一种矿用多通道音频电透视信号接收机的制作方法

1.本发明实施例涉及地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种矿用多通道音频电透视信号接收机。


背景技术：

2.矿井电法勘探是一种常用的地球物理勘探方法。对大地进行供电和测量，可以得到大地的视电导率。音频电透视是通过自动选取不同位置电极作为供电和测量电极，实现高相邻巷道间电法探测。
3.矿井音频电透视法根据异常地质体与围岩间的电性差异来探测识别异常区域，主要用于工作面顶板、底板以及工作面内部的水害探测。矿井音频电透视法一般在工作面运输巷和回风巷中展开探测，在一条巷道中布置若干发射电极，在与其相对的另一条巷道中布置若干接收电极，逐个对接收电极观测、记录对应的电位数据，电位数据可进一步转换为视电阻率数据，便于对电性异常进行分析解释。目前，音频电透视仪器是采用人工跑极的方式分别进行供电和测量，施工过程跑极麻烦施工效率低、劳动强度大。现在的矿井音频电透视仪器存在如下缺点：
4.(1)施工方式比较落后，仍全部采用人工跑极的方式进行，施工效率低。
5.(2)信号源通道数量低，每次接收信号只能使用一种频率，在一个接收点进行施工，然后跑极，采样时间较长，采样数据量较少。
6.(3)主机通常由单片机控制，电子元器件老化现象严重，更新换代困难，软件更新困难，难以实现任意不规则观测系统数据采集。


技术实现要素：

7.针对上述现有音频电透视仪接收机的不足，本发明提供一种矿用多通道音频电透视信号接收机，能克服传统音频电透视接收机接收系统抗干扰能力差、测量精度低、分辨率低、系统性能不稳定的问题，能很好的应用于煤矿井下探测，减少煤矿企业的经济损失。
8.一种矿用多通道音频电透视信号接收机，包括主机面板和内置工控机，主机面板上设有显示屏、开关、接收电缆接口、充电接口和触摸鼠标，工控机内设有多路接收电路、接收电压保护电路、滤波电路、ad转换电路、信号调理电路和显示电路；
9.所述多路接收电路用于从多组接收电极中选择一组接收电极进行信号接收程控，实现自动切换采集，多路接收电路能同时接收多种不同频率电位差的波形；所述接收电压保护电路用于保护多路接收电路，当多路接收电路电压超过额定值时，利用低导通电阻的场效应管使发射电压降低，达到本质安全的要求；所述滤波电路用于对多路接收电路中接收到的频率以外的信号进行有效滤除，得到特定频率的信号；所述ad转换电路用于将多路接收电路模拟电信号转换为数字信号，模拟信号变成高精度的数字信号；所述信号调理电路用于对ad转换电路转换后的数字信号放大，消除噪声和防止混叠现象；所述显示电路用于显示与交互、展示参数设置和数据采集界面信息。
10.本发明还包括以下技术特征：
11.可选地，所述多路接收电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、二极管d1、二极管d2、二极管d3、继电器k1、继电器k2、继电器k3和集成电路q1；其中，集成电路q1的管脚in1和管脚in2并联后连接电阻r1一端，电阻r1第二端连接hpc5；集成电路q1管脚in3和管脚in4并联后连接电阻r2一端，电阻r2第二端连接hpc6；集成电路q1管脚in5和管脚in6并联后连接电阻r3一端，电阻r3第二端连接hpc7；集成电路q1管脚com端接地；集成电路q1管脚out1和管脚out2并联后连接继电器k1一端和二极管d3一端；集成电路q1管脚out3和管脚out4并联后连接继电器k2一端和二极管d2一端；集成电路q1管脚out5和管脚out6并联后连接继电器k3一端和二极管d1一端；管脚clamp连接继电器k1另一端、继电器k2另一端、继电器k3另一端、二极管d1另一端、二极管d2另一端和二极管d3另一端；继电器k1左侧开关由继电器k1端输入电流信号，继电器k1与k2之间开关由继电器k2端输入电流信号，继电器k2与k3之间开关由继电器k3端输入电流信号。
12.可选地，所述接收电压保护电路包括输入电压vin、输出电压vout、电源电压vcc、电阻r1、电阻r2、三极管q1、电容c1、运算放大器u5、可变电阻器vr；输入电压vin一端接入电阻r1一端，电阻r1第二端与输出电压vout连接，电阻r2一端与输入电压vin连接，电阻r2第二端与运算放大器u5管脚3连接，电容c1一端与运算放大器u5管脚1连接，电容c1第二端与运算放大器u5管脚3连接，三极管q1一端与输入电压vin连接，三极管q1第二端与运算放大器u5管脚1连接，三极管q1第三端与运算放大器u5管脚2连接，运算放大器u5管脚3连接可变电阻器vr，运算放大器u5管脚4与电源电压vcc连接，运算放大器u5管脚5接地。
