一種多功能礦用電法超前探測信號發(fā)送的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種多功能礦用電法超前探測信號發(fā)送機，其特征在于，可發(fā)出電流強度單路可調(diào)的直流激勵信號、單頻方波激勵信號和多頻調(diào)制方波激勵信號。整流升壓和恒流調(diào)控電路均采用開關(guān)電源原理，不僅提高了發(fā)送機的效率，而且增加了恒流控制的穩(wěn)定性。本發(fā)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(fā)送機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤巷綜掘超前探測儀器，屬于應(yīng)用地球物理學(xué)電法超前探測技術(shù)，特別是涉及一種多功能礦用電法超前探測信號發(fā)送機。
技術(shù)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(yè)的重要地位。在未來相當(dāng)長的時期內(nèi)，煤炭仍將是我國主要的基礎(chǔ)能源。然而，我國是世界上煤礦水害最為嚴(yán)重的國家之一。煤礦一旦發(fā)生水害將會對生命財產(chǎn)造成巨大的損失?！睹旱V防治水規(guī)定》指出，掘進(jìn)過程中必須遵循“預(yù)測預(yù)報，有掘必探，先探后掘，先治后采”的十六字原則。十六字原則中“預(yù)測預(yù)報”工作在首位，可見預(yù)測預(yù)報工作是防治煤礦水害的重中之重。
[0003]現(xiàn)有的煤巷綜掘超前探測技術(shù)有電法、反射波法和鉆探法，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(fā)展趨勢是多種探測方法綜合應(yīng)用，這就需要有多種激勵信號?，F(xiàn)有信號發(fā)送機發(fā)送的激勵信號種類單一，在利用多種探測方法進(jìn)行超前探測時，需要更換不同的信號發(fā)送機，不僅增加了工作量，而且降低了探測效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，提供一種能按要求發(fā)出直流激勵信號、單頻激勵信號和雙頻調(diào)制激勵信號的煤巷綜掘超前探測激勵信號發(fā)送機。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種多功能礦用電法超前探測信號發(fā)送機，它由如級單片機系統(tǒng)和后級輸出系統(tǒng)組成。
[0006]所述前級單片機系統(tǒng)，由顯示器、鍵盤、微處理器、通信模塊、A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊組成。其特征在于，鍵盤和顯示器構(gòu)成人機交互界面；微處理器連接各模塊進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理；A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換模塊連接只識別數(shù)字信號的微處理器，和只能識別模擬信號的后級輸出系統(tǒng)；通信模塊主要是與上位機進(jìn)行通訊。
[0007]所述后級輸出系統(tǒng)，由輔助電源模塊、整流隔離穩(wěn)壓模塊、穩(wěn)流模塊、逆變模塊和隔離驅(qū)動模塊順次連接組成。其特征在于，輔助電源模塊為其他各模塊提供相應(yīng)的工作電源；整流隔離穩(wěn)壓模塊利用功率開關(guān)管控制高頻轉(zhuǎn)換器，將煤礦井下127V交流電轉(zhuǎn)換成隔離的直流電壓源；穩(wěn)流模塊將直流電壓源轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定可調(diào)的恒流源；逆變模塊按隔離驅(qū)動模塊的要求將恒流變成不同的激勵信號作為發(fā)送機的輸出；
所述逆變模塊是由四個MOS管組成的全橋逆變，其特征在于，利用不同的控制時序控制四個MOS管的開關(guān)時序來控制發(fā)送機輸出信號的種類和頻率。
[0008]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下為本發(fā)明的較佳實施例，并配合附圖詳細(xì)說明如后。
[0009]本發(fā)明的【具體實施方式】由以下實施例及其附圖詳細(xì)給出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0011]圖2是本發(fā)明整流隔離穩(wěn)壓模塊的電路原理圖。
[0012]圖3是本發(fā)明恒流模塊的電路原理圖。
[0013]圖4是本發(fā)明的調(diào)制信號隔離驅(qū)動模塊的電路原理圖。
[0014]圖5是本發(fā)明的全橋逆變原理圖。
[0015]圖6是本發(fā)明發(fā)送雙頻調(diào)制方波信號的控制時序示意圖。
[0016]圖7是本發(fā)明發(fā)送兩種單頻方波信號的控制時序示意圖。
[0017]圖8是本發(fā)明發(fā)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(tǒng)，2.后級輸出系統(tǒng)，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(zhuǎn)換模塊，8.采樣信號A/D轉(zhuǎn)換模塊，9.輔助電源模塊，10.整流隔離穩(wěn)壓模塊，11.穩(wěn)流模塊，12.逆變模塊，13.調(diào)制信號隔離驅(qū)動模塊，14.井下127V交流電輸入端口，15.發(fā)送機輸出端口，16.上位機。

【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本實施例不得用于解釋對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0020]如圖1所示，本實施實例由前級單片機系統(tǒng)(I)和后級輸出系統(tǒng)(2)組成。
