微震监测原理

岩体在形成破坏的整个过程中几乎的都伴随着裂纹的产生、扩展、摩擦、能量积聚,以应力波的形式释放能量,从而产生微震事件,整个过程中微震信号从最初阶段就包含了大量的关于岩体变形破坏以及岩体裂纹活动的有用信息,通过监测,分析微震事件,可以推测岩体发生破坏的程度。事件的位置及强度反映了岩体内发生形变或破坏的位置及程度。可利用地震学方法对岩体破坏程度进行预测预报,该技术在岩爆,地压、边坡监测等领域已获得了广泛应用。

IMS 系统配置

硬件包括传感器、数据采集单元、数据处理单元、通讯单元、中央服务器及GPS授时单元等。软件主要包括系统控制服务软件( Synapse),微震数据处理软件(Trace),微震事件可视化及解析软件(Vantage)和微震事件实时显示软件(Ticker3D)等。

微震监测系统组成——硬件部分

微震传感器:IMS提供两类智能传感器,分别为速度传感器和加速度传感器,除获取振动信号外,智能传感器功能包括支持传感器自率定,自动给出传感器编号,当前工况,安装方位角及倾角等物理量参数。

微震数据采集单元:

NetADC:IMS的netADC是24位,低噪音的模拟-数字转换器(ADC),具有以太网接口,有4或8通道两款制式,通过高速过采样技术可将精度提升到32位。netADC可以不断将来自微震传感器的模拟信号数字化和标记时间戳,再利用IMS的低延迟波形协议通过以太网将数据发出去。它具有体积小,重量轻,功耗低(0.6瓦/通道),噪音低等特点:配有检波器,宽带,力平衡和IEPE(压电)数字化仪接口:计时线,电源线,和数据线可用单根CAT5电缆:可以校准和控制传感器,检测传感器线圈健康状态:可选采样率位3~192000sp。

NetSP:微震处理器是一个嵌入式计算机,集成4端口以太网交换器,LED状态指示灯和用户输入按钮,netSP运行数据采集软件,执行的任务有从netADC获得数据,触发采集,预触发滤波,缓冲和将数据传输到服务器。微震处理器集成的4端口特制交换器,可以分配netADCs所需要的的时序信号(ATU)并且使用和数据传输一样的CAT5电缆。无需为在netADC和中央计时源之间的计时开通单独的通信线路。石油天然气工程:断层定向,油气层管理,水压致裂监测。

iUPS :使用IMS的iUPS对netADC数据采集单元和netSP地震处理器供电。除了UPS常规的优点,iUPS具有其他优势,如能够远程监视主电源质量,执行硬件复位(上电复位)事件,在延长电源故障时可以数据备份。iUPS和地震处理器之间可以进行双向通讯。

微震监测系统组成——软件部分

系统控制服务软件(Synapse):系统控制服务软件的功能包括:协调地震台网的所有设备,包括所有IMS的硬件,如信号采集、处理、时间同步、通讯(netADC,netSP, iUPS,DSL)和控制中心服务器设备等。具有地震数据传输,配合触发微震事件和自动处理时间功能。控制服务软件通过操作界面进行系统配置,执行数据采集,实行故障在线诊断。

微震数据处理软件(Trace):数据处理软件包提供常规和高级微震事件分析功能,可运行于Windows或者linux平台。该软件是具备处理地震波信息,震源定位,地震谱参数评估等功能的全自动执行程序。具有如下几个专门交互功能:相位选择、微震定位、量级计算、谱参数估计、矩张量、震源机制、震源时间函数计算。软件包具有几种可视化常规功能,如波形、转动分量、极性图、能量、P波谱、衰减修正的栈谱位移。

微震事件的可视化及解释软件(Vantage):Vantage软件是IMS微震数据可视化与分析软件包。其显著特点包括:全三维交互综合的事件滤波与显示:任意表面的立体和线性等高线:历时分析:非均匀有理B样条曲面、可视化外来空间数据的数字化和分析图、事件动态图、里氏震级分布、频谱分析以及震源机制的岩石力学解释,软件可运行于Windows和Linux平台。

微震事件实时显示软件(Ticker3D): Ticker3D时实显示软件是一个三维的微震可视化软件,可直接将超过选定震级的微震事件自动显示与控制中心显示屏,对并可用于超界限微震的预警功能,可缩短应急响应时间,有助于提高安全管理水平。

IMS微震监测系统应用领域:环境与公共安全:火车,水库,核废料储存,边坡,天然洞穴稳定性,室温气体地下储存,地热工程监测。矿山工程:开采洞室稳定性、岩爆、崩落采矿、采空区管理、露天边坡稳定性监测、盗采监测。土木工程:隧道松动圈监测、隧道稳定性监测、岩爆、边坡稳定、结构、大坝监测。

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北京盛科瑞

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所提供的产品与技术在普遍用于土木工程领域
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