專利名稱：煤巖動力災(zāi)害電磁輻射監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種煤巖動力災(zāi)害電磁輻射監(jiān)測裝置，尤其適用于礦井沖擊礦壓和煤與瓦斯突出的實時監(jiān)測，加上配套儀器也可用于預(yù)測預(yù)報礦山?jīng)_擊地壓危險、頂板垮落、大型巖石混凝土建筑失穩(wěn)等其它煤巖災(zāi)害動力的監(jiān)測。
公知的煤巖動力災(zāi)害的監(jiān)測，主要采用打鉆來測量，不但操作復(fù)雜，而且可靠性差，既影響工作速度，又耗費了大量的人力物力。而不占用工作時間和不需要打鉆施工的非接觸式預(yù)測方法主要采用如下兩種方法，其一是采用聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)，其效果不是很好。主要原因1、聲發(fā)射信號很弱，甚至沒有信號；2、聲發(fā)射技術(shù)及裝備要求傳感器與煤巖混凝土進行很好的耦合，這在實際現(xiàn)場中是非常困難的，無法實現(xiàn)便攜式監(jiān)測；3、聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)受外界及監(jiān)測環(huán)境中其它工作過程的影響較大，排除外界干擾非常困難，特別是在工作場所中。其二是利用環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測工作面的瓦斯涌出變化特征，分析涌出與突出的關(guān)系，從而間接預(yù)測突出。它比較片面，可靠性較差。
本實用新型的目的是提供一種能夠?qū)γ号c瓦斯突出、沖擊地壓等煤巖動力災(zāi)害進行準確有效監(jiān)測預(yù)報的裝置，實現(xiàn)對煤巖不接觸的，且定向、區(qū)域性、連續(xù)動態(tài)的監(jiān)測并預(yù)報煤巖動力災(zāi)害現(xiàn)象，對煤巖實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測或人為設(shè)定的不連續(xù)監(jiān)測的煤巖動力災(zāi)害電磁輻射監(jiān)測裝置。
本實用新型煤巖動力災(zāi)害電磁輻射監(jiān)測裝置，由接收天線信號輸出端連接到放大電路的信號輸入端，放大電路的輸出端分成兩路，一路與單片機的HIS.1相連，單片機對其進行脈沖計數(shù)；另一路連接到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)口D0～D9連接到數(shù)據(jù)存儲器和數(shù)據(jù)緩沖器的數(shù)據(jù)口D0～D9，A/D轉(zhuǎn)換器的OE和STBY口與單片機的HSO.3口相連，由單片機控制A/D轉(zhuǎn)換速率。數(shù)據(jù)存儲器的A0～A14口與地址發(fā)生器的A0～A14相連，數(shù)據(jù)存儲器主要用于存儲瞬時測試數(shù)據(jù)，單片機的高速輸出口HSO.5連接到數(shù)據(jù)存儲器的使能端OE，控制存儲器的存儲時間；地址發(fā)生器的Q3口與單片機的HIS.0口相連，地址發(fā)生器的MR口與單片機的HSO.4口相連，用作控制和中斷信號。數(shù)據(jù)緩沖器的AD0～AD7口與單片機的P3.0～P3.7相連，單片機對信號采樣，并計算出電磁輻射強度數(shù)值。單片機的RXD口與串行接口芯片的RO口及遠程通訊接口芯片的RXD口相連，單片機的TXD口與串行接口芯片的TI口及遠程通訊接口芯片的TXD口相連，串行接口芯片可以將單片機TTL電平轉(zhuǎn)換成計算機的RS232串行口電平，完成單片機的通訊功能，而遠程通訊接口芯片主要完成單片機和計算機之間的遠程通訊。單片機的并行口P3.0～P3.7與地址鎖存器的AD0～AD7相連，同時與程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)口D0～D7相連，地址鎖存器的輸出口Q0～Q7與程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的地址口A0～A7相連，地址鎖存器的輸出口Q0、Q1與顯示器的RS、RW口相連，同時單片機的P4.0～P4.7口與程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的A8～A14口相連，單片機的P1.4～P1.7與數(shù)據(jù)存儲器的A15～A18相連。