专利名称：新型矿用瞬变电磁仪的制作方法
技术领域：
新型矿用瞬变电磁仪
技术领域：
本实用新型涉及矿用地质探测仪器，特别涉及一种矿用瞬变电磁仪器。背景技术：
水害是采矿建设与生产过程中的主要灾害之一，因此，构造含水体的超前探测是 确保矿安全开采的主要需求之一。瞬变电磁法是利用不接地线圈向地下发送一次电磁�。� 在一次电磁场间歇期间，使用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法，其物理基础 为电磁感应原理，即导电介质在阶跃变化的激励磁场的激发下产生涡流场的问题，从矿不 同岩性地层的物性差异分析。一般变化规律为从泥岩、粉砂岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩、砾 岩到层，电阻率值逐渐增高，即层相对其顶、底板呈现为相对高阻层。构造发育区，或者是 出现层位错动，或者是裂隙发育，局部会出现明显的含水构造，由于矿井裂隙水体的导电性 良好，都会打破原有的纵向和横向电性固有连续变化规律，会呈现出局部电性异常体的变 化特征。上述物性变化的存在为瞬变电磁勘探方法的实施提供了良好的地球物理前提条 件。另外，瞬变电磁法观测纯二次�。院�、导水构造等低阻体反应敏感，体积效应�。直� 率高。目前，国内仅有在地面使用的瞬变电磁仪，为了减少半空间电磁干扰，增加探测深度， 多采用高电压(大于12V)，大电流(50A以上)的方式产生一次脉冲磁�。⑶叶疾捎闷胀� 的单匝或者多芯编织的电缆制成的发射线圈和接收线圈，并且所述发射和接收线圈均为直 接裸露在空气中，并不适合矿井下使用仪器的安全要求，市场迫切需要研发出能够适合矿 井下作用使用的矿用瞬变电磁仪。
发明内容本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种能够符合矿井下使用仪器的本质安 全要求、接收可靠性好、便于携带和移动的新型矿用瞬变电磁仪。本实用新型是这样实现的一种新型矿用瞬变电磁仪，包括不共地的两组直流电 源、MCU、内存、USB接口、液晶显示电路、光耦、发射电路、接收电路、发射线圈和接收线圈，所 述接收电路、内存、液晶显示电路、光耦、USB接口分别与MCU相连接，其中一组直流电源为 MCU供电，另一组电源为发射电路供电，光耦用于隔离发射电路和接收电路，发射电路和接 收电路分别与发射线圈与接收线圈相连接，所述所述发射电路采用低电压限流电路，其发 射电压限制在9. 6V以内，发射电流控制在1. 5A以内。所述接收电路采用高精度ADC芯片加上前置运放电路组成。所述发射电路包括第一光电隔离驱动器(U2)和第二光电隔离驱动器(U3)、以及 由第一二极管(D15)、第一场效应管(Ql)、第二场效应管(Q2)和第二二极管(D16)、第三场 效应管(Q3)、第四场效应管(Q4)组成两组半桥驱动电路，该两组半桥驱动电路分别形成发 射波形的正半周和负半周。所述高精度ADC芯片采用MAX1200。所述前置运放电路由第一运算放大器(U24)和第二运算放大器(U25)组成，分别放大二次场的正半周和负半周，并用自动增益方式以去除背景噪声干扰。所述接收电路还包括第一电压比较器(U16)、第二电压比较器(U20)和第三电压 比较器(U22)，分别为ADC芯片提供需要的各类基准电压，其中第一电压比较器(U16)为 ADC芯片正向参考电压RFPF稳压电路，第二电压比较器(U20)为ADC芯片负正向参考电压 RFNF稳压电路，第三电压比较器(U22)为ADC芯片共模电压基准电压CM稳压电路。本实用新型的优点在于1、本实用新型的发射电路采用限幅驱动，限制发射电流，可以解决低电压下低电 流发射一次脉冲磁场问题；接收电路采用高精度ADC加低噪声、自适应、浮点前置运放，可 以解决因低电流发射一次脉冲磁场造成场强�。挝辛鞒∪醯奈侍�。2、本实用新型的电路采样率可达lMsps，具有快速的数字误差校正和自校准功 能，能保证在全采样率时具有16位的线性度和91db的非杂散动态范围，以及良好的信噪比 和谐波失真特性；3、本实用新型的电路适用于矿用电子仪器低功耗、高精度、电路本质安全的要求， 并可以通过安标国家矿用产品安全标志中心制定检测机构的检测，取得矿用产品安全标志 证书。
