专利名称：一种无线电坑道透视仪一体化信号接收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线电坑道透视仪一体化信号接收装置，尤其适用于一种用于煤矿的物探设备一无线电坑道透视仪中。
背景技术：
无线电波坑道透视仪，简称坑透仪。其功能是利用电磁波在介质中的传播特性，探测矿井回采工作面内的地质构造，如陷落住、断层、火成岩、煤层厚度变化、瓦斯富集区及突水构造等。可减少大量钻探工程量，节省费用，提高采煤时对事故隐患的预知性，有效避免事故发生，减少损失，增加安全系数，提高产量和效益。对于目前的坑透仪接收装置而言，一般采用分立元件实现信号的采集及处理，并且通过大线圈(如图8所示)来采集电磁波信号，导致装置的体积大、信号精度低、可靠性差、工程实施困难等问题。
发明内容本发明将接收天线和接收装置放在同一个壳体内部，用高性能导磁材料做成的磁棒天线代替大线圈天线，并通过信号前置放大、信号调制、滤波、信号采集和数字信号处理，提高接收信号质量，大大减小了装置的体积，便于携带和工程实施，极大降低了使用的复杂性和操作时间，满足了探测井下地质情况的需求。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:包括接收天线、前置放大电路�？�、调制电路�？�、滤波电路模块、信号采集电路�？�、信号处理器模块、人机界面�？�、DDS频率合成电路�？楹偷缭茨？椋凰龅慕邮仗煜呋峤邮瘴尴叩缈拥劳甘右欠⑸浠⑺偷牡绱挪ㄐ藕牛研藕欧⑺透爸梅糯蟮缏纺？椋隓DS频率合成电路�？樯傻男藕啪髦频缏纺？橹螅倬瞬ǖ缏纺？椤⑿藕挪杉缏纺？楹托藕糯砥髂？榇砗螅嘶缑婺？橄允荆缭茨？橛糜诟心？楣┑纾凰龅慕邮仗煜吆徒邮兆爸梅旁谕桓隹翘迥诓浚酶咝阅艿即挪牧献龀山邮仗煜叽娲笙呷μ煜�。与现有技术相比，本发明具有的优点如下:I)部署灵活，操作简便。用高性能导磁材料做成的磁棒天线代替大线圈天线，并将接收天线和接收装置放在同一个壳体内部，通过信号前置放大、信号调制、滤波、信号采集和数字信号处理，提高接收信号质量，大大减小了装置的体积，便于携带和工程实施，操作简便、调整速度快、可靠性高。2)抗干扰能力强。该装置可以根据地质变换选择接收频率，通过程序控制产生各种频率的调制信号，并通过高性能滤波和信号处理，在复杂强干扰的区域探测，可有效地抑制干扰，保证测量的准确性。3)频率转换时间短。调试频率信号生成采用直接数字频率合成(DDS)技术，DDS是一个开环系统，无任何反馈环节，这种结构使得DDS的频率转换时间极短。事实上，在DDS的频率控制字改变之后，需经过一个时钟周期之后按照新的相位增量累加，才能实现频率的转换。因此，频率转换的时间等于频率控制字的传输时间，也就是一个时钟周期的时间。时钟频率越高，转换时间越短。DDS的频率转换时间可达纳秒数量级，比使用其它的频率合成方法都要短数个数量级。4)频率分辨率极高。若时钟频率不变，DDS的频率分辨率就由相位累加器的位数N决定。只要增加相位累加器的位数N即可获得任意小的频率分辨率。目前，大多数DDS的分辨率在I Hz数量级，许多小于I m Hz甚至更小。5)相位变化连续。改变DDS输出频率，实际上改变的每一个时钟周期的相位增量，相位函数的曲线是连续的，只是在改变频率的瞬间其频率发生了突变，因而保持了信号相位的连续性。
