一种矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种超前探测领域的煤矿井下作业的超前探测仪器，属于应用地 球物理学电法超前探测技术，特别是涉及一种矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系 统。
【背景技术】
[0002] 我国煤矿采掘方式的机械化程度逐渐增强，对综掘工作面的工作效率要求越来越 高。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，来保证工作面 内人员和机器的安全生产。目前，煤矿井下巷道超前探测方法包括矿井直流电法、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超前探测技术等。这些物探方法存 在如下问题:存在探测准确率低、实时性差、方向性差、效率低、成本尚、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，尽快研究一种工作方法简 单、探测精度高、可实现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(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效应的煤巷超前探测方法，根据同性电场相排斥的性质，利用约束 电极发射的约束电场与主电极发射的探测电场相互作用，利用电场的约束和偏转作用，有 效控制电场的传播方向，使探测电场的发射方向与发射范围控制一定范围内，从而实现角 度和深度扫描探测，进行异常体的准确定位，达到定方向、定距离探测的目的。
[0004] 中南大学的何继善院士实用新型了双频激电法及相关仪器(专利号CN1034276A)， 其中SQ-3C双频激电仪接收机主要采用模拟电路进行设计，缺点是仪器结构复杂，易受温度 漂移、时间漂移、环境噪声影响，目前主要用于地面电法勘探领域。山东大学的李树才等实 用新型了隧道或坑道超前地质预报复合式激发极化仪器设备(专利号CN102176059A)，不足 之处在于频域信号处理模块只能得到低频和高频基波的幅度，而不能获得相位信息，目前 主要用于隧道前方水体不良地质体预报。根据查阅国内外相关文献，激发极化法及其仪器 尚未用于煤矿井下巷道超前探测领域。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的在于，克服现有仪器存在的缺陷，基于聚焦双频激电法煤巷综 掘超前探测方法，提供一种符合煤矿环境要求、准确可靠的矿用本安型聚焦双频激电法激 电信号接收系统。
[0006] 本实用新型是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统，其特征在于，由电源电路、接 口电路、调理模块、主控模块、外壳及接口等组成，所述电源电路为接口电路、调理模块及主 控模块供电，接口电路分别与外接端子及接收机内部调理模块和主控模块连接，调理模块 主要完成激电电压信号的调理、采集以及同步控制信号的产生等功能，主控模块主要完成 系统控制、激电参数显示以及数据处理等功能，利用本实用新型，可实现对高频幅值、低频 幅值、高频绝对相位、低频绝对相位、视电阻率、视幅频率等激电参数的测量、显示和存储以 及对发送机的同步控制和数据显示。
[0008] 本实用新型矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统与现有技术相比，具有 如下有益效果：
[0009] 1、本实用新型采用矿用本安型人机界面作为主控模块，可直接用于煤矿井下防爆 环境；
[0010] 2、本实用新型采用隔离接口技术，实现了 RS-485通信隔离及输出控制信号隔离， 增强了系统抗干扰能力。
[0011] 3、本实用新型在进行设计时充分考虑煤矿本质安全要求，满足煤矿井下特殊环境 对电气设备的要求，能够用于煤矿巷道的超前探测。
【附图说明】
[0012] 图1为本实用新型聚焦双频激电法超前探测系统结构框图；
[0013] 图2a及2b为本实用新型驱动控制信号波形图；
[0014] 图2c为本实用新型双频调制电流波形图；
[0015] 图2d为本实用新型激电信号波形图；
[0016]图3为本实用新型调理模块结构图；
[0017] 图4为本实用新型矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统结构图。
【具体实施方式】
[0018] 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， 下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
