程传输线路TR的半导体键KL，其通过线性块BL的输送电分离器SG2输入端连接到微控制器MK的输出端
bo
[0041]发射器ND中的同步循环TS的形成块UF经由电容器C连接到发射器的线性块BLN上。形成块UF的输出端连接到发射器的微控制器MKN的相位检测器DFN的输入端中的一者上。发射器的线性块BLN包括信号的输送电分离器SG3和SG4。在发射器的线性块BLN中的输送电分离器SG3输出端的控制二极管，与二极管D5、D6和D7 —起是格雷兹(Graetz)整流电路的部分，所述整流电路将发射器线性块BLN连接到远程传输线路TR上。
[0042]输送电分离器SG3的输出端连接到发射器的微控制器MKN的数据输入端d上。发射器的微控制器MKN的数据输出端c连接到发射器线性块BLN的输送电分离器SG4输入端的控制二极管D4上，所述发射器线性块输出端控制键入远程传输线路TR的半导体键KLN。接收器的线性块BL的transoptor输出电分离器SGl的输出端连接到微控制器MK的输入端上。此输送电分离器的控制二极管Dl将供应-分离逆变器PZ通过包括电阻器Rl以及二极管D8和D9的限流器连接到远程传输线路TR。
[0043]接收器OD具有微控制器MK，所述微控制器控制所述接收器的操作以及间或从GPS时钟加载的内部时钟RT，并且通过第二同步节拍TW经连续地同步。接收器OD含有部分地以软件以及部分地以硬件实施的锁相环。图2中以更细的线示出基于软件的元素(DF、1/NS以及SU)的指示以将它们与硬件区分。锁相环包含具有由软件确定的时间校正Ki的软件实现的相位检测器DF、具有由软件确定的脉冲宽度的硬件脉冲发生器PW、以及连接到压控振荡器GP上的硬件低通滤波器FD。其频率输出FO在除以经编程的内部时间除数1/NS之后控制内部时钟RT。后者的具有第二内部节拍TSa的输出在相位检测器DF中与来自GPS时钟的第二基准节拍TW在相位上进行比较。
[0044]等于先前在远程传输线路TR中所测得的延迟的时间校正值Ki使基准节拍TWa以及所产生的内部同步节拍TSa相对于第二基准节拍TW向前移位校正时间Ki。同样，在将频率FO除以内部同步节拍的除数1/NT之后在微控制器MK中产生通过远程传输线路TR控制发射器ND的内部同步节拍TSa。这通过在接收器OD的线性块BL中使用输送电分离器SG2以及半导体键KL来完成，其缩短具有自供应-分离逆变器PZ供应的电压的线路。随后优选地，内部同步节拍TSa的脉冲以每4ms发送到发射器ND保护势皇B0，提供远程传输线路TR的本质安全。如同接收器OD —样，发射器ND包含微控制器MKN以及部分地以软件和部分地以硬件实现的锁相环。所述环包含发射器的软件实现的相位检测器DFN、具有可编程脉冲宽度的硬件脉冲发生器PWN、连接到电压控制的发射器发生器GPN上的发射器的硬件低通滤波器FDN，其输出频率FON对模/数转换器AC的工作计时，而模/数转换器AC的就绪R脉冲在除以同步节拍的软件实现的除数1/NP之后在发射器的相位检测器DFN中与同步节拍TS进行比较。同步节拍TS = TSa+K。
[0045]同步节拍TS在发射器ND中从远程传输线路TR上的在形成系统UF中的可变分量恢复。数目NP指定模/数转换器AC的就绪R状态的数目，其是在一个同步节拍TS期间进行的测量的次数。通过键入远程传输线路TR，测量数据块BNP的数据包从发射器微控制器MKN的输出端通过发射器线性块BLN的输送电分离器SG4以及半导体键KLN发送。远程传输线路TR中的经调制电流通过输送电分离器SGl的二极管接收在接收器OD中，并且所述接收是在微控制器MK的输入端处完成形成、经软件补充采样时间以及调整之后，采样时间是来自内部时钟RT的在第二基准节拍TW的下降斜率的时间Tl采集的块的数据包中第一样本的采样时间，调整由完成测量结果的测量数据块BNP、其信号传输、处理以及数字滤波时间产生。
【主权项】
