專利名稱：煤層瓦斯射電頻譜測(cè)向預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦采掘中測(cè)定煤巖層瓦斯壓力，更具體地說是一種應(yīng)用射電天文調(diào)制、全功率、頻譜和絕對(duì)定標(biāo)方法，較精確地測(cè)定煤巖層中瓦斯射電輻射源的輻射溫度、相 對(duì)強(qiáng)度、頻譜及方位和法距，再通過實(shí)測(cè)建立數(shù)學(xué)模型和數(shù)據(jù)處理得到煤層單位長(zhǎng)度衰減 系數(shù)計(jì)算出瓦斯源本身的輻射流量，進(jìn)而配合鉆孔實(shí)測(cè)瓦斯源的壓力，得出某一地質(zhì)及煤 層條件下輻射流量與瓦斯源的壓力關(guān)系，籍以測(cè)量煤巖層中瓦斯富集區(qū)的瓦斯壓力及預(yù)警 煤瓦突出危險(xiǎn)的煤層瓦斯射電頻譜測(cè)向預(yù)警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
煤瓦突出煤層，尤其是嚴(yán)重煤瓦突出煤層安全掘進(jìn)施工至今仍是世界性難題。同 樣，煤瓦突出煤層內(nèi)部瓦斯壓力集中區(qū)域的方位、壓力及突出危險(xiǎn)的測(cè)定及預(yù)報(bào)至今也是 世界性難題。過去在煤礦中使用過的鉆孔探測(cè)、地音探測(cè)、微震探測(cè)、電磁探測(cè)等方法，這些 方法中前三者都是接觸探測(cè)，或因孔位、孔深難以測(cè)定而使瓦斯壓力難以實(shí)時(shí)測(cè)定；或因不 夠靈敏、易受雜音干擾，難以建立與瓦斯壓力模型；或因設(shè)備龐大難以在采掘現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用；后 者雖是非接觸探測(cè)，但建立在脈沖計(jì)數(shù)基礎(chǔ)上的單通道測(cè)試難于與脈沖干擾區(qū)分，因而虛 警率高，且是非線性檢測(cè)，難于建立瓦斯壓力模型；因此現(xiàn)有技術(shù)都不能很好解決煤層內(nèi)部 瓦斯壓力、方位的測(cè)定及煤瓦突出的預(yù)警。各煤礦雖然都相繼建立了巷道瓦斯檢測(cè)監(jiān)控系 統(tǒng)，但只能檢測(cè)巷道空氣中業(yè)已從煤巖層中滲透出來(lái)的瓦斯的濃度，而不能檢測(cè)掘進(jìn)開采 工作面前方煤層中的瓦斯含量，因而并不能從根本上解決煤與瓦斯突出造成瓦斯?jié)舛人查g 增加，引起的瓦斯爆炸的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和防治問題。總起來(lái)說，目前煤礦采掘中使用的煤層瓦斯 測(cè)試方法，其本質(zhì)上都是非線性、單通道、單物理量硬件測(cè)量設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，利用在射電天文學(xué)中已經(jīng) 非常成熟的射電天文調(diào)制、全功率、頻譜儀、干涉、偏振(極化)及絕對(duì)定標(biāo)等方法，提供一 種煤層瓦斯射電頻譜測(cè)向預(yù)警系統(tǒng)，它是一種線性多通道多傳感單元的煤層瓦斯射電頻譜 測(cè)向預(yù)警系統(tǒng)，可同時(shí)測(cè)定煤巖層中瓦斯射電輻射源的輻射溫度、相對(duì)強(qiáng)度、輻射頻譜及輻 射源方位和極化，籍以測(cè)量煤巖層中瓦斯富集區(qū)的瓦斯壓力、方位及預(yù)警突出。為了敘述清楚，先簡(jiǎn)介煤層瓦斯射電探測(cè)的基本原理1、非絕對(duì)零度下的煤層瓦斯存在玻爾茲曼輻射P= ε KT, ε為煤層瓦斯吸收系 數(shù)(ε ^ 1), T為絕對(duì)溫度，K為玻爾茲曼常數(shù)。