CN104330829A - 一种多功能矿用电法超前探测信号发送机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多功能矿用电法超前探测信号发送机，其特征在于，可发出电流强度单路可调的直流激励信号、单频方波激励信号和多频调制方波激励信号。整流升压和恒流调控电路均采用开关电源原理，不仅提高了发送机的效率，而且增加了恒流控制的稳定性。本发明可以满足矿井直流电阻率法、直流激电法和双频激电法等多种电法超前探测对激励信号的要求。

Description

一种多功能矿用电法超前探测信号发送机

技术领域

本发明涉及一种煤巷综掘超前探测仪器，属于应用地球物理学电法超前探测技术，特别是涉及一种多功能矿用电法超前探测信号发送机。

技术背景

我国煤炭资源丰富，油气资源相对稀缺的特点，决定了煤炭工业的重要地位。在未来相当长的时期内，煤炭仍将是我国主要的基础能源。然而，我国是世界上煤矿水害最为严重的国家之一。煤矿一旦发生水害将会对生命财产造成巨大的损失。《煤矿防治水规定》指出，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”的十六字原则。十六字原则中“预测预报”工作在首位，可见预测预报工作是防治煤矿水害的重中之重。

现有的煤巷综掘超前探测技术有电法、反射波法和钻探法，其中电法又分为矿井直流电阻率法、直流激电法、双频激电法和瞬变电磁法等。为了提高探测精度，煤巷综掘电法超前探测的发展趋势是多种探测方法综合应用，这就需要有多种激励信号。现有信号发送机发送的激励信号种类单一，在利用多种探测方法进行超前探测时，需要更换不同的信号发送机，不仅增加了工作量，而且降低了探测效率。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能按要求发出直流激励信号、单频激励信号和双频调制激励信号的煤巷综掘超前探测激励信号发送机。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种多功能矿用电法超前探测信号发送机，它由前级单片机系统和后级输出系统组成。

所述前级单片机系统，由显示器、键盘、微处理器、通信模块、A/D和D/A转换模块组成。其特征在于，键盘和显示器构成人机交互界面；微处理器连接各模块进行相应的数据处理；A/D转换和D/A转换模块连接只识别数字信号的微处理器，和只能识别模拟信号的后级输出系统；通信模块主要是与上位机进行通讯。

所述后级输出系统，由辅助电源模块、整流隔离稳压模块、稳流模块、逆变模块和隔离驱动模块顺次连接组成。其特征在于，辅助电源模块为其他各模块提供相应的工作电源；整流隔离稳压模块利用功率开关管控制高频转换器，将煤矿井下127V交流电转换成隔离的直流电压源；稳流模块将直流电压源转换成稳定可调的恒流源；逆变模块按隔离驱动模块的要求将恒流变成不同的激励信号作为发送机的输出；

所述逆变模块是由四个MOS管组成的全桥逆变，其特征在于，利用不同的控制时序控制四个MOS管的开关时序来控制发送机输出信号的种类和频率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下为本发明的较佳实施例，并配合附图详细说明如后。

本发明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是本发明系统结构框图。

图2是本发明整流隔离稳压模块的电路原理图。

图3是本发明恒流模块的电路原理图。

图4是本发明的调制信号隔离驱动模块的电路原理图。

图5是本发明的全桥逆变原理图。

图6是本发明发送双频调制方波信号的控制时序示意图。

图7是本发明发送两种单频方波信号的控制时序示意图。

图8是本发明发送两种直流信号的控制时序示意图。

其中，图1包括：1.前级单片机系统，2.后级输出系统，3.显示器，4.键盘，5.单片机，6.通信模块，7.电流控制信号D/A转换模块，8.采样信号A/D转换模块，9.辅助电源模块，10.整流隔离稳压模块，11.稳流模块，12.逆变模块，13.调制信号隔离驱动模块，14.井下127V交流电输入端口，15.发送机输出端口，16.上位机。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。本实施例不得用于解释对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本实施实例由前级单片机系统（1）和后级输出系统（2）组成。

所述前级单片机系统（1）包括：显示器（3），键盘（4），微处理器（5），通信模块（6），电流控制信号D/A转换模块（7），采样信号A/D转换模块（8）。其中，人机交互界面键盘（4）及显示器（3）与微处理器（5）连接，主要用于设定发出激励信号的强度值和实时显示输出信号的电压、电流值和接地电阻值；微处理器（5）连接各模块进行相应的数据处理；电流控制信号D/A转换模块（7）和采样信号A/D转换模块（8）连接微处理器（6）和稳流模块（11），将微处理器（6）输出的数字控制信号转换成模拟量以便对稳流模块（11）的恒流输出进行控制和采样；通信模块（6）将微处理器（5）与上位机（16）相连，实时输送发送机发出激励信号的电压、电流和接地电阻值信号给上位机（16），以便上位机进行相应的计算。

