岩体电荷辐射仪的制作方法

专利名称：岩体电荷辐射仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于岩体测试仪器，特别涉及一种岩体电荷辐射仪。
背景技术：
我国煤矿是世界上冲击地压、煤和瓦斯突出最严重的国家之一， 冲击地压、煤和瓦斯突出对矿井生产危害是巨大的， 一旦发生冲击地 压、煤和瓦斯突出不仅破坏生产，给国民经济造成巨大损失，而且会 造成人员的伤亡，随着釆掘深度的不断增加，这种事故就更加严重。
受载煤岩破裂时有电荷产生，矿井塌陷过程中也有电荷产生；煤矿釆 掘过程中经常会产生煤炭动力灾害，这种灾害是压力超过煤岩体的强 度极限，聚积在巷道周围煤岩体中的能量突然释放，这种变形破裂过 程是一个由流变到突变发展过程，最后形成冲击地压和煤与瓦斯突 出。煤岩灾害动力现象范围很广，涉及到许多许多工程领域，在矿山 有煤与瓦斯突出、岩石与瓦斯突出、矿山冲击、矿震、顶板塌陷和边 滑移等；在地面上，有山体滑移、地震、地基失稳及岩石混凝土建筑 失稳倒塌等。目前，常规的煤岩动力灾害预测方法，主要是钻屑法， 这种方法不能时实预测，作业时间长，工程量大，预测作业时间也较 长，对生产有一定影响。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述技术不足，提供一种测量煤岩变 形破裂产生电荷量和利用煤岩变形破裂时电荷感应的规律，分析煤岩 变形破裂电荷感应的机理，准确、时实的预测煤岩动力灾害的岩体电荷辐射仪。
本实用新型解决技术问题釆用的技术方案是 一种由电源电路、 电压跟随电路、液晶显示电路、数据存储电路、日历时钟电路、报警 电路和通信接口电路组成的岩体电荷辐射仪，其特点是在系统中设置
了中央处理电路和前置放大电路；中央处理电路，由MSP430F499 单片机U3、 32768Hz晶体振荡器XT2、 4MHz晶体振荡器XT3、按键 S广Ss、电容C5 C9、 C20~C23、电阻R8、 R9~R13、 R15~R17、插排JP3 和测试插孔TP广TP3;单片机U3的94~90脚分别接JP3的1~5脚，94 脚还接R8—端，Rs另一端接电源，JP3的6脚接地，95脚接电源电 路中的电阻R3的一端、112的2、 3脚和TP3， 96脚接电压跟随电路中 的电阻Rs的一端和稳压二极管D,的一端，5脚接脉冲检测电路中的 电解电容Cw的正极、电阻1132—端和AD8066运算放大器U2A的1 脚，7脚接Cs、 Cs—端和TP2， 10脚接Cs、 Cs另一端、11、 98脚、 C9一端和地，100脚接C9另一端和电源，59脚接Rn—端，58脚接 Rn另一端和Ri6—端，57脚接1116另一端和1115—端，56脚接Ris另 一端和地，12 26、 52~55脚分别接液晶显示电路中的LCD048液晶 显示器115的12 26、 52~55脚，8脚接C2。、 X丁2—端，9脚接C21 — 端和XT2另一端，89脚接C22、 XTs—端，88脚接XT3另一端和C23 一端，C2o C23另一端均接地，62、 63、 74、 75脚分别接通信接口电 路中的SP322: EEA通信芯片转换器U7的10、 12、 15、 13脚,46、 48、 49、 47脚分别接数据存储电路中的AT45DB041B-SI存储器U6 的4、 1、 8、 2脚，66、 65、 64脚分别接日历时钟电路中的DS1302 曰历时钟芯片U4的5、 6、 7脚，72脚接报警电路中的电阻1114、 R7和D2的一端，79脚接报警电路中的电阻R6—端，83脚接R13、 S5 一端，84脚接1112、 S4—端，85脚接Ru、 S3—端，86脚接Ru)、 S2 一端，87脚接R9、 S,—端，S广Ss另一端均接地，R广Ru另一端接电 源、TPp 60脚、C7—端、1脚、Q—端、电源电路中的电容C3 — 端、电解电容C2正极和SPX5205M5-3.3稳压器U,的5脚，61脚接 C7另一端和地，99脚接C6另一端和地。前置放大电路包括AD8066
