礦用本安型瞬變電磁儀主的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于地球物理勘探【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種礦用本安型瞬變電磁儀主機(jī)。其具有獨(dú)立的隨時電量顯示功能，滿足煤礦安全生產(chǎn)要求，測量方便，便于攜帶，探測精度高。本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括殼體，其特征在于：所述的殼體內(nèi)設(shè)置有支架，支架將殼體分為上下兩層，上層設(shè)置有儀器面板，下層設(shè)置有電池組、電源發(fā)射電路和控制采集電路，所述的電池組與電源發(fā)射電路連接，所述的儀器面板上端面設(shè)置有數(shù)碼管。
【專利說明】礦用本安型瞬變電磁儀主機(jī)
[0001]一、【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明屬于地球物理勘探【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種礦用本安型瞬變電磁儀主機(jī)。
[0002]二、【背景技術(shù)】:
目前，隨著煤礦開采深度的不斷增加，含水構(gòu)造的超前探測對煤礦安全生產(chǎn)意義重大。瞬變電磁法作為最有效的含水構(gòu)造探測方法之一，已越來越受到煤礦水文地質(zhì)工作者的重視。瞬變電磁法(Transient Electromagnetic Methods,簡稱TEM)是利用不接地回線或接地電極向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場，用線圈或接地電極觀測由該脈沖電磁場感應(yīng)的地下渦流產(chǎn)生的二次電磁場，通過對該二次場的空間和時間的分布分析來認(rèn)識有關(guān)地質(zhì)問題。目前井下瞬變電磁儀通常采用接收機(jī)與發(fā)射機(jī)分開的結(jié)構(gòu)，在井下施工中，設(shè)備量較大，井下勞動強(qiáng)度較大，影響施工效率；并且井下瞬變電磁儀目前大多采用100 kHz采樣率，對信號的細(xì)節(jié)分辨不夠；同時目前井下瞬變電磁儀的電量顯示功能都需要對儀器進(jìn)行開機(jī)關(guān)機(jī)的操作之后才能查看，這個過程所需時間較長。
[0003]三、
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明為了解決上述【背景技術(shù)】中的不足之處，提供一種礦用本安型瞬變電磁儀主機(jī)，其具有獨(dú)立的隨時電量顯示功能，滿足煤礦安全生產(chǎn)要求，測量方便，便于攜帶，探測精度聞。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種礦用本安型瞬變電磁儀主機(jī)，包括殼體，其特征在于:所述的殼體內(nèi)設(shè)置有支架，支架將殼體分為上下兩層，上層設(shè)置有儀器面板，下層設(shè)置有電池組、電源發(fā)射電路和控制采集電路，所述的電池組與電源發(fā)射電路連接，所述的儀器面板上端面設(shè)置有數(shù)碼管；
所述的電源發(fā)射電路包括電池組A和電池組B，所述的電池組A上依次連接有一級保護(hù)電路、二級保護(hù)電路、電壓變換模塊和輸出模塊，所述的電池組B上依次連接有依次連接有取樣電路和電壓檢測電路，電池組B上還連接有發(fā)射驅(qū)動模塊，所述的發(fā)射驅(qū)動模塊分別與FPGA控制模塊和全橋變換發(fā)射輸出模塊連接；
所述的控制采集電路包括信號模塊，所述的信號模塊上依次連接有A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊連接；
所述的控制采集電路和電源發(fā)射電路通過FPGA控制模塊相連接。
[0005]所述的儀器面板的材料為采用不銹鋼。
[0006]所述的支架的材料為采用鋁制材料。
[0007]所述的殼體為空心的長方體，長為417 mm,寬為310 mm,高為187 mm,材料為ABS
工程塑料。
[0008]所述的電池組為兩組7.2 V鎳氫電池，最大短路電流為3 A0