由于地層深處的物理溫度不可能瞬變，所 以這是一種緩變的穩(wěn)態(tài)輻射或者說背景輻射；2、煤層瓦斯富集區(qū)存在吸附瓦斯膨脹導(dǎo)致煤巖層斷裂產(chǎn)生的電磁輻射，由于地質(zhì) 動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜性和斷裂的無(wú)規(guī)性，這是一種尖峰形態(tài)的非穩(wěn)態(tài)輻射；3、由礦區(qū)內(nèi)多層大面積弱導(dǎo)電煤層和絕緣巖層相間迭加構(gòu)成的大地電容器在地 質(zhì)動(dòng)力學(xué)變化中(含瓦斯壓力增大導(dǎo)致)極板間距L和電荷Q變化產(chǎn)生長(zhǎng)波射電輻射(λ L、ρ AQ)；4、煤層瓦斯富集區(qū)存在局部弱導(dǎo)電煤層和絕緣的瓦斯液氣層構(gòu)成的吸附瓦斯電 容因吸附瓦斯體積壓力變化產(chǎn)生的長(zhǎng)中波輻射及瓦斯富集區(qū)內(nèi)積聚的大量電荷經(jīng)煤層尖 端通過瓦斯氣體局部無(wú)氧放電產(chǎn)生的尖峯輻射；5、大地高Q諧振腔激發(fā)的煤層瓦斯δ射電譜線輻射(在復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造中，不排 除在復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造中形成高Q諧振腔，才足以形成頻率自1ΚΗΖ-100ΚΗΖ的δ譜線輻射)； 及其譜峰漂移以及可能存在的高壓瓦斯氣體分子特征譜線輻射等等。我們的目標(biāo)就是通過綜合利用射電天文方法中的成熟技術(shù)并結(jié)合煤礦開采中的 實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)，用一種綜合性、多通道、高性能的煤層瓦斯射電頻譜測(cè)向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)上 述五種煤層瓦斯射電輻射信號(hào)的接收，測(cè)定并記錄其輻射溫度、相對(duì)強(qiáng)度、輻射頻譜、譜峯 漂移、輻射區(qū)方位及法距、輻射極化等隨天線方位、仰角、時(shí)間的變化及其形態(tài)，籍以間接測(cè) 定煤層瓦斯壓力，確定其位置、輻射形態(tài)及其輻射類型，從而指導(dǎo)生產(chǎn)、預(yù)警煤與瓦斯突出。煤層瓦斯射電頻譜測(cè)向系統(tǒng)不同于一般的無(wú)線電接收機(jī)，由于接收對(duì)象的特殊 性，它有幾個(gè)基本技術(shù)要求1.高的增益穩(wěn)定性黑體輻射是一種白噪聲形態(tài)的輻射，在本 質(zhì)上和接收系統(tǒng)的電子噪聲并無(wú)不同，因此，若接收系統(tǒng)增益不穩(wěn)定，則在接收系統(tǒng)輸出發(fā) 生變化時(shí)，我們根本無(wú)法區(qū)分是接收系統(tǒng)收到的瓦斯射電輻射信號(hào)的變化還是接收系統(tǒng)本 機(jī)噪聲的變化。所以，一般來(lái)說，要求接收系統(tǒng)整機(jī)增益穩(wěn)定性至少達(dá)到士1 2% /每小 時(shí)或更高；2.高的靈敏度射電輻射機(jī)的理想靈敏度ΔΤ = aT sys/ V Af · ，要使理想 靈敏度ΔΤ越好，必須降低系統(tǒng)噪聲溫度Tsys、增大系統(tǒng)等效帶寬Δ ·、增加系統(tǒng)積分時(shí)間 工，一般來(lái)說，要求接收系統(tǒng)整機(jī)靈敏度至少達(dá)到1 2° K或更低；3.高的抗干擾性相關(guān) 處理、抑制定頻干擾、嚴(yán)格屏蔽和濾波、降低天線的后瓣和旁瓣電平、多倍頻程可調(diào)帶寬、多 通道比對(duì)等等；4.高線性及大動(dòng)態(tài)范圍如>60db動(dòng)態(tài)范圍、動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)線性氺2 10%、 程控增益、軟件無(wú)線電技術(shù)等等。