煤礦采空區(qū)低頻超寬帶雷達檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于物探檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種煤礦采空區(qū)檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是一個能源大國，在現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占到70%以上。近年來，隨著國內(nèi)煤炭經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展以及開采量與深度的不斷加大，采礦安全問題也日益突顯。在煤礦生產(chǎn)掘進過程中，常常存在一些采空區(qū)，使礦井生產(chǎn)面臨很大的安全問題，也嚴重影響煤礦的尚廣尚效。
[0003]探測煤礦生產(chǎn)掘進過程中的采空區(qū)域，屬于礦井物探領(lǐng)域。目前，瞬變電磁探測裝置和地質(zhì)雷達(探地雷達)探測裝置是電磁物探所采用的主要技術(shù)手段。這兩種技術(shù)都建立在煤巖體存在電性差異的基礎(chǔ)上，能探測出淹沒在煤層中電性差異明顯的大尺寸區(qū)域，但仍存在一些應(yīng)用問題。如瞬變電磁探測裝置易受礦井中的金屬管道、輸電線等金屬物的影響，造成假的異常推斷，探測的可靠性較低，并且礦井下瞬變電磁場存在全空間效應(yīng)，對采空區(qū)進行精準定位困難；地質(zhì)雷達探測裝置由于高頻電磁波在地下衰減較大，探測深度較淺。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有礦井采空區(qū)探測技術(shù)的不足，提供一種體積小、測量范圍寬、可靠性良好、分辨率高，適用于井下在線實時檢測使用的煤礦采空區(qū)低頻超寬帶雷達檢測裝置。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種煤礦采空區(qū)低頻超寬帶雷達檢測裝置，包括射頻電路部分、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分、數(shù)據(jù)處理部分和顯控部分；其中，
[0007]所述射頻電路部分包括發(fā)射機、接收機以及具有發(fā)射天線和接收天線的低頻超寬帶多發(fā)多收相控陣天線；
[0008]所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分包括A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)緩沖存儲器；
[0009]所述數(shù)據(jù)處理部分包括DSP芯片、FPGA芯片、EPROM程序存儲器、SDRAM數(shù)據(jù)存儲器、電源、復位電路和時鐘電路；
[0010]所述顯控部分包括USB接口電路和顯控設(shè)備；
[0011]所述射頻電路部分的低頻超寬帶多發(fā)多收相控陣天線中，發(fā)射天線和接收天線均為三個天線陣，發(fā)射天線與發(fā)射機相連，接收天線與接收機相連；所述接收機連接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分中的A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器經(jīng)數(shù)據(jù)緩沖存儲器與數(shù)據(jù)處理部分中的DSP芯片連接，DSP芯片外設(shè)有FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片同時與射頻電路部分中的發(fā)射機、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分中的A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)緩沖存儲器相連，數(shù)據(jù)處理部分中的DSP芯片連接有EPROM程序存儲器和SDRAM數(shù)據(jù)存儲器，DSP芯片還連接有電源、復位電路、時鐘電路；所述顯控部分中的顯控設(shè)備通過USB接口電路與數(shù)據(jù)處理部分中的DSP芯片相連。
[0012]實際工作中，發(fā)射機發(fā)射的低頻超寬帶步進頻信號通過發(fā)射天線發(fā)射出去，接收天線接收信號并送入接收機，然后通過A/D轉(zhuǎn)換后進行數(shù)據(jù)緩存并進入DSP芯片進行數(shù)據(jù)處理，其中EPROM程序存儲器用來存儲系統(tǒng)的自啟動程序，SDRAM存儲器用來存儲數(shù)據(jù)處理的臨時數(shù)據(jù)，處理后的數(shù)據(jù)通過USB接口送入顯控設(shè)備進行顯示和控制。
