礦山微震監測系統中小信號遠傳的一種解決方案

關鍵字：電壓變送器，微震監測系統，信號遠傳

微震監測系統常常安裝于露天礦和地下礦山、水壩壩體的環境中用于監測微震情況，檢波器檢測到的微震信號要傳送到采集設備中進行處理，通常檢波器的信號微弱，很難長距離傳送，故采集設備要經常安裝在隔爆箱內，而笨重的隔爆箱安裝和維護成本很高，實際應用中需要一種方案來解決微弱電壓信號遠傳的問題。

1、引言

巖體在變形或斷裂過程中產生微震信號，通過分布安裝埋設在礦山的特定位置的先進檢波器裝置，可以實時的對礦山在采動過程中發生的能量變動，以及能量分布情況，對震源進行快速有效的分析和定位，從而起到預警的作用，對礦山安全起到極大的作用。

在檢波器感知到震動后，以毫伏級電壓信號的形式，將該信號傳輸到礦井中的采集裝置。因檢波器輸出信號微弱，遠傳受到影響，故采集裝置通常需要安裝在礦井深處，而不能安裝在礦外機房。

因采集設備的笨重，在礦井內安裝維護的成本很高。如果檢波器微弱電壓信號如果能不失真的傳輸到10Km外的地面機房，那么安裝成本將大幅度降低。因采集設備和維護設備都安裝在地面機房中，日后其維護費用也將大幅度降低。

礦山微震監控系統架構 微震系統分析，起到有效預警的作用

2.檢波器輸出的微弱電壓信號處理

怎樣將檢波器輸出的微弱電壓信號進行處理遠傳到10Km之外的分站采集設備內？

首先要知道檢波器的工作原理，微震檢波器主要是由外殼、圓柱行磁鋼、環行彈簧片和線圈等組成。磁鋼被垂直的固定在外殼中央，線圈通過上下兩個彈簧片與外殼做軟連接，使它置于磁鋼和外殼之間環行磁通間隙間，能夠上下移動。當地震波傳到地表觀測點時，檢波器外殼連同磁鋼隨之發生震動，線圈則由于慣性而滯后于磁鋼，形成二者之間的相對運動。在這樣的運動中，線圈切割磁力線產生感應電動勢，輸出與震動周期相對應的電流信號,再經過精密電阻轉換成電壓信號，該信號強度一般為毫伏級，最大1V左右。

檢波器的外觀，垂直固定于巖體上 檢波器測試震動，輸出的電壓波形

按照傳統方法，檢波器輸出的信號需要收集到隔爆箱內，復雜而且成本高昂

常規電壓傳感器，對于毫伏級信號的測量難度很大。首先是電壓很低（通常為幾十mV到1V左右），而且被測波形為震動波形（非標準正弦波形），采用常規互感原理或霍爾原理都不能準確測量。最大的挑戰在于如何將測量到的信號，實時的不失真的傳輸10Km之外。通過采用幾個措施，達到了預期目的。

1. 信號傳輸線盡可能粗，減小阻抗。

2. 特殊設計，加大變送器的輸出負載能力。

3. 變送器采用電流環輸出，恒流電流輸出4-12-20mA。

4. 采用高精度線性光電隔離原理（而不是互感或霍爾原理），該原理通常被用于測量直流電壓，而此次被用于測量交流震動信號。

經過上述改進過程后，新產品用于實際測試，達到了預期效果。

傳感器輸出的波形與實際檢波器輸出的波形完全一致并同步

3、GU1-C51系列交直流電壓傳感器的工作原理

導軌型交直流通用電壓傳感器GU1-C51 外形 GU1-C51交直流通用型電壓傳感器原理圖

導軌型GU1-C51交直流通型電壓傳感器，可同時測量交流和直流電壓信號，尤其適用于微弱的電壓信號測量 。電壓信號經過輸入處理電路后，被調理成能被線性光電隔離器件（起到原付邊隔離作用并具有線性關系）接受的信號，在經過相應的輸出調理電路后，調整為各種信號，（如跟隨型電流環信號，跟隨型電壓信號等），該信號可以精確的反映原邊電壓信號的波形，做到實時而不失真。

該系列產品具有很多優勢和特點：測量交直流電壓信號，尤其是微電壓信號，負載能力強，反應速度快 ，高線性度

4、 結束語

微震監測系統近年來發展迅速，該系統能對采礦活動起到安全預警的作用，其廣泛應用會極大的提高我國采礦業的安全水平。使用GU1-C51系列變送器后，以前繁重的井下（或隧道內）的作業被地面上的活動替代，調試、維護工作變得簡單易行。安全是一切工作的前提，柏艾斯秉承長期做高品質產品提供商的理念，為中國采礦業安全生產盡一份力。