終上所述，本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種煤層瓦斯射電頻 譜測(cè)向預(yù)警系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)綜合應(yīng)用射電天文方法中的調(diào)制輻射計(jì)方法、全功率輻 射計(jì)方法、外差頻譜儀方法、絕對(duì)定標(biāo)方法及煤礦地質(zhì)學(xué)中的煤層瓦斯壓力測(cè)量方法，測(cè)定 煤巖層中不同天線方位及仰角下的瓦斯射電輻射源的輻射溫度、相對(duì)強(qiáng)度、輻射頻譜及輻 射源方位和極化，籍以測(cè)量煤巖層中瓦斯富集區(qū)的方位、瓦斯壓力大小及其變化，預(yù)警煤瓦 突出危險(xiǎn)；設(shè)有包括線性射電天文調(diào)制輻射接收子系統(tǒng)，通過其接收煤巖層中瓦斯富集區(qū)瓦斯射電穩(wěn) 態(tài)和非穩(wěn)態(tài)輻射溫度信號(hào)，籍以間接測(cè)定煤層瓦斯壓力；AGC射電天文全功率輻射接收子系統(tǒng)，通過其接收煤巖層中瓦斯富集區(qū)瓦斯射電 非穩(wěn)態(tài)及快速變化的輻射強(qiáng)度及形態(tài)信號(hào)，籍以判別所測(cè)瓦斯射電輻射類型及變化速率；射電天文頻譜輻射接收子系統(tǒng)，通過其接收煤巖層中瓦斯富集區(qū)瓦斯射電非穩(wěn)態(tài) 及快速變化的輻射頻譜峯值及其向高頻端的的漂移，籍以預(yù)警煤瓦突出；長(zhǎng)中波定向天線組，通過其將上述三種接收的信號(hào)通過雙方向性天線的轉(zhuǎn)動(dòng)及移 位，獲得在不同天線方位及仰角下最大值的吻合，再經(jīng)三角法計(jì)算，測(cè)定瓦斯富集區(qū)的極 化、方位、仰角和法距，以確定瓦斯富集區(qū)到天線的距離；通過射電天文絕對(duì)定標(biāo)方法及煤礦地質(zhì)學(xué)中的煤層瓦斯壓力測(cè)量方法，將顯示的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為天線收到的瓦斯富集區(qū)天線輻射溫度，在知道單位長(zhǎng)度煤層的電波損耗系 數(shù)和煤層瓦斯富集區(qū)的瓦斯壓力后，再將天線輻射溫度轉(zhuǎn)換為瓦斯壓力，就可以從儀器顯 示讀出瓦斯壓力。射電天文調(diào)制輻射接收子系統(tǒng)設(shè)有調(diào)制式煤層瓦斯射電輻射接收裝置，含寬帶定向天線接口、三端口視頻調(diào)制器、低噪聲視頻前置放大器、多倍頻程可調(diào)帶寬放大器、可選 薄膜隔離衰減器、三頻有源帶阻濾波器、寬帶緩沖放大器、可調(diào)增益主視頻放大器、低溫漂 雙差分對(duì)管倍壓檢波器、視頻直流放大器、同步積分器、同步相位檢波器、有源積分器、鎖相 同步信號(hào)產(chǎn)生器、多路CMOS緩沖器以及過沖切除控制信號(hào)延遲電路；由寬帶定向天線來(lái)的 天線信號(hào)經(jīng)寬帶天線接口進(jìn)入三端口視頻調(diào)制器的信號(hào)輸入端口，三端口視頻調(diào)制器的另 一輸入端口接50 Ω終端負(fù)載，三端口視頻調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)方波輸入端接到多路CMOS緩沖器7 路同步方波信號(hào)輸出的其中一路輸出口，經(jīng)方波調(diào)制后的天線信號(hào)由三端口視頻調(diào)制器的 信號(hào)輸出端口接到低噪聲視頻前置放大器的輸入端，低噪聲視頻前置放大器的輸出端接到 多倍頻程可調(diào)帶寬放大器的信號(hào)輸入端，多倍頻程可調(diào)帶寬放大器的程控信號(hào)輸入端接到 嵌入式CPU的3路D/A輸出的之一的調(diào)制帶寬程序控制電壓輸出口，可調(diào)帶寬放大器的信 號(hào)輸出端接到可選薄膜隔離衰減器的輸入端。