本发明专利技术涉及振动信号测量技术领域，具体涉及一种地震模拟体验装置的信号测量系统，包括传感器模块、信号处理模块、显示模块，其特征在于，还包括环境适应模块以及校准模块，其中，所述传感器模块用于准确检测地震模拟体验装置产生的振动信号；所述信号处理模块对所述振动信号进行分析并转化为地震信号；所述显示模块将地震信号的信息以图形方式显示；所述环境适应模块用于自动监测和分析周围环境条件，并据此调整地震模拟参数；所述校准模块用于校准和评估地震模拟体验装置性能。本发明专利技术，确保了模拟结果与真实地震环境的物理条件的高度一致性，从而提高了模拟的真实感。从而提高了模拟的真实感。从而提高了模拟的真实感。
【技术实现步骤摘要】
一种地震模拟体验装置的信号测量系统
[0001]本专利技术涉及振动信号测量
，尤其涉及一种地震模拟体验装置的信号测量系统。
技术介绍
[0002]随着地震研究和教育的深入，地震模拟技术越来越受到关注。地震模拟不仅能够帮助科研人员更好地理解地震的形成机制和动力学，还可以为公众提供直观的教育和培训，以提高地震防范意识和应对能力。然而，大多数现有的地震模拟技术主要侧重于模拟地震的振动效果，往往忽视了其他重要的环境因素，如温度、湿度、声音等，这些因素对于创建一个真实感的地震模拟环境是至关重要的。
[0003]传统的地震模拟体验装置通常使用基于物理模型的方法来模拟地震效果，如通过机械振动平台来模拟地面震动。但这些方法在模拟复杂的地震波形和频率响应方面具有局限性，且很难实现多维度的地震模拟，如同时模拟地震的震动、声音和光线变化等。
[0004]此外，现有的地震模拟技术往往忽视了实时数据分析和反馈的重要性。例如，当模拟装置的某个部分出现故障或偏差时，系统往往不能及时检测并进行调整，这可能导致模拟结果的不准确或甚至设备的损坏。
[0005]为了解决这些问题，本专利技术提出了一种地震模拟体验装置的信号测量系统。该系统结合了先进的传感器技术、信号处理算法、显示技术和自适应控制技术，能够实现高度逼真的多维度地震模拟，并具有高度的实时性和可靠性。特别是通过引入环境适应模块，该系统能够根据周围环境的实际条件动态调整模拟参数，从而确保模拟结果与真实地震环境的物理条件高度一致。
技术实现思路
[0006]基于上述目的，本专利技术提供了一种地震模拟体验装置的信号测量系统。
[0007]一种地震模拟体验装置的信号测量系统，包括传感器模块、信号处理模块、显示模块，还包括环境适应模块以及校准模块，其中，所述传感器模块用于准确检测地震模拟体验装置产生的振动信号；所述信号处理模块对所述振动信号进行分析并转化为地震信号；所述显示模块将地震信号的信息以图形方式显示；所述环境适应模块用于自动监测和分析周围环境条件，并据此调整地震模拟参数以匹配实际地震环境的物理条件；所述校准模块用于校准和评估地震模拟体验装置性能。
[0008]进一步的，所述周围环境条件包括温度、湿度、气压、振动、声音。
[0009]进一步的，所述地震模拟体验装置为体验室，所述传感器模块包括：温度传感器：安装在体验室内的中央位置，用以监测室内温度；湿度传感器：安装在体验室内的墙角位置，用以监测室内湿度；
气压传感器：安装在体验室内的天花板位置，用以监测室内气压；振动传感器：安装在地震模拟台底部，用以监测振动强度和频率；声音传感器：安装在体验室内的墙壁，用以模拟地震时的声响效果。
[0010]进一步的，所述信号处理模块将振动信号转化为地震信号具体包括：信号滤波算法：通过带通滤波器将无关的噪声和非目标频率的振动剔除，保留地震振动信号的核心部分；快速傅里叶变换（FFT）：将时间域的振动信号转化为频率域的信号；地震信号特征提取：通过频率域分析和时频域分析来提取地震信号的特征参数，包括振幅、持续时间、波形；地震信号重建：使用逆傅里叶变换算法，基于提取的地震信号特征重建地震信号。
[0011]进一步的，所述信号滤波算法基于传递函数，表示为：
[0012]其中，和分别为带通滤波器的最小和最大截止频率，为滤波器的阶数；所述快速傅里叶变换 (FFT)：对于一个离散时间信号，其离散傅里叶变换( DFT)表示为：
[0013]其中，为频率域表示；为时间域信号；为信号长度；为频率索引；为虚数单位。
[0014]进一步的，所述环境适应模块基于自适应控制算法，根据传感器模块获取的温度、湿度、气压、振动、声音数据进行调整体验室的环境，并与信号处理模块协同工作，确保振动信号的分析与模拟不仅反映地震的振动特性，还与环境条件相匹配，根据环境适应模块的发出的调整信号，信号处理模块相应调整振动信号，以便模拟地震在不同环境中的效果。
[0015]进一步的，所述自适应控制算法基于模型预测控制 (MPC) ，在地震模拟体验装置的环境适应模块中，使用以下优化问题表示模型预测控制的目标：
[0016]其中：
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为预测时间窗口内的控制输入序列；为系统输出的预测；为期望的参考轨迹或目标值；和为系统的状态空间模型参数；为由环境传感器得到的环境扰动项，包括温度、湿度、气压、振动、声音；和为权重矩阵，用于调整轨迹跟踪和控制输入平滑度之间的权衡；和为控制输入的下限和上限；输出预测：表示环境参数的预测值，包括模拟的振动、温度、湿度、气压，以上值根据当前的环境条件和地震模拟参数计算；期望轨迹：是期望的参考轨迹或目标值，根据实际地震环境的物理条件设定；环境扰动项：由环境适应模块的传感器数据确定，通过监测实时的环境变化，系统调整模拟参数以适应以上变化；控制输入约束：下限和上限约束确保控制输入在合理的范围内。
