地震监测系统 【技术领域】
本发明涉及一种地震监测系统。
背景技术
我国处于环太平洋地震带与欧亚地震带之间，属于地震多发国家，发生在我国的唐山地震以及最近的汶川地震都给我国人民的生命和财产造成了极大的损害。为了减少地震所带来的伤害，除了要加强震后的应急抢救和重建外，更重要的是提高地震预告的准确性和时效性。
国际地震学和地球内部物理学协会经过评审后认定了5项“地震之前发生的、被认为是与该主震的孕震过程有关联的一种环境参数的、定量的、可测量的变化”。其中包括有震前数小时至数月所发生的前震(foreshocks)以及震前数月至数年所发生的预震(preshocks)。(请参见“地震预测——进展、困难与前景”，陈运泰；Seismological AndGeomagnetic Observation And Research，Volume 28，Issue 2，April 2007 Page(s)：9)。可见，通过对地球震动情况进行实时的监测可准确及时地预测地震。
现有的地震传感器主要采用电磁式传感器，其主要通过弹性线圈震动时在磁回路中上下往复切割磁力线以输出震动信号。所述电磁式传感器的体积较大，成本较高，一般用于对固定位置的地壳震动情况进行监测，因其所监测的范围较小，据此做出的地震预测的准确性较差。
【发明内容】
有鉴于此，有必要提供一种可对大范围的地壳震动进行实时监测的地震监测系统。
一种地震监测系统，其包括：
地震感测装置，其包括加速度计和陀螺仪，所述地震感测装置分别设置于不同地震监测点处以感测对应的地震监测点处的地壳震动加速度信号和角速度信号。
定位装置，每一个地震感测装置均连接有一定位装置，所述定位装置用于感测与之对应的地震监测点的位置信息。
数据发送装置，每一个地震感测装置和定位装置均连接有一数据发送装置，所述数据发送装置用于发送与之相连接的地震感测装置所感测到的地壳震动加速度信号和地壳震动角速度信号以及定位装置所感测到的地震监测点的位置信息。
地震监测中心处理器，用于接收不同地震监测点的数据发送装置所发送的地壳震动加速度信号、地壳震动角速度信号及对应的地震监测点的位置信息，并对所述不同地震监测点的地壳震动加速度信号、地壳震动角速度信号以及对应的地震监测点位置信息进行处理分析。
相对于现有技术，本发明所提供的地震监测系统通过设置于不同地震监测点处的地震感测装置、定位装置和数据发送装置将不同地震监测点的地壳震动情况发送至地震监测中心处理器进行集中分析和处理，以实现对地震的大范围监测从而提高地震预测的可靠性和时效性
【附图说明】
图1是本发明一实施方式所提供的地震监测系统的硬件架构图。
图2是图1的地震监测系统的地震感测装置原理示意图。
图3是图1的地震监测系统的陀螺仪的内部结构示意图。
【具体实施方式】
如图1所示，本发明一实施方式所提供的地震监测系统2包括分别设置于不同地震监测点处的地震感测装置22，所述地震感测装置包括加速度计221和陀螺仪222以感测对应的地震监测点处的地壳震动加速度信号和地壳震动角速度信号。所述每一个地震感测装置22均连接有一定位装置24，所述定位装置24用于感测与之对应的地震监测点的位置信息。所述每一个所述地震感测装置22和定位装置24均连接有一数据发送装置25，所述数据发送装置25用于发送与之相连接的地震感测装置22所感测到的地壳震动加速度信号、地壳震动角速度信号以及定位装置所感测到的地震监测点地位置信息。
所述地震监测系统2还包括一地震监测中心处理器26，所述地震监测中心处理器26包括一数据接收装置260、一与所述数据接收装置260连接的数据存储装置261以及一与所述数据存储装置261连接的数据分析装置262。
所述数据接收装置260用于接收由所述数据发送装置25发送的不同地震监测点的地壳震动加速度信号、地壳震动角速度信号及对应的地震监测点的位置信息，并将所接收的数据转换为适于存储的数据格式。所述数据存储装置261用于存储所述数据接收装置260所接收的数据。
所述数据分析装置262读取存储于数据存储装置261内的数据并分析对不同地震监测点的地壳震动加速度信号和地壳震动角速度信号进行分析。因所述地壳震动加速度信号和地壳震动角速度信号的数值大小反映了地壳震动的强度，所述数据分析装置262内预设有与不同级别的地壳震动强度相对应的地壳震动加速度信号和地壳震动角速度信号的数值范围，并记录不同数值范围对应的地壳震动所发生的次数，为进一步的地震预测提供准确的依据。在地震发生时期，所述数据分析装置260计算不同地震监测点与震中的距离，并记录和分析地壳震动加速度信号和地壳震动角速度信号随震中距离变化的规律，为地震规律的研究提供宝贵的数据。