[0021]所述前級單片機系統(tǒng)(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(zhuǎn)換模塊(7)，采樣信號A/D轉(zhuǎn)換模塊(8)。其中，人機交互界面鍵盤(4)及顯示器(3)與微處理器(5)連接，主要用于設(shè)定發(fā)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(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理；電流控制信號D/A轉(zhuǎn)換模塊(7)和采樣信號A/D轉(zhuǎn)換模塊(8)連接微處理器(6)和穩(wěn)流模塊
(11)，將微處理器(6)輸出的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換成模擬量以便對穩(wěn)流模塊(11)的恒流輸出進(jìn)行控制和采樣；通信模塊(6)將微處理器(5)與上位機(16)相連，實時輸送發(fā)送機發(fā)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(jìn)行相應(yīng)的計算。
[0022]所述后級輸出系統(tǒng)(2)，由輔助電源模塊(9)，整流隔離穩(wěn)壓模塊(10)，穩(wěn)流模塊
(11),逆變模塊(12)，調(diào)制信號隔離驅(qū)動模塊(13)，127V交流電輸入端口(14)，發(fā)送機輸出端口(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)連接外部輸入端口(14)和穩(wěn)流模塊(11)，將煤礦井下127V交流電輸入轉(zhuǎn)換成隔離直流恒壓源輸出并作為穩(wěn)流模塊(11)的輸入；穩(wěn)流模塊(11)連接整流隔離穩(wěn)壓模塊(10)、電流控制信號D/A轉(zhuǎn)換模塊(7)，電流控制信號D/A轉(zhuǎn)換模塊(7)給出的控制命令將整流隔離穩(wěn)壓模塊(10)的輸入轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的恒流輸出并作為逆變模塊(12)的輸入，另外它還將后級(2)輸出激勵信號的電壓和電流采樣模擬值傳送給采樣信號A/D轉(zhuǎn)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(diào)制信號隔離驅(qū)動模塊(13)是由光耦和三極管以及電阻組成的高穩(wěn)定性和低功耗MOS管驅(qū)動電路，實現(xiàn)調(diào)制控制信號的隔離并驅(qū)動逆變模塊
(12)中MOS管的開通與關(guān)斷。發(fā)送機發(fā)送調(diào)制信號進(jìn)行超前探測時在數(shù)據(jù)解釋方面需要同頻鎖相放大處理，故調(diào)制信號的控制信號由外部上位機給出。為確保發(fā)送機發(fā)出的激勵信號不受上位機的干擾而進(jìn)行了隔離處理。
[0023]圖2是本發(fā)明的整流隔離穩(wěn)壓模塊(10)電路原理圖。輸入的127V交流電經(jīng)整流橋RS407整流后接入變換器T301。變換器T301與功率開關(guān)管KA5H0380構(gòu)成單端反激式開關(guān)穩(wěn)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(wěn)壓源。其中，低壓為輔助電源，高壓接入穩(wěn)流模塊(11)。
[0024]圖3是本發(fā)明穩(wěn)流模塊(11)的電路原理圖，其中HLOUT是恒流輸出端，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(zhǔn)電壓，電路取樣IQY經(jīng)放大后接入GS3525的I腳作為反饋。這樣通過反饋調(diào)節(jié)GS3525輸出QD的高頻PWM波的占空比。QD的高頻PWM經(jīng)光耦TLP250控制一個周期內(nèi)調(diào)流功率管IRF640的開通時長，來調(diào)節(jié)其漏極輸出的電流。漏極輸出的電流經(jīng)取樣電阻R321取樣反饋給GS3525的I腳，這樣形成閉環(huán)控制，提高了恒流的穩(wěn)定性。
[0025]圖4為本發(fā)明的調(diào)制信號隔離驅(qū)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(guān)，輸出接全橋逆變的MOS管的柵極和源極。
[0026]圖5為本發(fā)明逆變模塊(12)的原理圖。給四個MOS管加不同的開關(guān)控制時序，便可將恒流輸入逆變成不同的電流激勵信號作為發(fā)送機的輸出。所加控制時序和相應(yīng)的電流激勵信號示意圖見圖6至圖8。
【權(quán)利要求】
1.一種多功能礦用電法超前探測信號發(fā)送機，其特征在于所述發(fā)送機由前級單片機系統(tǒng)和后級隔離輸出系統(tǒng)組成: 所述前級單片機系統(tǒng)中，鍵盤和顯示屏組成人機交互界面并與微處理器相連，微處理器通過A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換模塊與后級隔離輸出系統(tǒng)相連，微處理器通過通信模塊經(jīng)MODBUS協(xié)議與上位機通信； 所述后級隔離輸出系統(tǒng)中，發(fā)送機外部輸入端口、隔離整流模塊、穩(wěn)流模塊和逆變模塊依次連接；輔助電源模塊連接發(fā)送機外部輸入端口和其他各模塊的供電端，負(fù)責(zé)為各模塊提供工作電源；采樣模塊連接穩(wěn)流模塊和前級單片機系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)換模塊；調(diào)制信號隔離驅(qū)動模塊連接接收機和逆變模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能礦用電法超前探測信號發(fā)送機，其特征在于，能按要求發(fā)出直流激勵信號、單頻方波激勵信號和多頻調(diào)制方波激勵信號，且每種激勵信號的強度可調(diào)；整流隔離穩(wěn)壓電路和穩(wěn)流電路均采用開關(guān)電源原理，不僅提高了發(fā)送機的效率，而且增加了橫流控制的穩(wěn)定性；本發(fā)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(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】吳淼, 張金濤, 周游, 呂一鳴, 劉志民, 劉希高 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)