图1为本发明所述的无线电坑道透视仪一体化信号接收装置结构框图；图2为本发明所述的DDS频率合成电路图；图3为本发明所述的调制电路图；图4为本发明所述的前置放大电路图；图5为本发明所述的滤波电路图。图6为本发明所述的无线电坑道透视仪一体化信号接收装置实施框图；图7为本发明所述的磁棒天线示意图；图8为本发明所述的大线圈示意图；图9为本发明所述的电源管理示意图；具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。如附图1所示，无线电坑道透视仪一体化信号接收装置，该装置是由接收天线�？�1、前置放大电路�？�2、调制电路�？�3、滤波电路�？�4、信号采集电路�？�5、信号处理器�？�6、人机界面�？�7、DDS频率合成电路�？�8和电源�？�9组成。�？镮用高性能导磁材料做成的磁棒天线代替大线圈天线，并将接收天线和接收装置放在同一个壳体内部，大大降低了坑透仪接收装置的尺寸，便于在野外携带和应用；模块2、�？�3、�？�4和�？�8为信号接收装置的前置信号处理部分，实现高频信号到低频信号的变换和滤波功能；�？�5为信号采集电路�？椋爸眯藕糯砗蟮男藕沤蠥D采样，并通过通信端口发送到信号处理�？�6。�？�6将信号采集�？榉⑺屠吹男藕啪藕糯砑跋允境赏�、反演等处理后，通过�？�7进行显示。上述�？镮高性能磁棒天线为该装置的主要发明内容之一，如图7所示，该天线由高性能导磁材料缠绕导线而成，导磁材料直径约10_，长度约120_。外缠导线的匝数根据接收装置的灵敏度要求可以适当增减，与图8所示的大线圈(线圈直径约为1000mm)相比，体积大大减少。上述模块2前置放大电路可以将接收天线接收的信号进行放大；上述模块3调制电路�？橹饕迪执犹煜呓邮帐淙胄藕藕虳DS频率合成电路生成信号的混频；上述�？�4完成混频信号的高频滤波；上述�？�5主要完成采样信号的采集，用于控制选择接收频率及控制增益，由MCU控制电路、模拟量到数字量变换电路组成。MCU控制前级的频点，选择频率，切换电路以及控制增益。可以通过控制继电器切换电容来控制调谐，并通过变换电路电感的感抗来对接收频率进行微调，控制调制放大板的接收频率。上述�？�6为信号处理�？椋饕梢豢罡咝阅蹸PU完成(如三星公司的ARMlI芯片S3C6410)，负责信号处理及显示成图、反演等功能。上述�？�7是坑透仪接收装置的人机交互接口，主要对�？�6产生信息进行显示。上述�？�8频率合成电路采用直接数字频率合成技术，由高集成度芯片(如美国AD公司的AD9850)完成。集成频率合成芯片在接收到高精度的时钟源和频率相位控制字后，就可产生频率和相位都可编程控制的模拟正弦波或方波输出。上述模块9为接收装置提供电源，完成蓄电池充放电管理和保护功能。供电电源为12V镍氢电池。调制放大板所需的5V直接从电源管理板接入；主控板所需的5V (另加
3.3V，可以自己加稳压产生)和显示板所需的5V电源均由电源管理板接入。如图6所示，坑透仪发射机装置内部主要由电源板、前置板、信号采集板、信号处理板和显示板五部分组成。电源板主要为接收装置提供电源，完成蓄电池充放电管理和保护功能。如图9所示，控制电源共有3路输出:给信号处理板(6410板)；给一个小电源板产生模拟部分需要的正负电压；左右给单片机和DDS部分供电。给模拟部分供电用的正负电源可以由12V隔离XR12/12D12-12模块产生正负12V，后再加线性稳压LM2991S ；LM2941S可以产生±7V电压输出。DDS, MCU, ADC部分需要5V电源和3.3V电源都由电压转换�？椴�。采用7V给信号采集板供电是由于低于7V，78L05不能工作，电压太高了，压差太大，芯片发热厉害。