所述加速度计221和陀螺仪222分别用于感测对应的地震监测点的地壳震动加速度和地壳震动角速度。如图2所示，所述加速度计221和陀螺仪222的测量原理可简化为质量块-弹簧模型。所述质量块-弹簧模型包括质量块223和连接质量块223与被测物体的弹簧224。所述弹簧224可理解为特定的转换装置，用于将质量块223的位移量转化位对应的测量信号。
因所述弹簧224连接被测物体与质量块223，当进行加速度测量时，所述质量为m的质量块223在弹簧224的作用力F的带动下获取与被测物体相同的加速度a。根据牛顿第二定律：F＝ma，所述弹簧224产生与作用力F成正比的形变量并将其转换为对应的电信号，通过测量所述电信号来获取加速度变化的情况。
当进行角速度的测量时，先通过弹簧224驱动质量块223以一定速度v沿一固定方向振动。以质量块223为原点，水平方向为X轴定义一直角坐标系，若弹簧224驱动质量块223的振动方向为X轴方向，而所述质量块223感受到的角速度方向沿Z轴，根据转动定律：
所述质量块223受到沿Y轴方向的科里奥利力而产生位移，通过弹簧224将所述质量块223的位移量转化为对应的电信号便可通过测量电信号来获取角速度变化的情况。根据转动定律：为了提高量测的精度需要相对地增大质量块223的振动速度v，而所述质量块-弹簧系统的速度共振频率fo决定于质量块-弹簧系统的固有参数其中K为弹簧的弹性系数，I为质量块的转动惯量。因此，将所述质量块223的振动频率控制在速度共振频率fo则可使加速度测量系统获得最大的振动速率vo从而提高量测的精度。
根据所述质量块223的位移量与电信号之间的转换原理的不同，所述加速度计221和陀螺仪222可为电容传感式或压阻传感式。所述电容传感的原理为通过将所述质量块223设置于多片电极之间以构成一电容体系，当所述质量块223在电极间移动时引起电容体系的电容量发生变化从而将质量块223的位移量转换为易于测量的电容量。所述压阻传感的传感原理为利用半导体材料的压阻效应，将所述质量块223的位移量转化为易于测量的半导体材料的电阻值变化量。另外，为了实现加速度计221和陀螺仪222的小型化和测量的高精度，所述加速度计221和陀螺仪222可利用微机电系统(Micro Electro-Mechanical System，MEMS)技术制造。本实施方式中，所述陀螺仪222为压阻传感式
如图3所示，所述陀螺仪222包括一基底2220和一镀在所述基底2220上的硅膜层2221。
所述基底2220的材料可为玻璃、陶瓷或兰宝石(sapphire)。所述硅膜层2221沉积在所述基底2220上，并通过活性离子蚀刻的方法在所述硅膜层2221内形成一主基座2223以及由所述主基座2223的端部2223a延伸出的主悬臂2224。在所述主基座2223的两侧同样通过活性离子蚀刻的方法分别形成有一副基座2222，所述副基座2222的端部2222a延伸出一副悬臂2225，所述副悬臂2225于其与副基座2222连接的端部2225a相对的另一端部2225b延伸出一质量块2226。所述副悬臂2225的材料为具有压阻效应的半导体材料硅，在所述副悬臂2225与副基座2222连接的端部2225a内集成压阻电桥(图未示)，所述质量块2226在感测角速度时所产生位移量变化可通过副悬臂2225的形变转换为对应的电阻值变化从而将角速度变化转化为对应的电信号以实现对角速度变化的感测。所述压阻电桥用于放大所感测的电信号，以提高感测的精度。
所述定位装置24通过接收全球定位系统(Global Positioning System，GPS)卫星所发射的定位信号，以感测对应的地震监测点的位置信息。所述定位装置24将所获取的位置信息传输至所述数据发送装置25。
所述数据发送装置25可为射频发射器。所述数据发送装置25的发射频段为全球微波互联接入技术(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WIMAX)的工作频段：2GHz至11GHz，其中优选的发射频率为其中的3GHz、3.5GHz或4GHz。
相对于现有技术，本发明所提供的地震监测系统通过设置于不同地震监测点处的地震感测装置、定位装置和数据发送装置将不同地震监测点的地壳震动情况发送至地震监测中心处理器进行集中分析和处理，以实现对地震的大范围监测从而提高地震预测的可靠性和时效性。其次，本发明利用微机电系统技术所制造地震感测装置，实现了地震感测装置的小型化、低成本和高精度。
最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。