一种煤矿微震系统的制作方法

1.本发明涉及地震检测技术，特别是一种煤矿微震系统。


背景技术：

2.地震仪器需要高精度的授时，时间精度直接影响到发震时刻的计算，所以位于地表的地震仪器一般可以直接采用gnss卫星授时。在煤矿开采过程中，岩石在应力作用下会发生破坏并产生微震和声波，监测这些噪声，可为煤矿开采造成的动力性灾害提供防范基础。因此越来越多的地震相关仪器设备安装到矿井下，而且安装深度越来越深。一般矿井下地震仪器的授时和数据传输的方法是：传感器在矿井下，采集器在地表，通过rs485通讯方式，将信号传输至采集器。
3.但是rs485通讯方式也存在很多缺点，例如：
①
通讯需占用双绞线资源，每组采集器至少需要1组双绞线(半双工)，如果是全双工通讯，则需要2组双绞线，当井下有多组设备时，需要传输数据又要授时，则需要更多的双绞线资源，对井下线缆来说，无论是工艺还是成本都是巨大挑战。
②
容易被雷击，铜线(双绞线)容易引雷击，尤其是长距离电缆的条件下，对矿井下设备的可靠性是个大的挑战。
③
传输距离有限(受rs485协议限制，1km以上，在波特率19200bps的速率下，传输就比较困难啦)。
④
级联不方便，当有多个井下设备时，因观测对实时传输数据的要求还比较高，系统越复杂，实时性越差。
⑤
rs485这种传输方式本身静态功耗较大，若加上偏置电阻及终端电阻，工作电流会更大；传输距离越长时，很大程度上增加了线路电压，非常不利于远程布线。