[0013]上述煤礦采空區(qū)低頻超寬帶雷達檢測裝置中，低頻超寬帶多發(fā)多收相控陣天線為發(fā)射稀疏和接收緊湊相控陣天線，發(fā)射機為采用鎖相環(huán)路(PPL)頻率合成技術(shù)設(shè)計的低頻超寬帶空間步進頻源，接收機為超外差式接收機。
[0014]上述煤礦采空區(qū)低頻超寬帶雷達檢測裝置中，A/D轉(zhuǎn)換器選用型號為14位采樣器AD9245，數(shù)據(jù)緩沖存儲器選用型號為IDT7205。
[0015]上述煤礦采空區(qū)低頻超寬帶雷達檢測裝置中，DSP芯片選用型號為ADI公司的ADSP-TS201S。
[0016]上述煤礦采空區(qū)低頻超寬帶雷達檢測裝置中，USB接口電路采用CY7C68013接口芯片，該電路由復位芯片LC706T，電源供電芯片LT1763和接口芯片CY7C68013組成；USB接口電路能把DSP芯片信號處理結(jié)果送到顯控設(shè)備進行顯示和控制。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有測量范圍寬、可靠性良好、功耗低、便于操作與維護、可在線實時監(jiān)測、分辨率高、體積小等優(yōu)點，實際應(yīng)用中，將傳感器放入空間受限的礦井中，可實時檢測礦井中的采空區(qū)的大小，并能精準定位采空區(qū)的空間位置，對煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本實用新型低頻超寬帶多發(fā)多收天線相控陣的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為本實用新型USB接口電路圖。
[0021]附圖標記如下:
[0022]I一低頻超寬帶多發(fā)多收相控陣天線；2—發(fā)射機；3—接收機；4一A/D轉(zhuǎn)換器；5—數(shù)據(jù)緩沖存儲器；6—DSP芯片；7—FPGA芯片；8—EPROM程序存儲器；9一SDRAM數(shù)據(jù)存儲器；10—電源；11一時鐘電路；12—復位電路；13—USB接口電路；14一顯控設(shè)備；15—射頻電路部分；16—數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分；17—數(shù)據(jù)處理部分；18—顯控部分。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的技術(shù)方案做進一步描述。
[0024]如圖1所示，本實用新型所述的煤礦采空區(qū)低頻超寬帶雷達檢測裝置包括射頻電路部分15、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分16、數(shù)據(jù)處理部分17和顯控部分18。射頻電路部分15包括低頻超寬帶多發(fā)多收相控陣天線1、發(fā)射機2和接收機3。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分16包括A/D轉(zhuǎn)換器4、數(shù)據(jù)緩沖存儲器5。數(shù)據(jù)處理部分17包括DSP芯片6、外設(shè)FPGA 7芯片、EPROM程序存儲器8、SDRAM數(shù)據(jù)存儲器9、電源10、時鐘電路11、復位電路12。顯控部分18包括USB接口電路13和顯控設(shè)備14。
[0025]低頻超寬帶多發(fā)多收陣列相控陣天線I中的三個發(fā)射天線與發(fā)射機2相連，三個接收天線依次連接接收機3、A/D轉(zhuǎn)換器4、數(shù)據(jù)緩沖存儲器5、DSP芯片6 ；DSP芯片6外設(shè)有FPGA 7，F(xiàn)PGA 7與發(fā)射機2、A/D轉(zhuǎn)換器4、數(shù)據(jù)緩沖存儲器5相連，DSP芯片6與EPROM程序存儲器8和SDRAM數(shù)據(jù)存儲器9相連，DSP芯片6還與電源10、時鐘電路11、復位電路12、USB接口電路13相連；顯控設(shè)備14與USB接口電路13相連。
[0026]如圖2所示，低頻超寬帶多發(fā)多收陣列相控陣天線I為發(fā)射稀疏和接收緊湊相控陣天線，該種布陣結(jié)構(gòu)能有效擴展陣列孔徑，提高檢測采空區(qū)的方位分辨率，其中TX-1、TXO、TXl為發(fā)射天線，RX-U RX0, RXl為接收天線，d為陣元間距。
[0027]發(fā)射機2為采用鎖相環(huán)路(PPL)頻率合成技術(shù)設(shè)計的低頻超寬帶空間步進頻源，采用低頻超寬帶空間步進頻信號源，能有效提高采空區(qū)的探測深度和探測采空區(qū)的距離分辨率；接收機3為超外差式接收機，將天線接收的回波信號進行解調(diào)、放大和檢波后送至A/D轉(zhuǎn)換器4。
[0028]所述的A/D采樣器4將接收機3輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，本實用新型選擇14位