本安型瞬变电磁仪的制作方法

1.本实用新型涉及矿用勘探设备技术领域，具体涉及一种本安型瞬变电磁仪。


背景技术：

2.随着我国煤矿产业的不断发展，现在的矿井深度不断加大，井下矿产工作的安全也越来越重要，因此对井下的探测要求也越来越高。目前我国对于井下勘探的方法主要有钻探法、矿井直流电法、音频电透视法、瞬变电磁法等，其中瞬变电磁法最近几年被广泛应用于矿井探测，成为了最具发展前景的地质勘探方法。
3.瞬变电磁法也成时间域电磁法，简称tem，是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。简单地说，瞬变电磁法的基本原理就是电磁感应定律。
4.现有技术中，有一种矿用本安型瞬变电磁仪主机。其具有独立的随时电量显示功能，满足煤矿安全生产要求，测量方便，便于携带，探测精度高。本实用新型采用的技术方案包括壳体和提手，所述的壳体内设置有支架，支架将壳体分为上下两层，上层设置有仪器面板，下层设置有电池组、电源发射电路和控制采集电路，所述的电池组与电源发射电路连接，所述的仪器面板上端面设置有数码管。
5.虽然该方案能够将本安型瞬变电磁仪带入井下进行探测且探测精度相对较高，但是其功耗与体积都相对来说较大，并且其采集效率导致瞬变电磁仪工作耗能严重且不便携带。故，现在需要研制一种体积小、功耗低且采集效率高的本安型瞬变电磁仪。


