矿井本安型瞬变电磁天线姿态角测量系统的制作方法

本实用新型涉及测量系统，具体涉及矿井本安型瞬变电磁天线姿态角测量系统。

背景技术：
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在井下瞬变电磁探测中，对探测过程中天线的姿态角进行准确测量，是保证对隐蔽水害等低阻异常进行精确探测的关键。姿态角包括方位角和俯仰角等。如果在天线姿态角测量不准确，则会导致在后期视电阻率成图中，异常的位置出现偏差，进而导致后续探放钻无法打到准确位置。

目前对井下瞬变电磁探测中天线姿态角测量主要有目测和坡度规测量。由于不需要携带任何设备，目测法被广泛应用于井下瞬变电磁探测中，但该方法误差大，不适用于井下瞬变电磁准确探测；采用坡度规对井下瞬变电磁天线姿态角进行测量，需要在每个探测方向，人工操作坡度规对天线角度进行测量，且无法实时测量，使用非常不方便，因此井下探测时使用较少。

技术实现要素：
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本实用新型所要解决的技术问题是提供矿井本安型瞬变电磁天线姿态角测量系统。

为了解决上述问题，本实用新型技术方案是，矿井本安型瞬变电磁天线姿态角测量系统，包括三维电子罗盘、控制板、显示器和电源板；其特点是：

所述三维电子罗盘中设置有三分量加速度传感器和地磁传感器；所述三维电子罗盘用于通过三分量加速度传感器和地磁传感器，对本安型瞬变电磁天线的方位角和俯仰角进行测量，将测量到的模拟信号转换成数字信号发送给控制板；

所述的控制板控制三维电子罗盘测量瞬变电磁天线的方位角和俯仰角，同时对三维电子罗盘发送的测量数据进行存储和处理，得到瞬变电磁天线的方位角和俯仰角；

所述显示器用于对瞬变电磁天线的方位角和俯仰角数据进行显示；所述电源板用于为系统电路提供电源电压，同时对系统电路进行本安保护。

本实用新型基于三轴重力加速度测量技术和地磁测量技术联用方式，计算出瞬变电磁天线姿态角。测量精度高，测量时间短，操作简便，通过控制板对姿态角信号进行处理并上传后，通过显示屏进行实时显示，使得井下瞬变电磁探测时，仪器操作人员能够实时了解天线姿态角信息，提高探测的准确性，适合我国煤矿区隐蔽水害精确探测的实际情况，同时采用符合2B标准的二级本安型保护电流对系统进行保护，符合《煤矿安全规程》和《煤矿防治水规定》要求。

根据本实用新型所述的矿井本安型瞬变电磁天线姿态角测量系统的优选方案，所述控制板包括复位电路、三分量电子罗盘接口电路、单片机控制电路、时序控制电路和LCD接口电路；所述三分量电子罗盘与三分量电子罗盘接口电路连接进行双工通信，三分量电子罗盘接口电路将三分量电子罗盘传输过来的方位角和俯仰角的数字信号传输给单片机控制电路；单片机控制电路8对收到的数字信号进行处理和存储，并与时序控制电路进行点对点相连；时序控制电路对显示器进行时序控制和数据传输；时序控制电路与LCD接口电路进行点对点连接；LCD接口电路将处理过的瞬变电磁方位角和俯仰角信号传输给显示器进行实时显示；复位电路将单片机复位信号发送给单片机控制电路；同时，当天线初始角度设定好后，复位电路将姿态角初始角度设置信号发送给单片机控制电路。

本实用新型所述的矿井本安型瞬变电磁天线姿态角测量系统的有益效果是：本实用新型有效避免了人为探测误差；测量精度高，测量时间短，操作简便，成本低，能够对天线姿态角进行自动测量，通过显示屏进行实时显示，使得井下瞬变电磁探测时，仪器操作人员能够实时了解天线姿态角信息，提高探测的准确性，适合我国煤矿区隐蔽水害精确探测的实际情况，符合《煤矿安全规程》和《煤矿防治水规定》要求；电源采用二级本安型保护电路，对系统电源进行保护，使得系统符合《煤矿安全规程》，可以在井下危险环境下安全作业，达到2B标准；因此，本实用新型满足了行业需求，填补了市场空白，有效保障了井下工作人员的生命安全，可广泛应用于煤矿等领域。