[0019] 参考图1、图2。本实施例聚焦双频激电法超前探测系统包括激励信号发射系统（以 下简称发射系统)和激电信号接收系统（以下简称接收系统）。接收系统可产生双频PWM驱动 控制信号V ccinl、V_2，如图2a和图2b，控制发射系统产生双频调制方波电流I (t)，如图2c所 示，通过发射电极供入煤巷掘进面前方的煤岩。I(t)的表达式如式(1)。
[0021 ]煤岩介质在激励电流作用下发生激发极化，产生激电电压信号Vin(t )，如图2d，由 接收系统的测量电极接收。在频率域激电探测中，当目标体附近电流密度在的线性范围内， 可以把大地看成线性时不变系统。因此，V in(t)中包含I(t)中基频fL、fH以及谐波频率成分， 此外还包含噪声电压成分^^。^。^^(^的表达式如式^所不。
[0023]接收系统主要作用是消除谐波频率成分及噪声电压的影响，获得激电电压幅值Δ Vl和Δ VH及相位差外和馬，进一步计算获得视电阻率Ps、视幅频率Fs、视相频率佟等激电参 数，计算公式分别如式(3)、（4)、（5)。
[0027] 参考图3。本实施例接收系统由电源电路、接口电路、调理模块、主控模块、外壳及 接口等组成，所述电源电路为接口电路、调理模块及主控模块供电，接口电路分别与外接端 子及接收机内部调理模块和主控模块连接，调理模块主要完成激电电压信号的调理、采集 以及同步控制信号的产生等功能，主控模块主要完成系统控制、激电参数显示以及数据处 理等功能，利用本实用新型，可实现对高频幅值、低频幅值、高频绝对相位、低频绝对相位、 视电阻率、视幅频率等激电参数的测量、显示和存储以及对发送机的同步控制和数据显示。
[0028] 参考图4。本实施例输入激电电压信号依次经过输入级、滤波级及单端转差分电路 实现对模拟信号的处理，经过模数转换电路转换为数字量后，由数字处理电路进行数字相 敏检波处理，探测数据由单片机电路以485通信方式传输给主控系统，另外，数字处理电路 控制驱动控制电路产生两路双频PWM驱动控制信号。
[0029]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. 一种矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统，其特征在于，由电源电路、接口 电路、调理模块、主控模块、外壳及接口组成，所述电源电路为接口电路、调理模块及主控模 块供电，接口电路分别与外接端子及接收机内部调理模块和主控模块连接，调理模块主要 完成激电电压信号的调理、采集以及同步控制信号的产生功能，主控模块主要完成系统控 制、激电参数显示以及数据处理功能，该接收系统可实现对高频幅值、低频幅值、高频绝对 相位、低频绝对相位、视电阻率、视幅频率激电参数的测量、显示和存储以及对发送机的同 步控制和数据显示。2. 根据权利要求1所述的矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统，其特征在于， 所述电源电路可产生3路相互隔离电源，分别为接口电路、调理模块及主控模块供电。3. 根据权利要求1所述的矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统，其特征在于， 所述接口电路包括USB通信保护电路、输入信号保护电路、输出控制信号隔离保护电路、RS-485通信隔离保护电路。4. 根据权利要求1所述的矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统，其特征在于， 所述主控模块为矿用本安型人机界面。
【专利摘要】本实用新型公开了一种矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统，其特征在于，由电源电路、接口电路、调理模块、主控模块、外壳及接口等组成，所述电源电路为接口电路、调理模块及主控模块供电，接口电路分别与外接端子及接收机内部调理模块和主控模块连接，调理模块主要完成激电电压信号的调理、采集以及同步控制信号的产生等功能，主控模块主要完成系统控制、激电参数显示以及数据处理等功能，利用本实用新型，可实现对高低频幅值、高低频绝对相位、视电阻率、视幅频率等激电参数的测量、显示和存储以及对发送机的同步控制和数据显示。仪器内部电路设计符合煤矿本质安全生产技术规范和要求，可用于煤矿井下巷道超前探测。
【IPC分类】G01V3/08
【公开号】CN205229476
【申请号】CN201520840247
【发明人】吴淼, 刘希高, 刘志民, 吕一鸣, 张金涛, 周游, 张敏骏, 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】2016年5月11日
【申请日】2015年10月27日