13.可选地，所述滤波电路包括电阻1、电阻2、电阻3、电阻4、电阻5、电阻6、电阻7、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、运算放大器u1a、运算放大器u1b、集成电路uc；集成电路uc包括14个管脚，6号管脚和运算放大器u1b的输出端连接，4号管脚和11号管脚接地，10号管脚提供+5v供电，9号管脚提供-5v供电，电容c1一端、电容c2一端、电阻r1一端以及电阻r2一端相连后与2号管脚连接，电容c1第二端和电容c2第二端相连后与电容c3一端和电容c4一端连接，电阻r1第二端与电阻r2第二端相连后与电容c5一端和电容c6一端连接，电阻r1第二端与电阻r2第二端相连后还与电阻r3一端和电阻r4一端连接，电容c3第二端、电容c4第二端、电阻r3第二端、电阻r4第二端连接后与运算放大器u1b的正极接口连接，电阻r5一端和电阻r6一端相连后与电容c1第二端和电容c2第二端连接，电阻r5一端和电阻r6一端相连后还与电容c3一端和电容c4一端连接，电阻r5第二端和电阻r6第二端相连后与电容c5第二端和电容c6第二端连接，电容c5第二端、电容c6第二端、电阻r5第二端、电阻r6第二端相连后连接运算放大器u1a，运算放大器u1b一端分别连接可调电阻r7和集成电路uc管脚6，运算放大器u1a正极接口连接可调电阻r7，可调电阻r7另一端接地。
14.可选地，所述ad转换电路包括集成电路u1、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、晶振y1、电源a5v、电源vref；ad转换器包括20个管脚，分别定义为avd、ref、refn、gnd、incom、in0、in1、sync、reset、dvdd、d1、d0、sclk、din、dout、drdy、cs、clkin、xtal2、dgnd；管脚avd两端分别连接5v电源与电容c1一端，管脚ref一端与电容c1第二端连接；管脚gnd接地；管脚in0连接电容c2一端，电容c2第二端与电源vref连接；管脚in1连接电源vrf；管脚dvdd连接电容c3一端，电容c3第二端接地；管脚d1接地；管脚clkin分别连接晶振y1一端和电容c5一端；晶振y1第二端与管脚xtal2连接；电容c4一端与管脚xtal2连接，电容c4第二端
接地，电容c5第二端接地。
15.可选地，所述信号调理电路包括电阻r1、电阻r1、电容c1、电容c2、电容c3、集成电路u61、集成电路u62；集成电路u61包括15个管脚，集成电路u62包括7个管脚，集成电路u61各管脚分别定义为：ref、ain+、ain-、set、vdd、ran、dps、pek、seg、vle、led、egc、egb、dg1、gle、dg2，集成电路u61管脚ref接地；管脚ain+连接电容c1一端，电容c1第二端接地；管脚ain-连接可调电阻r1；管脚set连接电阻r2一端，电阻r2第二端接地；管脚vdd与管脚ran相连后连接电容c2一端和电容c3一端，电容c2第二端与电容c3第二端连接后接地；管脚dps接地；管脚pek接地；管脚seg连接集成电路u62管脚dp；管脚vle连接集成电路u62管脚f；管脚led连接集成电路u62管脚e；管脚egc连接集成电路u62管脚c；管脚egb连接集成电路u62管脚a；管脚dg1连接集成电路u62管脚dig1；管脚dg2连接集成电路u62管脚dig2。
16.可选地，所述显示电路包括电源、集成电路dc1、插件h1、插件h2、稳压二极管dw1、稳压二极管dw2；其中集成电路dc1管脚6、7连接后接入电源，集成电路dc1管脚1、2连接后接地，插件h1第一端与第二端连接后与集成电路dc1管脚10连接，插件h2第一端和第二端相连后与插件h1第三端连接，插件h2第三端与稳压二极管dw1第一端连接，稳压二极管dw1第一端与稳压二极管dw2第一端连接；稳压二极管dw1第二端与稳压二极管dw2第二端连接后与集成电路dc1管脚5连接。
