[实用新型]一种矿用动态定向电场激励法煤巷综掘超前探测接收装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种超前探测领域的煤矿井下作业的超前探测仪器，属于应用地球物理学电法超前探测技术，特别是涉及一种动态定向电场激励法煤巷综掘超前探测接收装置。

背景技术

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问题：存在探测准确率低、实时性差、方向性差、效率低、成本高、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，尽快研究一种工作方法简单、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。

动态定向电场激励法（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一定范围内，从而实现角度和深度扫描探测，进行异常体的准确定位，达到定方向、定距离探测的目的。

中南大学的何继善院士发明了双频激电法及相关仪器（专利号 CN1034276A），其中SQ-3C双频激电仪接收机主要采用模拟电路进行设计，缺点是仪器结构复杂，易受温度漂移、时间漂移、环境噪声影响，目前主要用于地面电法勘探领域。山东大学的李树才等发明了隧道或坑道超前地质预报复合式激发极化仪器设备（专利号 CN102176059A）,不足之处在于频域信号处理模块只能得到低频和高频基波的幅度，而不能获得相位信息，目前主要用于隧道前方水体不良地质体预报。根据查阅国内外相关文献，激发极化法及其仪器尚未用于煤矿井下巷道超前探测领域。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于，基于动态定向电场激励法煤巷综掘超前探测方法，提供一种符合煤矿本质安全、准确可靠，可实现与掘进机协同作业的矿用煤巷综掘超前探测接收装置。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种动态定向电场激励法煤巷综掘超前探测接收装置，它由前级信号处理模块、斩波放大模块、A/D转换电路、数字锁相放大模块及单片机系统组成。激电信号依次通过前级信号处理模块、斩波放大模块、A/D转换电路后经数字锁相放大模块处理送入单片机系统可完成高频幅值、低频幅值、高频绝对相位、低频绝对相位、视电阻率、视幅频率等激电参数的测量；所述前级信号处理模块包括输入保护电路、前置放大电路、工频陷波电路及低通滤波电路；所述斩波放大模块包括斩波调制电路、程控放大电路、斩波解调电路、低通滤波电路；所述数字锁相放大模块采用FPGA芯片编程实现，芯片内部包括同步时钟模块、数字正弦参考信号发生模块、4路PSD模块、4路可编程FIR数字滤波器组、2路矢量运算模块以及数字调制方波控制信号发生模块；所述单片机系统包括微处理器、显示模块、存储模块、键盘模块、通信模块。

所述同步时钟模块为数字正弦参考信号发生模块和数字调制方波控制信号发生模块提供同一时钟，从而保证数字正弦参考信号与数字调制方波控制信号严格同步；数字正弦参考信号发生模块可以产生4路频率与相位可调的正弦波参考信号，数字调制方波控制信号发生模块可以产生2路频率与相位可调的调制方波控制信号，产生的控制信号控制发射装置产生双频调制方波电流。

所述数字正弦参考信号发生模块产生的数字正弦参考信号与数字调制方波控制信号发生模块产生的调制方波控制信号的频率范围为                                                ，频率分辨率可到，相位范围为，相位分辨率为。

本实用新型动态定向电场激励法煤巷综掘超前探测接收装置与现有技术相比，具有如下有益效果：

1.    本实用新型进行电路设计时充分考虑了低频噪声、漂移以及失调的抑制，采用斩波放大技术实现对低频噪声的抑制，提高了测量的精度。

2.    本实用新型采用数字四通道锁相放大技术，避免模拟锁相放大器输出通道的直流放大器的工作特性随时间变化的不稳定性和由于温度变化引起的温度漂移带来的干扰，只需一次测量，即可得到激发极化电位差高频幅值、低频幅值、高频绝对相位、低频绝对相位等四个参数，经过一定运算可得视幅频率等其他参数，提高了测量效率及可靠性。