可選薄膜隔離衰減器輸出端接到三頻有源帶 阻濾波器的輸入端，三頻有源帶阻濾波器的輸出端接到寬帶緩沖放大器的輸入端。寬帶緩 沖放大器的輸出端接到可調(diào)增益主視頻放大器的信號(hào)輸入端，可調(diào)增益主視頻放大器的過 沖切除電路的驅(qū)動(dòng)方波輸入端接到過沖切除控制信號(hào)延遲電路的輸出端，可調(diào)增益主視頻 放大器的可調(diào)增益程控信號(hào)輸入端接到嵌入式CPU的3路D/A輸出的之一的調(diào)制增益程序 控制電壓輸出口，可調(diào)增益主視頻放大器的輸出端接到低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器的輸 入端。低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器的輸出端接到視頻直流放大器的輸入端，視頻直流放 大器的輸出端接到同步積分器的信號(hào)輸入端，同步積分器的雙相驅(qū)動(dòng)方波輸入端接到多路 CMOS緩沖器的其中兩路的輸出口，同步積分器的信號(hào)輸出端接到同步相位檢波器信號(hào)輸入 端，同步相位檢波器的雙相驅(qū)動(dòng)方波輸入端接到多路CMOS緩沖器7路同步方波信號(hào)輸出的 其中兩路的輸出口，同步相位檢波器的信號(hào)輸出端，接到有源積分器的輸入端，經(jīng)過有源積 分器積分后輸出一個(gè)代表天線輸入信號(hào)強(qiáng)度的直流信號(hào)，有源積分器的輸出端接到嵌入式 CPU的第一個(gè)A/D輸入端口，即調(diào)制解調(diào)信號(hào)輸入端口，所有的調(diào)制方波信號(hào)均由鎖相同步 信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生，鎖相同步信號(hào)產(chǎn)生器的方波輸出端接到多路CMOS緩沖器的輸入端，鎖相 同步信號(hào)產(chǎn)生器的基準(zhǔn)信號(hào)輸入端接到嵌入式CPU的鎖相基準(zhǔn)信號(hào)輸出口，多路CMOS緩沖 器共有7路CMOS電平同步方波信號(hào)輸出，其中2路接到同步積分器的雙相驅(qū)動(dòng)方波輸入 端，2路接到同步相位檢波器的雙相驅(qū)動(dòng)方波輸入端，另2路接到同步積分器的雙相驅(qū)動(dòng)方 波輸入端，還有2路接到過沖切除電路控制信號(hào)延遲電路的雙相驅(qū)動(dòng)方波輸入端，最后1路 接到三端口視頻調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)方波輸入端；AGC射電天文全功率輻射接收子系統(tǒng)設(shè)有全功率式煤層瓦斯射電輻射接收裝置， 含多分段天線接口、寬帶視頻開關(guān)式機(jī)械調(diào)諧電路、外同步單片機(jī)前端選頻控制器、低噪聲 視頻前置放大器、多倍頻程可調(diào)帶寬放大器、可選薄膜隔離衰減器、四頻有源帶阻濾波器、 寬帶緩沖放大器、AGC可程控主視頻放大器、低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器、視頻直流放大 器以及有源積分器；由多分段鐵氧體天線來(lái)的多路天線信號(hào)經(jīng)多分段天線接口進(jìn)入寬帶視 頻開關(guān)式機(jī)械調(diào)諧電路，該寬帶視頻開關(guān)式機(jī)械調(diào)諧電路的信號(hào)輸出端把選出的某一頻率的天線信號(hào)送到低噪聲視頻前置放大器的輸入端，寬帶視頻開關(guān)式機(jī)械調(diào)諧電路由外同步 單片機(jī)前端選頻控制器控制，外同步單片機(jī)前端選頻控制器的外同步信號(hào)輸入端接到嵌入 式CPU的單片機(jī)外同步信號(hào)輸出口，低噪聲視頻前置放大器的輸出端接到多倍頻程可調(diào)帶 寬放大器的輸入端，多倍頻程可調(diào)帶寬放大器的輸出端可選薄膜隔離衰減器的輸入端，可 選薄膜隔離衰減器的輸出端接到四頻源帶阻濾波器的輸入端，四頻有源帶阻濾波器的輸出 端接到寬帶緩沖放大器的輸入端。