17.可选地，所述主机面板用于显示采集数据、开机与关机、下位机软件界面操控、连接多通道接收电缆和仪器充电；所述工控机由内置电源供电，通过蓝牙与手持式终端连接；所述手持式终端用于数据的采集控制、数据存储以及数据分析。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.本发明能实现接收电极任意自由选择，也可以按照顺序进行排序选择接收，有利于接收信号的输出管理，降低劳动强度；处理器可同时接收多种频率波形的伪随机码二进制序列信号，提高了探测效率；使用滤波电路来抑制差模干扰，系统稳定性好，抗干扰性能强，能够无失真的接收大动态范围的电压信号，提高了系统的分辨率和接收数据精度高；接收机可以通过蓝牙与手持式终端进行通讯，利用手持式终端进行系统控制，提高接收机使用时间，控制方式更为简便、可靠，降低了仪器成本，减轻了仪器重量，提高了施工和运输效率。
附图说明
20.图1为本发明实施例提供的接收机工作流程图；
21.图2为本发明实施例提供的多路接收电路示意图；
22.图3为本发明实施例提供的接收电压保护电路示意图；
23.图4为本发明实施例提供的滤波电路示意图；
24.图5为本发明实施例提供的ad转换电路示意图；
25.图6为本发明实施例提供的信号调理电路示意图；
26.图7为本发明实施例提供的显示电路示意图；
27.图8为本发明实施例提供的接收机主机面板总装示意图。
28.附图标号含义：1.显示屏，2.触摸鼠标。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
30.音频电透视仪器的多通道采集是指，在同一时间多个通道同时采集数据，大幅度提高音频电透视的采集效率。采用多通道采集测量信号时，同一通道不同的跑极模式对应不同的控制模式。采用集中式电极控制方式，即把每个电极通过总线电缆与电极选取装置相连，电极选取装置与主机为一体。
31.实施例1：
32.本实施例提供一种矿用多通道音频电透视信号接收机，包括主机面板和内置工控机，主机面板上设有显示屏1、开关、接收电缆接口、充电接口和触摸鼠标2，工控机内设有多路接收电路、接收电压保护电路、滤波电路、ad转换电路、信号调理电路和显示电路；
33.如图1所示为工作原理图，能从三组接收电极中选择其中一组接收电极进行信号接收程控，实现自动切换采集；多路接收电路可以同时接收5种不同频率电位差的波形，接收频率分别有1hz、15hz、30hz、70hz、120hz；多路接收电路需要接收电压保护电路采用限流型电压保护，利用低导通电阻的场效应管使发射电压减低，起到保护多路接收电路的作用，达到本质安全的要求；通过接收电压保护电路传输至滤波电路中，滤波电路是对多路接收电路中接收到的特定频率(1hz、15hz、30hz、70hz、120hz)以外的信号进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号；滤波处理后的信号需要经过a/d转换电路，ad转换电路是将多路接收电路模拟电信号转换为数字信号，模拟信号变成高精度的数字输出到信号调理电路；信号调理电路主要作用是对ad转换电路转换后的数字信号放大，消除噪声和防止混叠现象；信号调理完成后进入显示电路，显示电路是指液晶显示电路，主要有显示与交互的作用，展示参数设置，数据采集界面等信息。
34.多路接收电路，用于从多组接收电极中选择一组接收电极进行信号接收程控，实现自动切换采集，多路接收电路能同时接收多种不同频率电位差的波形；具体的，本实施例中，多路接收电路能选择三组接收电极中的其中一组接收电极进行信号接收程控，实现自动切换采集，并能同时接收5种不同频率电位差的波形，接收频率分别有1hz、15hz、30hz、70hz、120hz。
35.接收电压保护电路，采用限流型电压保护电路，当多路接收电路电压超过额定值时，对电压进行分流，使多路接收电路电压不致过大，起到本质安全型的作用；具体的，接收电压保护功率为20w，在多路接收电路功率大于20w时，利用低导通电阻的场效应管使发射电压减低，起到保护多路接收电路的作用，达到本质安全的要求。
36.滤波电路，用于对多路接收电路中接收到的特定频率(1hz、15hz、30hz、70hz、120hz)以外的信号进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号。
37.ad转换电路，用于将多路接收电路模拟电信号转换为数字信号，模拟信号变成高精度的数字输出到信号调理电路。
38.信号调理电路，用于对ad转换电路转换后的数字信号放大，消除噪声和防止混叠现象。
39.显示电路，是指液晶显示电路，用于显示与交互、展示参数设置、数据采集界面信
息。
