地震前兆舒曼谐振监测装置的设计与实现

摘要

地震是最严重的自然灾害之一，地震的准确预报是人类孜孜以求的目标。舒曼谐振具有稳定的频率和强度特征尺度，具有良好的被观测性，目前研究表明舒曼谐振异常现象与大地震之间具有相当密切的对应关系，舒曼谐振异常监测研究很可能是临震预报的有效手段。
　　针对往常舒曼谐振监测只以磁分量的方式接收，而磁天线造价昂贵，维护麻烦等问题，本文研究了基于电场分量的舒曼谐振监测技术，同时辅以磁场分量的舒曼谐振监测。研究表明基于电场分量的舒曼谐振监测结果能够达到甚至超过磁场分量的接收结果，同时可以大大降低舒曼谐振监测的技术难度，减少监测系统建造成本，可以推广部署应用，进而推动舒曼谐振的研究。
　　本文首先介绍了目前对于舒曼谐振的研究背景和国内外研究现状，在详细分析了监测系统软硬件的基础上，构建了一个完整的接收系统。
　　之后本文重点研究了接收电场分量的天线技术，设计了合适的电场接收天线和磁场接收天线。并且根据两种天线的不同分别设计相应的放大电路、滤波电路、陷波电路、电源电路以及接收机电路等。
　　然后本文对监测系统相关的程序软件进行了设计实现，包括USB芯片固件程序、USB设备驱动程序、数字滤波以及数据存储程序。
　　最后本文介绍了舒曼谐振电场分量接收和磁场分量接收实验。给出了详细的实验步骤，得到良好的实验结果，验证了监测系统功能的实现，并对本文的工作进行了总结，对后续工作值得研究和探索的地方做出了展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 地球空间的谐振现象

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 论文研究内容及章节安排

第二章 监测系统需求分析与设计

2．1 极低频电磁波的传播

2．1．1 电磁波简介

2．1．2 极低频电磁波传播

2．2 监测系统需求分析

2．2．1 硬件需求分析

2．2．2 软件需求分析

2．3 监测系统总体设计

2．4 本章小结

第三章 舒曼谐振接收天线的设计研制

3．1 电场接收天线设计

3．1．1 地-电离层谐振腔内SR电场分布

3．1．2 电场接收天线类型

3．1．3 单极、偶极天线接收模型

3．1．4 带“电容帽”天线设计及仿真

3．2 磁场接收天线的设计

3．2．1 磁天线的测磁原理

3．2．2 磁天线的材料选择

3．2．3 磁天线的制作

3．2．4 磁天线的特性分析

3．3 本章小结

第四章 信号调理电路与接收机的设计研制

4．1 电场天线接收电路设计

4．1．1 电场电路使用放大器介绍

4．1．2 放大电路设计

4．1．3 陷波电路设计

4．1．4 低通滤波电路设计

4．1．5 电源电路设计

4．1．6 电场天线PCB设计

4．2 磁场天线接收电路设计

4．2．1 运放ADA4627和AD8271

4．2．2 磁放大电路设计

4．2．3 磁天线PCB设计

4．3 接收机电路设计

4．4 本章小结

第五章 相关软件设计与介绍

5．1 USB芯片固件程序

5．2 USB驱动程序

5．2．1 WDM驱动程序简介

5．2．2 USB驱动程序设计

5．3 数字滤波程序

5．4 数据存储程序

5．4．1 数据采集启动和暂停

5．4．2 数据存储

5．4．3 数据存储天数

5．5 频谱生成软件

5．6 本章小结

第六章 舒曼谐振监测实验

6．1 架设场地的选择

6．2 舒曼谐振监测系统测试

6．2．1 系统测试配置

6．2．2 系统测试流程

6．3 舒曼谐振监测结果

6．4 监测结果分析

6．5 本章小结

结束语

一、工作总结

二、心得体会

三、展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文