寬帶緩沖放大器的輸出端接到AGC可程控主視頻放大器 的信號(hào)輸入端，AGC可程控主視頻放大器的信號(hào)輸出端接到低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器 的輸入端，AGC可程控主視頻放大器的程控信號(hào)輸入端接到嵌入式CPU的3路D/A輸出的之 一的全功率增益程序控制電壓輸出端，低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器的輸出端接到視頻直 流放大器的輸入端，視頻直流放大器的輸出端接到有源積分器的輸入端，經(jīng)有源積分器積 分后輸出一個(gè)代表天線輸入信號(hào)強(qiáng)度的直流信號(hào)，有源積分器的輸出端接到嵌入式CPU的第二個(gè)A/D輸入端，即全功率解調(diào)信號(hào)輸入端口 ；
射電天文頻譜輻射接收子系統(tǒng)設(shè)有高中頻外差掃頻式煤層瓦斯射電輻射頻譜接 收裝置，含寬帶定向天線接口、低噪聲視頻前置放大器、低通濾波器、寬帶緩沖放大器、可選 薄膜隔離衰減器、雙頻有源帶阻濾波器、多倍頻程混頻器、前置高中頻放大器、高中頻帶通 濾波器、高中頻石英晶體濾波器、后級(jí)高中頻放大器、高中頻緩沖放大器、低溫漂雙差分對(duì) 管倍壓檢波器、視頻直流放大器、積分器、可程控DDS直接數(shù)字合成本振信號(hào)產(chǎn)生器、高通 濾波器以及本振緩沖放大器；由寬帶定向天線來(lái)的天線信號(hào)，經(jīng)寬帶定向天線接口接到低 噪聲視頻前置放大器的輸入端。低噪聲視頻前置放大器的輸出端接到低通濾波器的輸入 端，低通濾波器的輸出端接到寬帶緩沖放大器的輸入端，寬帶緩沖放大器的輸出端接薄膜 隔離衰減器的輸入端，薄膜隔離衰減器的輸出端接到雙頻有源帶阻濾波器的輸入端，有源 帶阻濾波器的輸出端接到多倍頻程寬帶混頻器的信號(hào)輸入端，在多倍頻程寬帶混頻器的信 號(hào)輸入端接入高Q中頻LC 口波器；多倍頻程寬帶混頻器的本振輸入端接到本振緩沖放大 器的輸出端，經(jīng)多倍頻程寬帶混頻器變頻后的高中頻信號(hào)輸出端接到前置高中頻放大器的 輸入端，前置高中頻放大器的輸出端接到集總參數(shù)高中頻帶通濾波器的輸入端，高中頻帶 通濾波器的輸出端接到高中頻石英晶體濾波器的輸入端，石英晶體濾波器的輸出端接到后 置高中頻放大器的輸入端，后置高中頻放大器的輸出端接到大動(dòng)態(tài)高中頻緩沖放大器的輸 入端。高中頻緩沖放大器的輸出端接到低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器的輸入端，低溫漂雙 差分對(duì)管倍壓檢波器的輸出端接到視頻直流放大器的輸入端，視頻直流放大器的輸出經(jīng)過 積分器積分抑噪后得到一個(gè)代表天線輸入頻譜強(qiáng)度的直流信號(hào)，送到嵌入式CPU的第三個(gè) A/D輸入端，即頻譜解調(diào)信號(hào)輸入端口，頻譜儀的掃頻本振由可程控DDS直接數(shù)字合成信 號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，可程控DDS直接數(shù)字合成信號(hào)發(fā)生器的外觸發(fā)同步信號(hào)輸入端接到嵌入式 CPU的本振外觸發(fā)同步信號(hào)輸出口，可程控DDS直接數(shù)字合成信號(hào)發(fā)生器的本振輸出端接 到IOdb薄膜隔離衰減器的輸入端，薄膜隔離衰減器的輸出端接到低通濾波器的輸入端，低 通濾波器的輸出端經(jīng)3db薄膜隔離衰減器接到高通濾波器的輸入端，高通濾波器的輸出端 接到本振緩沖放大器的輸入端，本振緩沖放大器的輸出端接到多倍頻程寬帶混頻器的本振 