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      一種用于聚焦雙頻激電法的相敏檢波電路的制作方法

      文檔序號:8411745閱讀:382來源:國知局
      一種用于聚焦雙頻激電法的相敏檢波電路的制作方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及一種用于電法勘探的相敏檢波電路,尤其涉及一種可用于聚焦雙頻激電法儀器中的激電電壓信號的相敏檢波電路。
      【背景技術(shù)】
      [0002]我國煤礦采掘方式的機(jī)械化程度逐漸增強(qiáng),對綜掘工作面的工作效率要求越來越高。掘進(jìn)過程中必須遵循“預(yù)測預(yù)報(bào),有掘必探,先探后掘,先治后采”的原則,來保證工作面內(nèi)人員和機(jī)器的安全生產(chǎn)。目前,煤礦井下巷道超前探測方法包括礦井直流電法、礦井瞬變電磁法、礦井地質(zhì)雷達(dá)探測法、瑞雷波法以及礦井地震波超前探測技術(shù)等。這些物探方法存在如下冋題:存在探測準(zhǔn)確率低、實(shí)時性差、方向性差、效率低、成本尚、抗干擾能力差、探掘分離等突出問題,不能完全滿足掘進(jìn)面對超前探測的要求。因此,研宄一種工作方法簡單、探測精度高、可實(shí)現(xiàn)與掘進(jìn)機(jī)協(xié)同作業(yè)的超前探測方法意義重大。
      [0003]聚焦雙頻激電法(專利號CN103176214A)是中國礦業(yè)大學(xué)(北京)提出的一種基于雙激電法以及電場聚焦效應(yīng)的煤巷超前探測方法,根據(jù)同性電場相排斥的性質(zhì),利用約束電極發(fā)射的約束電場與主電極發(fā)射的探測電場相互作用,利用電場的約束和偏轉(zhuǎn)作用,有效控制電場的傳播方向,使探測電場的發(fā)射方向與發(fā)射范圍控制在一定范圍內(nèi),從而實(shí)現(xiàn)角度和深度掃描探測,達(dá)到異常體定方向、定距離探測的目的。
      [0004]在聚焦雙頻激電法中,雙頻激電電壓信號幅值及相位的提取是其中的關(guān)鍵技術(shù)。中南大學(xué)(專利號CN1034276)提出利用富氏變換相干器從放大及濾波后的激電信號中提取高頻實(shí)分量、高頻虛分量、低頻實(shí)分量、低頻虛分量,存在的主要問題是相干檢波的精度受到帶通濾波電路的影響。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0005]本發(fā)明的目的在于,克服現(xiàn)有雙頻激電儀的上述缺陷,提供一種抗干擾能力強(qiáng)、高精度的相敏檢波電路。
      [0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
      [0007]一種用于聚焦雙頻激電法的相敏檢波電路,其特征在于,包括程控帶通濾波電路1、高頻相敏檢波電路2和4、低頻相敏檢波電路5和7、高頻參考信號電路3及低頻參考信號電路6、高頻積分電路8和9、低頻積分電路10和11,所述程控帶通濾波電路I在單片機(jī)控制下分別實(shí)現(xiàn)對輸入信號的高頻及低頻帶通濾波,帶通濾波后的信號分別與高頻相敏檢波電路2和4、低頻相敏檢波電路5和7的輸入信號端連接,其參考信號端分別與高頻參考信號電路3及低頻參考信號電路6連接,相敏檢波后的信號分別經(jīng)過高頻積分電路8和9、低頻積分電路10和11輸出。
      [0008]本發(fā)明用于聚焦雙頻激電法的相敏檢波電路與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有如下有益效果:
      [0009]1.本發(fā)明具有模塊化、集成化、低功耗的特點(diǎn);
      [0010]2.本發(fā)明采用程控帶通濾波電路,消除了電容、電阻誤差及漂移引起的誤差;
      [0011]3.本發(fā)明采用反饋式超低頻低通濾波電路的方式實(shí)現(xiàn)積分,解決了大時間常數(shù)積分問題。
      【附圖說明】
      [0012]圖1 (a)為現(xiàn)有激發(fā)極化測量中激勵電流波形的一種雙頻合成電流波形示意圖;
      [0013]圖1(b)為現(xiàn)有激發(fā)極化測量中一種雙頻激發(fā)極化信號波形示意圖;
