煤礦采空區低頻超寬帶雷達檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于物探檢測設備技術領域，涉及一種煤礦采空區檢測裝置。
【背景技術】
[0002]我國是一個能源大國，在現有能源結構中，煤炭占到70%以上。近年來，隨著國內煤炭經濟的持續發展以及開采量與深度的不斷加大，采礦安全問題也日益突顯。在煤礦生產掘進過程中，常常存在一些采空區，使礦井生產面臨很大的安全問題，也嚴重影響煤礦的尚廣尚效。
[0003]探測煤礦生產掘進過程中的采空區域，屬于礦井物探領域。目前，瞬變電磁探測裝置和地質雷達(探地雷達)探測裝置是電磁物探所采用的主要技術手段。這兩種技術都建立在煤巖體存在電性差異的基礎上，能探測出淹沒在煤層中電性差異明顯的大尺寸區域，但仍存在一些應用問題。如瞬變電磁探測裝置易受礦井中的金屬管道、輸電線等金屬物的影響，造成假的異常推斷，探測的可靠性較低，并且礦井下瞬變電磁場存在全空間效應，對采空區進行精準定位困難；地質雷達探測裝置由于高頻電磁波在地下衰減較大，探測深度較淺。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題在于針對現有礦井采空區探測技術的不足，提供一種體積小、測量范圍寬、可靠性良好、分辨率高，適用于井下在線實時檢測使用的煤礦采空區低頻超寬帶雷達檢測裝置。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:
[0006]一種煤礦采空區低頻超寬帶雷達檢測裝置，包括射頻電路部分、數據轉換部分、數據處理部分和顯控部分；其中，
[0007]所述射頻電路部分包括發射機、接收機以及具有發射天線和接收天線的低頻超寬帶多發多收相控陣天線；
[0008]所述數據轉換部分包括A/D轉換器和數據緩沖存儲器；
[0009]所述數據處理部分包括DSP芯片、FPGA芯片、EPROM程序存儲器、SDRAM數據存儲器、電源、復位電路和時鐘電路；
[0010]所述顯控部分包括USB接口電路和顯控設備；
[0011]所述射頻電路部分的低頻超寬帶多發多收相控陣天線中，發射天線和接收天線均為三個天線陣，發射天線與發射機相連，接收天線與接收機相連；所述接收機連接數據轉換部分中的A/D轉換器，A/D轉換器經數據緩沖存儲器與數據處理部分中的DSP芯片連接，DSP芯片外設有FPGA芯片，FPGA芯片同時與射頻電路部分中的發射機、數據轉換部分中的A/D轉換器及數據緩沖存儲器相連，數據處理部分中的DSP芯片連接有EPROM程序存儲器和SDRAM數據存儲器，DSP芯片還連接有電源、復位電路、時鐘電路；所述顯控部分中的顯控設備通過USB接口電路與數據處理部分中的DSP芯片相連。
[0012]實際工作中，發射機發射的低頻超寬帶步進頻信號通過發射天線發射出去，接收天線接收信號并送入接收機，然后通過A/D轉換后進行數據緩存并進入DSP芯片進行數據處理，其中EPROM程序存儲器用來存儲系統的自啟動程序，SDRAM存儲器用來存儲數據處理的臨時數據，處理后的數據通過USB接口送入顯控設備進行顯示和控制。
[0013]上述煤礦采空區低頻超寬帶雷達檢測裝置中，低頻超寬帶多發多收相控陣天線為發射稀疏和接收緊湊相控陣天線，發射機為采用鎖相環路(PPL)頻率合成技術設計的低頻超寬帶空間步進頻源，接收機為超外差式接收機。
[0014]上述煤礦采空區低頻超寬帶雷達檢測裝置中，A/D轉換器選用型號為14位采樣器AD9245，數據緩沖存儲器選用型號為IDT7205。
[0015]上述煤礦采空區低頻超寬帶雷達檢測裝置中，DSP芯片選用型號為ADI公司的ADSP-TS201S。
[0016]上述煤礦采空區低頻超寬帶雷達檢測裝置中，USB接口電路采用CY7C68013接口芯片，該電路由復位芯片LC706T，電源供電芯片LT1763和接口芯片CY7C68013組成；USB接口電路能把DSP芯片信號處理結果送到顯控設備進行顯示和控制。
[0017]與現有技術相比，本實用新型具有測量范圍寬、可靠性良好、功耗低、便于操作與維護、可在線實時監測、分辨率高、體積小等優點，實際應用中，將傳感器放入空間受限的礦井中，可實時檢測礦井中的采空區的大小，并能精準定位采空區的空間位置，對煤礦安全生產具有重要意義。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0019]圖2為本實用新型低頻超寬帶多發多收天線相控陣的結構示意圖。
[0020]圖3為本實用新型USB接口電路圖。
[0021]附圖標記如下:
[0022]I一低頻超寬帶多發多收相控陣天線；2—發射機；3—接收機；4一A/D轉換器；5—數據緩沖存儲器；6—DSP芯片；7—FPGA芯片；8—EPROM程序存儲器；9一SDRAM數據存儲器；10—電源；11一時鐘電路；12—復位電路；13—USB接口電路；14一顯控設備；15—射頻電路部分；16—數據轉換部分；17—數據處理部分；18—顯控部分。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和實施例對本實用新型的技術方案做進一步描述。
[0024]如圖1所示，本實用新型所述的煤礦采空區低頻超寬帶雷達檢測裝置包括射頻電路部分15、數據轉換部分16、數據處理部分17和顯控部分18。射頻電路部分15包括低頻超寬帶多發多收相控陣天線1、發射機2和接收機3。數據轉換部分16包括A/D轉換器4、數據緩沖存儲器5。數據處理部分17包括DSP芯片6、外設FPGA 7芯片、EPROM程序存儲器8、SDRAM數據存儲器9、電源10、時鐘電路11、復位電路12。顯控部分18包括USB接口電路13和顯控設備14。
[0025]低頻超寬帶多發多收陣列相控陣天線I中的三個發射天線與發射機2相連，三個接收天線依次連接接收機3、A/D轉換器4、數據緩沖存儲器5、DSP芯片6 ；DSP芯片6外設有FPGA 7，FPGA 7與發射機2、A/D轉換器4、數據緩沖存儲器5相連，DSP芯片6與EPROM程序存儲器8和SDRAM數據存儲器9相連，DSP芯片6還與電源10、時鐘電路11、復位電路12、USB接口電路13相連；顯控設備14與USB接口電路13相連。
[0026]如圖2所示，低頻超寬帶多發多收陣列相控陣天線I為發射稀疏和接收緊湊相控陣天線，該種布陣結構能有效擴展陣列孔徑，提高檢測采空區的方位分辨率，其中TX-1、TXO、TXl為發射天線，RX-U RX0, RXl為接收天線，d為陣元間距。
[0027]發射機2為采用鎖相環路(PPL)頻率合成技術設計的低頻超寬帶空間步進頻源，采用低頻超寬帶空間步進頻信號源，能有效提高采空區的探測深度和探測采空區的距離分辨率；接收機3為超外差式接收機，將天線接收的回波信號進行解調、放大和檢波后送至A/D轉換器4。
[0028]所述的A/D采樣器4將接收機3輸出的模擬信號轉換為數字信號，本實用新型選擇14位