运算放大器U,a、 U1B、 U2B、接收天线IN、 二极管Ds、电解电容C24、' C25、 C36~C41、电容(:26~(:35和电阻1118~1129; U,a的1脚接R2。、 C28、 C3,—端，2脚接C3。一端和C28、 R20的另一端，3脚接地，4脚接负 电源、C35—端和C37的负极，8脚接正电源、C34—端和C38的正极， C34、 C"另一端、C38的负极和C37的正极相接并接地；IN接C29、 R19 一端和C30的另一端，C29另一端接F^—端，R"另一端接地，1119另 一端接C25正极、C27、 Rm—端，1118另一端接C24正极、C26—端和
HV电源，C25、 <:24负极和(:27、 <:26另一端相接并接地；Um的4脚接
负-电源，5脚接R25、 R27—端和C36正极，6脚接R25另一端、R24.、 R26和C33—端，7脚接R26、 C33另一端和C39正极，8脚接正电源， R24另一端接C32、 R23—端，R23另一端接R22—端和C^另一端，R22、
R27、 0:32另一端和(:36负极相接并接地；U2B的4脚接负电原，5脚接 Q，负极和地，6脚接R28和R29—端，7脚接Ds—端，8脚接正电源， R28另 一端接C39负极和脉冲检测电路中的电阻R3。的一端,D5的另一
端接R29另一端、C4,的正极和电压跟随电路中的插排JP2的l脚。
本实用新型的有益效果是该仪器为预测预报冲击地压和煤瓦斯
突出事故的发生，提供了一种新的手段，工程量小，时间短，对生产，可预测地下，也可用于地面的山体滑坡、
地震、地基失稳及岩石混凝土建筑失稳倒塌等灾害。
以下结合附图以实施例具体说明。
图l是岩体电荷辐射仪框图。
图2是

图1的电源、电压跟随、脉冲检测、中央处理、液晶显示、
数据存储、日历时钟、报警、通信接口电路原理图。
图3是图1的前置放大和脉冲检测电路原理图。 图中，l-电源电路；2-前置放大电路；3-电压跟随电路；4-脉冲 检测电路；5-中央处理电路；6-液晶显示电路；7-数据存储电路；8-曰历时钟电路；9-报警电路；10-通信接口电路；U广SPX5205M5-3.3 稳压器；U3-MSP430F449单片机；U4-DS1302日历时钟芯片； U5-LCD048液晶显示器；U6-AT45DB041B-SI存储器；U7-SP3223EEA 通信芯片转换器；U1A、 U2A、 U1B、 U2B-AD8066运算放大器；U3A-LM358 运算放大器；Dp Dr稳压二极管；D3、 04-发光二极管；Ds-二极管； XIV XT2-3276Hz晶体振荡器；XTr4MHz晶体振荡器；TP广TP;r观iJ 汰插孔；C3 C23、 (:26 (:35匪电容；d、 C2、 C24、 C25、 (:36~0 -电解电 容；R广R32-电阻；R2、尺33-可变电阻；BT广电池；IN-接收天线；具体实施方式
参照附图， 一种岩体电荷辐射仪，由电源电路l、电压跟随电路 4、液晶显示电路6、数据存储电路7、日历时钟电路8、报警电路9 和通信接口电路IO组成，其特点是在系统中设置了中央处理电路5 和前置放大电路2;中央处理电路5，由MSP430F499单片机U3、32768Hz晶体振荡器XT2、 4MHz晶体振荡器XT3、按键S广Ss、电容 C5 C9、 C20~C23、电阻Rg、 R9~R13、 R15~R17、插排JP3和测试插孔 TP广TP3;单片机U3的94 90脚分别接JP3的1~5脚，94脚还接R8 一端，Rs另一端接电源，JP3的6脚接地，95脚接电源电路1中的电 阻R3的一端、112的2、 3脚和TP3， 