單片機的P0.1～0.2、P1.0～1.3口與鍵盤的2根行線、4根列線相連，P3.0～P3.7與顯示器的DB0～DB7口相連。地址發(fā)生器的Q3、MR口與單片機的HIS.0、HIS.2口相連，CLK口與分頻器的CLKON口相連，同時與A/D轉(zhuǎn)換器的CLK口相連，分頻器的CLKOUT口與單片機的CLKOUT口相連。接收天線為高靈敏度寬頻帶定向接收天線，內(nèi)含鐵氧體鐵芯的線圈偶極子天線，外面有金屬屏蔽層，屏蔽層開口方向有30度和60度兩種，天線長度為350～450mm，直徑為φ40mm，其接收頻段為1kHz～1MHz。接收天線接收的信號經(jīng)電容C1由IN端輸入到場效應(yīng)管M1的柵極A端，電容C1同時與M1和電阻R2一端相連，電阻R2的另一端與電阻R1與R3的連接點B相連，電阻R1的另一端與電源E相連，電阻R3的另一端與地F相連；場效應(yīng)管M1的漏極與電源E相連，源極與電阻R4、電阻R5和電容C2的連接端C相連，電阻R4的另一端與地F相連，電阻R5的另一端與電源E相連，電容C2的另一端與電阻R6、R7及放大器A1A的正輸入端的連接點D相連，電阻R6的另一端與電源E相連，電阻R7的另一端與地F相連，放大器A1A的負輸入端與電阻R8與R9的連接點J相連，電阻R8的另一端與電容C3、電阻R11和R12的連接點G相連，電容C3的另一端與地F相連，電阻R11的另一端與放大器A2A的正輸入端和電容C5的連接點I相連，電阻R12的另一端與放大器A2A的負輸入端和電阻R13的連接點K相連，電阻R13的另一端與放大器A2A的輸出端OUT相連；電阻R9的另一端與電阻R10和放大器A1A的輸出端連接點H相連，放大器A1A的輸出端經(jīng)電容C4接到地F上，電阻R10的另一端與電容C5連接。
本實用新型煤巖動力災(zāi)害電磁輻射監(jiān)測裝置，采用非接觸式接收天線，實現(xiàn)非接觸式的連續(xù)預(yù)測。我國現(xiàn)有很大一部分礦井屬于有煤與瓦斯突出和沖擊地壓礦井，不僅會帶來大量的人員傷亡，還會嚴重影響煤礦的社會效益和經(jīng)濟效益。礦井每年都投入很大的人力和物力進行瓦斯突出預(yù)測和防治。電磁輻射法預(yù)測瓦斯突出危險性技術(shù)及配套儀器，使瓦斯突出預(yù)測省時省力，無需打鉆，對生產(chǎn)影響小，準確率高，投入最低，可快速、簡便、準確地進行預(yù)測預(yù)報，保證安全，使礦井產(chǎn)生最大的社會效益和經(jīng)濟效益，在監(jiān)測預(yù)報的同時不影響生產(chǎn)，可節(jié)省大量的工作量和費用。該項技術(shù)及配套儀器也可用于預(yù)測預(yù)報礦山?jīng)_擊地壓危險、頂板垮落、大型巖石混凝土建筑失穩(wěn)等其它煤巖災(zāi)害動力的監(jiān)測，也可用于巖石混凝土等材料變形破裂機理及過程的研究。
附

圖1是電磁輻射監(jiān)測裝置電路原理圖；附圖2是電磁輻射監(jiān)測裝置前置放大電路原理附圖3是電磁輻射監(jiān)測裝置鍵盤輸入電路原理圖。
以下結(jié)合附圖中的實施例對本實用新型作進一步說明圖1是電磁輻射監(jiān)測裝置電路原理圖。接收天線1接收電磁輻射信號，該信號連接到放大電路2的信號輸入端IN，放大電路2的輸出端OUT分成兩路，一路與80C196單片機9的HIS.1相連，單片機9對其進行脈沖計數(shù)；另一路連接到TLC876C A/D轉(zhuǎn)換器4的模擬量輸入端AIN，A/D轉(zhuǎn)換器4的數(shù)據(jù)口D0～D9連接到62256數(shù)據(jù)存儲器5和74HC245數(shù)據(jù)緩沖器8的數(shù)據(jù)口D0～D9，A/D轉(zhuǎn)換器4的OE和STBY口與80C196單片機9的HSO.3口相連，由單片機9控制A/D轉(zhuǎn)換速率。數(shù)據(jù)存儲器5的A0～A14口與74LS393地址發(fā)生器6的A0～A14相連，數(shù)據(jù)存儲器5主要用于存儲瞬時測試數(shù)據(jù)，單片機9的高速輸出口HSO.5連接到數(shù)據(jù)存儲器5的使能端OE，控制存儲器5的存儲時間；地址發(fā)生器6的Q3口與單片機6的HIS.0口相連，地址發(fā)生器6的MR口與單片機6的和HSO.4口相連，用作控制和中斷信號。