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。

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。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。

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。