一種金屬礦采空區(qū)探測裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種金屬礦采空區(qū)探測裝置，包括發(fā)射機與接收機，所述發(fā)射機與發(fā)射線圈連接，所述接收機與接收線圈連接，通過所述發(fā)射機與所述接收機連接后同步接收機的接收時間，所述發(fā)射機包括：MCU，為控制核心；波段開關組，與所述MCU連接用于進行參數設置；儲能電容，與MCU之間通過DC?DC升壓電路連接后通過DC?DC升壓電路對儲能電容充電至設置的電壓值；電壓采集電路，連接在MCU與儲能電容之間，采集儲能電容的電壓值并傳遞至MCU；IGBT橋路，與所述儲能電容連接，并通過IGBT驅動電路在MCU的控制下通斷使儲能電容向發(fā)射線圈發(fā)射交變雙極性矩形脈沖。能實現對金屬礦采空區(qū)進行有效探測，進而為礦區(qū)安全生產提供保障。
【專利說明】
一種金屬礦采空區(qū)探測裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于地球物理勘探領域，尤其涉及一種金屬礦采空區(qū)探測裝置。
【背景技術】
[0002]從20世紀中后期至今，我國基礎建設不斷開展，對金屬礦產資源的需求和使用一直處于快速增長階段，目前我國有I萬多座地下金屬礦山，每年產出20多億噸礦石。然而金屬礦產資源開采利用過后，由于地質條件的改變形成了大量的采空區(qū)，大量采空區(qū)的存在使礦山開采條件惡化，地下巖體原有的力學平衡被打破，隨時可能發(fā)生位移、巖爆等事故；更嚴重的是采空區(qū)會被瓦斯、地下水等充填，在未探明情況之前施工存在巨大的安全隱患。因此探測采空區(qū)一直是資源勘探領域必須面對的難題。
[0003]現階段，國內少有針對金屬礦采空區(qū)的探測方法，一般是沿用煤礦采空區(qū)傳統的瞬變電磁法。瞬變電磁法是以電磁感應原理為基礎，當發(fā)射線圈中的發(fā)射電流突然降為零時，線圈周圍會感應出一次場，一次場傳播過程中會在地下導電介質中產生渦旋電流，渦旋電流在變化過程中會向地表傳播二次場，通過對二次場進行接收和反演來判斷地質異常體。在金屬礦山中，由于地質體電阻率低，地下會形成若干個不規(guī)則屏蔽層，必須采用大電流設計才能將信號穿透;同時為了保證采空區(qū)的探測精度，必須采用小線圈設計。小線圈大電流的設計必然導致線圈電感量大，這樣就使得發(fā)射電流不能實現瞬間關斷而是產生了一段關斷時間，這段時間內本就微弱的接收信號中又混入強發(fā)射信號，無法進行分析反演，稱為死區(qū)時間。死區(qū)時間過長使得該部分接收信號無法被有效利用，進而導致采空區(qū)被漏報。因此需要進行重新設計才可應用于金屬礦山。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種金屬礦采空區(qū)探測裝置，在野外條件下實現小線圈大功率發(fā)射，探測深度大、精度高、可靠性強。
[0005]—種金屬礦采空區(qū)探測裝置，包括發(fā)射機與接收機，所述發(fā)射機與發(fā)射線圈連接，所述接收機與接收線圈連接，通過所述發(fā)射機與所述接收機連接后同步接收機的接收時間，所述發(fā)射機包括:
[0006]MCU，為控制核心；
[0007]波段開關組，與所述MCU連接用于進行參數設置；
[0008]儲能電容，與M⑶之間通過DC-DC升壓電路連接后通過DC-DC升壓電路對儲能電容充電至設置的電壓值；
[0009]電壓采集電路，連接在MCU與儲能電容之間，采集儲能電容的電壓值并傳遞至MCU;
[0010]IGBT橋路，與所述儲能電容連接，并通過IGBT驅動電路在M⑶的控制下通斷使儲能電容向發(fā)射線圈發(fā)射交變雙極性矩形脈沖。
[0011 ]進一步地，所述接收機包括:
[0012]衰減電路，與接收線圈連接，將接收線圈接收的信號按照衰減倍數調節(jié)；
[0013]波段開關，與所述衰減電路連接設定接收信號的衰減幅度；
[0014]PC機，依次通過AD采集電路以及調理電路與衰減電路連接，信號經調理電路調節(jié)后，通過AD采集電路的轉換傳遞至PC機，所述PC機與發(fā)射機連接后接收發(fā)射機發(fā)出的同步信號，并對數據進行處理。
[0015]進一步地，AD采集電路的輸出端通過串口與PC機相連。
[0016]進一步地，所述PC機為平板PC機。
[0017]本發(fā)明是這樣實現的，
[0018]本發(fā)明與現有技術相比，有益效果在于:本發(fā)明通過控制儲能電容的充放電，實現了野外條件下大功率信號的發(fā)射;通過波段開關組來設置各種測量參數使得操作簡單，提高了野外條件下儀器的可靠性;該方法可以在野外條件下實現小線圈大功率發(fā)射，探測深度大、精度高、可靠性強。能實現對金屬礦采空區(qū)進行有效探測，進而為礦區(qū)安全生產提供保障。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實施例提供的設備的模塊結構框圖。