技术实现要素：

6.本实用新型的解决的技术问题在于提供一种体积小、功耗低且采集效率高的本安型瞬变电磁仪。
7.本实用新型提供的基础方案为：本安型瞬变电磁仪，包括壳体和提手，所述壳体内部设有发射机和接收机，所述壳体侧面开设有凹槽，所述凹槽旁设有控制面板，所述凹槽内设有嵌入式一体机；
8.所述接收机包括嵌入式一体机，和与嵌入式一体机电连接的工控机；
9.所述工控机内包括电源模块、接收线圈模块、前置放大电路模块、低通滤波电路模块、绝对值变换电路模块、瞬时浮点放大电路模块和a/d转换电路模块；
10.所述嵌入式一体机包括显示屏幕和处理器；
11.所述发射机包括发射线圈模块和快速关断电路模块。
12.本实用新型的工作原理及优点在于：利用发射机通过发射线圈向煤矿井下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间，通过接收机的接收线圈检测井下地质中引起的二次感应涡流场，从而探测井下地质的电阻率。
13.本实用新型的优点在于，通过将发射线圈和接收线圈的线圈减小，并且通过中心
回线的方式，共用一体式天线，可以将瞬变电磁法由地面转为煤矿井下使用；采用嵌入式一体机，将显示屏幕和处理器集成一体化，缩小瞬变电磁仪的体积，方便带入煤矿井下操作；通过瞬时浮点放大电路模块与所述a/d转换电路模块用来配合实现多通道24位、625k采样率高速采集，并且结合发射机快速关断电路，提高发射电流发射速度和采集速度，从而提高瞬变电磁仪整体探测速度。
14.优选的，作为一种改进，发射线圈模块中的发射线圈采用基于中心回线方式的小线圈瞬变电磁法。
15.用0.2-5米边长或半径单匝或多匝发射线圈,用相同参数或更小面积的接收线圈,再基于中心回线的方式开展瞬变电磁法，探测速度快,分辨率高,比地质雷达探测深度大，尤其适合在隧道、矿井等环境中使用。
16.优选的，作为一种改进，前置放大电路模块包括前置放大电路，前置放大电路采用ina128放大器。
17.ina128放大器具有低功耗、结构简单等特点，且只需调节外部的增益调节电阻即可改变电路的放大倍数，通过将传感器输出的微弱信号放大，以便适应电磁仪中各种测量控制机构的正常工作。
18.优选的，作为一种改进，a/d转换电路模块包括高速a/d转换器，高速a/d转换器包括16位的ads7805芯片。
19.a/d转换电路是数据采集时的核心电路，因为瞬变电磁信号幅值小、动态范围大、早期信号衰减快、晚期信号弱等特点，采用该a/d转换电路使a/d转换速度在100kbps以上，而且因为瞬时浮点放大电路已经提供8位分辨率，则a/d转换器需提供16位分辨率，以使系统的达到24位分辨率。
20.优选的，作为一种改进，瞬时浮点放大电路模块包括8位的瞬时浮点放大器，瞬时浮点放大器用于改变瞬时浮点放大电路模块的放大倍数。
21.瞬时浮点电路能根据采集的需要，改变对信号的放大倍数，以便后续进行分析处理，同时瞬时浮点放大器为8位分辨率，结合a/d转换器提供的16位分辨率，使整个系统的分辨率达到24位。
22.优选的，作为一种改进，瞬时浮点放大电路模块与所述a/d转换电路模块配合高采样率采集数据。
23.瞬时浮点放大电路模块与a/d转换电路模块叠加，实现多通道24位采样率高速采集，能针对瞬变电磁信号进行高效采集。
24.优选的，作为一种改进，低通滤波电路模块包括二阶巴特沃斯低通滤波电路。
25.接收线圈接收到的信号，不可避免地会有高频干扰信号混杂在里面，为了减少干扰，需要使用低通滤波器将干扰信号衰减和滤除，选择二阶巴特沃斯低通滤波电路，具有通频带内的频率响应曲线最大限度平坦响应的特点，能更好地完成消除干扰信号的任务，使采集到的信号更准确。
26.优选的，作为一种改进，二阶巴特沃斯低通滤波电路的增益为1。
27.与其他的滤波器相比，巴特沃斯型滤波器具有通带幅度平坦响应的特点，则增益近似等于1，故选择增益为1的二阶巴特沃斯低通滤波电路，来保证滤波电路模块的滤波效果，从而保证有效电磁信号的采集。
28.优选的，作为一种改进，发射线圈模块与接收线圈模块共用一个一体式天线。
29.将发射线圈和接收线圈共用一个一体式天线，不仅减少了电磁仪的体积，同时通过同一天线避免信号之间产生干扰，减小信号接收或者发射出错的几率。
30.优选的，作为一种改进，显示屏幕为触控式显示屏。
31.显示屏幕选择触控式显示屏，能够减少控制面板的使用，同时在显示屏中触控选择功能，能使操作更流畅，减小操作时间。
附图说明
32.图1为本实用新型本安型瞬变电磁仪实施例一的电磁仪示意图。
33.图2为本实用新型本安型瞬变电磁仪实施例一接收机硬件组成示意图。
34.图3为本实用新型本安型瞬变电磁仪实施例一的前置放大电路图。
35.图4为本实用新型本安型瞬变电磁仪实施例一的二阶巴特沃斯低通滤波电路图。
36.图5为本实用新型本安型瞬变电磁仪实施例一的a/d转换电路示意图。
具体实施方式
37.下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
38.说明书附图中的标记包括：壳体1、提手2、凹槽3、控制面板4、显示屏幕5。
39.实施例一：
40.本实施例基本如附图1所示：本安型瞬变电磁仪，包括一长方体壳体1，壳体1左侧面设有提手2，壳体1内部设有发射机和接收机，壳体1前侧面开设有凹槽3，凹槽3旁设有功能选择的控制面板4，凹槽3内设有嵌入式一体机，包括显示屏幕5和嵌入式微处理器。
