煤矿采空区低频超宽带雷达检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于物探检测设备技术领域，涉及一种煤矿采空区检测装置。
【背景技术】
[0002]我国是一个能源大国，在现有能源结构中，煤炭占到70%以上。近年来，随着国内煤炭经济的持续发展以及开采量与深度的不断加大，采矿安全问题也日益突显。在煤矿生产掘进过程中，常常存在一些采空区，使矿井生产面临很大的安全问题，也严重影响煤矿的尚广尚效。
[0003]探测煤矿生产掘进过程中的采空区域，属于矿井物探领域。目前，瞬变电磁探测装置和地质雷达(探地雷达)探测装置是电磁物探所采用的主要技术手段。这两种技术都建立在煤岩体存在电性差异的基础上，能探测出淹没在煤层中电性差异明显的大尺寸区域，但仍存在一些应用问题。如瞬变电磁探测装置易受矿井中的金属管道、输电线等金属物的影响，造成假的异常推断，探测的可靠性较低，并且矿井下瞬变电磁场存在全空间效应，对采空区进行精准定位困难；地质雷达探测装置由于高频电磁波在地下衰减较大，探测深度较浅。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有矿井采空区探测技术的不足，提供一种体积小、测量范围宽、可靠性良好、分辨率高，适用于井下在线实时检测使用的煤矿采空区低频超宽带雷达检测装置。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:
[0006]一种煤矿采空区低频超宽带雷达检测装置，包括射频电路部分、数据转换部分、数据处理部分和显控部分；其中，
[0007]所述射频电路部分包括发射机、接收机以及具有发射天线和接收天线的低频超宽带多发多收相控阵天线；
[0008]所述数据转换部分包括A/D转换器和数据缓冲存储器；
[0009]所述数据处理部分包括DSP芯片、FPGA芯片、EPROM程序存储器、SDRAM数据存储器、电源、复位电路和时钟电路；
[0010]所述显控部分包括USB接口电路和显控设备；
[0011]所述射频电路部分的低频超宽带多发多收相控阵天线中，发射天线和接收天线均为三个天线阵，发射天线与发射机相连，接收天线与接收机相连；所述接收机连接数据转换部分中的A/D转换器，A/D转换器经数据缓冲存储器与数据处理部分中的DSP芯片连接，DSP芯片外设有FPGA芯片，FPGA芯片同时与射频电路部分中的发射机、数据转换部分中的A/D转换器及数据缓冲存储器相连，数据处理部分中的DSP芯片连接有EPROM程序存储器和SDRAM数据存储器，DSP芯片还连接有电源、复位电路、时钟电路；所述显控部分中的显控设备通过USB接口电路与数据处理部分中的DSP芯片相连。
[0012]实际工作中，发射机发射的低频超宽带步进频信号通过发射天线发射出去，接收天线接收信号并送入接收机，然后通过A/D转换后进行数据缓存并进入DSP芯片进行数据处理，其中EPROM程序存储器用来存储系统的自启动程序，SDRAM存储器用来存储数据处理的临时数据，处理后的数据通过USB接口送入显控设备进行显示和控制。
[0013]上述煤矿采空区低频超宽带雷达检测装置中，低频超宽带多发多收相控阵天线为发射稀疏和接收紧凑相控阵天线，发射机为采用锁相环路(PPL)频率合成技术设计的低频超宽带空间步进频源，接收机为超外差式接收机。
[0014]上述煤矿采空区低频超宽带雷达检测装置中，A/D转换器选用型号为14位采样器AD9245，数据缓冲存储器选用型号为IDT7205。
[0015]上述煤矿采空区低频超宽带雷达检测装置中，DSP芯片选用型号为ADI公司的ADSP-TS201S。
[0016]上述煤矿采空区低频超宽带雷达检测装置中，USB接口电路采用CY7C68013接口芯片，该电路由复位芯片LC706T，电源供电芯片LT1763和接口芯片CY7C68013组成；USB接口电路能把DSP芯片信号处理结果送到显控设备进行显示和控制。
[0017]与现有技术相比，本实用新型具有测量范围宽、可靠性良好、功耗低、便于操作与维护、可在线实时监测、分辨率高、体积小等优点，实际应用中，将传感器放入空间受限的矿井中，可实时检测矿井中的采空区的大小，并能精准定位采空区的空间位置，对煤矿安全生产具有重要意义。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的结构示意图。
[0019]图2为本实用新型低频超宽带多发多收天线相控阵的结构示意图。
[0020]图3为本实用新型USB接口电路图。
[0021]附图标记如下:
[0022]I一低频超宽带多发多收相控阵天线；2—发射机；3—接收机；4一A/D转换器；5—数据缓冲存储器；6—DSP芯片；7—FPGA芯片；8—EPROM程序存储器；9一SDRAM数据存储器；10—电源；11一时钟电路；12—复位电路；13—USB接口电路；14一显控设备；15—射频电路部分；16—数据转换部分；17—数据处理部分；18—显控部分。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步描述。
[0024]如图1所示，本实用新型所述的煤矿采空区低频超宽带雷达检测装置包括射频电路部分15、数据转换部分16、数据处理部分17和显控部分18。射频电路部分15包括低频超宽带多发多收相控阵天线1、发射机2和接收机3。数据转换部分16包括A/D转换器4、数据缓冲存储器5。数据处理部分17包括DSP芯片6、外设FPGA 7芯片、EPROM程序存储器8、SDRAM数据存储器9、电源10、时钟电路11、复位电路12。显控部分18包括USB接口电路13和显控设备14。
[0025]低频超宽带多发多收阵列相控阵天线I中的三个发射天线与发射机2相连，三个接收天线依次连接接收机3、A/D转换器4、数据缓冲存储器5、DSP芯片6 ；DSP芯片6外设有FPGA 7，FPGA 7与发射机2、A/D转换器4、数据缓冲存储器5相连，DSP芯片6与EPROM程序存储器8和SDRAM数据存储器9相连，DSP芯片6还与电源10、时钟电路11、复位电路12、USB接口电路13相连；显控设备14与USB接口电路13相连。
[0026]如图2所示，低频超宽带多发多收阵列相控阵天线I为发射稀疏和接收紧凑相控阵天线，该种布阵结构能有效扩展阵列孔径，提高检测采空区的方位分辨率，其中TX-1、TXO、TXl为发射天线，RX-U RX0, RXl为接收天线，d为阵元间距。
[0027]发射机2为采用锁相环路(PPL)频率合成技术设计的低频超宽带空间步进频源，采用低频超宽带空间步进频信号源，能有效提高采空区的探测深度和探测采空区的距离分辨率；接收机3为超外差式接收机，将天线接收的回波信号进行解调、放大和检波后送至A/D转换器4。
[0028]所述的A/D采样器4将接收机3输出的模拟信号转换为数字信号，本实用新型选择14位