數(shù)據(jù)緩沖器8的AD0～AD7口與單片機9的P3.0～P3.7相連，單片機9對信號采樣，并計算出電磁輻射強度數(shù)值。單片機9的RXD口與RS232串行接口芯片14的RO口及45442遠程通訊接口芯片45442的RXD口相連，單片機9的TXD口與串行接口芯片14的TI口及遠程通訊接口芯片15的TXD口相連，串行接口芯片14可以將單片機9TTL電平轉(zhuǎn)換成計算機的RS232串行口電平，完成單片機的通訊功能，而遠程通訊接口芯片15主要完成單片機和計算機之間的遠程通訊。單片機9的并行口P3.0～P3.7與74LS373地址鎖存器16的AD0～AD7相連，同時與27C128程序存儲器10和HM628512數(shù)據(jù)存儲器11的數(shù)據(jù)口D0～D7相連，地址鎖存器16的輸出口Q0～Q7與程序存儲器10和數(shù)據(jù)存儲器11的地址口A0～A7相連，地址鎖存器16的輸出口Q0、Q1與CM1640顯示器13的RS、RW口相連，同時單片機9的P4.0～P4.7口與程序存儲器10和數(shù)據(jù)存儲器11的A8～A14口相連，單片機9的P1.4～P1.7與數(shù)據(jù)存儲器11的A15～A18相連。單片機9的P0.1～0.2、P1.0～1.3口與鍵盤12的2根行線、4根列線相連，P3.0～P3.7與顯示器13的DB0～DB7口相連。地址發(fā)生器6的Q3、MR口與單片機9的HIS.0、HIS.2口相連，CLK口與74LS393分頻器7的CLKON口相連，同時與A/D轉(zhuǎn)換器4的CLK口相連，分頻器7的CLKOUT口與單片機9的CLKOUT口相連。接收天線1為高靈敏度寬頻帶定向接收天線，內(nèi)含鐵氧體鐵芯的線圈偶極子天線，外面有金屬屏蔽層，屏蔽層開口方向有30度和60度兩種，天線長度為350～450mm，直徑為φ40mm，其接收頻段為1kHz～1MHz。
附圖2是電磁輻射監(jiān)測裝置前置放大電路原理圖。接收天線1接收的信號經(jīng)電容C1由IN端輸入到場效應(yīng)管M1的A端，電容C1同時與M1和電阻R2一端相連，電阻R2的另一端與電阻R1與R3的連接點B相連，電阻R1的另一端與電源E相連，電阻R3的另一端與地F相連；場效應(yīng)管M1的端與電源E相連，漏極與電阻R4、電阻R5和電容C2的連接端C相連，電阻R4的另一端與地F相連，電阻R5的另一端與電源E相連，電容C2的另一端與電阻R6、R7及THS4001放大器A1A的正輸入端的連接點D相連，電阻R6的另一端與電源E相連，電阻R7的另一端與地F相連，THS4001放大器A1A的負輸入端與電阻R8與R9的連接點J相連，電阻R8的另一端與電容C3、電阻R11和R12的連接點G相連，電容C3的另一端與地F相連，電阻R11的另一端與放大器A2A的正輸入端和電容C5的連接點I相連，電阻R12的另一端與THS4001放大器A2A的負輸入端和電阻R13的連接點K相連，電阻R13的另一端與THS4001放大器A2A的輸出端OUT相連；電阻R9的另一端與電阻R10和放大器A1A的輸出端連接點H相連，放大器A1A的輸出端經(jīng)電容C4接到地F上，電阻R10的另一端與電容C5連接。
附圖3是電磁輻射監(jiān)測裝置鍵盤輸入電路原理圖。單片機9的P0.1～0.2、P1.0～1.3口與鍵盤12的2根行線、4根列線相連，每根行線和列線的交叉點接入功能鍵P，當該鍵P按下時，該行線和列線短接，單片機9根據(jù)此信號判斷，作出相應(yīng)的操作和計算。
權(quán)利要求1.一種煤巖動力災(zāi)害電磁輻射監(jiān)測裝置，其特征在于a.它由接收天線(1)的輸出端連接到放大電路(2)的信號輸入端IN，放大電路(2)的輸出端OUT分成兩路，一路與單片機9的HIS.1相連，另一路連接到A/D轉(zhuǎn)換器(4)的模擬量輸入端AIN，A/D轉(zhuǎn)換器(4)的數(shù)據(jù)口D0～D9連接到數(shù)據(jù)存儲器(5)和數(shù)據(jù)緩沖器(8)的數(shù)據(jù)口D0～D9，A/D轉(zhuǎn)換器(4)的OE和STBY口與單片機(9)的HSO.3口相連，數(shù)據(jù)存儲器(5)的A0～A14口與地址發(fā)生器(6)的A0～A14相連，數(shù)據(jù)緩沖器(8)的AD0～AD7口與單片機(9)的P3.0～P3.7相連，單片機(9)的RXD口與串行接口芯片(14)的RO口及遠程通訊接口芯片(15)的RXD口相連，單片機(9)的TXD口與串行接口芯片(14)的TI口及遠程通訊接口芯片(15)的TXD口相連。