96脚接电压跟随电路3中的电阻 Rs的一端和稳压二极管D,的一端，5脚接脉冲检测电路4中的电解 电容Cw的正极、电阻1132—端和AD8066运算放大器U2A的1脚，7 脚接Cs、 Cs—端和TP2， IO脚接Q、 Cs另一端、11、 98脚、Cg—端 和地，100脚接C9另一端和电源，59脚接Rn—端，58脚接Rn另一 端和Rm—端，57脚接1116另一端和Rm—端，56脚接1115另一端和 地，12 26、 52 55脚分别接液晶显示电路6中的LCD048液晶显示 器Us的12 26、 52 55脚，8脚接C加、XT2—端，9脚接C21—端和
X丁2另一端，89脚接C22、 XT3—端，88脚接XT3另一端和C23—端，
C20 C23另一端均接地，62、 63、 74、 75脚分别接通信接口电路10 中的SP3223EEA通信芯片转换器U7的10、 12、 15、 13脚，46、 48、 49、47脚分别接数据存储电路7中的AT45DB041B-SI存储器U6的4、 1、 8、 2脚，66、 65、 64脚分别接日历时钟电路中的DS1302日历时 钟芯片U4的5、 6、 7脚，72脚报警电路9中的电阻Rw、 117和02的 一端，79脚接报警电路9中的电阻&一端，83脚接Rn、 Ss—端， 84脚接Ru、 S4—端，85脚接Ru、 &一端，86脚接R1Q、 Ss—端， 87脚接R9、 Si —端，S广Ss另 一端均接地，R9~R13另 一端接电源、TP!、 60脚、C7—端、l脚、Q—端、电源电路l中的电容C3—端、电解 电容C2正极和SPX5205M5-3.3稳压器Ui的5脚，61脚接(37另 一端和地，99脚接C6另一端和地。前置放大电路2包括AD8066运算放 大器U,a、 U1B、 U2B、接收天线IN、 二极管Ds、电解电容C24、 C25、 C36~C4I、电容(:26~(:35和电阻R18~R29; U!a的1脚接R2Q、 C28、 C31
一端，2脚接C3o—端和C28、 R20的另一端，3脚接地，4脚接负电源、 C"一端和C37的负极，8脚接正电源、C34—端和C38的正极，C34、 C35另一端、C38的负极和C37的正极相接并接地；IN接C29、 R19—端 和C3o的另一端，<:29另一端接1121—端，R^另一端接地，Ri9另一端 接C25正极、C27、 Rw—端，R!8另一端接C24正极、C26—端和HV电 源，C25、 C24负极和C"、 C26另一端相接并接地；Um的4脚接负电 源，5脚接R25、 1127—端和(:36正极，6脚接R25另一端、R24、 R26和 C33—端，7脚接R26、 C33另一端和C39正极，8脚接正电源，R24另 一端接C32、 R23—端，R23另一端接R22—端和C3t另一端，R22、 R27、
C32另一端和C36负极相接并接地；U2B的4脚接负电原，5脚接Cn
负极和地，6脚接R28和R29—端，7脚接D5—端，8脚接正电源，
R28另 一端接C39负极和脉冲检测电路4中的电阻R3Q的 一端，D5的另
一端接R29另一端、<:41的正极和电压跟随电路中的插排JP2的l脚。
电源电路1 (见附图2)包括SPX5205M5-3.3稳压器U。插排 JPi、电解电容Q、 C2、电容C3、电阻R!、 113和可变电阻112; U,的 1、 3脚相接并接C,的正极、Ri的一端、+6V电源和JP!的1脚，2
脚接地，C3另一端和C2负极接地，C,负极接地，Ri另一端接R2的1 脚,R3另一端接地。
电压跟随电路3 (见附图2)包括LM358运算放大器U3A、插排 JP2、稳压二极管D。电容C4和电阻Rs; U3a的l脚接2脚和Rs的另一端，3脚接JP2的1脚，4脚接地，8脚接+6V电源、Ct一端，， Q另一端接地，Di另一端接地，TP2的2脚接地。