技术实现要素：

4.鉴于以上技术问题，本发明的目的在于提供一种煤矿微震系统，以解决现有技术中存在的双绞线连接困难、易遭雷击、传输距离有限的技术问题之一。
5.本发明实施例提供了一种煤矿微针系统，包括gnss模块，用于接收gnss信号；ptp时钟模块，用于接收来自gnss模块的gnss信号；光纤交换机模块，用于连接ptp时钟模块；微震模块，与ptp时钟模块连接，微震模块用于检测震动频率并发送至光纤交换机模块；光纤，用于连接ptp时钟模块和光纤交换机模块以及微震模块；
6.gnss模块将gnss信号发送至ptp时钟模块，ptp时钟模块将gnss信号传输至光纤交换机模块，光纤交换机用于电信号与光信号之间的转换，光纤用于在ptp时钟模块和光纤交换机模块以及微震模块之间传输信号，微震模块接收ptp时钟模块的gnss信号以完成授时。
7.进一步地，gnss模块包括gnss天线和gnss接收装置，gnss天线和gnss接收装置通过同轴线缆连接，gnss天线用于接收gnss射频信号，gnss接收装置用于将gnss射频信号转换成gnss信号并传输至ptp时钟模块。
8.进一步地，ptp时钟模块包括ptp主时钟模块和ptp从时钟模块，ptp主时钟模块与ptp从时钟模块分别与光纤交换机模块连接。
9.进一步地，ptp主时钟模块与gnss接收装置连接，ptp主时钟模块用于将gnss信号
调制成tod信号和pps信号，ptp主时钟模块将tod信号和pps信号传输至光纤交换机模块；ptp主时钟模块还用于周期性的发送时间同步协议和信息发送至光纤交换机模块。
10.进一步地，光纤交换机模块包括y个光纤交换机，y为正整数，光纤交换机之间级联。
11.进一步地，光纤交换机模块包括电信号单元和光信号单元，电信号单元用于将光信号转换成电信号，光信号单元用于将电信号转换成光信号，光纤交换机模块用于ptp主时钟模块与ptp从时钟模块之间的信号传输。
12.进一步地，ptp从时钟模块用于接收tod信号和pps信号，ptp从时钟模块将tod信号和pps信号解调成gnss信号。
13.进一步地，还包括n个微震设备，n为正整数，微震设备与微震模块连接。
14.进一步地，还包括电源模块，电源模块用于给gnss模块、ptp时钟模块、光纤交换机模块和微震模块供电。
15.进一步地，还包括外部终端，外部终端与光纤交换机模块通信连接，外部终端与ptp时钟模块串口连接或tcp连接。
16.本发明的有益效果是：本发明公开了一种煤矿微震系统，包括gnss模块、ptp时钟模块、光纤交换机模块、微震模块和光纤，gnss模块用于接收gnss信号，ptp时钟模块将gnss信号传输至光纤交换机模块，光纤交换机用于电信号与光信号之间的转换，光纤用于在ptp时钟模块和光纤交换机模块以及微震模块之间传输信号，微震模块接收ptp时钟模块的gnss信号。本发明中微震模块与ptp时钟模块直接连接，便于为微震模块授时；将现有技术的双绞线传输改为光纤传输，光纤具有直径小、传输效率高、频带宽、损耗低等优点，搭配了光纤交换机模块进行信号转换，使信号更易传输至其他模块；光纤采用玻璃或塑料制成，有效的避免了雷击造成的破坏。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本发明各个模块的级联图；
19.图2是本发明的通讯原理框图；
20.图3是本发明的授时级联图。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.参照图1，本发明的优选实施例包括gnss模块、ptp时钟模块、光纤交换机模块、微震模块和光纤；gnss模块用于接收gnss信号，ptp时钟模块，用于接收来自gnss模块的gnss
信号，光纤交换机模块用于连接ptp时钟模块；微震模块与ptp时钟模块连接，微震模块用于检测震动频率并发送至光纤交换机模块；光纤用于连接ptp时钟模块和光纤交换机模块以及微震模块；gnss模块将gnss信号发送至ptp时钟模块，ptp时钟模块将gnss信号传输至光纤交换机模块，光纤交换机用于电信号与光信号之间的转换，光纤用于在ptp时钟模块和光纤交换机模块以及微震模块之间传输信号，微震模块接收ptp时钟模块的gnss信号以完成授时。本发明中微震模块与ptp时钟模块直接连接，便于为微震模块授时；将现有技术的双绞线传输改为光纤传输，光纤具有直径小、传输效率高、频带宽、损耗低等优点，搭配了光纤交换机模块进行信号转换，使信号更易传输至其他模块；光纤采用玻璃或塑料制成，有效的避免了雷击造成的破坏。
23.在一些实施例中，gnss模块包括gnss天线和gnss接收装置，gnss天线放置在矿井口，四周没有建筑物遮挡的空旷位置，有利于增强接收的gnss射频信号。gnss接收装置与gnss天线通过同轴线缆连接，用于接收gnss射频信号，并将gnss射频信号转换成gnss信号，以传输给ptp时钟模块。
24.在一些实施例中，ptp时钟模块使用了硬件时间戳，消除了网络协议栈的误差，ptp授时的精度可达到微秒级。本发明设置的ptp时钟模块包括ptp主时钟模块和ptp从时钟模块，ptp主时钟模块设置在矿井上，ptp从时钟模块设置在矿井下。参照图2，ptp主时钟模块接收gnss信号，将其信号放大和信号调制，使其能够在光纤中传输，ptp主时钟模块将信号处理为tod信号(时间信息和时间状态信号)和pps信号(脉冲信号)，再通过内置的调制器将信号调制为irig-bdc码，让多个gnss信号经过调制后在光纤上同时传输；同时，ptp主时钟模块周期性发布ptp时间同步协议及时间信息，并且通过光纤传输下去。ptp从时钟模块将tod信号和pps信号解调为gnss信号，ptp从时钟模块根据ptp时间同步协议及时间信息以及gnss信号，为微震模块授时。
25.在一些实施例中，光纤交换机系统中包括y个光纤交换机，用户可根据需求自行选择光纤交换机的数量；光纤交换机之间采用级联的方式，光纤交换机中包括电信号单元和光信号单元，ptp主时钟模块将gnss信号和ptp时间同步协议及时间信息通过光纤交换机模块传输至ptp从时钟模块，这中间经历两次光电信号的转换，ptp主时钟模块发送给光纤交换机的信号为电信号，光纤交换机模块将电信号转换成光信号，才可以通过光纤传输至下一级光纤交换机，下一级光纤交换机将光信号重新转回电信号，传输至ptp从时钟模块。光纤交换机用于光信号与电信号的转换，便于信号在光纤中传输。
26.本实施例还包括n个微震设备，用户可根据需求自行选择微震设备的数量，微震模块通过线缆连接微震设备，检测微震设备的振动波，以分析地震情况。参照图3，微震模块可以设置有m多个，ptp从时钟模块通过光纤将gnss信号(tod和pps)信号给到微震模块1，再通过微震模块1传输至微震模块2，如此类推，直至传输至微震模块m；每个微震模块有rx和tx两个端口，这样通过其中一个tx端口连接至另一台转换器的rx端口，即可形成光纤环网。当光纤环网中的任一光纤出现中断时，对于主站接收数据没有影响，即不会出现通讯断链、数据丢失的情况；并且光纤的传输相对速率更快，传输距离能够达到20km或以上。光纤环网的使用，大大提高了通讯的稳定性，能够保证更安全正常的通信。考虑到微震模块与微震设备连接的硬性要求需要多芯线缆，可均采用煤矿线缆进行通讯连接，同时可采用rs485通讯协议进行传输，rs485理论通讯可以达千米，加上前几级均采用光纤传输，在矿井下，微震设备
几乎可以满足远距离进行不同区域的布置。微震模块与光纤交换机采用光纤传输，如需多个系统搭建，则可以通过光纤交换机衍生拓展使用。本身，光纤的传输速率很快，传输距离可达20km或以上，搭建多个微震模块对于整体系统的数据流传输几乎没有影响。
27.本实施例还包括电源模块，电源模块给gnss模块、ptp时钟模块、光纤交换机模块和微震模块供电。
28.本实施例还包括外部终端，外部终端设置在矿井上，外部终端与ptp从时钟模块通过串口连接或tcp连接，与光纤交换机通过以太网连接，外部终端可以向ptp从时钟模块发送指令或接收震动数据，指令发送至ptp从时钟模块，将控制指令通过光纤交换机发送至微震模块，以获取微震模块的检测的微震设备的震动数据后，通过光纤交换机传输至外部终端，便于用户查看震动数据。
29.在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
30.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
31.本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
32.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。