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和效果如下:
1.本發(fā)明采用發(fā)射與接收一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過控制采集電路發(fā)出嚴(yán)格的時序信號同時控制電源發(fā)射電路與控制采集電路，從而實(shí)現(xiàn)主機(jī)發(fā)射與接收的嚴(yán)格同步，在儀器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了自動時序控制，提高了施工效率，并且能大大減少井下施工設(shè)備量，方便攜帶； 2.本發(fā)明專利高達(dá)2MHz的采樣率有效提高了采集二次場信號的靈敏度，增強(qiáng)了對微弱信號細(xì)節(jié)的采集能力，便于后期資料的處理解釋，有效提高了探測精度；
3.本發(fā)明主機(jī)電量顯示功能使施工人員無論是在開機(jī)或者關(guān)機(jī)的狀態(tài)下，都可隨時查看主機(jī)電量，可以有效把握井下的施工時間，提高井下施工效率；
4.本發(fā)明采用小型化的結(jié)構(gòu)具有重量小，方便攜帶，能有效的提高井下施工的工作效率。
[0010]四、【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1的側(cè)視圖；
圖3為本發(fā)明的原理示意圖；
圖4為電源發(fā)射電路原理示意圖；
圖5為控制采集電路原理示意圖；
圖6為電源發(fā)射電路圖；
圖7為控制采集電路圖。
[0011]附圖標(biāo)記:1 一殼體，2—儀器面板，3—支架，4一電池組，5 —電源發(fā)射電路，6—控制采集電路，7—數(shù)碼管，8—電池組A，9一電池組B，10—一級保護(hù)電路，11 一二級保護(hù)電路，12—電壓變換模塊，13—輸出模塊，14一取樣電路，15—電壓檢測電路，16—FPGA控制模塊，17—發(fā)射驅(qū)動模塊，18—全橋變換發(fā)射輸出模塊，19一信號模塊，20-A/D轉(zhuǎn)換模塊，21—顯示模塊，22—數(shù)據(jù)處理模塊。
[0012]五、【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
參見圖1和圖2:一種礦用本安型瞬變電磁儀主機(jī),包括殼體1，殼體I為空心的長方體，長為417 mm，寬為310 mm，高為187 mm，材料為ABS工程塑料，具有阻燃防靜電功能。
[0013]所述的殼體I內(nèi)設(shè)置有支架3，支架3將殼體分為上下兩層，上層設(shè)置有儀器面板2，用以進(jìn)行人機(jī)交互，下層設(shè)置有電池組4、電源發(fā)射電路5和控制采集電路6，所述的電池組4與電源發(fā)射電路5連接，所述電池組連接電源發(fā)射電路，為主機(jī)電路提供本安型電源，以產(chǎn)生電源發(fā)射與控制采集電路正常工作所需的電源，并產(chǎn)生發(fā)射線圈所需的發(fā)射信號。采用大規(guī)模集成電路FPGA控制與高性能A/D轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)2 MHz的高采樣率?？刂撇杉娐房蓪ｉT對電池電量進(jìn)行采集，無論是在主機(jī)打開或者關(guān)閉時，都可以實(shí)時顯示主機(jī)電量。
[0014]所述控制采集電路，以產(chǎn)生電源發(fā)射與控制采集電路所需的時序控制信號，并對采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加處理，所述的儀器面板2上端面設(shè)置有數(shù)碼管7。
[0015]所述的儀器面板2的材料為采用不銹鋼。
[0016]所述的支架3的材料為采用鋁制材料。
[0017]所述的電池組4為兩組7.2V鎳氫電池，通過電源發(fā)射電路5，提供5V、6.5V、30V電壓，最大短路電流為3 A0