      [0014]圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖;
      [0015]圖3為本發(fā)明程控帶通濾波電路的電路圖;
      [0016]圖4為本發(fā)明尚頻及低頻參考彳目號電路的電路圖;
      [0017]圖5為本發(fā)明低頻相敏檢波電路及低頻積分電路的電路圖;
      [0018]圖6為本發(fā)明高頻相敏檢波電路及高頻積分電路的電路圖。
      [0019]其中,1.程控帶通濾波電路,2.高頻相敏檢波電路I,3.高頻參考信號電路,4.高頻相敏檢波電路II,5.低頻相敏檢波電路Ι,6.低頻參考信號電路,7.低頻相敏檢波電路II,8.高頻積分電路I,9.高頻積分電路II,10.低頻積分電路I,11.低頻積分電路II。
      【具體實(shí)施方式】
      [0020]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白與理解,以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本實(shí)施例不得用于解釋對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
      [0021]參看圖1、2
      [0022]圖1(a)及(b)分別為現(xiàn)有激發(fā)極化測量中激勵電流波形的一種雙頻合成電流波形、雙頻激發(fā)極化信號波形示意圖,其中頻率對分別為I及l(fā)/13Hz、2及2/13Hz、4及4/13Hz、8及8/13HZ,相敏檢波電路的目的是提取雙頻激發(fā)極化信號中基波的幅值和相位信息。
      [0023]本實(shí)施例所述的用于聚焦雙頻激電法的相敏檢波電路,其特征在于,包括程控帶通濾波電路1、高頻相敏檢波電路2和4、低頻相敏檢波電路5和7、高頻參考信號電路3及低頻參考信號電路6、高頻積分電路8和9、低頻積分電路10和11,所述程控帶通濾波電路I在單片機(jī)控制下分別實(shí)現(xiàn)對輸入信號的高頻及低頻帶通濾波,帶通濾波后的信號分別與高頻相敏檢波電路2和4、低頻相敏檢波電路5和7的輸入信號端連接,其參考信號端分別與高頻參考信號電路3及低頻參考信號電路6連接,相敏檢波后的信號分別經(jīng)過高頻積分電路8和9、低頻積分電路10和11輸出。
      [0024]參看圖3
      [0025]所述程控帶通濾波電路I包括程控帶通濾波芯片MAX260及鎖存器芯片74HC374,MAX260是MAXM公司推出的CMOS雙二階通用開關(guān)有源濾波器,微處理器精確控制濾波函數(shù)。在不需外部元件的情況下,就可構(gòu)成各種帶通、低通、高通、陷波和全通配置??稍诔绦蚩刂葡略O(shè)置中心頻率&、品質(zhì)因數(shù)Q和濾波器的工作方式。
      [0026]參看圖4
      [0027]所述高頻參考信號電路3及低頻參考信號電路6均由雙電壓比較器芯片LM393構(gòu)成,高頻參考信號電路3的工作原理是數(shù)字控制信號CLKH與2.5V基準(zhǔn)電壓VREF經(jīng)過LM393進(jìn)行比較,分別產(chǎn)生高頻相敏檢波電路2和4所需的參考信號LIA_REH11和LIA_REH12,低頻參考信號電路6的工作原理是數(shù)字控制信號CLKL與2.5V基準(zhǔn)電壓VREF經(jīng)過LM393進(jìn)行比較,分別產(chǎn)生低頻相敏檢波電路5和7需要的參考信號LIA_REFL1和LIA_REFL2。
      [0028]參看圖5
      [0029]所述低頻相敏檢波電路5和7均采用平衡調(diào)制解調(diào)器芯片AD630,其輸入端與程控帶通濾波電路I連接,輸出端分別與低頻積分電路10和11連接,輸入信號為BP_OUTL,參考信號分別為LIA_REFL1和LIA_REFL2,輸入信號與參考信號在相敏檢波電路內(nèi)部進(jìn)行乘法運(yùn)算,產(chǎn)生含有基波幅值與相位信息的輸出信號。
      [0030]所述低頻積分電路10和11采用反饋式超低頻低通濾波器,該電路時間常數(shù)可達(dá)數(shù)百秒,可以作為超低頻信號積分器。電路中的低頻頻率分別為l/13HZ、2/13Hz、4/13Hz、8/13Hz,因此取積分電路的時間常數(shù)為130s,電路中所有電阻均采用千分之一高精度、低漂移電阻。
      [0031]參看圖6