[0017]进一步的，所述校准模块校准和评估地震模拟体验装置性能的过程包括：设备检查与初始化：校准模块首先进行设备检查，确认所有的传感器、执行器和控制元件处于正常工作状态，并初始化设备到预定的初始状态；传感器校准：偏差校准：校准模块通过预设的标准值来校准每个传感器的偏差；灵敏度校准：根据预设的刺激值，校准每个传感器的响应灵敏度；执行器校准：执行器校准涉及调整执行器的响应特性，包括振动平台的振动幅度和频率响应；系统性能评估：模拟准确性测试：通过与真实地震数据的比较，评估模拟的准确性；响应时间测试：测量系统对突然环境变化的响应时间，以评估其实时性能；自动校准与调整：校准模块可能还包括自动校准功能，它可以根据评估结果自动调整系统参数，确保模拟的准确性和一致性。
[0018]进一步的，所述显示模块基于图形显示界面，用于以图表、曲线、动画形式展示地震模拟的实时数据和分析结果，包括：地震波形显示：通过3D可视化，实时展示地震的振动波形；模拟地图：显示地震影响的区域地图，并标出重要地理特点和建筑物；故障诊断和系统状态：实时展示设备状态，包括传感器数据、执行器性能、校准状态。
[0019]本专利技术的有益效果：
本专利技术，通过结合多种类型的传感器和先进的信号处理技术，本系统能够同时模拟地震的震动、声音、光线变化等多个维度，从而提供了更加逼真和全面的地震模拟体验，借助环境适应模块，本系统能够实时监测和分析周围环境条件，并据此调整地震模拟参数。这确保了模拟结果与真实地震环境的物理条件的高度一致性，从而提高了模拟的真实感。
[0020]本专利技术，通过自适应控制算法和校准模块的结合，能够自动校准和调整设备性能，确保长期运行的精确性和可靠性，本系统不仅适用于科学研究和工程应用，还可以用于地震教育和培训，学校和社区可以使用该系统进行地震防范教育，工程师可以通过该系统进行地震工程的仿真和设计。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种地震模拟体验装置的信号测量系统，其特征在于，包括传感器模块、信号处理模块、显示模块，其特征在于，还包括环境适应模块以及校准模块，其中，所述传感器模块用于准确检测地震模拟体验装置产生的振动信号；所述信号处理模块对所述振动信号进行分析并转化为地震信号；所述显示模块将地震信号的信息以图形方式显示；所述环境适应模块用于自动监测和分析周围环境条件，并据此调整地震模拟参数以匹配实际地震环境的物理条件；所述校准模块用于校准和评估地震模拟体验装置性能。2.根据权利要求1所述的一种地震模拟体验装置的信号测量系统，其特征在于，所述周围环境条件包括温度、湿度、气压、振动、声音。3.根据权利要求2所述的一种地震模拟体验装置的信号测量系统，其特征在于，所述地震模拟体验装置为体验室，所述传感器模块包括：温度传感器：安装在体验室内的中央位置，用以监测室内温度；湿度传感器：安装在体验室内的墙角位置，用以监测室内湿度；气压传感器：安装在体验室内的天花板位置，用以监测室内气压；振动传感器：安装在地震模拟台底部，用以监测振动强度和频率；声音传感器：安装在体验室内的墙壁，用以模拟地震时的声响效果。4.根据权利要求3所述的一种地震模拟体验装置的信号测量系统，其特征在于，所述信号处理模块将振动信号转化为地震信号具体包括：信号滤波算法：通过带通滤波器将无关的噪声和非目标频率的振动剔除，保留地震振动信号的核心部分；快速傅里叶变换：将时间域的振动信号转化为频率域的信号；地震信号特征提取：通过频率域分析和时频域分析来提取地震信号的特征参数，包括振幅、持续时间、波形；地震信号重建：使用逆傅里叶变换算法，基于提取的地震信号特征重建地震信号。5.根据权利要求4所述的一种地震模拟体验装置的信号测量系统，其特征在于，所述信号滤波算法基于传递函数，表示为：其中，和分别为带通滤波器的最小和最大截止频率，为滤波器的阶数；所述快速傅里叶变换 ：对于一个离散时间信号，其离散傅里叶变换( DFT)表示为：其中，为频率域表示；
为时间域信号；为信号长度；为频率索引；为虚数单位。6.根据权利要求5所述的一种地震模拟体验装置的信号测量系统，其特征在于，所述环境适应模块基于自适应控制算法，根据传感器模块获取的温度、湿度、气压、振动、声音数据进行调整体验室的环境，并与信号处理模块协同工作，确保振动信号的分析与模拟不仅反映地震的振动特性，还与环境条件相匹配，根据环境适应模...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋金龙，宋昊冉，权腾龙，李志恒，魏玮，张冬静，李晓东，胡冠标，
申请(专利权)人：山东省地震局，
类型：发明
国别省市：
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