一種礦用本安型聚焦雙頻激電法激電信號(hào)接收系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種超前探測(cè)領(lǐng)域的煤礦井下作業(yè)的超前探測(cè)儀器，屬于應(yīng)用地 球物理學(xué)電法超前探測(cè)技術(shù)，特別是涉及一種礦用本安型聚焦雙頻激電法激電信號(hào)接收系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)煤礦采掘方式的機(jī)械化程度逐漸增強(qiáng)，對(duì)綜掘工作面的工作效率要求越來越 高。掘進(jìn)過程中必須遵循"預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，有掘必探，先探后掘，先治后采"的原則，來保證工作面 內(nèi)人員和機(jī)器的安全生產(chǎn)。目前，煤礦井下巷道超前探測(cè)方法包括礦井直流電法、礦井瞬變 電磁法、礦井地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法、瑞雷波法以及礦井地震波超前探測(cè)技術(shù)等。這些物探方法存 在如下問題:存在探測(cè)準(zhǔn)確率低、實(shí)時(shí)性差、方向性差、效率低、成本尚、抗干擾能力差、探掘 分離等突出問題，不能完全滿足掘進(jìn)面對(duì)超前探測(cè)的要求。因此，盡快研究一種工作方法簡(jiǎn) 單、探測(cè)精度高、可實(shí)現(xiàn)與掘進(jìn)機(jī)協(xié)同作業(yè)的超前探測(cè)方法意義重大。
[0003] 聚焦雙頻激電法(專利號(hào)CN103176214A)是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)提出的一種基于 雙激電法以及電場(chǎng)聚焦效應(yīng)的煤巷超前探測(cè)方法，根據(jù)同性電場(chǎng)相排斥的性質(zhì)，利用約束 電極發(fā)射的約束電場(chǎng)與主電極發(fā)射的探測(cè)電場(chǎng)相互作用，利用電場(chǎng)的約束和偏轉(zhuǎn)作用，有 效控制電場(chǎng)的傳播方向，使探測(cè)電場(chǎng)的發(fā)射方向與發(fā)射范圍控制一定范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)角 度和深度掃描探測(cè)，進(jìn)行異常體的準(zhǔn)確定位，達(dá)到定方向、定距離探測(cè)的目的。
[0004] 中南大學(xué)的何繼善院士實(shí)用新型了雙頻激電法及相關(guān)儀器(專利號(hào)CN1034276A)， 其中SQ-3C雙頻激電儀接收機(jī)主要采用模擬電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，缺點(diǎn)是儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易受溫度 漂移、時(shí)間漂移、環(huán)境噪聲影響，目前主要用于地面電法勘探領(lǐng)域。山東大學(xué)的李樹才等實(shí) 用新型了隧道或坑道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)復(fù)合式激發(fā)極化儀器設(shè)備(專利號(hào)CN102176059A)，不足 之處在于頻域信號(hào)處理模塊只能得到低頻和高頻基波的幅度，而不能獲得相位信息，目前 主要用于隧道前方水體不良地質(zhì)體預(yù)報(bào)。根據(jù)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，激發(fā)極化法及其儀器 尚未用于煤礦井下巷道超前探測(cè)領(lǐng)域。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的目的在于，克服現(xiàn)有儀器存在的缺陷，基于聚焦雙頻激電法煤巷綜 掘超前探測(cè)方法，提供一種符合煤礦環(huán)境要求、準(zhǔn)確可靠的礦用本安型聚焦雙頻激電法激 電信號(hào)接收系統(tǒng)。
[0006] 本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種礦用本安型聚焦雙頻激電法激電信號(hào)接收系統(tǒng)，其特征在于，由電源電路、接 口電路、調(diào)理模塊、主控模塊、外殼及接口等組成，所述電源電路為接口電路、調(diào)理模塊及主 控模塊供電，接口電路分別與外接端子及接收機(jī)內(nèi)部調(diào)理模塊和主控模塊連接，調(diào)理模塊 主要完成激電電壓信號(hào)的調(diào)理、采集以及同步控制信號(hào)的產(chǎn)生等功能，主控模塊主要完成 系統(tǒng)控制、激電參數(shù)顯示以及數(shù)據(jù)處理等功能，利用本實(shí)用新型，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻幅值、低頻 幅值、高頻絕對(duì)相位、低頻絕對(duì)相位、視電阻率、視幅頻率等激電參數(shù)的測(cè)量、顯示和存儲(chǔ)以 及對(duì)發(fā)送機(jī)的同步控制和數(shù)據(jù)顯示。