b.單片機(9)的并行口P3.0～P3.7與地址鎖存器(16)的AD0～AD7相連，同時與程序存儲器(10)和數(shù)據(jù)存儲器(11)的數(shù)據(jù)口D0～D7相連，地址鎖存器(16)的輸出口Q0～Q7與程序存儲器(10)和數(shù)據(jù)存儲器(11)的地址口A0～A7相連，地址鎖存器(16)的輸出口Q0、Q1與顯示器(13)的RS、RW口相連，同時單片機的P4.0～P4.7口與程序存儲器(10)和數(shù)據(jù)存儲器(11)的A8～A14口相連，單片機(9)的P1.4～P1.7與數(shù)據(jù)存儲器(11)的A15～A18相連。c.單片機(9)的P0.1～0.2、P1.0～1.3口與鍵盤(12)的2根行線、4根列線相連，P3.0～P3.7與顯示器(13)的DB0～DB7口相連。d.地址發(fā)生器(6)的Q3、MR口與單片機(9)的HIS.0、HIS.2口相連，CLK口與分頻器(7)的CLKON口相連，同時與A/D轉(zhuǎn)換器(4)的CLK口相連，分頻器(7)的CLKOUT口與單片機(9)的CLKOUT口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤巖動力災(zāi)害電磁輻射監(jiān)測裝置，其特征在于所使用的單片機為8096系列單片機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤巖動力災(zāi)害電磁輻射監(jiān)測裝置，其特征在于接收天線(1)內(nèi)含鐵氧體鐵芯的線圈偶極子天線，外面有金屬屏蔽層，屏蔽層開口方向有30度和60度兩種，天線長度為350～450mm，直徑為φ40mm，其接收頻段為1kHz～1MHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的煤巖動力災(zāi)害電磁輻射監(jiān)測裝置，其特征在于電磁天線(1)接收到的電磁輻射信息經(jīng)放大電路(2)后分成兩路一路直接連的單片機(9)的HIS.1腳；另一路接到A/D轉(zhuǎn)換芯片(4)的AIN模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤巖動力災(zāi)害電磁輻射監(jiān)測裝置，其特征在于接收天線接收的信號經(jīng)電容C1由IN端輸入到場效應(yīng)管M1的柵極A端，電容C1同時與M1和電阻R2一端相連，電阻R2的另一端與電阻R1與R3的連接點B相連，電阻R1的另一端與電源E相連，電阻R3的另一端與地F相連；場效應(yīng)管M1的漏極與電源E相連，源極與電阻R4、電阻R5和電容C2的連接端C相連，電阻R4的另一端與地F相連，電阻R5的另一端與電源E相連，電容C2的另一端與電阻R6、R7及放大器A1A的正輸入端的連接點D相連，電阻R6的另一端與電源E相連，電阻R7的另一端與地F相連，放大器A1A的負輸入端與電阻R8與R9的連接點J相連，電阻R8的另一端與電容C3、電阻R11和R12的連接點G相連，電容C3的另一端與地F相連，電阻R11的另一端與放大器A2A的正輸入端和電容C5的連接點I相連，電阻R12的另一端與放大器A2A的負輸入端和電阻R13的連接點K相連，電阻R13的另一端與放大器A2A的輸出端OUT相連；電阻R9的另一端與電阻R10和放大器A1A的輸出端連接點H相連，放大器A1A的輸出端經(jīng)電容C4接到地F上，電阻R10的另一端與電容C5連接。
專利摘要煤巖動力災(zāi)害電磁輻射監(jiān)測裝置,適用于礦井沖擊礦壓和煤與瓦斯突出的實時監(jiān)測,它由電磁信息接收天線、寬頻帶放大器和以8096系列單片機為中心的主電路所組成,通過軟件可進行對被測物的電磁輻射強度和脈沖數(shù)檢測和計算,并可通過數(shù)碼管顯示,對沖擊地壓、煤與瓦斯突出、巖土滑坡、大壩失穩(wěn)等煤巖混凝土應(yīng)力狀態(tài)的監(jiān)測,并可對災(zāi)害進行預(yù)報,造價低廉,便于生產(chǎn)。
文檔編號G01N27/00GK2510865SQ01272808
公開日2002年9月11日 申請日期2001年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月13日
發(fā)明者何學秋, 王恩元 申請人:中國礦業(yè)大學