一種礦用本安型瞬變電磁儀主的製造方法
2023-06-07 15:48:46
一種礦用本安型瞬變電磁儀主的製造方法
【專利摘要】本實用新型屬於地球物理勘探【技術領域】，涉及一種礦用本安型瞬變電磁儀主機。其具有獨立的隨時電量顯示功能，滿足煤礦安全生產要求，測量方便，便於攜帶，探測精度高。本實用新型採用的技術方案包括殼體，所述的殼體內設置有支架，支架將殼體分為上下兩層，上層設置有儀器面板，下層設置有電池組、電源發射電路和控制採集電路，所述的電池組與電源發射電路連接，所述的儀器面板上端面設置有數碼管。
【專利說明】一種礦用本安型瞬變電磁儀主機
[0001]一、【技術領域】:
[0002]本實用新型屬於地球物理勘探【技術領域】，涉及一種礦用本安型瞬變電磁儀主機。
[0003]二、【背景技術】:
[0004]目前，隨著煤礦開採深度的不斷增加，含水構造的超前探測對煤礦安全生產意義重大。瞬變電磁法作為最有效的含水構造探測方法之一，已越來越受到煤礦水文地質工作者的重視。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送脈衝式一次電磁場，用線圈或接地電極觀測由該脈衝電磁場感應的地下渦流產生的二次電磁場，通過對該二次場的空間和時間的分布分析來認識有關地質問題。目前井下瞬變電磁儀通常採用接收機與發射機分開的結構，在井下施工中，設備量較大，井下勞動強度較大，影響施工效率；並且井下瞬變電磁儀目前大多採用100 kHz採樣率，對信號的細節分辨不夠；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行開機關機的操作之後才能查看，這個過程所需時間較長。
[0005]三、實用新型內容:
[0006]本實用新型為了解決上述【背景技術】中的不足之處，提供一種礦用本安型瞬變電磁儀主機，其具有獨立的隨時電量顯示功能，滿足煤礦安全生產要求，測量方便，便於攜帶，探測精度高。
[0007]為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案為:一種礦用本安型瞬變電磁儀主機，包括殼體，其特徵在於:所述的殼體內設置有支架，支架將殼體分為上下兩層，上層設置有儀器面板，下層設置有電池組、電源發射電路和控制採集電路，所述的電池組與電源發射電路連接，所述的儀器面板上端面設置有數碼管；
[0008]所述的電源發射電路包括電池組A和電池組B，所述的電池組A上依次連接有一級保護電路、二級保護電路、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上還連接有發射驅動模塊，所述的發射驅動模塊分別與FPGA控制模塊和全橋變換發射輸出模塊連接；
[0009]所述的控制採集電路包括信號模塊，所述的信號模塊上依次連接有A/D轉換模塊、數據處理模塊和顯示模塊連接；
[0010]所述的控制採集電路和電源發射電路通過FPGA控制模塊相連接。
[0011]所述的儀器面板的材料為採用不鏽鋼。
[0012]所述的支架的材料為採用鋁製材料。
[0013]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。
[0014]所述的電池組為兩組7.2 V鎳氫電池，最大短路電流為3 A。
[0015]與現有技術相比，本實用新型具有的優點和效果如下:
[0016]1.本實用新型採用發射與接收一體化的結構設計，通過控制採集電路發出嚴格的時序信號同時控制電源發射電路與控制採集電路，從而實現主機發射與接收的嚴格同步，在儀器內部實現了自動時序控制，提高了施工效率，並且能大大減少井下施工設備量，方便攜帶；
[0017]2.本實用新型專利高達2 MHz的採樣率有效提高了採集二次場信號的靈敏度，增強了對微弱信號細節的採集能力，便於後期資料的處理解釋，有效提高了探測精度；
[0018]3.本實用新型主機電量顯示功能使施工人員無論是在開機或者關機的狀態下，都可隨時查看主機電量，可以有效把握井下的施工時間，提高井下施工效率；
[0019]14.本實用新型採用小型化的結構具有重量小，方便攜帶，能有效的提高井下施工的工作效率。
[0020]四、【專利附圖】
【附圖說明】:
[0021]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0022]圖2為圖1的側視圖；