輸入端；系統(tǒng)還設(shè)有篏入式CPU中心控制數(shù)據(jù)處理顯示裝置含運(yùn)行WIN XP操作系統(tǒng)的單板CPU、512MDDR 內(nèi)存及 8G CF 卡存儲(chǔ)器、12bit IOOKHz 16 選 1 的 A/D 變換器、3 路 12bit 33KHzD/ A變換器、LCD顯示屏以及相應(yīng)的A/D、D/A轉(zhuǎn)換板及相應(yīng)I/O接口； 防爆鎳氫可充電池組及穩(wěn)壓電源包括+15V、+8V、+8V、-8V，共4組鎳氫可充電池 組及相應(yīng)的4組恒壓恒流鎳氫電池充電器和+12V、+5V、+5V、-5V，共4路精密穩(wěn)壓電源及相 應(yīng)的EMI保護(hù)、濾波、去耦、過熱、過流、短路保護(hù)電路；所說雙天線系由安裝在一起的電感加載低損耗高ε介質(zhì)包封寬帶準(zhǔn)對(duì)數(shù)周期平 板天線和單片機(jī)控制可遂段切換雙倍加長(zhǎng)鐵氧體多分段天線共同組成雙定向接收天線組， 兩者在接收頻帶的高端、中端、中低端均有方向性，利用雙定向天線中的電感加載低損耗高 ε介質(zhì)包封寬帶準(zhǔn)對(duì)數(shù)周期平板天線在中波和中長(zhǎng)波的天線主瓣方向性及雙倍加長(zhǎng)鐵氧 體多分段寬帶天線的8字形方向性，以天線平面法線為準(zhǔn)，在采掘面前兩邊各選一點(diǎn)，各自 轉(zhuǎn)動(dòng)天線找出煤層瓦斯射電輻射最大響應(yīng)值的天線平面與兩點(diǎn)之間連線的夾角及兩點(diǎn)之 間連線的長(zhǎng)度，即可求出煤層瓦斯射電輻射源的方位及到兩點(diǎn)之間連線的法距，從而可以 確定瓦斯射電輻射源到天線的距離。所說射電天文絕對(duì)定標(biāo)方法采用冷熱源定標(biāo)及天線口面定標(biāo)，對(duì)調(diào)制式煤層瓦斯 射電輻射接收裝置進(jìn)行接收端面冷熱源絕對(duì)定標(biāo)及天線口面冷熱源絕對(duì)定標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)天線 比對(duì)，以測(cè)定天線收到的煤層瓦斯射電輻射溫度，再通過兩點(diǎn)測(cè)向確定瓦斯射電輻射源到 天線與瓦斯射電輻射的距離，經(jīng)實(shí)測(cè)得到煤層單位長(zhǎng)度衰減系數(shù)，計(jì)算出瓦斯源本身的輻 射流量，進(jìn)而配合煤礦地質(zhì)學(xué)中的煤層瓦斯壓力測(cè)量方法即密封鉆孔實(shí)測(cè)瓦斯源的壓力， 獲得某一地質(zhì)及煤層條件下輻射流量與瓦斯源的壓力關(guān)系，從儀器顯示直讀瓦斯壓力。所說調(diào)制式煤層瓦斯射電輻射接收裝置、全功率式煤層瓦斯射電輻射接收裝置及 高中頻外差掃頻式煤層瓦斯射電輻射頻譜接收裝置裝在同一隔爆鐵合內(nèi)構(gòu)成三通道共同 接收來(lái)自同一輻射源的信號(hào)，其不同的接收體制、增益、帶寬、積分時(shí)間及顯示方式，經(jīng)嵌入 式CPU處理實(shí)現(xiàn)有效地抑制干擾和觀測(cè)有用信號(hào)形態(tài)及參數(shù)并采用高中頻外差掃頻式頻 譜儀來(lái)接收和分析顯示煤層瓦斯射電輻射頻譜，并監(jiān)控其頻譜峯值向頻率高端的移動(dòng)以作 為預(yù)警煤瓦突出的重要依據(jù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果1、線性接收本機(jī)的輸出與天線信號(hào)呈線性關(guān)系，其線性動(dòng)態(tài)范圍達(dá)30_40db，經(jīng) AGC電路可達(dá)70db，再使用校正曲線經(jīng)計(jì)算機(jī)修正可達(dá)80-90db。這就可以通過絕對(duì)定標(biāo)將 儀器輸出讀數(shù)標(biāo)定為輻射流量，再通過瓦斯標(biāo)定將其標(biāo)定為瓦斯壓力、濃度或噸煤含瓦斯 量。