一種多功能礦用電法超前探測信號發送的製造方法
2023-07-29 17:02:01
一種多功能礦用電法超前探測信號發送的製造方法
【專利摘要】本發明公開一種多功能礦用電法超前探測信號發送機，其特徵在於，可發出電流強度單路可調的直流激勵信號、單頻方波激勵信號和多頻調製方波激勵信號。整流升壓和恆流調控電路均採用開關電源原理，不僅提高了發送機的效率，而且增加了恆流控制的穩定性。本發明可以滿足礦井直流電阻率法、直流激電法和雙頻激電法等多種電法超前探測對激勵信號的要求。
【專利說明】一種多功能礦用電法超前探測信號發送機
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種煤巷綜掘超前探測儀器，屬於應用地球物理學電法超前探測技術，特別是涉及一種多功能礦用電法超前探測信號發送機。
技術背景
[0002]我國煤炭資源豐富，油氣資源相對稀缺的特點，決定了煤炭工業的重要地位。在未來相當長的時期內，煤炭仍將是我國主要的基礎能源。然而，我國是世界上煤礦水害最為嚴重的國家之一。煤礦一旦發生水害將會對生命財產造成巨大的損失。《煤礦防治水規定》指出，掘進過程中必須遵循「預測預報，有掘必探，先探後掘，先治後採」的十六字原則。十六字原則中「預測預報」工作在首位，可見預測預報工作是防治煤礦水害的重中之重。
[0003]現有的煤巷綜掘超前探測技術有電法、反射波法和鑽探法，其中電法又分為礦井直流電阻率法、直流激電法、雙頻激電法和瞬變電磁法等。為了提高探測精度，煤巷綜掘電法超前探測的發展趨勢是多種探測方法綜合應用，這就需要有多種激勵信號。現有信號發送機發送的激勵信號種類單一，在利用多種探測方法進行超前探測時，需要更換不同的信號發送機，不僅增加了工作量，而且降低了探測效率。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於，提供一種能按要求發出直流激勵信號、單頻激勵信號和雙頻調製激勵信號的煤巷綜掘超前探測激勵信號發送機。
[0005]本發明是通過以下技術方案實現的:一種多功能礦用電法超前探測信號發送機，它由如級單片機系統和後級輸出系統組成。
[0006]所述前級單片機系統，由顯示器、鍵盤、微處理器、通信模塊、A/D和D/A轉換模塊組成。其特徵在於，鍵盤和顯示器構成人機互動界面；微處理器連接各模塊進行相應的數據處理；A/D轉換和D/A轉換模塊連接只識別數位訊號的微處理器，和只能識別模擬信號的後級輸出系統；通信模塊主要是與上位機進行通訊。
[0007]所述後級輸出系統，由輔助電源模塊、整流隔離穩壓模塊、穩流模塊、逆變模塊和隔離驅動模塊順次連接組成。其特徵在於，輔助電源模塊為其他各模塊提供相應的工作電源；整流隔離穩壓模塊利用功率開關管控制高頻轉換器，將煤礦井下127V交流電轉換成隔離的直流電壓源；穩流模塊將直流電壓源轉換成穩定可調的恆流源；逆變模塊按隔離驅動模塊的要求將恆流變成不同的激勵信號作為發送機的輸出；
所述逆變模塊是由四個MOS管組成的全橋逆變，其特徵在於，利用不同的控制時序控制四個MOS管的開關時序來控制發送機輸出信號的種類和頻率。
[0008]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下為本發明的較佳實施例，並配合附圖詳細說明如後。
[0009]本發明的【具體實施方式】由以下實施例及其附圖詳細給出。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明系統結構框圖。
[0011]圖2是本發明整流隔離穩壓模塊的電路原理圖。
[0012]圖3是本發明恆流模塊的電路原理圖。
[0013]圖4是本發明的調製信號隔離驅動模塊的電路原理圖。
[0014]圖5是本發明的全橋逆變原理圖。
[0015]圖6是本發明發送雙頻調製方波信號的控制時序示意圖。
[0016]圖7是本發明發送兩種單頻方波信號的控制時序示意圖。
[0017]圖8是本發明發送兩種直流信號的控制時序示意圖。
[0018]其中，圖1包括:1.如級單片機系統，2.後級輸出系統，3.顯不器，4.鍵盤，5.單片機，6.通信模塊，7.電流控制信號D/A轉換模塊，8.採樣信號A/D轉換模塊，9.輔助電源模塊，10.整流隔離穩壓模塊，11.穩流模塊，12.逆變模塊，13.調製信號隔離驅動模塊，14.井下127V交流電輸入埠，15.發送機輸出埠，16.上位機。
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。本實施例不得用於解釋對本發明保護範圍的限制。
[0020]如圖1所示，本實施實例由前級單片機系統(I)和後級輸出系統(2)組成。
[0021]所述前級單片機系統(I)包括:顯示器(3)，鍵盤(4)，微處理器(5)，通信模塊