[0023]圖3為本實用新型的原理示意圖；
[0024]圖4為電源發射電路原理示意圖；
[0025]圖5為控制採集電路原理示意圖；
[0026]圖6為電源發射電路圖；
[0027]圖7為控制採集電路圖。
[0028]附圖標記:1—殼體，2—儀器面板，3—支架，4一電池組，5 —電源發射電路，6—控制採集電路，7—數碼管，8—電池組A，9一電池組B，10—一級保護電路，11一二級保護電路，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—發射驅動模塊，18—全橋變換發射輸出模塊，19一信號模塊，20-A/D轉換模塊，21—顯示模塊，22—數據處理模塊。
[0029]五、【具體實施方式】:
[0030]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明:
[0031]參見圖1和圖2:一種礦用本安型瞬變電磁儀主機,包括殼體I,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。
[0032]所述的殼體I內設置有支架3，支架3將殼體分為上下兩層，上層設置有儀器面板2，用以進行人機互動，下層設置有電池組4、電源發射電路5和控制採集電路6，所述的電池組4與電源發射電路5連接，所述電池組連接電源發射電路，為主機電路提供本安型電源，以產生電源發射與控制採集電路正常工作所需的電源，並產生發射線圈所需的發射信號。採用大規模集成電路FPGA控制與高性能A/D轉換器可實現2 MHz的高採樣率。控制採集電路可專門對電池電量進行採集，無論是在主機打開或者關閉時，都可以實時顯示主機電量。
[0033]所述控制採集電路，以產生電源發射與控制採集電路所需的時序控制信號，並對採集回來的數據進行疊加處理，所述的儀器面板2上端面設置有數碼管7。
[0034]所述的儀器面板2的材料為採用不鏽鋼。
[0035]所述的支架3的材料為採用鋁製材料。
[0036]所述的電池組4為兩組7.2V鎳氫電池，通過電源發射電路5，提供5V、6.5V、30V電壓，最大短路電流為3 A0
[0037]所述的電源發射電路5包括電池組A8和電池組B9，所述的電池組A8上依次連接有一級保護電路10、二級保護電路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上還連接有發射驅動模塊17，所述的發射驅動模塊17分別與FPGA控制模塊16和全橋變換發射輸出模塊18連接(如圖4)；
[0038]所述的控制採集電路6包括信號模塊19，所述的信號模塊19上依次連接有A/D轉換模塊20、數據處理模塊22和顯示模塊21連接；所述的控制採集電路6和電源發射電路5通過FPGA控制模塊16相連接(如圖5)。
[0039]如圖3所示，二次場信號送入A/D轉換器進行採集，在控制採集電路6上的大規模集成電路FPGA控制與高性能A/D轉換器的聯合作用下，控制採集電路6可對二次場信號進行最高達2 MHz採樣率進行採集，採集完成後FPGA對數據進行處理及存儲，數據處理完成之後進入顯示界面。
[0040]電源發射電路5可對控制採集電路6進行供電，控制採集電路6提供發射與接收所需的同步時序信號，並控制電源發射電路5的發射輸出，電源發射電路5採用兩組電池組，電池組I經過兩級保護電路與電壓轉換電路後輸出本安電源，電池組2在FPGA的控制下，經過全橋變換電路實現雙極性方波輸出，取樣電路用來實時監測電池組電平。
[0041]參見圖4:電源發射電路5採用兩組電池組，電池組I經過兩級保護電路與電壓轉換電路後輸出本安電源，電池組2在FPGA的控制下，經過全橋變換電路實現雙極性方波輸出，取樣電路用來實時監測電池組電平。
[0042]參見圖5:控制採集電路6採用大規模集成電路FPGA控制，高性能A/D轉換器可實現最高2 MHz的採樣率進行採集，採集完成後FPGA對數據進行處理及存儲，數據處理完成之後進入顯示界面。
[0043]參見圖6 =FPGA的控制信號首先進入與非門電路U42，對控制信號進行穩定，防止極性反轉，之後送入隔離驅動器，對發射輸出部分和控制部分進行隔離，經過三極體驅動電路Q43、Q44、Q45和Q46，對輸出橋路進行控制，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生的反衝電壓，從而減小雙極性方波的斷電時間。