41.如附图2所示，接收机包括嵌入式一体机，和分别与嵌入式一体机电连接的工控机，工控机内集成有电源模块、接收线圈模块、前置放大电路模块、低通滤波电路模块、绝对值变换电路模块、瞬时浮点放大电路模块和a/d转换电路模块；发射机包括发射线圈模块和快速关断电路模块。发射线圈模块中的发射线圈采用基于中心回线方式的小线圈瞬变电磁法，发射线圈模块与所述接收线圈模块共用一个一体式天线。
42.电源模块为瞬变电磁仪各部件提供正常工作电源。
43.如附图3所示，前置放大电路图中，放大器ina128的1脚和8脚中间连接有增益调节电阻rp1，2脚接第四电阻r4、第三电阻r3的上端、第二二极管d2的输出端、第一二极管d1的输入端、第一电容c1的上端和第一电阻r1的右端；第一电阻r1的左端接con2的2脚，第一电容c1的下端接高电平，第一二极管d1的输出端接 15v，第二二极管d2的输入端接-15v，第四电阻r4的下端和第三电阻r3的下端均接高电平；
44.放大器ina128的3脚接第四二极管d4的输出端、第三二极管d3的输入端、第二电容c2的上端和第二电阻r2的右端；第二电阻r2的左端接con2的1脚，第二电容c2的下端接高电平，第三二极管d3的输出端接 15v，第四二极管d4的输入端接-15v。
45.如附图4所示，二阶巴特沃斯低通滤波电路中，电压输入端接第一电阻r1的左端，第一电阻r1的右端接第二电阻r2的左端和第一电容c1的左端，第二电阻r2的右端接第二电容c2的上端和op07的3脚，第一电容c1的右端接op07的2脚，第二电容c2的下端接高电平；op07的7脚接 15v，6脚接2脚和电压输出端。
46.如附图5所示，a/d转换电路中采用ads7805芯片，电压输入端接第一电阻r1的下端，第一电阻r1的上端接第二电阻r2的左端和ads7805的1脚，第二电阻r2的右端接ads7805的4脚和第二电容c2的上端，第二电容c2的下端接高电平；ads7805的3脚接第一电容c1的上端，第一电容c1的下端接高电平；ads7805的6脚、7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚、13脚分别接74hc245的9脚、8脚、7脚、6脚、5脚、4脚、3脚、2脚。
47.通过采用0.2-5米边长或半径单匝或多匝发射线圈,用相同参数或更小面积的接收线圈,基于中心回线开展瞬变电磁法，探测速度快,分辨率高,比地质雷达探测深度大，在矿井环境中更加适用；同时将发射线圈和接收线圈共用一个一体式天线，采用嵌入式一体机将显示屏幕5和处理器集成一体化，采用集成工控机，将电路模块都集成在一起，能够减小整个瞬变电磁仪的体积，从而方便携带，更加适合带入到煤矿井下去使用。前置放大电路采用ina128放大器，不仅结构简单，同时降低了瞬变电磁仪的功耗，同时在信号采集的时候通过增益调节电阻更有利于调节放大倍数，从而使采集的信号放大至有效使用状态。
48.本实施例的基本实施过程如下：
49.第一步，接通电源，并按下“开关”按钮打开电源开关，使瞬变电磁仪开始进入工作状态，在控制面板4上选择“采集”功能按钮后，并按“确认”按钮开始探测工作。
50.第二步，发射线圈通过一体式天线向井下地质发射一次脉冲磁场，随后断开发射线圈中的电流。
51.第三步，当发射线圈中的电流断开后，被探测地质会因为电磁感应原理感应出二次涡流场并返回，接收线圈中会产生感应电动势。
52.第四步，通过瞬时浮点放大电路模块与所述a/d转换电路模块用来配合实现多通道24位、625k采样率高速采集，随后将采集到的信号进行放大后，在二阶巴特沃斯低通滤波电路中进行滤波，去除干扰信号。
53.第五步，随后通过电压绝对值变换电路将感应电动势由交流信号变换成绝对值电压信号，再加至电压比较器与基准电压进行比较，从而在浮点放大器中得到阶码和实现放大。
54.第六步，通过a/d转换电路将采集到的模拟信号转化为数字信号，并发送至嵌入式一体机中的处理器中进行处理，处理完成后将最后得到的处理结果在显示屏幕5中显示出来。
55.第七步，探测工作完成后，再次按下“开关”按钮，关闭瞬变电磁仪的电源，最后拔掉电源线。
56.实施例二：
57.本实施例基本与实施例一相同，区别在于：接收机以及其内的各个电路模块都集成在工控机中。采用集成的工控机，将接收机和其外围电路都集成在一起，能极大地降低瞬变电磁仪的功耗，达到节能的目的。
58.本实施例的具体实施过程与实施例一相同。
59.实施例三：
60.本实施例基本与实施例一相同，区别在于，发射机内设置了快速关断电路，用以在发射电流后快速关断发射电流。通过设置快速关断电路，能加快发射电流的关断过程，减少关断时间，使接收机快速进入工作状态，保证信号的采集完整性，最终使电磁仪的探测效果
达到预估。
61.本实施例的具体实施过程与实施例一基本相同，区别在于：
62.第二步，发射线圈通过一体式天线向井下地质发射一次脉冲磁场，当电流足够产生感应电动势后，通过快速关断电路将发射电流快速关断。
63.实施例四：
64.本实施例与实施例三基本相同，区别在于：显示屏幕5为触控式显示屏。采用触控式显示屏，能通过手指在显示屏上直接操作，而不必通过控制面板4的按钮来操作，提高操作方便性同时也提高了操作的流畅度，从而提高用户的体验感。
65.本实施例的具体实施过程与实施例三基本相同，区别在于：
66.第一步，接通电源，并按下“开关”按钮打开电源开关，使瞬变电磁仪开始进入工作状态，触控式显示屏亮起，当触控式显示屏进入工作界面后，在触控式显示屏上选择“采集”功能按钮后，并按“确认”按钮开始探测工作。
67.以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。