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。图1是本实用新型的瞬变电磁仪的总体系统结构示意图。图2是本实用新型的瞬变电磁仪的发射电路的连接图。图3是本实用新型的瞬变电磁仪的接收电路的连接图。
具体实施方式
请参阅图1，是本实用新型的矿用瞬变电磁仪的总体系统结构示意图。一种新型矿 用瞬变电磁仪，包括不共地的两组直流电源、MCU、内存、USB接口、液晶显示电路、光耦、发射 电路、接收电路、发射线圈和接收线圈，所述接收电路、内存、液晶显示电路、光耦、USB接口 分别与MCU相连接，其中一组直流电源为MCU供电，另一组电源为发射电路供电，所述光耦 用于隔离发射电路和接收电路，发射电路和接收电路分别与发射线圈与接收线圈相连接。请参阅图2，是本实用新型的瞬变电磁仪的发射电路的连接图。所述发射电路采用 低电压限流电路，其发射电压限制在9. 6V以内，发射电流控制在1.5A以内。其中，U2、U3 为光电隔离驱动器，均采用IR2100，由D15、Q1、Q2和D16、Q3、Q4组成2组半桥驱动电路，分 别形成发射波形的正半周和负半周；C20、C21为自举电容，C22、C23为滤波电容，C4、C5、为 退偶电容，D10、D11、D12、D13为限幅保护二极管。R20为输出负载电阻，R21、Dl、D17、R19、 C16、U4A、RW1构成稳压电路；当MCU通过CK5的⑶端置U2的HIN为低电平，C20上的电压 加到Ql的栅极和源极之间，C20通过U2内部电路和Ql的栅极和源极形成放电回路，这时 C20就相当于一个电压源，从而使Ql导通，由于U2的LIN与HIN是一对互补输入信号，所 以此时LIN为低电平，这时聚集在Q2通过U2内部电路对地放电，由于死区时间影响使Q2 在Ql开通之前迅速关断。经过短暂的死区时间LIN为高电平，VH经过U2和Q2形成回路， 使Q2开通。在此同时VH经D15，C20和Q2形成回路，对C20进行充电，迅速为C20补充能 量，如此循环反复，形成发射波形的正半周；当MCU通过CK5的VH端置U3的HIN为低电平 后，同理形成发射波形的负半周。因此只要控制C20和C21的容量，就可以达到控制发射电
4流的目的。请参阅图3，是本实用新型的瞬变电磁仪的接收电路的连接图。所述接收电路采用 高精度ADC芯片加上低噪声前置运放电路组成。其中，A为接收信号输入端，D2、D7为箝位 二极管电路；U16、R16、C29、Dl、RIO、R8、R30、C52、C8 组成 MAX1200 正向参考电压 RFPF 稳 压电路；U20、R15、R17、C53组成MAX1200负正向参考电压RFNF稳压电路；U22、C26、C13、 C27、R21、R22、R9组成MAX1200共模电压基准电压CM稳压电路；U24、R12、R13、R14、R29为 正半周前置放大电路；U25、R23、R19、R20、R26为负半周前置放大电路，，分别放大二次场的 正半周和负半周，可以去除背景噪声干扰；U23选用MAX1200，为新型流水线结构、高速低功 耗、高精度ADC芯片。使用时，矿用瞬变电磁仪通过发射线圈1向探测介质(矿层或围岩)发射一次脉 冲磁场，当发射线圈1中的电流突然断开后，被探测介质会激励起二次涡流场返回，由接收 线圈3接收感应二次涡流场，矿用瞬变电磁主机再把所接收的微弱二次涡流�。