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矿山微震监测系统中小信号远传的一种解决方案

返回列表来源:柏艾斯 发布日期:2017-03-15 15:52:58浏览:-查看手机网址
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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,通过分布安装埋设在矿山的特定位置的先进检波器装置,可以实时的对矿山在采动过程中发生的能量变动,以及能量分布情况,对震源进行快速有效的分析和定位,从而起到预警的作用,对矿山安全起到极大的作用。

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如果能不失真的传输到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。

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                                 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。

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 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

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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。通过采用几个措施,达到了预期目的。

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。  

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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

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               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,被调理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,在经过相应的输出调理电路后,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,为中国采矿业安全生产尽一份力。

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