附图说明

图1为本实用新型所述的矿井本安型瞬变电磁天线姿态角测量系统原理图。

图2为本实用新型瞬变电磁天线俯仰角测试原理图。

图3为本实用新型瞬变电磁天线方位角测试原理图。

图4为本实用新型控制板原理框图。

图5为本实用新型电源板的其中一级保护电路原理框图。

具体实施方式

参见图1和图4，矿井本安型瞬变电磁天线姿态角测量系统，包括三维电子罗盘1、控制板2、显示器3和电源板4；其特征在于：所述三维电子罗盘1中设置有三分量加速度传感器和地磁传感器；所述三维电子罗盘1用于通过三分量加速度传感器和地磁传感器，对本安型瞬变电磁天线的方位角和俯仰角进行测量，将测量到的模拟信号转换成数字信号发送给控制板2；

所述的控制板2控制三维电子罗盘测量瞬变电磁天线的方位角和俯仰角，同时对三维电子罗盘1发送的测量数据进行存储和处理；

所述显示器3用于对方位角和俯仰角数据进行显示；

所述电源板4用于为系统电路提供电源电压，同时对系统电路进行本安保护。

在具体实施例中，所述控制板2包括复位电路6、三分量电子罗盘接口电路7、单片机控制电路8、时序控制电路9和LCD接口电路10；所述三分量电子罗盘1通过电缆与控制板2中的三分量电子罗盘接口电路7连接进行双工通信，三分量电子罗盘接口电路7将三分量电子罗盘传输过来的方位角和俯仰角的数字信号传输给单片机控制电路8；单片机控制电路8对收到的数字信号进行处理和存储，并与时序控制电路9进行点对点相连；时序控制电路9对显示器3进行时序控制和数据传输；时序控制电路9与LCD接口电路10进行点对点连接；LCD接口电路10将处理过的瞬变电磁方位角和俯仰角信号传输给显示器3进行实时显示；复位电路6将单片机复位信号发送给单片机控制电路8；同时，当天线初始角度设定好后，复位电路将姿态角初始角度设置信号发送给单片机控制电路8。

所述三分量电子罗盘作为瞬变电磁天线姿态测量传感器。其工作原理是，参照图2，利用三分量电子罗盘中的三轴重力加速度计，对天线的俯仰角进行测量。由于重力方向在同一施工地点基本保持不变，因此利用重力在三轴加速计自身X\Y\Z坐标系上的矢量投影大小，即可以计算出重力方向，进而计算出瞬变电磁天线探测方向与重力方向的夹角即俯仰角。

利用三分量电子罗盘中的地磁传感器，对天线的方位角进行测量。参照图3，由于地磁北极方向在同一施工地点基本保持不变，因此利用地磁传感器可以测量出地磁场在地磁传感器自身X\Y\Z坐标系上的矢量投影大小，可以计算出地磁北极的方向，进而计算出瞬变电磁天线探测方向与地磁北极的夹角，由于设置的初始方向在探测中与地磁北极的夹角不变，因此可以通过校正，进而计算出瞬变电磁天线探测方向与初始方向的夹角即方位角。设初始方向与地磁北极方向的水平夹角为θ₁，天线探测方向与地磁北极水平方向夹角为θ₂，天线方向与初始方向水平夹角即瞬变电磁天线方位角为θ₃，在实际探测中通常设左帮与初始方向水平夹角为负角度，设右帮与初始方向水平夹角为正角度，则：θ₃＝θ₂-θ₁。

传感器测量出的姿态角模拟信号被三分量电子罗盘1中的微处理器采样并转换为数字信号后，通过线缆传输至控制板2。控制板2对姿态角数字信号进行处理、分析和存储后，通过线缆传输给显示器3进行实时显示。

在具体实施例中，参见图5，电源板4的保护电路采用符合2B标准的二级本安型保护电路进行过流保护。过流保护电路中，用MAX471的8脚输出+IN1控制电子开关MCR100-8通断。+IN1＝I*0.7V*2.4*1000/R23，R23为调节电阻，I为电源输出电流，当电流大于1A时，+IN1电压超过电子开关导通电压，电子开关导通，场效应管IRF7404开关输入控制端4变为高电平，场效应管关闭，截断电压输入。根据安标规程，在保护性电路中，对于易损坏的元件，如晶体管元件、组件及由其组成的保护性电路和电容器等均须设置双重化。保证在故障状态下，仍有保护电路起作用，以保持电路的本安性能。系统为“2b”级，对于“ib”等级的本安电路须同时至少设置两套保护电路，因“ib”等级本安电路，只须同时考虑一个故障、一套保护电路损坏，还有一套保护电路继续起保护作用。因此系统设置两级保护电路。

上述具体实施方式为本实用新型的优选实施例，并不能对本实用新型的权利要求进行限制，其它的任何未背离本实用新型的技术方案而所做的改变及等效置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。