[0008] 本實(shí)用新型礦用本安型聚焦雙頻激電法激電信號(hào)接收系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有 如下有益效果：
[0009] 1、本實(shí)用新型采用礦用本安型人機(jī)界面作為主控模塊，可直接用于煤礦井下防爆 環(huán)境；
[0010] 2、本實(shí)用新型采用隔離接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了 RS-485通信隔離及輸出控制信號(hào)隔離， 增強(qiáng)了系統(tǒng)抗干擾能力。
[0011] 3、本實(shí)用新型在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮煤礦本質(zhì)安全要求，滿足煤礦井下特殊環(huán)境 對(duì)電氣設(shè)備的要求，能夠用于煤礦巷道的超前探測(cè)。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本實(shí)用新型聚焦雙頻激電法超前探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0013] 圖2a及2b為本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)波形圖；
[0014] 圖2c為本實(shí)用新型雙頻調(diào)制電流波形圖；
[0015] 圖2d為本實(shí)用新型激電信號(hào)波形圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0017] 圖4為本實(shí)用新型礦用本安型聚焦雙頻激電法激電信號(hào)接收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白與理解， 下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0019] 參考圖1、圖2。本實(shí)施例聚焦雙頻激電法超前探測(cè)系統(tǒng)包括激勵(lì)信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)（以 下簡(jiǎn)稱發(fā)射系統(tǒng))和激電信號(hào)接收系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱接收系統(tǒng)）。接收系統(tǒng)可產(chǎn)生雙頻PWM驅(qū)動(dòng) 控制信號(hào)V ccinl、V_2，如圖2a和圖2b，控制發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生雙頻調(diào)制方波電流I (t)，如圖2c所 示，通過發(fā)射電極供入煤巷掘進(jìn)面前方的煤巖。I(t)的表達(dá)式如式(1)。
[0021 ]煤巖介質(zhì)在激勵(lì)電流作用下發(fā)生激發(fā)極化，產(chǎn)生激電電壓信號(hào)Vin(t )，如圖2d，由 接收系統(tǒng)的測(cè)量電極接收。在頻率域激電探測(cè)中，當(dāng)目標(biāo)體附近電流密度在的線性范圍內(nèi)， 可以把大地看成線性時(shí)不變系統(tǒng)。因此，V in(t)中包含I(t)中基頻fL、fH以及諧波頻率成分， 此外還包含噪聲電壓成分^^。^。^^(^的表達(dá)式如式^所不。
[0023]接收系統(tǒng)主要作用是消除諧波頻率成分及噪聲電壓的影響，獲得激電電壓幅值Δ Vl和Δ VH及相位差外和馬，進(jìn)一步計(jì)算獲得視電阻率Ps、視幅頻率Fs、視相頻率佟等激電參 數(shù)，計(jì)算公式分別如式(3)、（4)、（5)。
[0027] 參考圖3。本實(shí)施例接收系統(tǒng)由電源電路、接口電路、調(diào)理模塊、主控模塊、外殼及 接口等組成，所述電源電路為接口電路、調(diào)理模塊及主控模塊供電，接口電路分別與外接端 子及接收機(jī)內(nèi)部調(diào)理模塊和主控模塊連接，調(diào)理模塊主要完成激電電壓信號(hào)的調(diào)理、采集 以及同步控制信號(hào)的產(chǎn)生等功能，主控模塊主要完成系統(tǒng)控制、激電參數(shù)顯示以及數(shù)據(jù)處 理等功能，利用本實(shí)用新型，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻幅值、低頻幅值、高頻絕對(duì)相位、低頻絕對(duì)相位、 視電阻率、視幅頻率等激電參數(shù)的測(cè)量、顯示和存儲(chǔ)以及對(duì)發(fā)送機(jī)的同步控制和數(shù)據(jù)顯示。