数据存储电路7 (见附图2 )包括AT45DB041B-SI存储器116'和 电容d8、 C19; U6的3、 5、 6脚接d8、 C!9一端和电源，7脚接ds、 Cw另一端和地。
曰历时钟电路8 (见附图2)包括DS1302曰历时钟芯片U4、电 池BT。晶体振荡器T!和电容d5 Cn; 114的l脚接d5—端和电源， 4脚接C,5另一端和地，8脚接BTi—端，B^另一端接地，3脚接 XT,、 d6—端，C，6另一端接地，2脚接XT!另一端和Cn—端，C17 另一端接地。
报警电路9 (见附图2)包括插排JP4、稳压二极管D2、发光二 极管D3、 D4和电阻R6、 R7、 R14;化4的1脚接117—端，2脚接地， Ri4的另一端接电源、D3、 D4—端，D3、 D4另一端接R6另一端，D2 的另一端接地。
通信接口电路10 (见附图2)包括SP3223EEA通信芯片转换器 U7、插排JPs、 JP6和电容do d4; U7的2、 4脚分别接Cu)的两端， 5、 6脚分别接Cu的两端，1脚接地，20、 14脚接电源，9、 8脚接 JP6的2、 l脚，16、 17接JPs的2、 l脚，3脚接Q3—端，7脚接d2 一端，18脚接d4—端、C12、 Q3另一端和地，19脚接d4另一端和
电源；JP5、 JP6的3脚均接地。
脉冲检测电路4 (见附图3 )包括AD8066运算放大器U2A、电
解电容C39、 C4o、可变电阻1133和电阻113()~1132; U2A的2脚接R3o另
一端，3脚接1131—端和1132另一端，4脚接负电源，8脚接正电源，C40负极接地，1131另一端接1133的l脚，R33的2脚接正电源，1133的 3脚接负电源。
该辐射仪接收天线IN为圆铜片，周长为100mm,直径为40mm,. 灵敏度为5|iv/m，接收频段为1KHz 1MHz;架设在被测区域的中心， 天线朝向煤岩岩体被测区域，距离小于3m为适宜。接收天线IN接 收到的变形破裂点测电荷辐射信号，经前置放大电路2、电压跟随电 路3后分两路 一路是频率计数信号，经脉冲检测电路4直接送 MSP430F449单片机U3的I/0 口上，经内部的定时器计数，从而得到 釆样时间间隔内的信号脉冲数；另一路转换成以2.5V为中心的被测
信号，再送单片机U3的模数转换口上进行模数转换和数据釆集、处
理，从而确定出釆样时间间隔内的极大电磁辐射值，并将得到的测试 数据存入到存储器U6,同时在液晶显示器U5显示测试脉冲和极大电 磁辐射强度值。当釆样和预板结束后，可通过通信接口电路10与微 机连接，将初始参数值和存储在AT45DB041B-SI存储器U6中的测试 数据输入微机，在微机上得到的极大电磁辐射强度值和脉冲数时间序 列进行进一步的趋势分析判断。
权利要求1、一种岩体电荷辐射仪，由电源电路(1)、电压跟随电路(4)、液晶显示电路(6)、数据存储电路(7)、日历时钟电路(8)、报警电路(9)和通信接口电路(10)组成，其特征在于在系统中设置了中央处理电路(5)和前置放大电路(2)；中央处理电路(5)，由MSP430F499IPz单片机U3、32768Hz晶体振荡器XT2、4MHz晶体振荡器XT3、按键S1～S5、电容C5～C9、C20～C23、电阻R8、R9～R13、R15～R17、插排JP3和测试插孔TP1～TP3；单片机U3的94～90脚分别接JP3的1～5脚，94脚还接R8一端，R8另一端接电源，JP3的6脚接地，95脚接电源电路(1)中的电阻R3的一端、R2的2、3脚和TP3，96脚接电压跟随电路(3)中的电阻R5的一端和稳压二极管D1的一端，5脚接脉冲检测电路(4)中的电解电容C40的正极、电阻R32一端和AD8066运算放大器U2A的1脚，7脚接C5、C8一端和TP2，10脚接C5、C8另一端、11、98脚、C9一端和地，100脚接C9另