本实用新型专利技术公开了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，其特征在于：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进行存储、显示等。利用本实用新型专利技术，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。仪器内部电路设计符合煤矿安全生产技术规范和要求，可用于煤矿井下巷道超前探测。
【技术实现步骤摘要】
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
本技术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 装直。
技术介绍
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专利技术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。
技术实现思路
本技术的主要目的在于，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。 本技术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 2(Lffz ,频率分辨率可到OJOLffz ,相位范围为，相位分辨率为〇J〇flle。 本技术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.本技术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.本技术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。 3.本技术数字锁相放大模块产生的数字调制方波控制信号控制发射装置产 生双频调制方波电流，经过功率放大之后供入煤岩产生激发极化效应，测量时通过激发极 化电位信号与数字正弦参考信号进行相关运算提取激发极化信息，由于数字调制方波控制 信号与数字正弦参考信号采用同一时钟，保证频率与相位的严格同步，提高了探测的精度。 4.本技术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。 上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技 术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本技术的较佳实施例并配合附图详 细说明如后。 本技术的【具体实施方式】由以下实施例及其附图详细给出。 【附图说明】 图1是本技术系统结构框图。 图2是本技术数字锁相放大模块结构框图。 图3、4、5、6、7、8、9是本技术数字锁相放大模块电路原理图。 图10是本技术数字锁相放大模块的数字调制方波控制信号发生模块时序仿 真图。 其中，1.前级信号处理模块，2.斩波放大模块,3. A/D转换电路，4.锁相放大模 块，5.单片机系统，11.输入保护电路，12.前置放大电路，13.工频陷波电路，14.低通 滤波电路，15.斩波调制电路，16.程控放大电路，17.斩波解调电路，18.低通滤波电路， 19.时钟管理模块，20.数字正弦参考信号发生模块，21. 4路PSD模块，22. 4路可编程 FIR数字滤波器组，23. 2路矢量运算模块，24.数字调制方波控制信号发生模块，25.微处 理器，26.显示模块，27.存储模块，28.键盘模块，29.通信模块。 【具体实施方式】 以下结合附图和实施例对本技术做进一步说明。本实施例不得用于解释对本 技术保护范围的限制。 图1、图2中，本实施例由前级信号处理模块（1)、斩波放大模块（2)、A/D转换电路 (3)、数字锁相放大模块（4)及单片机系统（5)构成。 所述前级信号处理模块（1)包括输入保护电路（1)、前置放大电路（2)、工频陷波 电路（3)、低通滤波电路（4)，该模块的作用是尽可能不失真的获取接收电极探测的电压信 号，同时对信号进行初步的工频陷波及滤波等处理以提高信噪比。 1.所述输入保护电路（11)的作用是防止过大的浪涌电压对后面电路的影响。 2.所述前置放大电路（12)的作用是进行阻抗变换，要求具有高输入阻抗、高共模 抑制比、低噪声、低漂移以及抗冲击等特点。本本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种动态定向电场激励法煤巷综掘超前探测接收装置，其特征在于：由前级信号处理模块（1）、斩波放大模块（2）、A/D转换电路（3）、数字锁相放大模块（4）及单片机系统（5）组成，激电信号依次通过前级信号处理模块（1）、斩波放大模块（2）、A/D转换电路（3）后经数字锁相放大模块（4）处理送入单片机系统（5），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（1）包括输入保护电路（11）、前置放大电路（12）、工频陷波电路（13）及低通滤波电路（14）；所述斩波放大模块（2）包括斩波调制电路（15）、程控放大电路（16）、斩波解调电路（17）、低通滤波电路（18）；所述数字锁相放大模块（4）采用FPGA芯片编程实现，芯片内部包括同步时钟模块（19）、数字正弦参考信号发生模块（20）、4路PSD模块（21）、4路可编程FIR数字滤波器组（22）、2路矢量运算模块（23）以及数字调制方波控制信号发生模块（24）；所述单片机系统（3）包括微处理器（25）、显示模块（26）、存储模块（27）、键盘模块（28）、通信模块（29）。
【技术特征摘要】
1. 一种动态定向电场激励法煤巷综掘超前探测接收装置，其特征在于：由前级信号处 理模块（1)、斩波放大模块（2)、A/D转换电路（3)、数字锁相放大模块（4)及单片机系统（5) 组成，激电信号依次通过前级信号处理模块（1)、斩波放大模块（2)、A/D转换电路（3)后经 数字锁相放大模块（4)处理送入单片机系统（5)，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（1)包括输入保护电路（11)、前置放大电路（12)、工频陷波电 路（13)及低通滤波电路（14); 所述斩波放大模块（2)包括斩波调制电路（15)、程控放大电路（16)、斩波解调电路 (17)、低通滤波电路（18); 所述数字锁相放大模块（4)采用FPGA芯片编程实现，芯片内部包括同步时钟模块 (19)、数字正弦参考信号发生模块（20)、4路PSD模块（21)、4路可编程FIR数字滤波器组 (22)、2路矢量运算模块（23)以及数字调制方波控制信号发生模块（...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴淼，刘希高，杜毅博，刘志民，张金涛，周游，吕一鸣，郝建生，马昭，王学成，王传武，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：新型
国别省市：北京;11
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