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。
技术背景
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。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。发明内容
本发明提出一种无线电坑道透视仪一体化信号接收装置，该装置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，保证接收信号达到最优状态。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是如附图I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�？镮、 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频率合成电路模块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；�？�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；模块 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模块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。
上述模块I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�？�2前置放大电路可以将接收天线接收的信号进行放大；CN 102928887 A书明说2/4页上述模块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。
上述模块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�？�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。
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 mHz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。
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图I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
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
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�？椴�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. O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. O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。
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
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，该装置是由接收天线I、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；其特征在于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。
2.如权利要求I所述的无线电坑道透视仪一体化信号接收装置，其特征在于所述的频率合成电路采用直接数字频率合成技术，由高集成度芯片完成，电路如附图2所示。
3.如权利要求I所述的无线电坑道透视仪一体化信号接收装置，其特征在于，所述的调制电路采用信号混频技术，将接收到的电磁波通过混频产生倍频和差频两种信号，如附图3所示。
4.如权利要求I所述的无线电坑道透视仪一体化信号接收装置，其特征在于，所述的信号放大电路为前置信号放大电路，采用功率放大芯片来实现，如附图4所示。
5.如权利要求I所述的无线电坑道透视仪一体化信号接收装置，其特征在于，所述的滤波电路为一种闻频滤波电路，将调制电路广生的混频彳目号中的闻频/[目号滤除，得到5赫兹的低频信号，电路如附图5所示。
6.如权利要求I所述的无线电坑道透视仪一体化信号接收装置，其特征在于，所述的小型天线电路如附图7所示，采用磁棒加绕组的方式，磁棒为高性能导磁材料，线圈缠绕在磁棒之上。
全文摘要
本发明公开了一种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；�？�1会接收无线电坑道透视仪发射机发送的电磁波信号，�？�2会对接收信号进行前置放大，与�？�8生成的频率信号经�？�3调制之后，生成高频和低频信号，再经过�？�4进行滤波后，可以将高频信号滤除，得到相应的低频信号。�？�5和�？�6分别对低频信号进行采集并处理后，经�？�7显示。该装置主要特征之一是将接收天线小型化，并与接收装置安装在一起，便于携带和工程实施，大大降低了使用的复杂性和操作时间，满足了探测地质情况的需求。
文档编号G01V3/12GK102928887SQ20121040217
公开日2013年2月13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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