CN215180936U - 一种采空区及废巷道的探查装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采空区及废巷道的探查装置，应用于物理勘探领域，包括：发射装置、瞬变电磁仪、信号处理装置、采集终端及电源；该探查装置的有效测量范围大、灵敏度高，并且能够有效提高抗干扰能力，有利于对矿采空区及废巷道进行有效探测，进而为矿区安全生产提供保障。

Description

一种采空区及废巷道的探查装置

技术领域

本实用新型涉及物理勘探领域，更具体的说是涉及一种采空区及废巷道的探查装置。

背景技术

采空区是由人为挖掘或者天然地质运动在地表下面产生的“空洞”，采空区的存在使得矿山的安全生产面临安全问题，人员与机械设备都可能掉入采空区内部受到伤害。

目前，探测采空区以及废巷道用的最多的物探方法是瞬变电磁法，瞬变电测法是向地下发射一次脉冲磁场的间歇期间，观测由地下地质体收激引起的涡流产生的随时间变化的感应二次场，二次场的大小与地下地质体的电性有关；低阻地质体感应二次场衰减速度较慢，二次场压力较大，高阻地质体感应二次场衰减速度较快，二次场电压较小。根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断地下地质体的电性、性质、规模和产装等，由于瞬间电磁仪接收的信号是二次涡流场的电动势，对二次电位进行归一化处理后，根据归一化二次电位值的变化，间接解决如采空区、废巷道、陷落柱等地址问题，具有近目标体，信号响应强等特点。

但是，瞬变电磁法探测深度有限，当上部采空区距探测位置较远时无法达到理想的探测深度，并且，在探测过程中，发射与接收之间容易产生信号干扰，影响探测精度。

因此，为了提高采空区及废巷道的探查测量范围，耐高温程度等问题，如何提供一种能够解决上述问题的采空区及废巷道的探查装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种采空区及废巷道的探查装置，提高了采空区及废巷道的探查测量范围，并且探查灵敏度高、抗干扰性强、实用性强。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种采空区及废巷道的探查装置，包括：

发射装置，用于提供交变双极性矩形脉冲信号；

瞬变电磁仪，与所述发射装置连接，用于接收并发送信号；

信号处理装置，与所述瞬变电磁仪连接，用于对信号进行处理并发送；

采集终端，与所述信号处理装置连接，用于显示采空区及废巷道最终信号结果；

电源，分别与所述发射装置、瞬变电磁仪、所述信号处理装置、采集终端电性连接，用于提供相应电源。

优选的，所述瞬变电磁仪包括：第一线圈以及第二线圈；

其中，

所述第一线圈发射稳频稳流的交流脉冲激励信号，产生交变磁场；

所述第二线圈接收被测区域的涡流感应信号；

优选的，所述第一线圈的匝数为N匝，所述第二线圈的匝数为M匝，其中，N为正整数，M为奇数。

优选的，所述第一线圈与所述第二线圈为等半径线圈，且所述第一线圈与所述第二线圈重合设置。

优选的，所述发射装置还包括：波段开关组、微处理器、驱动器以及IGBT桥路；

所述波段开关组，用于进行参数设置；

所述微处理器，与所述波段开关组连接，用于根据所述波段开关组设置的参数发送控制信号；

所述驱动器，与所述微处理器连接，用于接收所述微处理器发送的控制信号并执行相应动作；

所述IGBT桥路，与所述驱动器连接，用于在所述微处理器的控制下通过所述驱动器提供给所述第一线圈交变双极性矩形脉冲信号。

优选的，所述信号处理装置为高输入阻抗前置放大器，用于将所述瞬变电磁仪探测的信号进行放大。

优选的，所述采集终端包括：A/D转换器、显示器；

所述A/D转换器的输入与所述信号处理装置连接，信号通过所述A/D转换器的转换传递至所述显示器；

所述显示器显示相应信号信息。

优选的，所述A/D转换器的输出端通过串口与所述显示器连接。

优选的，所述装置、元器件的选择及配套电路均为现有技术。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种采空区及废巷道的探查装置，具有如下有益效果：

(1)瞬变电磁仪中的第一线圈的匝数为多匝，第二线圈的匝数为单匝，以便增强发射磁场，使第一线圈与第二线圈形成部分交叉，抑制第一线圈对第二线圈磁交链作用，使第二线圈不接收直接来自第一线圈的信号，只接收涡流信号，因此，第二线圈的信号是抑制载波的信号，即第二线圈对第一线圈无反射作用，有效提高了抗干扰能力，增大有效测量范围；

