一种用于聚焦双频激电法的相敏检波电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于电法勘探的相敏检波电路，尤其涉及一种可用于聚焦双频激电法仪器中的激电电压信号的相敏检波电路。
【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冋题: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，研宄一种工作方法简单、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在一定范围内，从而实现角度和深度扫描探测，达到异常体定方向、定距离探测的目的。
[0004]在聚焦双频激电法中，双频激电电压信号幅值及相位的提取是其中的关键技术。中南大学(专利号CN1034276)提出利用富氏变换相干器从放大及滤波后的激电信号中提取高频实分量、高频虚分量、低频实分量、低频虚分量，存在的主要问题是相干检波的精度受到带通滤波电路的影响。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，克服现有双频激电仪的上述缺陷，提供一种抗干扰能力强、高精度的相敏检波电路。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]一种用于聚焦双频激电法的相敏检波电路，其特征在于，包括程控带通滤波电路1、高频相敏检波电路2和4、低频相敏检波电路5和7、高频参考信号电路3及低频参考信号电路6、高频积分电路8和9、低频积分电路10和11，所述程控带通滤波电路I在单片机控制下分别实现对输入信号的高频及低频带通滤波，带通滤波后的信号分别与高频相敏检波电路2和4、低频相敏检波电路5和7的输入信号端连接，其参考信号端分别与高频参考信号电路3及低频参考信号电路6连接，相敏检波后的信号分别经过高频积分电路8和9、低频积分电路10和11输出。
[0008]本发明用于聚焦双频激电法的相敏检波电路与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0009]1.本发明具有模块化、集成化、低功耗的特点；
[0010]2.本发明采用程控带通滤波电路，消除了电容、电阻误差及漂移引起的误差；
[0011]3.本发明采用反馈式超低频低通滤波电路的方式实现积分，解决了大时间常数积分问题。
【附图说明】
[0012]图1 (a)为现有激发极化测量中激励电流波形的一种双频合成电流波形示意图；
[0013]图1(b)为现有激发极化测量中一种双频激发极化信号波形示意图；
[0014]图2为本发明结构框图；
[0015]图3为本发明程控带通滤波电路的电路图；
[0016]图4为本发明尚频及低频参考彳目号电路的电路图；
[0017]图5为本发明低频相敏检波电路及低频积分电路的电路图；
[0018]图6为本发明高频相敏检波电路及高频积分电路的电路图。
[0019]其中，1.程控带通滤波电路，2.高频相敏检波电路I，3.高频参考信号电路，4.高频相敏检波电路II，5.低频相敏检波电路Ι，6.低频参考信号电路，7.低频相敏检波电路II，8.高频积分电路I，9.高频积分电路II，10.低频积分电路I，11.低频积分电路II。
【具体实施方式】
[0020]为了使本发明实现的技术手段、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发明做进一步说明。本实施例不得用于解释对本发明保护范围的限制。
[0021]参看图1、2
[0022]图1(a)及(b)分别为现有激发极化测量中激励电流波形的一种双频合成电流波形、双频激发极化信号波形示意图，其中频率对分别为I及l/13Hz、2及2/13Hz、4及4/13Hz、8及8/13HZ，相敏检波电路的目的是提取双频激发极化信号中基波的幅值和相位信息。
[0023]本实施例所述的用于聚焦双频激电法的相敏检波电路，其特征在于，包括程控带通滤波电路1、高频相敏检波电路2和4、低频相敏检波电路5和7、高频参考信号电路3及低频参考信号电路6、高频积分电路8和9、低频积分电路10和11，所述程控带通滤波电路I在单片机控制下分别实现对输入信号的高频及低频带通滤波，带通滤波后的信号分别与高频相敏检波电路2和4、低频相敏检波电路5和7的输入信号端连接，其参考信号端分别与高频参考信号电路3及低频参考信号电路6连接，相敏检波后的信号分别经过高频积分电路8和9、低频积分电路10和11输出。
[0024]参看图3
[0025]所述程控带通滤波电路I包括程控带通滤波芯片MAX260及锁存器芯片74HC374，MAX260是MAXM公司推出的CMOS双二阶通用开关有源滤波器，微处理器精确控制滤波函数。在不需外部元件的情况下，就可构成各种带通、低通、高通、陷波和全通配置。可在程序控制下设置中心频率&、品质因数Q和滤波器的工作方式。
