一种金属矿采空区探测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种金属矿采空区探测装置，包括发射机与接收机，所述发射机与发射线圈连接，所述接收机与接收线圈连接，通过所述发射机与所述接收机连接后同步接收机的接收时间，所述发射机包括：MCU，为控制核心；波段开关组，与所述MCU连接用于进行参数设置；储能电容，与MCU之间通过DC?DC升压电路连接后通过DC?DC升压电路对储能电容充电至设置的电压值；电压采集电路，连接在MCU与储能电容之间，采集储能电容的电压值并传递至MCU；IGBT桥路，与所述储能电容连接，并通过IGBT驱动电路在MCU的控制下通断使储能电容向发射线圈发射交变双极性矩形脉冲。能实现对金属矿采空区进行有效探测，进而为矿区安全生产提供保障。
【专利说明】
一种金属矿采空区探测装置
技术领域
[0001]本发明属于地球物理勘探领域，尤其涉及一种金属矿采空区探测装置。
【背景技术】
[0002]从20世纪中后期至今，我国基础建设不断开展，对金属矿产资源的需求和使用一直处于快速增长阶段，目前我国有I万多座地下金属矿山，每年产出20多亿吨矿石。然而金属矿产资源开采利用过后，由于地质条件的改变形成了大量的采空区，大量采空区的存在使矿山开采条件恶化，地下岩体原有的力学平衡被打破，随时可能发生位移、岩爆等事故；更严重的是采空区会被瓦斯、地下水等充填，在未探明情况之前施工存在巨大的安全隐患。因此探测采空区一直是资源勘探领域必须面对的难题。
[0003]现阶段，国内少有针对金属矿采空区的探测方法，一般是沿用煤矿采空区传统的瞬变电磁法。瞬变电磁法是以电磁感应原理为基础，当发射线圈中的发射电流突然降为零时，线圈周围会感应出一次场，一次场传播过程中会在地下导电介质中产生涡旋电流，涡旋电流在变化过程中会向地表传播二次场，通过对二次场进行接收和反演来判断地质异常体。在金属矿山中，由于地质体电阻率低，地下会形成若干个不规则屏蔽层，必须采用大电流设计才能将信号穿透;同时为了保证采空区的探测精度，必须采用小线圈设计。小线圈大电流的设计必然导致线圈电感量大，这样就使得发射电流不能实现瞬间关断而是产生了一段关断时间，这段时间内本就微弱的接收信号中又混入强发射信号，无法进行分析反演，称为死区时间。死区时间过长使得该部分接收信号无法被有效利用，进而导致采空区被漏报。因此需要进行重新设计才可应用于金属矿山。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于提供一种金属矿采空区探测装置，在野外条件下实现小线圈大功率发射，探测深度大、精度高、可靠性强。
[0005]—种金属矿采空区探测装置，包括发射机与接收机，所述发射机与发射线圈连接，所述接收机与接收线圈连接，通过所述发射机与所述接收机连接后同步接收机的接收时间，所述发射机包括:
[0006]MCU，为控制核心；
[0007]波段开关组，与所述MCU连接用于进行参数设置；
[0008]储能电容，与M⑶之间通过DC-DC升压电路连接后通过DC-DC升压电路对储能电容充电至设置的电压值；
[0009]电压采集电路，连接在MCU与储能电容之间，采集储能电容的电压值并传递至MCU;
[0010]IGBT桥路，与所述储能电容连接，并通过IGBT驱动电路在M⑶的控制下通断使储能电容向发射线圈发射交变双极性矩形脉冲。
[0011 ]进一步地，所述接收机包括:
[0012]衰减电路，与接收线圈连接，将接收线圈接收的信号按照衰减倍数调节；
[0013]波段开关，与所述衰减电路连接设定接收信号的衰减幅度；
[0014]PC机，依次通过AD采集电路以及调理电路与衰减电路连接，信号经调理电路调节后，通过AD采集电路的转换传递至PC机，所述PC机与发射机连接后接收发射机发出的同步信号，并对数据进行处理。
[0015]进一步地，AD采集电路的输出端通过串口与PC机相连。
[0016]进一步地，所述PC机为平板PC机。
[0017]本发明是这样实现的，
[0018]本发明与现有技术相比，有益效果在于:本发明通过控制储能电容的充放电，实现了野外条件下大功率信号的发射;通过波段开关组来设置各种测量参数使得操作简单，提高了野外条件下仪器的可靠性;该方法可以在野外条件下实现小线圈大功率发射，探测深度大、精度高、可靠性强。能实现对金属矿采空区进行有效探测，进而为矿区安全生产提供保障。
【附图说明】
[0019]图1是本发明实施例提供的设备的模块结构框图。
【具体实施方式】
