Технические решения для систем интегрированного и распределённого сбора геофизических данных

C 1995 г. на рудниках Верхнекамского месторождения калий-ных солей ведётся сейсмологический мониторинг. Для регистрации различных сейсмических событий и их локации применяется автома-тизированная система, включающая: сейсмодатчики, распределённые по шахтным полям рудников, аппаратуру телеметрии и регистраторы. Для передачи информации в одно место к регистраторам используются выделенные линии связи. Применяемые системы характеризуется рас-пределённостью источников данных. Для них хорошо подходит метод передачи сигналов по отдельным линиям с использованием частотной модуляции.
Кроме информации о сейсмических процессах значительный интерес представляют также данные о динамике других процессов, происходящих в массиве (вариации деформаций, наклонов, концен-трации радона и др.). На руднике СКРУ-2 ОАО “Сильвинит” развернут специальный подземный полигон, в котором установлены следующие приборы:
1) длиннопериодные и короткопериодные трехкомпонентные дат-чики федеральной сейсмостанции;
2) вертикальный сейсмодатчик СМ-3КВ локальной сети;
3) деформометры;
4) наклономеры;
5) датчик-регистратор радона.
Все датчики вместе с аппаратурой регистрации и передачи представляют собой систему интегрированного сбора данных. Основ-ная техническая проблема эффективного использования этой системы – передача данных с разных датчиков по одному каналу.
Расчёты показывают, что линия передачи информации должна обеспечивать пропускную способность не менее 5,5 Кбит/с (с учетом управляющей информации). Использование в качестве среды передачи телефонных линий (2 пары) позволяет применить известный протокол RS-422 (RS-485) для связи между нижним и верхним цифровыми мо-дулями. Испытания показали, что на скорости 38,4 Кбит/с связь про-исходит практически без ошибок (применение корректирующего кода для исправления однократных ошибок гарантирует качество переда-чи). Благодаря запасу информационной ёмкости канала есть возмож-ность увеличить число датчиков.
Наиболее рациональный вариант решения задачи интегриро-ванного сбора данных состоит в прямом преобразовании напряжений с датчиков в цифровой код и передаче цифровых данных. С этой целью предлагается применять прецизионный 24-разрядный 4-канальный аналогово-цифровой преобразователь ADS1211. Схемотехнические решения, применяемые в данной микросхеме, позволяют получить динамический диапазон 115дБ при интегральной нелинейности на полной шкале, равной +0.0015%. Данные с преобразователя принима-ются и предварительно обрабатываются однокристальным микрокон-троллером Atmel семейства AVR. Особенность структуры системы (нижний модуль находится от регистратора на значительном расстоя-нии и труднодоступен) предполагает дистанционное изменение пара-метров и также алгоритмов сбора данных, т.е. загрузка управляющих алгоритмов производится специальным сетевым контроллером (в со-ставе нижнего модуля) с регистратора через линию связи. Таким обра-зом, система приобретает не только обратную управляющую связь (чего нет в аналоговых системах), но и дополнительную гибкость бла-годаря программированию нижнего контроллера прямо с регистрато-ра.
Один из вариантов построения системы распределённого сбора данных основан на применении одноканального дельта-сигма модуля-тора ADS1201, синхронизируемого сверху по общему для всех узлов каналу синхронизации. Передача цифровых данных осуществляется непрерывно в режиме реального времени без использования корректи-рующих кодов. Этот вариант решает проблему синхронизации распре-делённых узлов сбора данных, но имеет недостаточную дальность пе-редачи и малую помехоустойчивость. Для увеличения дальности воз-можно применение кодирования “Манчестер”.

Powered by Drupal - Design by artinet