图9中虚线部分做在一块板子共出以下5路电源:①5V 给 S3C6410 供电，电流 IA ；②5V给ADC(最好是线性稳压器出来的)供电，电流100mA，可以通过AMSl117-5.0进行稳压；③3.3V给MCU供电，电流500mA，可以通过AMSl117-3.3稳压；④5V给DDS供电，电流500mA，可以通过AMSl117-5.0进行稳压；⑤±7V给前级模拟部分，可以通过XR12/12D12-12、LM2991S、LM2941S�？槭迪郑灰陨暇晒驳�。但±7V用了隔离电源，其不共地。前置板主要对接收天线采样的频率信号进行前期信号处理，由前置放大电路、调制电路、DDS频率合成电路、滤波电路四部分组成，各部分的电路如图2、图3、图4、图5所
/Jn ο信号采集板主要用于控制前置板产生多种频率的电磁波信号，由MCU控制电路及DDS两部分电路组成。可以通过控制继电器切换电容来控制调谐，并通过变换电路电感的感抗来对信号频率进行微调。信号处理板采用高性能的信号处理芯片(可以采用三星公司的ARMll芯片S3C6410)，完成采样信号的后期处理、反演及显示控制等。[0053]前级与DDS部分有两个信号接口，之间用射频接头进行连接。前置板输出信号给信号采集板的模拟到数字变换(ADC)电路。信号采集板的MCU控制前置板前级的频点，选择频率，切换电路以及控制增益。采用数字信号，驱动等做在前置板前级放大电路上。MCU控制DDS的频率，与ADC共用一个MCU，MCU与信号处理板的S3C6410之间通过SPI进行通信。显示板是坑透仪接收装置的人机交互接口，主要对信号处理板产生信息进行显
/Jn ο应当指出的是，以上所揭露的仅为本发明的一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，在不脱离本发明原理的前提下，本领域技术人员还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求1.无线电坑道透视仪一体化信号接收装置，其特征在于:包括接收天线、前置放大电路�？�、调制电路模块、滤波电路�？�、信号采集电路�？�、信号处理器�？椤⑷嘶缑婺？�、DDS频率合成电路�？楹偷缭茨？椋凰龅慕邮仗煜呋峤邮瘴尴叩缈拥劳甘右欠⑸浠⑺偷牡绱挪ㄐ藕牛研藕欧⑺透爸梅糯蟮缏纺？椋隓DS频率合成电路�？樯傻男藕啪髦频缏纺？橹螅倬瞬ǖ缏纺？�、信号采集电路�？楹托藕糯砥髂？榇砗螅嘶缑婺？橄允荆缭茨？橛糜诟心？楣┑纾凰龅慕邮仗煜吆徒邮兆爸梅旁谕桓隹翘迥诓浚� 高性能导磁材料做成接收天线代替大线圈天线。
专利摘要本实用新型公开了一种无线电坑道透视仪一体化信号接收装置，包括接收天线、前置放大电路�？�、调制电路�？�、滤波电路�？�、信号采集电路�？�、信号处理器�？�、人机界面�？�、DDS频率合成电路模块和电源�？椋凰龅慕邮仗煜呋峤邮瘴尴叩缈拥劳甘右欠⑸浠⑺偷牡绱挪ㄐ藕牛研藕欧⑺透爸梅糯蟮缏纺？椋隓DS频率合成电路�？樯傻男藕啪髦频缏纺？橹螅倬瞬ǖ缏纺？椤⑿藕挪杉缏纺？楹托藕糯砥髂？榇砗螅嘶缑婺？橄允荆缭茨？橛糜诟心？楣┑纾凰龅慕邮仗煜吆徒邮兆爸梅旁谕桓隹翘迥诓浚酶咝阅艿即挪牧献龀山邮仗煜叽娲笙呷μ煜摺８米爸弥饕卣髦皇墙邮仗煜咝⌒突⒂虢邮兆爸冒沧霸谝黄穑阌谛凸こ淌凳蟠蠼档土耸褂玫母丛有院筒僮魇奔洌懔颂讲獾刂是榭龅男枨�。
文档编号G01V3/12GK203084213SQ20122054063
公开日2013年7月24日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者刘志高, 悦红军, 沈芳 申请人:北京华安奥特科技有限公司
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