[0020]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0021]如图1所示，本发明是这样实现的:一种金属矿采空区探测装置，采用的探测装置包括发射机10、接收机17、发射线圈6和接收线圈7。发射机10包括波段开关组1、M⑶2、DC-DC升压电路3、储能电容4、IGBT桥路5、IGBT驱动电路9以及电压采集电路8;波段开关组I与MCU2相连接进行参数设置，MCU2与IGBT驱动电路9相连，IGBT驱动电路9连接到IGBT桥路5控制其通断，MCU2与DC-DC升压电路3相连，DC-DC升压电路3连接到储能电容4对其充电，储能电容4通过电压采集电路8与MCU2相连接，同时储能电容4与IGBT桥路5连接，IGBT桥路5的输出端与发射线圈6相连。接收机17包括衰减电路12、调理电路13、AD采集电路14、平板PC16以及波段开关11;接收线圈7与衰减电路12相连接，衰减电路12的输出端与调理电路13连接，同时衰减电路12与波段开关11相连，接收其衰减倍数指令，调理电路13的输出端与AD采集电路14相连，AD采集电路14的输出端通过串口 15连接到平板PC16进行数据处理，平板PC16与发射机10的MCU2连接用来接收其发出的同步信号。具体工作过程包括如下步骤:
[0022]I)调节发射机10的波段开关组I对MCU2设定本次测量的相应参数，包括发射电压V、发射时间11、延时时间12和采集时间t4等；调节接收机17上的波段开关11来设定接收信号的衰减幅度；
[0023]2)MCU2控制DC-DC升压电路3对储能电容4充电，同时电压采集电路8不断检测储能电容4的电压Vl，并将其反馈到MCU2。如果当前电压小于I)中设定的电压，S卩:VI < V，则继续充电；
[0024]3)如果当前电压大于或等于I)中设定的电压，S卩:Vl彡V，则停止充电，同时MCU2通过控制IGBT驱动电路9来控制IGBT桥路5的通断，IGBT桥路5作为开关型器件位于储能电容4和发射线圈6之间，MCU2通过控制IGBT桥路5的通断使储能电容4向发射线圈6发射交变双极性矩形脉冲，幅值大小为V，发射线圈6向地下发射一次场，一次场穿过探测区域的地质体，会产生电流，当电流再次变化时就会产生二次场，此时MCU2向接收机17发出同步信号；
[0025]4) 二次场信号被接收线圈7捕捉到后传递到接收机17，在此会经过一系列的处理，包括根据步骤I)中的设定通过信号衰减电路12、调理电路13、AD采集电路14，最后通过串口15将数据传到平板PC16，平板PC16接收到步骤3)中MCU2发出的同步信号后开始对串口 15传来的数据进行记录，至此完成单个测量点的单个电压等级测量；
[0026]此装置中MCU2是核心，精确控制各个模块协同工作，MUC2时序控制流程如下:检测当前电容电压VI，若Vl <V，则向DC-DC升压电路3发出充电信号，若Vl多V，则停止充电并控制IGBT桥路5发射正向电流脉冲，持续时间tl后停止发射，再等待时间t2后向接收机17的平板PC16发出同步信号，持续时间t3后停止发射，再等待时间t4后，检测当前电容电压VI，若V1<V，开始向DC—DC升压电路3发出充电信号，直至检测到Vl多V，则停止充电并控制IGBT桥路5发射反向电流脉冲，重复上述过程直至探测结束。
[0027]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种金属矿采空区探测装置，其特征在于，包括发射机与接收机，所述发射机与发射线圈连接，所述接收机与接收线圈连接，通过所述发射机与所述接收机连接后同步接收机的接收时间，所述发射机包括: MCU，为控制核心； 波段开关组，与所述MCU连接用于进行参数设置； 储能电容，与MCU之间通过DC-DC升压电路连接后通过DC-DC升压电路对储能电容充电至设置的电压值； 电压采集电路，连接在MCU与储能电容之间，采集储能电容的电压值并传递至MCU; IGBT桥路，与所述储能电容连接，并通过IGBT驱动电路在MCU的控制下通断使储能电容向发射线圈发射交变双极性矩形脉冲。2.按照权利要求1所述的金属矿采空区探测装置，其特征在于，所述接收机包括: 衰减电路，与接收线圈连接，将接收线圈接收的信号按照衰减倍数调节； 波段开关，与所述衰减电路连接设定接收信号的衰减幅度； PC机，依次通过AD采集电路以及调理电路与衰减电路连接，信号经调理电路调节后，通过AD采集电路的转换传递至PC机，所述PC机与发射机连接后接收发射机发出的同步信号，并对数据进行处理。3.按照权利要求2所述的金属矿采空区探测装置，其特征在于，AD采集电路的输出端通过串口与PC机相连。4.按照权利要求2所述的金属矿采空区探测装置，其特征在于，所述PC机为平板PC机。
【文档编号】G01V3/10GK205507109SQ201620319096
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】段清明, 孟健, 尚芮, 王超群
【申请人】吉林大学