[0044]參見圖7:接收電路採用高精度ADC晶片AD7760加上前置去噪電路組成。高性能A/D轉換器可實現最高2 MHz的採樣率進行採集，R103、R104、C103、C101、R101、R102、C102、R105、R106組成前置去噪電路，穩定進入AD之前的信號降低噪聲，U103電壓轉換器ADR324、C100、R130、R117、CllU C146共同組成AD7760的參考電壓基準電路，AD轉換結束之後，數據通過CHlDB總線送入FPGA進行數據處理，處理完後送入工控機進行顯示和存儲。
[0045]顯示器與控制採集電路6連接，可實時顯示採集數據。
[0046]經過試驗測試，本發明的新型礦用本安型瞬變電磁儀主機具有較高的動態範圍(不小於130dB)，由於採用發射接收一體化的結構設計，並且控制採集電路產生電源發射與控制採集電路所需的時序控制信號，所以主機的重複測量誤差不大於0.1 %。
[0047]瞬變電磁儀主機動態範圍測試方法: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能顯示的不失真的最小幅值)，設置疊加次數為1000次，則動態範圍按公式D(dB)=201og(Vmax/Vmin) 計算，其中D(dB)是以分貝表示的動態範圍；Vmax為瞬變儀主機接收的最大電壓幅值瞬變儀主機能夠識別的最小電壓幅值。測試結果為Vmax=5V，Vmin=IuV,經計算,動態範圍為133 dB。
[0048]主機的重複測量誤差測試，使用低失真信號發生器用差動輸出給接收輸入端輸入(2n+l)F (F為發射電流頻率)的正弦信號，採集系統(主機)應能正確恢復其波形，測試中選用信號頻率為325 Hz (發射電流頻率為25 Hz)，使用從測試測試軟體程序進行，測量5次，並記錄數據，當輸入為I mV是，測試結果為168001 lmV、1679515mV、1679370mV、1681409mV、1681268mV。經計算重複測量誤差為0.09 %。
【權利要求】
1.一種礦用本安型瞬變電磁儀主機，包括殼體(I)，其特徵在於:所述的殼體(I)內設置有支架(3 )，支架(3 )將殼體分為上下兩層，上層設置有儀器面板(2 )，下層設置有電池組(4)、電源發射電路(5)和控制採集電路(6)，所述的電池組(4)與電源發射電路(5)連接，所述的儀器面板(2)上端面設置有數碼管(7)； 所述的電源發射電路(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電路(10)、二級保護電路(11)、電壓變換模塊(12)和輸出模塊(13)，所述的電池組B (9)上依次連接有取樣電路(14)和電壓檢測電路(15)，電池組B (9)上還連接有發射驅動模塊(17)，所述的發射驅動模塊(17)分別與FPGA控制模塊(16)和全橋變換發射輸出模塊(18)連接； 所述的控制採集電路(6)包括信號模塊(19)，所述的信號模塊(19)上依次連接有A/D轉換模塊(20)、數據處理模塊(22)和顯示模塊(21)連接； 所述的控制採集電路(6 )和電源發射電路(5 )通過FPGA控制模塊(16 )相連接。
2.根據權利要求1所述的一種礦用本安型瞬變電磁儀主機，其特徵在於:所述的儀器面板(2)的材料為採用不鏽鋼。
3.根據權利要求1或2所述的一種礦用本安型瞬變電磁儀主機，其特徵在於:所述的支架(3)的材料為採用鋁製材料。
4.根據權利要求3所述的一種礦用本安型瞬變電磁儀主機，其特徵在於:所述的殼體(I)為空心的長方體，長為417臟，寬為310 mm，高為187 mm，材料為ABS工程塑料。
5.根據權利要求4所述的一種礦用本安型瞬變電磁儀主機，其特徵在於: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】G01V3/26GK203480050SQ201320549616
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月5日 優先權日:2013年9月5日
【發明者】王繼礦, 趙兆, 範濤, 寧殿豔, 趙睿 申請人:中煤科工集團西安研究院