40.多路接收电路能从三组接收电极中选择其中一组接收电极进行信号接收程控，实现自动切换采集，多路接收电路可以同时接收5种不同频率电位差的波形，接收频率分别有1hz、15hz、30hz、70hz、120hz。如图2所示，多路接收电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、二极管d1、二极管d2、二极管d3、继电器k1、继电器k2、继电器k3、集成电路q1；其中，集成电路q1的管脚in1和管脚in2并联后连接电阻r1一端，电阻r1第二端连接hpc5；集成电路q1管脚in3和管脚in4并联后连接电阻r2一端，电阻r2第二端连接hpc6；集成电路q1管脚in5和管脚in6并联后连接电阻r3一端，电阻r3第二端连接hpc7，集成电路q1管脚com端接地；集成电路q1管脚out1和管脚out2并联后连接继电器k1一端和二极管d3一端；集成电路q1管脚out3和管脚out4并联后连接继电器k2一端和二极管d2一端；集成电路q1管脚out5和管脚out6并联后连接继电器k3一端和二极管d1一端；管脚clamp连接继电器k1另一端、继电器k2另一端、继电器k3另一端、二极管d1另一端、二极管d2另一端和二极管d3另一端；继电器k1左侧开关由继电器k1端输入电流信号，继电器k1与k2之间开关由继电器k2端输入电流信号，继电器k2与k3之间开关由继电器k3端输入电流信号。
41.接收电压保护电路采用限流型电压保护电路，主要作用是当多路接收电路电压超过额定值时，对电压进行分流，使多路接收电路电压不致过大，起到本质安全型的作用；具体的，接收电压保护功率为20w，在多路接收电路功率大于20w时，利用低导通电阻的场效应管使发射电压减低，起到保护多路接收电路的作用，达到本质安全的要求。如图3所示，接收电压保护电路包括输入电压vin、输出电压vout、电源电压vcc、电阻r1、电阻r2、三极管q1、电容c1、运算放大器u5、可变电阻器vr；输入电压vin一端接入电阻r1一端，电阻r1第二端与输出电压vout连接，电阻r2一端与输入电压vin连接，电阻r2第二端与运算放大器u5管脚3连接，电容c1一端与运算放大器u5管脚1连接，电容c1第二端与运算放大器u5管脚3连接，三极管q1一端与输入电压vin连接，三极管q1第二端与运算放大器u5管脚1连接，三极管q1第三端与运算放大器u5管脚2连接，运算放大器u5管脚3连接可变电阻器vr，运算放大器u5管脚4与电源电压vcc连接，运算放大器u5管脚5接地。
42.滤波电路是对多路接收电路中接收到的特定频率(1hz、15hz、30hz、70hz、120hz)以外的信号进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号。如图4所示，滤波电路包括电阻1、电阻2、电阻3、电阻4、电阻5、电阻6、电阻7、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、运算放大器u1a、运算放大器u1b、集成电路uc；集成电路uc包括14个管脚，6号管脚和运算放大器u1b的一端(输出端)连接，4号管脚和11号管脚接地，10号管脚提供+5v供电，9号管脚提供-5v供电，电容c1一端、电容c2一端、电阻r1一端以及电阻r2一端相连后与2号管脚连接，电容c1第二端和电容c2第二端相连后与电容c3一端和电容c4一端连接，电阻r1第二端与电阻r2第二端相连后与电容c5一端和电容c6一端连接，电阻r1第二端与电阻r2第二端相连后还与电阻r3一端和电阻r4一端连接，电容c3第二端、电容c4第二端、电阻r3第二端、电阻r4第二端连接后与运算放大器u1b的+(正极)接口连接，电阻r5一端和电阻r6一端相连后与电容c1第二端和电容c2第二端连接，电阻r5一端和电阻r6一端相连后还与电容c3一端和电容c4一端连接，电阻r5第二端和电阻r6第二端相连后与电容c5第二端和电容c6第二端连接，电容c5第二端、电容c6第二端、电阻r5第二端、电阻r6第二端相连后连接运算放大器u1a，运算放大器u1b一端分别连接可调电阻r7和集成电路uc管脚6，运算放大器u1a+(正极)
接口连接可调电阻r7，可调电阻r7另一端接地。