(2)采用高输入阻抗前置放大器，可以略去接收回路对涡流信号的反射作用，提高灵敏度；

(3)发射装置中的信号可通过波段开关组根据实际需要进行调节，通过波段开关组来设置各种测量参数使得操作简单，提高了野外条件下仪器的可靠性；

综上所述，本实用新型提供的一种采空区及废巷道的探查装置的有效测量范围大、灵敏度高，并且耐高温，有利于对矿采空区及废巷道进行有效探测，进而为矿区安全生产提供保障。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型提供的采空区及废巷道的探查装置结构示意图；

图2附图为本实施例提供的瞬变电磁仪2结构示意图；

图3附图为本实施例提供的发射装置1结构示意图；

图4附图为本实施例提供的采集终端4机构示意图。

在附图1中：1-发射装置、2-瞬变电磁仪、3-信号处理装置、4-采集终端、5-电源；

在附图2中，21-第一线圈、22-第二线圈；

在附图3中，12-波段开关组、13-微处理器、14-驱动器15-IGBT桥路；

在附图4中，41-A/D转换器、42-显示器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见附图1所示，本实用新型实施例公开了一种采空区及废巷道的探查装置，包括：

发射装置1，用于提供交变双极性矩形脉冲信号；

瞬变电磁仪2，与发射装置1连接，用于接收并发送信号至信号处理装置3；

信号处理装置3，与瞬变电磁仪2连接，用于对信号进行处理并发送至采集终端4；

采集终端4，与信号处理装置3连接，用于显示采空区及废巷道最终信号结果；

电源5，分别与发射装置1、瞬变电磁仪2、信号处理装置3、采集终端4电性连接，用于提供相应电源。

参见附图2所示，在一个具体实施例中，瞬变电磁仪2包括：第一线圈21以及第二线圈22；

其中，

第一线圈21发射稳频稳流的交流脉冲激励信号，产生交变磁场；

第二线圈22接收被测区域的涡流感应信号。

在一个具体实施例中，第一线圈21的匝数为N匝，第二线圈22的匝数为M匝，其中，N为正整数，M为奇数。

在一个具体实施例中，第一线圈21与第二线圈22为等半径线圈，且第一线圈21与第二线圈22重合设置。

参见附图3所示，在一个具体实施例中，发射装置1还包括：波段开关组12、微处理器13、驱动器14以及IGBT桥路15；

波段开关组12，用于进行参数设置；

微处理器13，与波段开关组12连接，用于根据波段开关组12设置的参数发送控制信号；

驱动器14，与微处理器13连接，用于接收微处理器13发送的控制信号并执行相应动作；

IGBT桥路15，与驱动器14连接，用于在微处理器13的控制下通过驱动器14提供给第一线圈21交变双极性矩形脉冲信号。

在一个具体实施例中，信号处理装置3为高输入阻抗前置放大器，用于将瞬变电磁仪2探测的信号进行放大。

参见附图4所示，在一个具体实施例中，采集终端4包括：A/D转换器41、显示器42；

A/D转换器41的输入与信号处理装置3连接，信号通过A/D转换器41的转换传递至显示器42；

显示器42显示相应信号信息。

在一个具体实施例中，A/D转换器41的输出端通过串口与显示器42连接。

优选的，装置、元器件的选择及配套电路均为现有技术。

具体工作过程包括如下步骤：

1)调节波段开关组12对微处理器13设定本次测量的相应参数，包括发射电压、发射时间、延时时间和采集时间等；

2)微处理13通过控制驱动器14来控制IGBT桥路15的通断，微处理器13通过控制IGBT桥路14的通断向第一线圈21发射交变双极性矩形脉冲，第一线圈21向地下发射稳频稳流的交流脉冲激励信号，产生交变磁场，即一次场，一次场穿过探测区域的地质体，会产生励磁电流，此时，励磁电流在第一线圈21内外产生的磁场方向相反，利用抑制载波原理，将第一线圈21与第二线圈22适当的重合一部分，使穿过第二线圈的瞬间磁通量的代数为零，当电流再次变化时就会产生二次场，此时第二线圈接收由地下地质体收激引起二次涡流场的涡流信号，并且，在此过程中，为了提高抗干扰能力，将第一线圈21的匝数设置为正整数，第二线圈22的匝数设置为奇数；