[0018]所述的電源發(fā)射電路5包括電池組AS和電池組B9，所述的電池組AS上依次連接有一級保護(hù)電路10、二級保護(hù)電路11、電壓變換模塊12和輸出模塊13，所述的電池組B9上依次連接有依次連接有取樣電路14和電壓檢測電路15，電池組B9上還連接有發(fā)射驅(qū)動模塊17，所述的發(fā)射驅(qū)動模塊17分別與FPGA控制模塊16和全橋變換發(fā)射輸出模塊18連接(如圖4)；
所述的控制采集電路6包括信號模塊19，所述的信號模塊19上依次連接有A/D轉(zhuǎn)換模塊20、數(shù)據(jù)處理模塊22和顯示模塊21連接；所述的控制采集電路6和電源發(fā)射電路5通過FPGA控制模塊16相連接(如圖5)。
[0019]如圖3所示，二次場信號送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采集，在控制采集電路6上的大規(guī)模集成電路FPGA控制與高性能A/D轉(zhuǎn)換器的聯(lián)合作用下，控制采集電路6可對二次場信號進(jìn)行最高達(dá)2 MHz采樣率進(jìn)行采集，采集完成后FPGA對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及存儲，數(shù)據(jù)處理完成之后進(jìn)入顯示界面。
[0020]電源發(fā)射電路5可對控制采集電路6進(jìn)行供電，控制采集電路6提供發(fā)射與接收所需的同步時序信號，并控制電源發(fā)射電路5的發(fā)射輸出，電源發(fā)射電路5采用兩組電池組，電池組I經(jīng)過兩級保護(hù)電路與電壓轉(zhuǎn)換電路后輸出本安電源，電池組2在FPGA的控制下，經(jīng)過全橋變換電路實(shí)現(xiàn)雙極性方波輸出，取樣電路用來實(shí)時監(jiān)測電池組電平。
[0021]參見圖4:電源發(fā)射電路5采用兩組電池組，電池組I經(jīng)過兩級保護(hù)電路與電壓轉(zhuǎn)換電路后輸出本安電源，電池組2在FPGA的控制下，經(jīng)過全橋變換電路實(shí)現(xiàn)雙極性方波輸出，取樣電路用來實(shí)時監(jiān)測電池組電平。
[0022]參見圖5:控制采集電路6采用大規(guī)模集成電路FPGA控制，高性能A/D轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)最高2 MHz的采樣率進(jìn)行采集，采集完成后FPGA對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及存儲，數(shù)據(jù)處理完成之后進(jìn)入顯示界面。
[0023]參見圖6 =FPGA的控制信號首先進(jìn)入與非門電路U42，對控制信號進(jìn)行穩(wěn)定，防止極性反轉(zhuǎn)，之后送入隔離驅(qū)動器，對發(fā)射輸出部分和控制部分進(jìn)行隔離，經(jīng)過三極管驅(qū)動電路Q43、Q44、Q45和Q46，對輸出橋路進(jìn)行控制，使H橋電路Q47、Q48、Q49和Q50輸出雙極性方波，RCD控制電路可以吸收斷電瞬間產(chǎn)生的反沖電壓，從而減小雙極性方波的斷電時間。
[0024]參見圖7:接收電路采用高精度ADC芯片AD7760加上前置去噪電路組成。高性能A/D轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)最高2 MHz的采樣率進(jìn)行采集，R103、R104、C103、C101、R101、R102、C102、R105、R106組成前置去噪電路，穩(wěn)定進(jìn)入AD之前的信號降低噪聲，U103電壓轉(zhuǎn)換器ADR324、C100、R130、R117、CllU C146共同組成AD7760的參考電壓基準(zhǔn)電路，AD轉(zhuǎn)換結(jié)束之后，數(shù)據(jù)通過CHlDB總線送入FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理完后送入工控機(jī)進(jìn)行顯示和存儲。
[0025]顯示器與控制采集電路6連接，可實(shí)時顯示采集數(shù)據(jù)。
