CN103472490A - 矿用本安型瞬变电磁仪接收天线 - Google Patents

Abstract

本发明属于地球物理勘探技术领域，涉及一种矿用本安型瞬变电磁仪接收天线。其具有一定的抗干扰能力，满足煤矿安全生产要求，测量方便，便于携带，探测精度高。本发明所采用的技术方案包括：包括外壳，所述的外壳内设置有线圈骨架，所述的线圈骨架上绕设有感应线圈，感应线圈上绕设有屏蔽层，所述的外壳的外表面设置有水平气泡仪，底部设置有信号放大电路、电池组和电源电路，所述的电池组与电源电路连接，所述的线圈骨架内设置有磁棒；所述的信号放大电路包括信号输入模块，信号输入模块依次连接有分时控制模块、信号放大电路、模拟开关和信号输出模块，所述的信号放大电路包括小信号放大电路和大信号放大电路。

Description

矿用本安型瞬变电磁仪接收天线

一、技术领域：

本发明属于地球物理勘探技术领域，涉及一种矿用本安型瞬变电磁仪接收天线。

二、背景技术：

矿井瞬变电磁法简称矿井TEM，是近年来广泛应用于煤矿井下超前探、顶底板水害探测、侧帮及工作面内部水害探测等领域的一种电磁类勘探方法。井下瞬变电磁探测技术领域，国内外仪器普遍应用直径大于1米的多匝线圈作为接收天线，这种接收天线接收信号强，但是很容易受到外界的干扰，因此研究一种能有效接收井下微弱而磁场信号、接收信号灵敏度高，具有一定的抗干扰能力且满足煤矿安全要求的接收天线，对于提高井下瞬变电磁法探测精度具有重要意义。

三、发明内容：

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种矿用本安型瞬变电磁仪接收天线，其具有一定的抗干扰能力，满足煤矿安全生产要求，测量方便，便于携带，探测精度高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种矿用本安型瞬变电磁仪接收天线，包括外壳，其特征在于：所述的外壳内设置有线圈骨架，所述的线圈骨架上绕设有感应线圈，感应线圈上绕设有屏蔽层，所述的外壳的外表面设置有水平气泡仪，底部设置有信号放大电路、电池组和电源电路，所述的电池组与电源电路连接，所述的线圈骨架内设置有磁棒；

所述的信号放大电路包括信号输入模块，信号输入模块依次连接有分时控制模块、信号放大电路、模拟开关和信号输出模块，所述的信号放大电路包括小信号放大电路和大信号放大电路。

所述的外壳的形状为倒“T”型，总长为448mm，材料为尼龙1010。

所述的磁棒的直径为32 mm，长度为340 mm，材料为高磁导率铁氧体磁芯材料。

所述的感应线圈的直径为37 mm，匝数为257匝。

所述的屏蔽层的材料为坡莫合金。 

所述电池组为±7.4 V锂电池。

对采集信号进行分时放大，早期信号进入小信号放大电路进行放大，晚期信号进入大信号放大电路进行放大。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

1、本发明能有效提高接收天线的灵敏度，并具有可变增益功能，对不同大小的信号实现分段放大，对于前期较强信号采用低增益放大，对于后期微弱信号采用高增益放大，确保了有用信号的采集，提高了信号的信噪比，为准确的进行瞬变电磁法探测打好了基础；

2、本发明采用本安型电源电路，具有两级电路过流保护功能，防止产生因故障导致的大电流火花，增加了煤矿井下的安全性能；

     3、本发明采用小型化的结构具有重量小，方便携带，能有效的提高井下施工的工作效率；

    4、本发明根据水平气泡仪可调节接收天线的探测方向，有效提高探测精度；

    5、本发明采用高磁导率的铁氧体磁芯材料加感应线圈的方式，能有效提高接收天线的灵敏度；

    6、 在感应线圈外增加坡莫合金屏蔽层，能有效屏蔽外界电磁干扰，提高信号信噪比。

四、附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的原理示意图；

图3为本发明的电源电路原理示意图；

图4为本发明的信号放大电路原理示意图；

图5为本发明的电源电路图； 

图6为本发明的信号放大电路图；

图 7为本发明的频率响应测试结果图。

附图标记： 1—外壳，2—电池组，3—电源电路，4—信号放大电路，5—线圈骨架，6—感应线圈,7—屏蔽层, 8—磁棒，9—气泡水平仪，10—信号输入模块，11—分时控制模块，12—模拟开关，13—信号输出模块，14—小信号放大电路，15—大信号放大电路。