一端和电源，59脚接R17一端，58脚接R17另一端和R16一端，57脚接R16另一端和R15一端，56脚接R15另一端和地，12～26、52～55脚分别接液晶显示电路(6)中的LCD048液晶显示器U5的12～26、52～55脚，8脚接C20、XT2一端，9脚接C21一端和XT2另一端，89脚接C22、XT3一端，88脚接XT3另一端和C23一端，C20～C23另一端均接地，62、63、74、75脚分别接通信接口电路(10)中的SP3223EEA通信芯片转换器U7的10、12、15、13脚，46、48、49、47脚分别接数据存储电路7中的AT45DB041B-SI存储器U6的4、1、8、2脚，66、65、64脚分别接日历时钟电路中的DS1302日历时钟芯片U4的5、6、7脚，72脚报警电路(9)中的电阻R14、R7和D2的一端，79脚接报警电路(9)中的电阻R6一端，83脚接R13、S5一端，84脚接R12、S4一端，85脚接R11、S3一端，86脚接R10、S2一端，87脚接R9、S1一端，S1～S5另一端均接地，R9～R13另一端接电源、TP1、60脚、C7一端、1脚、C6一端、电源电路(1)中的电容C3一端、电解电容C2正极和SPX5205M5-3.3稳压器U1的5脚，61脚接C7另一端和地，99脚接C6另一端和地。
2、根据权利要求1所述的岩体电荷辐射仪，其特征在于前置放 大电路(2)包括AD8066运算放大器U^、 U1B、 U2B、接收天线IN、 二极管D5、电解电容<:24、 C25、 C36~C41、电容C26 C35和电阻R『R29;Uja的1脚接R20、 C28、 Cu—端，2脚接C30—端和C28、 R20的另一端，3脚接地，4脚接负电源、<:35—端和(:37的负极，8脚接正电源、C34—端和C38的正极，C34、 C35另一端、C38的负极和C37的正极相接 并接地；IN接C29、 Ri9—端和C30的另一端，(:29另一端接1121—端， R2i另一端接地，Rw另一端接C25正极、C27、 R!8—端，R!8另一端接 C24正极、C26—端和HV电源，C25、 C24负极和C"、 C26另一端相接 并接地；Um的4脚接负电源，5脚接R25、 R27—端和C36正极，6脚 接R25另一端、R24、 R26和C33—端，7脚接R26、 (:33另一端和039正 极，8脚接正电源，R24另一端接C32、 R23—端，R23另一端接R22 —端和C"另一端，R22、 R27、 (:32另一端和C36负极相接并接地；U2B 的4脚接负电原，5脚接Cn负极和地，6脚接R28和R29—端，7脚 接D5—端，8脚接正电源，1128另一端接<:39负极和脉冲检测电路(4)中的电阻R30的一端，05的另一端接1129另一端、Cw的正极和电压 跟随电路中的插排JP2的1脚。
专利摘要本实用新型属于岩体测试仪器，特别涉及一种岩体电荷辐射仪，由电源电路(1)、电压跟随电路(4)、液晶显示电路(6)、数据存储电路(7)、日历时钟电路(8)、报警电路(9)和通信接口电路(10)组成，在系统中设置了中央处理电路(5)和前置放大电路(2)；中央处理电路(5)，由MSP430F499IPz单片机U₃、32768Hz晶体振荡器XT₂、4MHz晶体振荡器XT₃、按键S₁～S₅、电容C₅～C₉、C₂₀～C₂₃、电阻R₈、R₉～R₁₃、R₁₅～R₁₇、插排JP₃和测试插孔TP₁～TP₃组成；该仪器能预测预报冲击地压和煤瓦斯突出事故的发生，工程量小，时间短，对生产无任何影响；应用面广泛。
文档编号G01V3/00GK201251630SQ20082001532
公开日2009年6月3日 申请日期2008年8月29日 优先权日2008年8月29日
发明者琳 付, 冀常鹏, 李国臻, 潘一山, 赵杨锋 申请人:辽宁工程技术大学