一种矿用聚焦双频激电仪隔离采样及控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电法勘探仪器的隔离采样及控制系统，尤其涉及一种矿用聚焦双频激电仪发射装置的隔离采样及控制系统。
【背景技术】
[0002]为保障煤矿工作面内人员和机器的安全生产，掘进过程中必须遵循“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原则。随着我国采掘机械化水平的不断发展，对综掘工作面探测技术要求越来越高。目前，煤矿井下常用的巷道超前探测方法主要包括:矿井直流电法、矿井瞬变电磁法、矿井地质雷达探测法、瑞雷波法以及矿井地震波法等探测技术。这些物探方法存在探测准确率低、实时性差、方向性差、效率低、成本高、抗干扰能力差、探掘分离等突出问题，不能完全满足掘进面对超前探测的要求。因此，研宄一种工作方法简单、探测精度高、可与掘进机协同作业的超前探测方法意义重大。
[0003]聚焦双频激电法探测技术(专利号CN103176214A)是中国矿业大学(北京)提出的一种基于双激电法以及电场聚焦偏转效应的煤巷超前探测新方法。根据聚焦双频激电法的原理研制了矿用聚焦双频激电仪。仪器包括发射装置及接收装置两部分，发射装置通过主电极(布置在掘进断面中心处)向掘进断面前方发射单路幅值相同、高低频组合的调制方波电流为激励，约束电极(对称布置在主电极四周)发射4路与主电极极性相同、幅值强度可调的调制方波电流为约束，利用电场的约束作用，有效控制探测电场的传播方向和距离，使巷道断面前方某一方位的围岩介质产生不同程度的激发极化，通过接收装置检测激发极化电位差，计算激电参量视幅频率和视电阻率，实现巷道断面前方地质异常体(包括含水、断层及陷落柱地质构造等)方位的准确判断，达到定方向、定距离探测的目的；通过改变约束电极发射电流约束方向和幅值大小，实现角度和深度扫描探测，即电场聚焦偏转效应。
[0004]为实现探测电场的聚焦偏转效应，要求探测仪发射装置输出单路幅值可控、五路相互隔离的双频调制方波电流；为实现发射电极和约束电极各路电压与电流的准确检测，同时需要对探测仪发射装置输出电压与电流值进行高精度隔离采样。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于，解决矿用聚焦双频激电仪发射装置各路发射电流隔离控制及电压、电流隔离采样的难题，从而实现探测仪输出单路幅值可控、4路相互隔离的双频调制方波电流，同时对各路输出电压与电流值进行高精度隔离采样。
[0006]本实用新型是通过以下技术方案实现的:
[0007]一种矿用聚焦双频激电仪隔离采样及控制系统，其特征在于，由单片机、模数转换器、数模转换器、电压隔离采样电路、电流隔离采样电路、电压隔离控制电路、恒流输出电路、前端隔离电源及后端隔离电源组成，所述单片机产生数字控制信号，经数模转换器转换为模拟量，由电压隔离控制电路隔离输出后控制恒流输出电路产生稳定可调电流，输出电压及电流分别经电压隔离采样电路及电流隔离采样电路隔离采样，经模数转换器转换为数字量后由单片机采集处理，隔离前端电路及后端电路分别由前端隔离电源及后端隔离电源供电。
[0008]本实用新型矿用聚焦双频激电仪隔离采样及控制系统与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0009](I)采用前端及后端电路相互隔离以及后端电路之间相互隔离的方式，解决了探测仪输出单路可控、5路相互隔离的技术难题。
[0010](2)采用线性光耦隔离技术，解决了矿用聚焦双频激电仪各路发射电流高精度隔离控制以及电压、电流高精度隔离采样的技术难题。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型结构框图；
[0012]图2为本实用新型前端隔离电源及后端隔离电源的电路图；
[0013]图3为本实用新型电压隔离采样及电流隔离采样电路的电路图；
[0014]图4为本实用新型电压隔离控制电路的电路图。
[0015]其中，1、单片机，2、模数转换器，3、数模转换器，4、电压隔离采样电路，5、电流隔离采样电路，6、电压隔离控制电路，7、恒流输出电路，8、前端隔离电源，9、后端隔离电源。