所述后级输出系统（2），由辅助电源模块（9），整流隔离稳压模块（10），稳流模块（11），逆变模块（12），调制信号隔离驱动模块（13），127V交流电输入端口（14），发送机输出端口（15）。其中，辅助电源模块（9），为其他模块提供各自的工作电源；隔离整流模块（10）连接外部输入端口（14）和稳流模块（11），将煤矿井下127V交流电输入转换成隔离直流恒压源输出并作为稳流模块（11）的输入；稳流模块（11）连接整流隔离稳压模块（10）、电流控制信号D/A转换模块（7），电流控制信号D/A转换模块（7）给出的控制命令将整流隔离稳压模块（10）的输入转换成相应的恒流输出并作为逆变模块（12）的输入，另外它还将后级（2）输出激励信号的电压和电流采样模拟值传送给采样信号A/D转换模块（8）；逆变模块（12）是由四个MOS管组成的全桥逆变电路；调制信号隔离驱动模块（13）是由光耦和三极管以及电阻组成的高稳定性和低功耗MOS管驱动电路，实现调制控制信号的隔离并驱动逆变模块（12）中MOS管的开通与关断。发送机发送调制信号进行超前探测时在数据解释方面需要同频锁相放大处理，故调制信号的控制信号由外部上位机给出。为确保发送机发出的激励信号不受上位机的干扰而进行了隔离处理。

图2是本发明的整流隔离稳压模块（10）电路原理图。输入的127V交流电经整流桥RS407整流后接入变换器T301。变换器T301与功率开关管KA5H0380构成单端反激式开关稳压电源。光耦PC817将变换器的反馈信号隔离传送给KA5H0380的反馈端，通过反馈控制使变换器次级成为直流稳压源。其中，低压为辅助电源，高压接入稳流模块（11）。

图3是本发明稳流模块（11）的电路原理图，其中HLOUT是恒流输出端，IQY是电流取样端，QV是电压取样端，IF是GS3525的反馈端。GS3525的2脚接TL431分压而得的基准电压，电路取样IQY经放大后接入GS3525的1脚作为反馈。这样通过反馈调节GS3525输出QD的高频PWM波的占空比。QD的高频PWM经光耦TLP250控制一个周期内调流功率管IRF640的开通时长，来调节其漏极输出的电流。漏极输出的电流经取样电阻R321取样反馈给GS3525的1脚，这样形成闭环控制，提高了恒流的稳定性。

图4为本发明的调制信号隔离驱动模块（13）的电路原理图。输入是高电平为5V，低电平为0V的控制时序以控制全桥逆变的MOS管的开关，输出接全桥逆变的MOS管的栅极和源极。

图5为本发明逆变模块（12）的原理图。给四个MOS管加不同的开关控制时序，便可将恒流输入逆变成不同的电流激励信号作为发送机的输出。所加控制时序和相应的电流激励信号示意图见图6至图8。

Claims (2)

1.一种多功能矿用电法超前探测信号发送机，其特征在于所述发送机由前级单片机系统和后级隔离输出系统组成：

所述前级单片机系统中，键盘和显示屏组成人机交互界面并与微处理器相连，微处理器通过A/D转换和D/A转换模块与后级隔离输出系统相连，微处理器通过通信模块经MODBUS协议与上位机通信；

所述后级隔离输出系统中，发送机外部输入端口、隔离整流模块、稳流模块和逆变模块依次连接；辅助电源模块连接发送机外部输入端口和其他各模块的供电端，负责为各模块提供工作电源；采样模块连接稳流模块和前级单片机系统中的A/D转换模块；调制信号隔离驱动模块连接接收机和逆变模块。

2.根据权利要求1所述的一种多功能矿用电法超前探测信号发送机，其特征在于，能按要求发出直流激励信号、单频方波激励信号和多频调制方波激励信号，且每种激励信号的强度可调；整流隔离稳压电路和稳流电路均采用开关电源原理，不仅提高了发送机的效率，而且增加了横流控制的稳定性；本发明可以满足矿井直流电法、直流激电法和双频激电法等多种电法超前探测对激励信号的要求。