üㄒ� 算法转换成视电阻率等数据，并将数据存储在仪器内存中，再把通过USB接口把测量数据 传输到计算机中，然后在计算机上通过专用软件进行资料的处理和分析。正常情况下，若地质层位稳定、不受富水区域和含导水构造的影响，则视电阻率值 将不会有明显的异常，反之，若地质层存在富水区域和含、导水构造，电性分布规律被打破， 就会出现视电阻率值减小等特点的异常区。通过专业算法，就可以直观地确定出富水区域 的赋存深度及位置。由于矿井下存在粉尘、瓦斯等不安全因素，国家对矿井用电子仪器本质安全有严 格的要求，本实用新型专利采用低电压(< 9. 6V)、低电流(< 1. 5A)发射一次脉冲磁�。� 精度、低噪声接收感应二次涡流�。迪至丝缶掳踩脖涞绱盘讲猓臼涤眯滦妥ɡ� 的矿用瞬变电磁仪已经通过安标国家矿用产品安全标志中心制定检测机构的检测，取得矿 用产品安全标志证书(安标号MFA090068)，非常适合矿井下的探测作业。
权利要求一种新型矿用瞬变电磁仪，包括不共地的两组直流电源、MCU、内存、USB接口、液晶显示电路、光耦、发射电路、接收电路、发射线圈和接收线圈，所述接收电路、内存、液晶显示电路、光耦、USB接口分别与MCU相连接，其中一组直流电源为MCU供电，另一组电源为发射电路供电，光耦用于隔离发射电路和接收电路，发射电路和接收电路分别与发射线圈与接收线圈相连接，其特征在于所述所述发射电路采用低电压限流电路，其发射电压限制在9.6V以内，发射电流控制在1.5A以内。
2.根据权利要求1所述的矿用瞬变电磁仪，其特征在于所述接收电路采用高精度ADC 芯片加上前置运放电路组成。
3.根据权利要求1所述的矿用瞬变电磁仪，其特征在于所述发射电路包括第一光电 隔离驱动器(U2)和第二光电隔离驱动器(U3)、以及由第一二极管(D15)、第一场效应管 (Ql)、第二场效应管(Q2)和第二二极管(D16)、第三场效应管(Q3)、第四场效应管(Q4)组 成两组半桥驱动电路，该两组半桥驱动电路分别形成发射波形的正半周和负半周。
4.根据权利要求2所述的矿用瞬变电磁仪，其特征在于所述高精度ADC芯片采用 MAX1200。
5.根据权利要求2所述的矿用瞬变电磁仪，其特征在于所述前置运放电路由第一运 算放大器(U24)和第二运算放大器(U25)组成，分别放大二次场的正半周和负半周，并用自 动增益方式以去除背景噪声干扰。
6.根据权利要求2所述的矿用瞬变电磁仪，其特征在于所述接收电路还包括第一电 压比较器(U16)、第二电压比较器(U20)和第三电压比较器(U22)，分别为ADC芯片提供需 要的各类基准电压，其中第一电压比较器(U16)为ADC芯片正向参考电压RFPF稳压电路， 第二电压比较器(U20)为ADC芯片负正向参考电压RFNF稳压电路，第三电压比较器(U22) 为ADC芯片共模电压基准电压CM稳压电路。
专利摘要本实用新型涉及矿用地质探测仪器，特别涉及一种新型矿用瞬变电磁仪，包括不共地的两组直流电源、MCU、内存、USB接口、液晶显示电路、光耦、发射电路、接收电路、发射线圈和接收线圈，所述接收电路、内存、液晶显示电路、光耦、USB接口分别与MCU相连接，其中一组直流电源为MCU供电，另一组电源为发射电路供电，光耦用于隔离发射电路和接收电路，发射电路和接收电路分别与发射线圈与接收线圈相连接，所述发射电路采用低电压限流电路，其发射电压限制在9.6V以内，发射电流控制在1.5A以内。本实用新型是一种能够符合矿井下使用仪器的本质安全要求、接收可靠性好、便于携带和移动的新型矿用瞬变电磁仪。
文档编号G01V3/28GK201666955SQ20092018168
公开日2010年12月8日 申请日期2009年12月14日 优先权日2009年12月14日
发明者李培根, 林存志, 林晓, 陈经章 申请人:福州华虹智能科技开发有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