1.一种地震和震声测量网络的同步的方法，尤其是本质安全的矿场网络的同步的方法，其特征在于，在由通过传输总线连接在一起的数字发射器和数字接收器组成的每一测量信道中，使用(GPS)时钟用于同步，并且在每一传输信道中周期性地开始对信号从接收器(OD)传播到发射器(ND)以及从所述发射器(ND)传播回所述接收器(OD)的时间校正(2Κ?)的测量，并且接着，在所述接收器(OD)的包括内部时钟(RT)的锁相环中，以连续模式产生作为校正的经移位第二基准节拍(TWa)，所述经移位第二基准节拍相对于来自时钟(GPS)的第二基准节拍(TW)在相位上超前了时间校正(Ki)，其中内部时钟(RT)同时向前移位了所述时间校正(Ki)，并且还在连续模式中，相对于所述基准节拍(TW)以(N)倍的更多频率，优选地，250倍的更多频率产生在相位上超前了所述校正时间(Ki)的内部同步节拍(TSa)，键入本质安全地向远程传输线路(TR)提供功率的供应-分离逆变器(PZ)的输出，并且通过此线路控制所述发射器(ND)的锁相环的工作，包含通过反馈耦合模/数转换器(AC)，使得所述模/数转换器(AC)的就绪在同步节拍(TS)的相继脉冲之间与所述同步节拍(TS)相比以(NP)倍的更多频率，优选地，40倍的更多频率出现，并且对于与此节拍同步的(NP)就绪状态(R)，优选地，40的就绪状态(R)出现一次以及对于与所述第二基准节拍(TW)同步的(Ν.ΝΡ)测量出现一次，优选地，对于每一 10，000测量出现一次，并且因此，在所述同步节拍(TS)的每一周期中，在所述接收器(OD)中获得从地震检测器(SI)或听地器探针(Gl)对模拟分量进行采样的测量数据块(BNP)，并且其中通过减去时间校正的恒定延迟，优选地，8ms的恒定延迟来进一步调整对由在所述第二基准节拍(TW)下降斜率的时间(Tl)处从所述内部时钟(RT)获得的测量结果的(N)个测量数据块(BNP)组成的数据包中第一样本进行采样的实际时间(其已经包含所述远程传输线路(TR)中的信号延迟时间)，所述时间校正的延迟由在所述发射器(ND)中完成测量结果的测量数据块(BNP)的时间(等于同步节拍(TS)的一个周期)以及测量数据块(BNP)中包含的测量结果以数字样本形式从所述发射器(ND)传输到所述接收器(OD)的时间(也等于使所述发射器(ND)同步的所述节拍(TS)的一个周期)产生。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述接收器(OD)中通过微控制器(MK)的使用来实现所述锁相环，其中所述相位检测器(DF)编程有所述第二基准节拍(TW)的所述时间校正(Ki)的预定值，并且所述相位检测器(DF)控制脉宽调制器(PW)，所述脉宽调制器通过低通滤波器(FD)控制压控振荡器(GP)的输入，并且此振荡器的输出信号在除以设定的除数(1/NS)时对所述微控制器(MK)的所述硬件内部时钟(RT)计时，由此所述内部基准节拍(TWa)相对于所述第二基准节拍(TW)在时间上向前移位了等于所述远程传输线路(TR)中的延迟时间的所述时间校正(Ki)，并且通过将所述压控振荡器(GP)的频率(FO)除以所述除数(1/NS)得到所述内部同步节拍(TSa)，所述内部同步节拍优选地每4ms发送到所述发射器(ND)，这是比所述经移位第二基准节拍(TWa) (N)倍的更多频率，优选地，250倍的更多频率，根据经移位第二基准节拍(TWa)的脉冲相对于通过每一传输信道(TR)中的时钟(GPS)提供的所述基准节拍(TW)的不同时间校正(Ki)，所述内部同步节拍同步所述发射器(ND)的操作，其中此校正由先前在给定远程传输线路(TR)中进行的自动延迟测量产生。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述发射器(ND)中，从所述接收器(OD)发送的且在所述远程传输线路(TR)中恢复的所述同步节拍(TS)的所述脉冲控制在所述发射器的微控制器(MKN)中实现的所述锁相环，通过反馈耦合使用所述发射器的压控振荡器(GPN)的输出频率(FON)来计时的所述模/数转换器(AC)，此振荡器的输入经由所述发射器的低通滤波器(FDN)馈送，其中长度与在发射器的可编程相位检测器(DFN)的输出端处的相位误差成正比的信号比较所述同步节拍(TS)的脉冲相位与由所述模/数转换器的就绪(R)脉冲除以所述同步节拍除数(1/NP)的结果获得的脉冲，并且其在所述发射器(ND)的所述输出端处与同步节拍(TS)同步地产生对信号模拟分量进行采样的呈采样结果的测量数据块(BNP)形式的暂态串行的数字结果，而在配合的接收器(OD)中与所述第二基准节拍(TW)同步地产生呈由测量结果的测量数据块(BNP)组成的数据包形式的数字结果，并且所述结果中的每一者在相继同步节拍(TS)之间传输。