      [0032]所述高頻相敏檢波電路2和4均采用平衡調(diào)制解調(diào)器芯片AD630,其輸入端與程控帶通濾波電路I連接,輸出端分別與高頻積分電路8和9連接,輸入信號為BP_OUTH,參考信號分別為LIA_REH11和LIA_REH12,輸入信號與參考信號在相敏檢波電路內(nèi)部進(jìn)行乘法運(yùn)算,產(chǎn)生含有基波幅值與相位信息的輸出信號。
      [0033]所述高頻積分電路8和9采用反饋式超低頻低通濾波器,該電路時間常數(shù)可達(dá)數(shù)百秒,可以作為超低頻信號積分器。電路中的高頻頻率分別為1ΗΖ、2ΗΖ、4ΗΖ、8ΗΖ,因此取積分電路的時間常數(shù)為10s,電路中所有電阻均采用千分之一高精度、低漂移電阻。
      [0034]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解,本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制,上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理,在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下,本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn),這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由權(quán)利要求書及其等同物界定。
      【主權(quán)項(xiàng)】
      1.一種用于聚焦雙頻激電法的相敏檢波電路,其特征在于,包括程控帶通濾波電路1、高頻相敏檢波電路2和4、低頻相敏檢波電路5和7、高頻參考信號電路3及低頻參考信號電路6、高頻積分電路8和9、低頻積分電路10和11,所述程控帶通濾波電路I在單片機(jī)控制下分別實(shí)現(xiàn)對輸入信號的高頻及低頻帶通濾波,帶通濾波后的信號分別與高頻相敏檢波電路2和4、低頻相敏檢波電路5和7的輸入信號端連接,其參考信號端分別與高頻參考信號電路3及低頻參考信號電路6連接,相敏檢波后的信號分別經(jīng)過高頻積分電路8和9、低頻積分電路10和11輸出。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于聚焦雙頻激電法的相敏檢波電路,其特征在于,所述程控帶通濾波電路I在程序控制下可實(shí)現(xiàn)對I及I/13Hz、2及2/13Hz、4及4/13Hz、8及8/13Hz頻率對中高頻及低頻的帶通濾波。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于聚焦雙頻激電法的相敏檢波電路,其特征在于,所述高頻積分電路8和9、低頻積分電路10和11采用反饋式超低頻低通濾波電路。
      【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于聚焦雙頻激電法的相敏檢波電路,其特征在于,包括程控帶通濾波電路1、高頻相敏檢波電路2和4、低頻相敏檢波電路5和7、高頻參考信號電路3及低頻參考信號電路6、高頻積分電路8和9、低頻積分電路10和11,所述程控帶通濾波電路1在單片機(jī)控制下分別實(shí)現(xiàn)對輸入信號的高頻及低頻帶通濾波,帶通濾波后的信號分別與高頻相敏檢波電路2和4、低頻相敏檢波電路5和7的輸入信號端連接,其參考信號端分別與高頻參考信號電路3及低頻參考信號電路6連接,相敏檢波后的信號分別經(jīng)過高頻積分電路8和9、低頻積分電路10和11輸出。利用本發(fā)明,可實(shí)現(xiàn)對雙頻激電信號幅值與相位的高精度同步檢測。
      【IPC分類】G01V3-08, G05B19-042
      【公開號】CN104730992
      【申請?zhí)枴緾N201510128665
      【發(fā)明人】吳淼, 劉希高, 劉志民, 呂一鳴, 周游, 張金濤, 羅婉婉, 李旭, 郝建生, 馬昭, 王學(xué)成, 王傳武
      【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
      【公開日】2015年6月24日
      【申請日】2015年3月23日
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