CN203452853U - 一种用于煤与瓦斯突出监测的三维电磁辐射感应探测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于煤与瓦斯突出监测的三维电磁辐射感应探测装置，其构成包括外壳、偶极天线和射频前端，偶极天线由在X轴、Y轴和Z轴3个空间相互垂直的偶极子天线组成；在外壳内装有超外差接收模块、滤波模块、放大模块、模数转换模块、基于FPGA的信号处理器和微处理器。本实用新型是一种利用电磁辐射监测技术预测预报煤与瓦斯突出的监测仪器，具有快捷有效，可靠性高，能够实现煤与瓦斯突出的实时动态预测等特点，可应用于探测煤与瓦斯突出时产生的电磁辐射信号，也可以应用于探测各类通信设备、雷达、电视和广播发射装置、电磁医疗和诊断设备、家用电器等辐射的电磁信号，具有较大的市场空间。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电磁辐射感应探测装置，特别是一种用于煤与瓦斯突出监测的三维电磁辐射感应探测装置。
背景技术
煤与瓦斯突出是煤矿生产中的重大自然灾害之一。近年来，随着煤炭开采强度的增加和开采规模的扩大，煤与瓦斯突出发生的强度及造成的人员伤亡呈明显的增长趋势。煤与瓦斯突出预测预报是突出防治的重要环节。目前对采掘工作面瓦斯突出危险性的预测预报，主要采用打钻来测量钻孔瓦斯涌出量，这种钻孔测量法在钻孔附近取得预测结果仅仅是局部的，并不能完全代表整个预测范围内煤与瓦斯突出的危险性，并且这种方法需占用煤炭开采的作业时间和空间，对生产有一定的影响，且工作量大，预测周期长，可靠性不高，而且这种预测瓦斯突出的方法是静态的，不能实时监测到煤与瓦斯的动态变化情况。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种用于煤与瓦斯突出监测的三维电磁辐射感应探测装置，该装置利用电磁辐射监测技术预测预报煤与瓦斯突出，快捷有效，可靠性高，能够实现煤与瓦斯突出的实时动态预测。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：
用于煤与瓦斯突出监测的三维电磁辐射感应探测装置。其构成包括外壳、偶极天线和射频前端，所述的偶极天线是由在X轴、Y轴和Z轴3个空间相互垂直的偶极子天线组成；在外壳内装有超外差接收模块、滤波模块、放大模块、模数转换模块、信号处理器和微处理器；偶极天线连接超外差接收模块，超外差接收模块连接滤波模块，滤波模块连接放大模块，放大模块连接模数转换模块，模数转换模块连接信号处理器，信号处理器连接微处理器；微处理器分别连接显示模块、RS232通讯接口和FFT处理模块。
上述的用于煤与瓦斯突出监测的三维电磁辐射感应探测装置中，所述的射频前端由预选器、限幅器、第一解调器、第一锁相环电路、第一带通滤波器、放大器和第二解调器、第二锁相环电路、可调增益放大器、第二带通滤波器组成；预选器一端连接天线、另一端连接限幅器，限幅器连接第一解调器，第一解调器分别连接第一锁相环电路和第一带通滤波器，第一带通滤波器连接放大器，放大器连接第二解调器，第二解调器连接可调增益放大器和第二锁相环电路，可调增益放大器连接第二带通滤波器；第一锁相环电路和第二锁相环电路连接频率源，频率源连接96MHz参考频率。
前述的用于煤与瓦斯突出监测的三维电磁辐射感应探测装置中，所述的偶极子天线由两根导体组成，导体每根为1/4波长。
磁辐射(Electro magnetic emission，EME)是煤岩体受载变形破裂过程中向外辐射电磁能量的过程，与煤岩体的受载状况及变形破裂过程密切相关。本实用新型是一种利用电磁辐射监测技术预测预报煤与瓦斯突出的监测仪器，与传统的钻孔测量法相比，无需占用煤炭开采的作业时间和空间，对生产没有影响，快捷有效，可靠性高，并且不受人工等外界因素的干扰，而且能够实现煤与瓦斯突出的实时动态预测。
与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：
(1)本实用新型采用在X轴、Y轴和Z轴3个空间相互垂直的偶极天线感应探测电磁辐射信号，并利用超外差接收原理，通过混频、放大、滤波、模数转换等处理，完成感应电磁辐射信号的处理，既可分别独立探测空间三个相互垂直的电磁辐射信号，也可进行三维电磁辐射信号的综合探测，可以满足不同的探测电磁辐射的应用需要。本实用新型的电磁辐射探测频率范围为100kHz～3GHz，电场感应灵敏度为0.1V/m，输出电磁辐射信号中心频率为36MHz，带宽为6MHz，可应用于探测煤与瓦斯突出时产生的电磁辐射信号，也可以应用于探测各类通信设备、雷达、电视和广播发射装置、电磁医疗和诊断设备、家用电器等辐射的电磁信号，应用范围广，具有较大的市场空间。
(2)本实用新型针对煤与瓦斯突出时产生的电磁辐射信号微弱的情况，在其射频前端采用具有良好单向性能和反向隔离性能的预选器，以抑制外界干扰信号和避免本振信号通过天线泄漏；为防止电磁辐射信号过大，采用限幅器对过强的电磁辐射信号进行衰减，并且采用频率锁相环电路，通过96MHz参考频率，生成频率范围分别为3972～6972MHz的第一本振信号和3936MHz的第二本振信号，实现两次变频，以提高感应电磁辐射信号的灵敏度。
附图说明
图1是本实用新型的结构原理图；
图2是本实用新型的偶极天线结构示意图；
图3是本实用新型的射频前端构成原理图；
图4是本实用新型的变频原理图；
图5是本实用新型的数据处理部分硬件构成原理图。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。
具体实施方式
实施例1。如图1所示，包括外壳、偶极天线和射频前端，偶极天线是由在X轴、Y轴和Z轴3个空间相互垂直的偶极子天线组成，偶极子天线由两根导体组成，导体每根为1/4波长，即天线总长度为半波长，天线结构如图2所示，图中X为X轴偶极天线，Y为Y轴偶极天线，Z为Z轴偶极天线。采用这个装置可分别测得X轴，Y轴，Z轴三个方向电场值Ex，Ey，Ez，总电场值E可由式(1)计算：