[0026]参看图4
[0027]所述高频参考信号电路3及低频参考信号电路6均由双电压比较器芯片LM393构成，高频参考信号电路3的工作原理是数字控制信号CLKH与2.5V基准电压VREF经过LM393进行比较，分别产生高频相敏检波电路2和4所需的参考信号LIA_REH11和LIA_REH12，低频参考信号电路6的工作原理是数字控制信号CLKL与2.5V基准电压VREF经过LM393进行比较，分别产生低频相敏检波电路5和7需要的参考信号LIA_REFL1和LIA_REFL2。
[0028]参看图5
[0029]所述低频相敏检波电路5和7均采用平衡调制解调器芯片AD630，其输入端与程控带通滤波电路I连接，输出端分别与低频积分电路10和11连接，输入信号为BP_OUTL，参考信号分别为LIA_REFL1和LIA_REFL2，输入信号与参考信号在相敏检波电路内部进行乘法运算，产生含有基波幅值与相位信息的输出信号。
[0030]所述低频积分电路10和11采用反馈式超低频低通滤波器，该电路时间常数可达数百秒，可以作为超低频信号积分器。电路中的低频频率分别为l/13HZ、2/13Hz、4/13Hz、8/13Hz，因此取积分电路的时间常数为130s，电路中所有电阻均采用千分之一高精度、低漂移电阻。
[0031]参看图6
[0032]所述高频相敏检波电路2和4均采用平衡调制解调器芯片AD630，其输入端与程控带通滤波电路I连接，输出端分别与高频积分电路8和9连接，输入信号为BP_OUTH，参考信号分别为LIA_REH11和LIA_REH12，输入信号与参考信号在相敏检波电路内部进行乘法运算，产生含有基波幅值与相位信息的输出信号。
[0033]所述高频积分电路8和9采用反馈式超低频低通滤波器，该电路时间常数可达数百秒，可以作为超低频信号积分器。电路中的高频频率分别为1ΗΖ、2ΗΖ、4ΗΖ、8ΗΖ，因此取积分电路的时间常数为10s，电路中所有电阻均采用千分之一高精度、低漂移电阻。
[0034]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明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发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明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发明范围内。本发明要求保护范围由权利要求书及其等同物界定。
【主权项】
1.一种用于聚焦双频激电法的相敏检波电路，其特征在于，包括程控带通滤波电路1、高频相敏检波电路2和4、低频相敏检波电路5和7、高频参考信号电路3及低频参考信号电路6、高频积分电路8和9、低频积分电路10和11，所述程控带通滤波电路I在单片机控制下分别实现对输入信号的高频及低频带通滤波，带通滤波后的信号分别与高频相敏检波电路2和4、低频相敏检波电路5和7的输入信号端连接，其参考信号端分别与高频参考信号电路3及低频参考信号电路6连接，相敏检波后的信号分别经过高频积分电路8和9、低频积分电路10和11输出。
2.根据权利要求1所述的用于聚焦双频激电法的相敏检波电路，其特征在于，所述程控带通滤波电路I在程序控制下可实现对I及I/13Hz、2及2/13Hz、4及4/13Hz、8及8/13Hz频率对中高频及低频的带通滤波。
3.根据权利要求1所述的用于聚焦双频激电法的相敏检波电路，其特征在于，所述高频积分电路8和9、低频积分电路10和11采用反馈式超低频低通滤波电路。
【专利摘要】本发明公开了一种用于聚焦双频激电法的相敏检波电路，其特征在于，包括程控带通滤波电路1、高频相敏检波电路2和4、低频相敏检波电路5和7、高频参考信号电路3及低频参考信号电路6、高频积分电路8和9、低频积分电路10和11，所述程控带通滤波电路1在单片机控制下分别实现对输入信号的高频及低频带通滤波，带通滤波后的信号分别与高频相敏检波电路2和4、低频相敏检波电路5和7的输入信号端连接，其参考信号端分别与高频参考信号电路3及低频参考信号电路6连接，相敏检波后的信号分别经过高频积分电路8和9、低频积分电路10和11输出。利用本发明，可实现对双频激电信号幅值与相位的高精度同步检测。
【IPC分类】G01V3-08, G05B19-042
【公开号】CN104730992
【申请号】CN201510128665
【发明人】吴淼, 刘希高, 刘志民, 吕一鸣, 周游, 张金涛, 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6月24日
【申请日】2015年3月23日