4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，为了提高在所述接收器(OD)信道中信号采样的同步的精确性，通过另外减去等于处理时间(Tp)与数字滤波时间(Tf)之和的恒定时间校正(Tac)，从而以数值方式调整在时间(Tl)处从所述内部时钟(RT)采集的所述测量数据块(BNP)的所述数据包中所述第一样本的采样时间。5.—种用于地震和震声测量网络的同步的系统，尤其是本质安全的矿场网络的同步的系统，其包括:接收器，所述接收器具有本质安全的保护势皇的供应-分离逆变器；以及微控制器，所述微控制器具有连接到GPS时钟上且经由远程传输线路连接到发射器上的内部时钟，所述微控制器包括数字微控制器、模/数转换器以及本质安全的安全势皇，其特征在于，所述系统在接收器(OD)的线性块(BL)中含有缩短远程传输线路(TR)的半导体键(KL)，其通过所述线性块(BL)的输送电分离器(SG2)的输入端连接到微控制器(MK)的输出端(b)，而在发射器(ND)中含有经由电容器(C)连接到发射器的线性块(BLN)上的同步节拍(TS)的形成块(UF)，其中所述形成块(UF)的输出端连接到所述发射器的微控制器(MKN)的相位检测器(DFN)的输入端中的一者上，并且其中发射器线性块(BLN)含有信号的输送电分离器(SG3和SG4)，其中在所述发射器线性块(BLN)中的输送电分离器(SG3)输出端的控制二极管(D3)，与二极管(D5、D6和D7) —起连接在格雷兹(Graetz)整流器的电路中，所述电路将所述发射器线性块(BLN)耦合到所述远程传输线路(TR)上，并且此输送电分离器(SG3)的输出端连接到所述发射器微控制器(MKN)的数据输入端(d)上，且所述发射器微控制器(MKN)的数据输出端(c)连接到所述发射器线性块(BLN)的所述输送电分离器(SG4)输入端的控制二极管(D4)上，所述发射器线性块的输出端控制键入所述远程传输线路(TR)的所述发射器的半导体键(KLN)，并且所述接收器(OD)的所述线性块(BL)的输送电分离器(SGl)的输出端连接到所述微控制器(MK)的输入端(a)上，且此输送电分离器(SGl)的控制二极管(Dl)将供应-分离逆变器(PZ)通过由电阻器(R)以及二极管(D8和D9)构成的限流器连接到所述远程传输线路(TR)上。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述接收器(OD)配备有锁相环，所述锁相环含有具有预设的时间校正(Ki)的相位检测器(DF)、具有预定的脉冲宽度的脉冲发生器(PW)、连接到压控振荡器(GP)上的低通滤波器(FD)，其输出端连接到内部时间除法器(I/NS)上，并且其中所述压控振荡器(GP)通过内部同步节拍除法器(1/NT)、累计节点(SU)以及所述接收器(OD)的所述线性块(BL)连接到所述远程传输线路(TR)上。7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述发射器(ND)配备有锁相环，所述锁相环含有具有预设宽度的脉冲发生器(PWN)、连接到电压控制的发射器振荡器(GPN)上的发射器低通滤波器(FDN)，所述发射器振荡器的输出端连接到模数转换器(AC)的控制输入端上，并且其中所述模数转换器(AC)的就绪(R)输出端通过确定在同步节拍(TS)的脉冲之间执行的测量数目的同步节拍除法器(1/NP)连接到所述发射器(ND)的相位检测器(DFN)的输入端中的一者上，其另一输出端经由形成系统(UF)和电容器(C)连接到所述发射器(ND)的线性块(BLN)上。
【文档编号】G01V1/16GK105829917SQ201480002458
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月15日
【发明人】伊萨科夫·兹比格涅夫, 德沃拉科·马克, 奥古斯蒂尼亚克·阿达姆, 希拉德兹·普热, 科扎·雅努什
【申请人】伊迈格创新技术学院