[发明专利]一种矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统

说明书

技术领域

本发明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，特别是涉及一种矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统。

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。

聚焦双频激电法(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。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有仪器存在的缺陷，基于聚焦双频激电法煤巷综掘超前探测方法，提供一种符合煤矿环境要求、准确可靠的矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统，其特征在于，由电源电路、接口电路、调理模块、主控模块、外壳及接口等组成，所述电源电路为接口电路、调理模块及主控模块供电，接口电路分别与外接端子及接收机内部调理模块和主控模块连接，调理模块主要完成激电电压信号的调理、采集以及同步控制信号的产生等功能，主控模块主要完成系统控制、激电参数显示以及数据处理等功能，利用本发明，可实现对高频幅值、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、显示和存储以及对发送机的同步控制和数据显示。

本发明矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明采用矿用本安型人机界面作为主控模块，可直接用于煤矿井下防爆环境；

2、本发明采用隔离接口技术，实现了RS-485通信隔离及输出控制信号隔离，增强了系统抗干扰能力。

3、本发明在进行设计时充分考虑煤矿本质安全要求，满足煤矿井下特殊环境对电气设备的要求，能够用于煤矿巷道的超前探测。

附图说明

图1为本发明聚焦双频激电法超前探测系统结构框图；

图2a及2b为本发明驱动控制信号波形图；

图2c为本发明双频调制电流波形图；

图2d为本发明激电信号波形图；

图3为本发明调理模块结构图；

图4为本发明矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统结构图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白与理解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参考图1、图2。本实施例聚焦双频激电法超前探测系统包括激励信号发射系统(以下简称发射系统)和激电信号接收系统(以下简称接收系统)。接收系统可产生双频PWM驱动控制信号V_con1、V_con2，如图2a和图2b，控制发射系统产生双频调制方波电流I(t)，如图2c所示，通过发射电极供入煤巷掘进面前方的煤岩。I(t)的表达式如式(1)。