3)在步骤2)的基础上会对信号经过一系列的处理，包括：通过输入阻抗前置放大器将接收的信号与探测距离有关的微弱信号进行放大，经过A/D转换器41，最后通过串口将数据传到显示器42，显示器42进行显示，观测涡流产生的随时间变化的感应二次场，采用高输入阻抗前置放大器；

在上述过程中，电源5为发射装置1、瞬变电磁仪2、信号处理装置3、采集终端4进行供电。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种采空区及废巷道的探查装置，具有如下有益效果：

(1)瞬变电磁仪2中的第一线圈21的匝数为多匝，第二线圈22的匝数为单匝，以便增强发射磁场，使第一线圈21与第二线圈22形成部分交叉，抑制第一线圈21对第二线圈22磁交链作用，使第二线圈22不接收直接来自第一线圈21的信号，只接收涡流信号，因此，第二线圈22的信号是抑制载波的信号，即第二线圈22对第一线圈21无反射作用，有效提高了抗干扰能力，增大有效测量范围；

(2)采用高输入阻抗前置放大器，可以略去接收回路对涡流信号的反射作用，提高灵敏度；

(3)发射装置中的信号可通过波段开关组根据实际需要进行调节，通过波段开关组来设置各种测量参数使得操作简单，提高了野外条件下仪器的可靠性；

综上所述，本实用新型提供的一种采空区及废巷道的探查装置的有效测量范围大、灵敏度高，并且耐高温，有利于对矿采空区及废巷道进行有效探测，进而为矿区安全生产提供保障。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种采空区及废巷道的探查装置，其特征在于，包括：

发射装置(1)，用于提供交变双极性矩形脉冲信号；

瞬变电磁仪(2)，与所述发射装置(1)连接，用于接收并发送信号；

信号处理装置(3)，与所述瞬变电磁仪(2)连接，用于对信号进行处理并发送；

采集终端(4)，与所述信号处理装置(3)连接，用于显示采空区及废巷道最终信号结果；

电源(5)，分别与所述发射装置(1)、瞬变电磁仪(2)、所述信号处理装置(3)、采集终端(4)电性连接，用于提供相应电源。

2.根据权利要求1所述的一种采空区及废巷道的探查装置，其特征在于，所述瞬变电磁仪(2)包括：第一线圈(21)以及第二线圈(22)；

其中，

所述第一线圈(21)发射交流脉冲激励信号，产生交变磁场；

所述第二线圈(22)接收被测区域的涡流感应信号。

3.根据权利要求2所述的一种采空区及废巷道的探查装置，其特征在于，所述第一线圈(21)的匝数为N匝，所述第二线圈(22)的匝数为M匝，其中，N为正整数，M为奇数。

4.根据权利要求3所述的一种采空区及废巷道的探查装置，其特征在于，所述第一线圈(21)与所述第二线圈(22)为等半径线圈，且所述第一线圈(21)与所述第二线圈(22)重合设置。

5.根据权利要求4所述的一种采空区及废巷道的探查装置，其特征在于，所述发射装置(1)还包括：波段开关组(12)、微处理器(13)、驱动器(14)以及IGBT桥路(15)；

所述波段开关组(12)，用于进行参数设置；

所述微处理器(13)，与所述波段开关组(12)连接，用于根据所述波段开关组(12)设置的参数发送控制信号；

所述驱动器(14)，与所述微处理器(13)连接，用于接收所述微处理器(13)发送的控制信号并执行相应动作；

所述IGBT桥路(15)，与所述驱动器(14)连接，用于在所述微处理器(13)的控制下通过所述驱动器(14)提供给所述第一线圈(21)交变双极性矩形脉冲信号。

6.根据权利要求1所述的一种采空区及废巷道的探查装置，其特征在于，所述信号处理装置(3)为高输入阻抗前置放大器，用于将所述瞬变电磁仪(2)探测的信号进行放大。

7.根据权利要求1所述的一种采空区及废巷道的探查装置，其特征在于，所述采集终端(4)包括：A/D转换器(41)、显示器(42)；

所述A/D转换器(41)的输入与所述信号处理装置(3)连接，信号通过所述A/D转换器(41)的转换传递至所述显示器(42)；

所述显示器(42)显示相应信号信息。

8.根据权利要求7所述的一种采空区及废巷道的探查装置，其特征在于，所述A/D转换器(41)的输出端通过串口与所述显示器(42)连接。

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