43.ad转换电路是将多路接收电路模拟电信号转换为数字信号，模拟信号变成高精度的数字输出到信号调理电路。如图5所示，ad转换电路包括集成电路u1、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、晶振y1、电源a5v、电源vref；ad转换器具有20个管脚，分别定义为avd、ref、refn、gnd、incom、in0、in1、sync、reset、dvdd、d1、d0、sclk、din、dout、drdy、cs、clkin、xtal2、dgnd。管脚avd两端分别连接5v电源与电容c1一端，管脚ref一端与电容c1第二端连接；管脚gnd接地；管脚in0连接电容c2一端，电容c2第二端与电源vref连接；管脚in1连接电源vrf；管脚dvdd连接电容c3一端，电容c3第二端接地；管脚d1接地；管脚clkin分别连接晶振y1一端和电容c5一端；晶振y1第二端与管脚xtal2连接；电容c4一端与管脚xtal2连接，电容c4第二端接地，电容c5第二端接地。
44.信号调理电路主要作用是对ad转换电路转换后的数字信号放大，消除噪声和防止混叠现象。如图6所示，信号调理电路包括电阻r1、电阻r1、电容c1、电容c2、电容c3、集成电路u61、集成电路u62；集成电路u61包括15个管脚，集成电路u62包括7个管脚，集成电路u61各管脚分别定义为：ref、ain+、ain-、set、vdd、ran、dps、pek、seg、vle、led、egc、egb、dg1、gle、dg2，集成电路u61管脚ref接地；管脚ain+连接电容c1一端，电容c1第二端接地；管脚ain-连接可调电阻r1；管脚set连接电阻r2一端，电阻r2第二端接地；管脚vdd与管脚ran相连后连接电容c2一端和电容c3一端，电容c2第二端与电容c3第二端连接后接地；管脚dps接地；管脚pek接地；管脚seg连接集成电路u62管脚dp；管脚vle连接集成电路u62管脚f；管脚led连接集成电路u62管脚e；管脚egc连接集成电路u62管脚c；管脚egb连接集成电路u62管脚a；管脚dg1连接集成电路u62管脚dig1；管脚dg2连接集成电路u62管脚dig2。
45.显示电路是指液晶显示电路，用于显示与交互、展示参数设置、数据采集界面等信息。如图7所示，显示电路包括电源、集成电路dc1、插件h1、插件h2、稳压二极管dw1、稳压二极管dw2；其中集成电路dc1管脚6、7连接后接入电源，集成电路dc1管脚1、2连接后接地，插件h1第一端与第二端连接后与集成电路dc1管脚10连接，插件h2第一端和第二端相连后与插件h1第三端连接，插件h2第三端与稳压二极管dw1第一端连接，稳压二极管dw1第一端与稳压二极管dw2第一端连接；稳压二极管dw1第二端与稳压二极管dw2第二端连接后与集成电路dc1管脚5连接。
46.如图8所示，主机面板总装图示意图，包括示屏幕、电源电压、开关、鼠标、接收电缆接口、充电接口；其中触摸鼠标由鼠标主功能面板、鼠标左键、鼠标右键组成。主机面板主要功能是采集数据显示，主机开机与关机，下位机软件界面操控，连接多通道接收电缆，仪器充电。工控机由内置电源供电，通过蓝牙与手持式终端连接。手持式终端包括手持式防爆手机及专用应用软件；手持式终端系统用于数据的采集控制，数据存储以及数据分析；具体的，手持式终端发送指令控制接收机设置时间、频率、信号、电极切换等参数，监测接收机信号参数及信号质量，存贮信号数据。
47.实施例2：
48.本实施例提供一种矿用多通道音频电透视信号接收方法，包括如下具体步骤：
49.步骤1：根据巷道施工环境，确定多通道音频电透视仪接收机接收信号通道数；所述多通道音频电透视仪接收机接收信号通道数包括：1组接收、2组接收、3组接收；
50.步骤2：开启工作电源电路，给多通道音频电透视仪接收机提供电源；
51.步骤3：根据施工现场条件，多通道音频电透视仪接收机进行对时操作；
52.步骤4：根据地球物理场的勘探环境，设置多通道音频电透视仪接收机接收频率以及信号接收周期时间参数；
53.步骤5：音频电透视仪接收机中的多路接收电路将接收的电压信号，通过接收电压保护电路传输至滤波电路中，滤波处理后的信号经过a/d转换电路后进入信号调理电路，信号调理电路对信号进行整理，然后经过滤波电路，对信号进行滤波处理，滤波后的数据进入工控机进行存储，完成多通道信号接收；
54.步骤6：接收机接收信号完成后，进行数据的显示与读出；
55.步骤7：多通道音频电透视仪接收机按照当前接收参数进行重新数据采集，循环步骤4-6。
56.本发明矿用多通道音频电透视信号接收机，实现了伪随机音频信号的多通道同时接收，一次布置观测系统，通过主机控制多通道接收系统实现多频率信号的同时接收，施工方法多样化，大幅提高勘探施工效率，易于推广。
57.以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。