(6)，電流控制信號D/A轉換模塊(7)，採樣信號A/D轉換模塊(8)。其中，人機互動界面鍵盤(4)及顯示器(3)與微處理器(5)連接，主要用於設定發出激勵信號的強度值和實時顯示輸出信號的電壓、電流值和接地電阻值；微處理器(5)連接各模塊進行相應的數據處理；電流控制信號D/A轉換模塊(7)和採樣信號A/D轉換模塊(8)連接微處理器(6)和穩流模塊
(11)，將微處理器(6)輸出的數字控制信號轉換成模擬量以便對穩流模塊(11)的恆流輸出進行控制和採樣；通信模塊(6)將微處理器(5)與上位機(16)相連，實時輸送發送機發出激勵信號的電壓、電流和接地電阻值信號給上位機(16)，以便上位機進行相應的計算。
[0022]所述後級輸出系統(2)，由輔助電源模塊(9)，整流隔離穩壓模塊(10)，穩流模塊
(11),逆變模塊(12)，調製信號隔離驅動模塊(13)，127V交流電輸入埠(14)，發送機輸出埠(15)。其中，輔助電源模塊(9)，為其他模塊提供各自的工作電源；隔離整流模塊(10)連接外部輸入埠(14)和穩流模塊(11)，將煤礦井下127V交流電輸入轉換成隔離直流恆壓源輸出並作為穩流模塊(11)的輸入；穩流模塊(11)連接整流隔離穩壓模塊(10)、電流控制信號D/A轉換模塊(7)，電流控制信號D/A轉換模塊(7)給出的控制命令將整流隔離穩壓模塊(10)的輸入轉換成相應的恆流輸出並作為逆變模塊(12)的輸入，另外它還將後級(2)輸出激勵信號的電壓和電流採樣模擬值傳送給採樣信號A/D轉換模塊(8);逆變模塊(12)是由四個MOS管組成的全橋逆變電路；調製信號隔離驅動模塊(13)是由光耦和三極體以及電阻組成的高穩定性和低功耗MOS管驅動電路，實現調製控制信號的隔離並驅動逆變模塊
(12)中MOS管的開通與關斷。發送機發送調製信號進行超前探測時在數據解釋方面需要同頻鎖相放大處理，故調製信號的控制信號由外部上位機給出。為確保發送機發出的激勵信號不受上位機的幹擾而進行了隔離處理。
[0023]圖2是本發明的整流隔離穩壓模塊(10)電路原理圖。輸入的127V交流電經整流橋RS407整流後接入變換器T301。變換器T301與功率開關管KA5H0380構成單端反激式開關穩壓電源。光耦PC817將變換器的反饋信號隔離傳送給KA5H0380的反饋端，通過反饋控制使變換器次級成為直流穩壓源。其中，低壓為輔助電源，高壓接入穩流模塊(11)。
[0024]圖3是本發明穩流模塊(11)的電路原理圖，其中HLOUT是恆流輸出端，IQY是電流取樣端，QV是電壓取樣端，IF是GS3525的反饋端。GS3525的2腳接TL431分壓而得的基準電壓，電路取樣IQY經放大後接入GS3525的I腳作為反饋。這樣通過反饋調節GS3525輸出QD的高頻PWM波的佔空比。QD的高頻PWM經光耦TLP250控制一個周期內調流功率管IRF640的開通時長，來調節其漏極輸出的電流。漏極輸出的電流經取樣電阻R321取樣反饋給GS3525的I腳，這樣形成閉環控制，提高了恆流的穩定性。
[0025]圖4為本發明的調製信號隔離驅動模塊(13)的電路原理圖。輸入是高電平為5V，低電平為OV的控制時序以控制全橋逆變的MOS管的開關，輸出接全橋逆變的MOS管的柵極和源極。
[0026]圖5為本發明逆變模塊(12)的原理圖。給四個MOS管加不同的開關控制時序，便可將恆流輸入逆變成不同的電流激勵信號作為發送機的輸出。所加控制時序和相應的電流激勵信號示意圖見圖6至圖8。
【權利要求】
1.一種多功能礦用電法超前探測信號發送機，其特徵在於所述發送機由前級單片機系統和後級隔離輸出系統組成: 所述前級單片機系統中，鍵盤和顯示屏組成人機互動界面並與微處理器相連，微處理器通過A/D轉換和D/A轉換模塊與後級隔離輸出系統相連，微處理器通過通信模塊經MODBUS協議與上位機通信； 所述後級隔離輸出系統中，發送機外部輸入埠、隔離整流模塊、穩流模塊和逆變模塊依次連接；輔助電源模塊連接發送機外部輸入埠和其他各模塊的供電端，負責為各模塊提供工作電源；採樣模塊連接穩流模塊和前級單片機系統中的A/D轉換模塊；調製信號隔離驅動模塊連接接收機和逆變模塊。
2.根據權利要求1所述的一種多功能礦用電法超前探測信號發送機，其特徵在於，能按要求發出直流激勵信號、單頻方波激勵信號和多頻調製方波激勵信號，且每種激勵信號的強度可調；整流隔離穩壓電路和穩流電路均採用開關電源原理，不僅提高了發送機的效率，而且增加了橫流控制的穩定性；本發明可以滿足礦井直流電法、直流激電法和雙頻激電法等多種電法超前探測對激勵信號的要求。
【文檔編號】G01V3/00GK104330829SQ201410648053
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月17日 優先權日:2014年11月17日
【發明者】吳淼, 張金濤, 週遊, 呂一鳴, 劉志民, 劉希高 申請人:中國礦業大學(北京)