矿山微震监测系统中小信号远传的一种解决方案

• 关键词：电压变送器,微震监测系统,信号远传
• 作者：pas
• 摘要：微震监测系统中检测到微震信号之后通过电压传感器远距离传送实现远端的监测

            矿山微震监测系统中小信号远传的一种解决方案 

关键字：电压变送器，微震监测系统，信号远传

      微震监测系统常常安装于露天矿和地下矿山、水坝坝体的环境中用于监测微震情况，检波器检测到的微震信号要传送到采集设备中进行处理，通常检波器的信号微弱，很难长距离传送，故采集设备要经常安装在隔爆箱内，而笨重的隔爆箱安装和维护成本很高，实际应用中需要一种方案来解决微弱电压信号远传的问题。

1、引言

岩体在变形或断裂过程中产生微震信号，通过埋设在矿山特定位置的先进检波器装置，对矿山在采动过程中发生的能量变动、能量分布及震源等进行快速有效的分析和定位，从而起到预警的作用，对矿山安全非常重要。

在检波器感知到震动后，以毫伏级电压信号的形式，将该信号传输到矿井中的采集装置。因检波器输出信号微弱，远传受到影响，故采集装置通常需要安装在矿井深处，而不能安装在矿外机房。

因采集设备的笨重，在矿井内安装维护的成本很高。如果检波器微弱电压信号能不失真的传输到10Km外的地面机房，那么安装成本将大幅度降低。因采集设备和维护设备都安装在地面机房中，日后其维护费用也将大幅度降低。

                             矿山微震监控系统架构                                      微震系统分析，起到有效预警的作用

2.检波器输出的微弱电压信号处理

      怎样将检波器输出的微弱电压信号进行处理远传到10Km之外的分站采集设备内？

首先要知道检波器的工作原理，微震检波器主要是由外壳、圆柱行磁钢、环行弹簧片和线圈等组成。磁钢被垂直的固定在外壳中央，线圈通过上下两个弹簧片与外壳做软连接，使它置于磁钢和外壳之间环行磁通间隙间，能够上下移动。当地震波传到地表观测点时，检波器外壳连同磁钢随之发生震动，线圈则由于惯性而滞后于磁钢，形成二者之间的相对运动。在这样的运动中，线圈切割磁力线产生感应电动势，输出与震动周期相对应的电流信号,再经过精密电阻转换成电压信号，该信号强度一般为毫伏级，最大1V左右。

    检波器的外观，垂直固定于岩体上                             检波器测试震动，输出的电压波形

                                   按照传统方法，检波器输出的信号需要收集到隔爆箱内，复杂而且成本高昂

常规电压传感器，对于毫伏级信号的测量难度很大。首先是电压很低（通常为几十mV到1V左右），而且被测波形为震动波形（非标准正弦波形），采用常规互感原理或霍尔原理都不能准确测量。最大的挑战在于如何将测量到的信号，实时的不失真的传输10Km之外。为了达到预期目的，可以采用几个措施：

1.       信号传输线尽可能粗，减小阻抗。

2.       特殊设计，加大变送器的输出负载能力。

3.       变送器采用电流环输出，恒流电流输出4-12-20mA。

4.       采用高精度线性光电隔离原理（而不是互感或霍尔原理），该原理通常被用于测量直流电压，而此次被用于测量交流震动信号。

经过上述改进过程后，新产品用于实际测试，达到了预期效果。

                                        传感器输出的波形与实际检波器输出的波形完全一致并同步。

3、GU1-C51系列交直流电压传感器的工作原理

   导轨型交直流通用电压传感器GU1-C51 外形                 GU1-C51交直流通用型电压传感器原理图           

导轨型GU1-C51交直流通型电压传感器，可同时测量交流和直流电压信号，尤其适用于微弱的电压信号测量 。电压信号经过输入处理电路后，被转换成能被线性光电隔离器件（起到原付边隔离作用并具有线性关系）接受的信号，在经过相应的输出转换电路后，调整为各种信号，（如跟随型电流环信号，跟随型电压信号等），该信号可以精确的反映原边电压信号的波形，做到实时而不失真。       

该系列产品具有很多优势和特点：测量交直流电压信号，尤其是微电压信号，负载能力强，反应速度快 ，高线性度

4、   结束语

       微震监测系统近年来发展迅速，该系统能对采矿活动起到安全预警的作用，其广泛应用会极大的提高我国采矿业的安全水平。使用GU1-C51系列变送器后，以前繁重的井下（或隧道内）的作业被地面上的活动替代，调试、维护工作变得简单易行。安全是一切工作的前提，柏艾斯秉承长期做高品质产品提供商的理念， 

能为中国采矿业安全生产尽一份力是我们的荣幸。