【具体实施方式】
[0016]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白与理解，以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。本实施例不得用于解释对本实用新型保护??围的限制。
[0017]参看图1
[0018]本实施例所述的矿用聚焦双频激电仪隔离采样及控制系统，其特征在于，由单片机(I)、模数转换器(2)、数模转换器(3)、电压隔离采样电路(4)、电流隔离采样电路(5)、电压隔离控制电路(6)、恒流输出电路(7)、前端隔离电源(8)及后端隔离电源(9)组成，所述单片机(I)产生数字控制信号，经数模转换器(3)转换为模拟量，由电压隔离控制电路(6)隔离输出后控制恒流输出电路(7)产生稳定可调电流，输出电压及电流分别经电压隔离采样电路(4)及电流隔离采样电路(5)隔离采样，经模数转换器(2)转换为数字量后由单片机(I)采集处理，隔离前端电路及后端电路分别由前端隔离电源(8)及后端隔离电源(9)供电。
[0019]参看图2
[0020]所述前端隔离电源⑶及后端隔离电源(9)均采用广州金升阳公司的隔离电源模块Α0515S-1W，两种电路结构完全相同，U8转换后的电压为前端电路供电，U7转换后的电压为后端电路供电，输入端二极管D7作用是防止电源反接，电阻RlO为0.5Α自恢复保险丝，作用是过电流保护。
[0021]参看图3
[0022]所述电压隔离采样电路⑷与电流隔离采样电路(5)电路结构相同，由仪表放大器AD620、运算放大器0Ρ07以及线性光耦HCNR201等组成，仪表放大器测量恒流输出电路(7)的采样电阻的两端电压信号，将差分信号转换为单端信号，通过由线性光耦HCNR201构成的高精度隔离放大器的线性隔离，最后由模数转换器(2)进行采样。
[0023]参看图4
[0024]所述电压隔离控制电路￠)由运算放大器以及线性光耦电路等组成，数模转换器
(3)将数字控制信号转换为模拟控制量，该模拟控制信号通过由线性光耦HCNR201构成的高精度隔离放大器的线性隔离，实现了对恒流输出电路(7)输出电流值的控制。
[0025]以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由权利要求书及其等同物界定。
【主权项】
1.一种矿用聚焦双频激电仪隔离采样及控制系统，其特征在于，由单片机、模数转换器、数模转换器、电压隔离采样电路、电流隔离采样电路、电压隔离控制电路、恒流输出电路、前端隔离电源及后端隔离电源组成，所述单片机产生数字控制信号，经数模转换器转换为模拟量，由电压隔离控制电路隔离输出后控制恒流输出电路产生稳定可调电流，输出电压及电流分别经电压隔离采样电路及电流隔离采样电路隔离采样，经模数转换器转换为数字量后由单片机采集处理，隔离前端电路及后端电路分别由前端隔离电源及后端隔离电源供电。2.根据权利要求1所述的矿用聚焦双频激电仪隔离采样及控制系统，其特征在于，所述电压隔离采样电路、电流隔离采样电路、电压隔离控制电路均采用高精度隔离放大器。
【专利摘要】本实用新型公开了一种矿用聚焦双频激电仪隔离采样及控制系统，其特征在于，由单片机、模数转换器、数模转换器、电压隔离采样电路、电流隔离采样电路、电压隔离控制电路、恒流输出电路、前端隔离电源及后端隔离电源组成，所述单片机产生数字控制信号，经数模转换器转换为模拟量，由电压隔离控制电路隔离输出后控制恒流输出电路产生稳定可调电流，输出电压及电流分别经电压隔离采样电路及电流隔离采样电路隔离采样，经模数转换器转换为数字量后由单片机采集处理，隔离前端电路及后端电路分别由前端隔离电源及后端隔离电源供电。利用本实用新型，可实现对恒流输出电路的高精度控制及电压电流检测。
【IPC分类】G01V3/08
【公开号】CN204649985
【申请号】CN201520245011
【发明人】吴淼, 刘希高, 刘志民, 张金涛, 吕一鸣, 周游, 罗婉婉, 李旭, 郝建生, 马昭, 王学成, 王传武
【申请人】中国矿业大学(北京)
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年4月22日