【具體實施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明是這樣實現的:一種金屬礦采空區(qū)探測裝置，采用的探測裝置包括發(fā)射機10、接收機17、發(fā)射線圈6和接收線圈7。發(fā)射機10包括波段開關組1、M⑶2、DC-DC升壓電路3、儲能電容4、IGBT橋路5、IGBT驅動電路9以及電壓采集電路8;波段開關組I與MCU2相連接進行參數設置，MCU2與IGBT驅動電路9相連，IGBT驅動電路9連接到IGBT橋路5控制其通斷，MCU2與DC-DC升壓電路3相連，DC-DC升壓電路3連接到儲能電容4對其充電，儲能電容4通過電壓采集電路8與MCU2相連接，同時儲能電容4與IGBT橋路5連接，IGBT橋路5的輸出端與發(fā)射線圈6相連。接收機17包括衰減電路12、調理電路13、AD采集電路14、平板PC16以及波段開關11;接收線圈7與衰減電路12相連接，衰減電路12的輸出端與調理電路13連接，同時衰減電路12與波段開關11相連，接收其衰減倍數指令，調理電路13的輸出端與AD采集電路14相連，AD采集電路14的輸出端通過串口 15連接到平板PC16進行數據處理，平板PC16與發(fā)射機10的MCU2連接用來接收其發(fā)出的同步信號。具體工作過程包括如下步驟:
[0022]I)調節(jié)發(fā)射機10的波段開關組I對MCU2設定本次測量的相應參數，包括發(fā)射電壓V、發(fā)射時間11、延時時間12和采集時間t4等；調節(jié)接收機17上的波段開關11來設定接收信號的衰減幅度；
[0023]2)MCU2控制DC-DC升壓電路3對儲能電容4充電，同時電壓采集電路8不斷檢測儲能電容4的電壓Vl，并將其反饋到MCU2。如果當前電壓小于I)中設定的電壓，S卩:VI < V，則繼續(xù)充電；
[0024]3)如果當前電壓大于或等于I)中設定的電壓，S卩:Vl彡V，則停止充電，同時MCU2通過控制IGBT驅動電路9來控制IGBT橋路5的通斷，IGBT橋路5作為開關型器件位于儲能電容4和發(fā)射線圈6之間，MCU2通過控制IGBT橋路5的通斷使儲能電容4向發(fā)射線圈6發(fā)射交變雙極性矩形脈沖，幅值大小為V，發(fā)射線圈6向地下發(fā)射一次場，一次場穿過探測區(qū)域的地質體，會產生電流，當電流再次變化時就會產生二次場，此時MCU2向接收機17發(fā)出同步信號；
[0025]4) 二次場信號被接收線圈7捕捉到后傳遞到接收機17，在此會經過一系列的處理，包括根據步驟I)中的設定通過信號衰減電路12、調理電路13、AD采集電路14，最后通過串口15將數據傳到平板PC16，平板PC16接收到步驟3)中MCU2發(fā)出的同步信號后開始對串口 15傳來的數據進行記錄，至此完成單個測量點的單個電壓等級測量；
[0026]此裝置中MCU2是核心，精確控制各個模塊協同工作，MUC2時序控制流程如下:檢測當前電容電壓VI，若Vl <V，則向DC-DC升壓電路3發(fā)出充電信號，若Vl多V，則停止充電并控制IGBT橋路5發(fā)射正向電流脈沖，持續(xù)時間tl后停止發(fā)射，再等待時間t2后向接收機17的平板PC16發(fā)出同步信號，持續(xù)時間t3后停止發(fā)射，再等待時間t4后，檢測當前電容電壓VI，若V1<V，開始向DC—DC升壓電路3發(fā)出充電信號，直至檢測到Vl多V，則停止充電并控制IGBT橋路5發(fā)射反向電流脈沖，重復上述過程直至探測結束。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種金屬礦采空區(qū)探測裝置，其特征在于，包括發(fā)射機與接收機，所述發(fā)射機與發(fā)射線圈連接，所述接收機與接收線圈連接，通過所述發(fā)射機與所述接收機連接后同步接收機的接收時間，所述發(fā)射機包括: MCU，為控制核心； 波段開關組，與所述MCU連接用于進行參數設置； 儲能電容，與MCU之間通過DC-DC升壓電路連接后通過DC-DC升壓電路對儲能電容充電至設置的電壓值； 電壓采集電路，連接在MCU與儲能電容之間，采集儲能電容的電壓值并傳遞至MCU; IGBT橋路，與所述儲能電容連接，并通過IGBT驅動電路在MCU的控制下通斷使儲能電容向發(fā)射線圈發(fā)射交變雙極性矩形脈沖。2.按照權利要求1所述的金屬礦采空區(qū)探測裝置，其特征在于，所述接收機包括: 衰減電路，與接收線圈連接，將接收線圈接收的信號按照衰減倍數調節(jié)； 波段開關，與所述衰減電路連接設定接收信號的衰減幅度； PC機，依次通過AD采集電路以及調理電路與衰減電路連接，信號經調理電路調節(jié)后，通過AD采集電路的轉換傳遞至PC機，所述PC機與發(fā)射機連接后接收發(fā)射機發(fā)出的同步信號，并對數據進行處理。3.按照權利要求2所述的金屬礦采空區(qū)探測裝置，其特征在于，AD采集電路的輸出端通過串口與PC機相連。4.按照權利要求2所述的金屬礦采空區(qū)探測裝置，其特征在于，所述PC機為平板PC機。
【文檔編號】G01V3/10GK205507109SQ201620319096
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】段清明, 孟健, 尚芮, 王超群
【申請人】吉林大學