[0026]經(jīng)過試驗測試，本發(fā)明的新型礦用本安型瞬變電磁儀主機(jī)具有較高的動態(tài)范圍(不小于130dB)，由于采用發(fā)射接收一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并且控制采集電路產(chǎn)生電源發(fā)射與控制采集電路所需的時序控制信號，所以主機(jī)的重復(fù)測量誤差不大于0.1 %。
[0027]瞬變電磁儀主機(jī)動態(tài)范圍測試方法:在接收端輸入頻率為325 Hz正弦信號，首先向瞬變儀主機(jī)輸入最高接收電壓的峰峰值，再用交流信號源輸入最小接收電壓的峰峰值(最小接收電壓為瞬變儀主機(jī)能顯示的不失真的最小幅值)，設(shè)置疊加次數(shù)為1000次，則動態(tài)范圍按公式D(dB)=201og(Vmax/Vmin) 計算，其中D(dB)是以分貝表示的動態(tài)范圍；Vmax為瞬變儀主機(jī)接收的最大電壓幅值瞬變儀主機(jī)能夠識別的最小電壓幅值。測試結(jié)果為Vmax=5V，Vmin=IuV,經(jīng)計算,動態(tài)范圍為133 dB。
[0028]主機(jī)的重復(fù)測量誤差測試，使用低失真信號發(fā)生器用差動輸出給接收輸入端輸入(2n+l)F (F為發(fā)射電流頻率)的正弦信號，采集系統(tǒng)(主機(jī))應(yīng)能正確恢復(fù)其波形，測試中選用信號頻率為325 Hz (發(fā)射電流頻率為25 Hz)，使用從測試測試軟件程序進(jìn)行，測量5次，并記錄數(shù)據(jù)，當(dāng)輸入為I mV是，測試結(jié)果為168001 lmV、1679515mV、1679370mV、1681409mV、1681268mV。經(jīng)計算重復(fù)測量誤差為0.09 %。
【權(quán)利要求】
1.一種礦用本安型瞬變電磁儀主機(jī)，包括殼體(I)，其特征在于:所述的殼體(I)內(nèi)設(shè)置有支架(3 )，支架(3 )將殼體分為上下兩層，上層設(shè)置有儀器面板(2 )，下層設(shè)置有電池組(4)、電源發(fā)射電路(5)和控制采集電路(6)，所述的電池組(4)與電源發(fā)射電路(5)連接，所述的儀器面板(2)上端面設(shè)置有數(shù)碼管(7)； 所述的電源發(fā)射電路(5)包括電池組A (8)和電池組B (9)，所述的電池組A (8)上依次連接有一級保護(hù)電路(10)、二級保護(hù)電路(11)、電壓變換模塊(12)和輸出模塊(13)，所述的電池組B (9)上依次連接有依次連接有取樣電路(14)和電壓檢測電路(15)，電池組B(9)上還連接有發(fā)射驅(qū)動模塊(17)，所述的發(fā)射驅(qū)動模塊(17)分別與FPGA控制模塊(16)和全橋變換發(fā)射輸出模塊(18)連接； 所述的控制采集電路(6)包括信號模塊(19)，所述的信號模塊(19)上依次連接有A/D轉(zhuǎn)換模塊(20)、數(shù)據(jù)處理模塊(22)和顯示模塊(21)連接； 所述的控制采集電路(6 )和電源發(fā)射電路(5 )通過FPGA控制模塊(16 )相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用本安型瞬變電磁儀主機(jī)，其特征在于:所述的儀器面板(2)的材料為采用不銹鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的礦用本安型瞬變電磁儀主機(jī)，其特征在于:所述的支架(3)的材料為采用鋁制材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦用本安型瞬變電磁儀主機(jī)，其特征在于:所述的殼體(I)為空心的長方體，長為417 mm，寬為310 mm，高為187 mm，材料為ABS工程塑料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的礦用本安型瞬變電磁儀主機(jī)，其特征在于:所述的電池組為兩組7.2 V鎳氫電池，最大短路電流為3 A0
【文檔編號】G01V3/26GK103454692SQ201310399147
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】王繼礦, 趙兆, 范濤, 寧殿艷, 趙睿 申請人:中煤科工集團(tuán)西安研究院