空间平均电场则可由式(2)计算：
在外壳内装有超外差接收模块、滤波模块、放大模块、模数转换模块、基于FPGA(Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)的信号处理器和微处理器；偶极天线连接超外差接收模块，超外差接收模块连接滤波模块，滤波模块连接放大模块，放大模块连接模数转换模块，模数转换模块连接基于FPGA的信号处理器，基于FPGA的信号处理器连接微处理器；微处理器分别连接显示模块、RS232通讯接口和FFT处理模块，通过RS232通讯接口可以输出中心频率为36MHz，带宽为6MHz的电磁辐射信号，也可实时进行FFT(快速傅立叶)等信号处理。本装置主要技术指标如下：
1.电磁辐射探测频率范围：100kHz～3GH
2.电场感应灵敏度为0.1V/m
3.输出接口：RS232，输出电磁辐射信号
4.输出信号：输出电磁辐射信号中心频率为36MHz，带宽为6MHz。
本装置的射频前端采用两次变频方案，由预选器、限幅器、第一解调器、第一锁相环电路、第一带通滤波器、放大器和第二解调器、第二锁相环电路、可调增益放大器、第二带通滤波器组成，如图3所示；其中的预选器具有良好的单向性能和反向隔离性能，以抑制外界干扰信号和避免本振信号通过天线泄漏；为防止电磁辐射信号过大，采用限幅器对过强的电磁辐射信号进行衰减。采用第一带通滤波器和第二带通滤波器是为了滤除混频后的噪声，而放大器和可调增益放大器是为了补偿混频损耗。预选器一端连接天线、另一端连接限幅器，限幅器连接第一解调器，第一解调器分别连接第一锁相环电路和第一带通滤波器，第一带通滤波器连接放大器，放大器连接第二解调器，第二解调器连接可调增益放大器和第二锁相环电路，可调增益放大器连接第二带通滤波器；第一锁相环电路和第二锁相环电路连接频率源，频率源连接96MHz参考频率。采用第一锁相环电路和第二锁相环电路，通过96MHz参考频率，生成频率范围分别为3972～6972MHz的第一本振信号和3936MHz的第二本振信号，以实现两次变频，提高感应电磁辐射信号的灵敏度，其变频原理是将锁相环电路生成的本振信号与感应到的电磁辐射信号混频，将电磁辐射信号频率变为某个预先确定的频率，它的工作原理如图4所示。图4中，如果中频设为4GHz，电磁辐射信号频率Fin为100MHz，那么锁相环生成的本振信号频率Fvco为4.1GHz。而当输入频率Fin为0～3GHz，Fvco则对应为4～7GHz。
本装置的数据处理硬件部分包括A/D转换器、数字信号处理器、FPGA、存储器等，如图5所示，其中的A/D转换(模数转换)，完成电磁辐射信号从模拟量到数字量的转换；键盘扫描，完成扫描键盘I/O口，设置状态字，及时通知模式选择进行键盘处理；显示模块，将探测到的电磁辐射数据输出到显示器上；RS232，将探测到的电磁辐射数据输出到RS232接口，实现电磁辐射信号的远程处理。
本实用新型的实施方式不限于上述实施例，在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出的各种变化均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于煤与瓦斯突出监测的三维电磁辐射感应探测装置，包括外壳、偶极天线和射频前端，其特征在于：所述的偶极天线由在X轴、Y轴和Z轴3个空间相互垂直的偶极子天线组成；在外壳内装有超外差接收模块、滤波模块、放大模块、模数转换模块、信号处理器和微处理器；偶极天线连接超外差接收模块，超外差接收模块连接滤波模块，滤波模块连接放大模块，放大模块连接模数转换模块，模数转换模块连接信号处理器，信号处理器连接微处理器；微处理器分别连接显示模块、RS232通讯接口和FFT处理模块。
2.根据权利要求1所述的用于煤与瓦斯突出监测的三维电磁辐射感应探测装置，其特征在于：所述的射频前端由预选器、限幅器、第一解调器、第一锁相环电路、第一带通滤波器、放大器和第二解调器、第二锁相环电路、可调增益放大器、第二带通滤波器组成；预选器一端连接天线、另一端连接限幅器，限幅器连接第一解调器，第一解调器分别连接第一锁相环电路和第一带通滤波器，第一带通滤波器连接放大器，放大器连接第二解调器，第二解调器连接可调增益放大器和第二锁相环电路，可调增益放大器连接第二带通滤波器；第一锁相环电路和第二锁相环电路连接频率源，频率源连接96MHz参考频率。
3.根据权利要求1所述的用于煤与瓦斯突出监测的三维电磁辐射感应探测装置，其特征在于：所述的偶极子天线由两根导体组成，导体每根为1/4波长。
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| CN201320604113.3U CN203452853U (zh) | 2013-09-18 | 2013-09-18 | 一种用于煤与瓦斯突出监测的三维电磁辐射感应探测装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015172750A1 (zh) * | 2014-05-16 | 2015-11-19 | 王恩元 | 矿井隐蔽火灾危险电磁辐射探测装置及方法 |
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2013
- 2013-09-18 CN CN201320604113.3U patent/CN203452853U/zh not_active Expired - Fee Related
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