五、具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：

参见图1: 一种矿用本安型瞬变电磁仪接收天线，包括外壳1，外壳1的外表面设置有水平气泡仪9，外壳1的形状为倒“T”型，总长为448mm，所述的外壳1内设置有线圈骨架5，所述的线圈骨架5上绕设有感应线圈6，所述的感应线圈6的直径为37 mm，匝数为257匝，感应线圈6上绕设有屏蔽层7，所述的屏蔽层7的材料为坡莫合金；所述的外壳1的底部封装有信号放大电路4、电池组2和电源电路3，所述的电池组2与电源电路3连接，为电路提供本安型电源，电池组2为±7.4V锂电池，通过本安型电源电路3，提供±5V，最大短路电流为165mA。所述的线圈骨架5内设置有磁棒8，所述的磁棒8的直径为32 mm，长度为340 mm，材料为高磁导率铁氧体磁芯材料。

所述的外壳连接线圈骨架5一端直径为62 mm，长度为340 mm，连接电池组2及电路板3一端长126 mm，宽98 mm，高62 mm，外壳采用尼龙1010材料，具有很强的机械强度。

参见图2：二次场信号被感应线圈6接收后，在高磁导率铁氧体磁芯材料8的作用下信号增大，通过信号放大电路4，将信号输出。

参见图3：电池组2接入电源电路后，经过两级保护电路，再进行电压变换，然后输出。

参见图4：所述的信号放大电路4包括信号输入模块10，信号输入模块10依次连接有分时控制模块11、信号放大电路、模拟开关12和信号输出模块13，所述的信号放大电路包括小信号放大电路14和大信号放大电路15；对采集信号进行分时放大，早期信号进入小信号放大电路14进行放大，晚期信号进入大信号放大电路15进行放大。

二次场信号被感应线圈6接收后，经过分时控制电路，将小信号进行100或1000倍放大，将大信号进行1或10倍放大，然后通过模拟开关控制，将信号输出。

参见图5：电池组电压经过两级恒流管保护之后，送入电源芯片U3、U4进行电压变换，得到接收天线系统所需的±5V电压。

参见图6：二次场信号被感应线圈接收到之后，送入放大器电路U8、U9，在多路开关K1的控制下，对早期较强信号进行1或10倍放大，对晚期微弱信号进行100或1000倍放大，从而提高了有用信号的采集精度，提高了信噪比。 

在实际应用中，感应线圈6可以采用直径0.5mm漆包线制作，屏蔽层7采用坡莫合金制作。

经过试验测试，本发明的新型矿用本安型瞬变电磁仪接收天线具有较宽的频带（0～100 kHz），并且可以根据信号的强弱，对前期信号进行1、10倍，对后期信号100、1000倍的信号放大。

参见图7：瞬变电磁仪接收天线频率响应测试方法，利用外置线框构成直径0.7米,匝数40匝的空心线圈,在线圈中输入100mA电流的扫频信号，在瞬变电磁仪接收天线的输出端用示波器观察对激发信号的响应，扫频范围0-200KHz，天线的输出幅度下降到最大响应频率的10%所对应的两点频率之差定义为接收天线的频率响应范围 ，图中0-200KHz，天线的输出信号较强，其幅值属于接收天线的频率响应范围之内。

Claims (7)

1.一种矿用本安型瞬变电磁仪接收天线，包括外壳（1），其特征在于：所述的外壳（1）内设置有线圈骨架（5），所述的线圈骨架（5）上绕设有感应线圈（6），感应线圈（6）上绕设有屏蔽层（7），所述的外壳（1）的外表面设置有水平气泡仪（9），底部设置有信号放大电路（4）、电池组（2）和电源电路（3），所述的电池组（2）与电源电路（3）连接，所述的线圈骨架（5）内设置有磁棒（8）；

所述的信号放大电路（4）包括信号输入模块（10），信号输入模块（10）依次连接有分时控制模块（11）、信号放大电路、模拟开关（12）和信号输出模块（13），所述的信号放大电路包括小信号放大电路（14）和大信号放大电路（15）。

2.根据权利要求1所述的矿用本安型瞬变电磁仪接收天线，其特征在于：所述的外壳（1）的形状为倒“T”型，总长为448mm，材料为尼龙1010。

3.根据权利要求1或2所述的矿用本安型瞬变电磁仪接收天线，其特征在于：所述的磁棒（8）的直径为32 mm，长度为340 mm，材料为高磁导率铁氧体磁芯材料。

4.根据权利要求3所述的矿用本安型瞬变电磁仪接收天线，其特征在于：所述的感应线圈（6）的直径为37 mm，匝数为257匝。

5.根据权利要求4所述的矿用本安型瞬变电磁仪接收天线，其特征在于：所述的屏蔽层（7）的材料为坡莫合金。 

6.根据权利要求5所述的矿用本安型瞬变电磁仪接收天线，其特征在于：所述电池组（2）为±7.4 V锂电池。

7.根据权利要求6所述的矿用本安型瞬变电磁仪接收天线，其特征在于：其特征在于：对采集信号进行分时放大，早期信号进入小信号放大电路（14）进行放大，晚期信号进入大信号放大电路（15）进行放大。

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