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微震监测是集地震学、计算机学、地球物理学、物探等多门学科发展而形成的一门技术,微震监测系统能够对矿山煤炭盗采和越界开采放炮事件进行准确的定位,方便国家对矿山开采监测与管理。目前,我国对微震监测系统的研发尚有欠缺,因此,设计一套安全可靠的微震监测系统是非常必要的。微震监测系统的数据采集器对微弱信号进行采集时,需要高精度同步,且同步精度优于1us。由于各个数据采集器在空间上是分离的,因此必须设计一种高精度同步时钟对多个数据采集器进行同步采集,保证各个数据采集器能够高精度同步工作。 针对微震监测系统数据采集器采集数据需要高精度的同步时钟,设计和实现了基于GPS与恒温晶振互补协调工作的高精度同步时钟系统。通过对GPS接收到的1PPS信号进行稳定性判决处理,得到稳定1PPS信号。CPLD逻辑控制模块对恒温晶振的输出频率进行分频,得到本地秒脉冲信号和同步时钟信号,同时将恒温晶振输出频率进行倍频,为时间间隔测量模块提供工作时钟。时间间隔测量模块在CPLD内部完成,用来测量稳定1PPS信号和本地秒脉冲信号之间的时间差,通过SPI通信将时间差发送给ARM主控电路。ARM主控电路对时间差进行卡尔曼滤波处理,得到DAC频率偏差控制量,通过改变DAC电路输出的模拟量,对恒温晶振的输出频率进行微调,进一步使本地秒脉冲信号和稳定1PPS信号同步,最终使每台数据采集器的同步时钟信号高精度同步,整个系统处于闭环工作状态。同时为了增加野外勘测的工作时间,专门设计了电池检测管理电路,对蓄电池组进行管理,使每个蓄电池的SOC值保持一致。 经过大量实验室测试和实验结果分析表明,微震监测系统数据采集器的同步时钟精度优于200ns,同步精度高,长期稳定性好,能满足微震监测同步时钟精度的要求。电池检测管理电路能够有效地解决每个蓄电池SOC值不一致性的问题,增加了蓄电池的使用寿命和使用效率,增加了野外勘测时间。同时将该同步时钟应用到微震监测系统对放炮定位的实际工程中,定位精度优于40m,能满足微震监测系统的定位要求。