[0028] 參考圖4。本實(shí)施例輸入激電電壓信號(hào)依次經(jīng)過輸入級(jí)、濾波級(jí)及單端轉(zhuǎn)差分電路 實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的處理，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，由數(shù)字處理電路進(jìn)行數(shù)字相 敏檢波處理，探測(cè)數(shù)據(jù)由單片機(jī)電路以485通信方式傳輸給主控系統(tǒng)，另外，數(shù)字處理電路 控制驅(qū)動(dòng)控制電路產(chǎn)生兩路雙頻PWM驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。
[0029]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行 業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述 的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還 會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型 要求保護(hù)范圍由權(quán)利要求書及其等同物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種礦用本安型聚焦雙頻激電法激電信號(hào)接收系統(tǒng)，其特征在于，由電源電路、接口 電路、調(diào)理模塊、主控模塊、外殼及接口組成，所述電源電路為接口電路、調(diào)理模塊及主控模 塊供電，接口電路分別與外接端子及接收機(jī)內(nèi)部調(diào)理模塊和主控模塊連接，調(diào)理模塊主要 完成激電電壓信號(hào)的調(diào)理、采集以及同步控制信號(hào)的產(chǎn)生功能，主控模塊主要完成系統(tǒng)控 制、激電參數(shù)顯示以及數(shù)據(jù)處理功能，該接收系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻幅值、低頻幅值、高頻絕對(duì) 相位、低頻絕對(duì)相位、視電阻率、視幅頻率激電參數(shù)的測(cè)量、顯示和存儲(chǔ)以及對(duì)發(fā)送機(jī)的同 步控制和數(shù)據(jù)顯示。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用本安型聚焦雙頻激電法激電信號(hào)接收系統(tǒng)，其特征在于， 所述電源電路可產(chǎn)生3路相互隔離電源，分別為接口電路、調(diào)理模塊及主控模塊供電。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用本安型聚焦雙頻激電法激電信號(hào)接收系統(tǒng)，其特征在于， 所述接口電路包括USB通信保護(hù)電路、輸入信號(hào)保護(hù)電路、輸出控制信號(hào)隔離保護(hù)電路、RS-485通信隔離保護(hù)電路。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用本安型聚焦雙頻激電法激電信號(hào)接收系統(tǒng)，其特征在于， 所述主控模塊為礦用本安型人機(jī)界面。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種礦用本安型聚焦雙頻激電法激電信號(hào)接收系統(tǒng)，其特征在于，由電源電路、接口電路、調(diào)理模塊、主控模塊、外殼及接口等組成，所述電源電路為接口電路、調(diào)理模塊及主控模塊供電，接口電路分別與外接端子及接收機(jī)內(nèi)部調(diào)理模塊和主控模塊連接，調(diào)理模塊主要完成激電電壓信號(hào)的調(diào)理、采集以及同步控制信號(hào)的產(chǎn)生等功能，主控模塊主要完成系統(tǒng)控制、激電參數(shù)顯示以及數(shù)據(jù)處理等功能，利用本實(shí)用新型，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高低頻幅值、高低頻絕對(duì)相位、視電阻率、視幅頻率等激電參數(shù)的測(cè)量、顯示和存儲(chǔ)以及對(duì)發(fā)送機(jī)的同步控制和數(shù)據(jù)顯示。儀器內(nèi)部電路設(shè)計(jì)符合煤礦本質(zhì)安全生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范和要求，可用于煤礦井下巷道超前探測(cè)。
【IPC分類】G01V3/08
【公開號(hào)】CN205229476
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520840247
【發(fā)明人】吳淼, 劉希高, 劉志民, 呂一鳴, 張金濤, 周游, 張敏駿, 郝建生, 馬昭, 王學(xué)成, 王傳武
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年10月27日