而過去國(guó)內(nèi)外測(cè)量瓦斯電磁輻射大多采用脈沖計(jì)數(shù)，難于建立儀器輸出與瓦斯射電輻 射強(qiáng)度的線性關(guān)系，也就不可能將儀器輸出讀數(shù)標(biāo)定為瓦斯射電輻射強(qiáng)度，更不可能通過 絕對(duì)定標(biāo)和瓦斯標(biāo)定將儀器輸出讀數(shù)標(biāo)定為瓦斯壓力、濃度或噸煤含瓦斯量。2、頻譜接收采用高中頻外差掃頻式頻譜儀來(lái)接收和顯示煤層瓦斯射電輻射頻 譜，以l-5KHz的頻譜分辨率顯示5 1300KHZ的頻率范圍內(nèi)的煤層瓦斯射電輻射頻譜，并 監(jiān)控其頻譜峯值向頻率高端的移動(dòng)以作為預(yù)警煤瓦突出的重要依據(jù)。并通過對(duì)IOOKHz以 下的頻譜峯的單位時(shí)間計(jì)數(shù)作為衡量煤層瓦斯活動(dòng)劇烈程度的一項(xiàng)指標(biāo)，而某一天線方位 角時(shí)的頻譜峰的最大值又作為六參量極坐標(biāo)圖的參量參與煤層瓦斯射電輻射的計(jì)量。經(jīng)科 技查新，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)類似技術(shù)。3、雙定向天線接收由安裝在同一平面的雙定向天線共同接收來(lái)自煤層瓦斯的射電輻射，一個(gè)為電感加戴低損耗高ε介質(zhì)包封寬帶對(duì)數(shù)周期平板天線，另一個(gè)為單片機(jī)控 制可遂段切換調(diào)諧的雙倍加長(zhǎng)鐵氧體多分段天線，兩者具有不同的天線方向特性，兩者一 起接收有利于對(duì)煤層瓦斯射電輻射源的測(cè)向、判別有用信號(hào)、抑制干擾，減少虛警。并且可 以利用平面天線與鐵氧體天線不同的偏振特性來(lái)區(qū)分煤層瓦斯射電輻射源的偏振進(jìn)而細(xì) 分其迎頭端面情況(端面向掘進(jìn)面或側(cè)面向掘進(jìn)面等)。4、多通道多傳感器接收由裝在同一隔爆鐵合內(nèi)的調(diào)制接收儀、全功率接收儀及頻譜接收儀通過雙天線共同接收來(lái)自同一煤層瓦斯射電輻射源的信號(hào)，因其不同的接收體 制(調(diào)制、全功率、頻譜)、增益(線性、AGC、點(diǎn)頻準(zhǔn)線性)、帶寬(寬頻帶、窄頻帶、1-5ΚΗΖ點(diǎn) 頻)、積分時(shí)間(2S、0. 5S、10mS)及顯示方式(數(shù)顯、數(shù)顯、模擬)，實(shí)際上相當(dāng)于多通道多傳 感器接收，經(jīng)嵌入式CPU處理，通過閥值重合判據(jù)可以大大地減少虛警，同時(shí)也可以更有效 地抑制干擾及更有效地觀測(cè)有用信號(hào)形態(tài)及參數(shù)。這是國(guó)內(nèi)外對(duì)煤層瓦斯射電輻射探測(cè)中 沒有做到過的。5、15°測(cè)向利用雙定向天線中的電感加戴低損耗高ε介質(zhì)包封寬帶準(zhǔn)對(duì)數(shù)周 期平板天線在中波和中長(zhǎng)波的天線主瓣方向性及雙倍加長(zhǎng)鐵氧體多分段天線的8字形方 向性，以天線平面法線為準(zhǔn)，在采掘面前兩邊各選一點(diǎn)，各自轉(zhuǎn)動(dòng)天線測(cè)出煤層瓦斯射電輻 射最大響應(yīng)值的天線平面與兩點(diǎn)之間連線的夾角及兩點(diǎn)之間連線的長(zhǎng)度，即可求出煤層瓦 斯射電輻射源的方位及到兩點(diǎn)之間連線的法距。其測(cè)向精度可達(dá)15°，這一指標(biāo)遠(yuǎn)超過文 獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。6、應(yīng)用高增益穩(wěn)定性的調(diào)制式射電輻射接收設(shè)備及接收機(jī)冷熱源定標(biāo)及天線口 面定標(biāo)技術(shù)測(cè)定煤層瓦斯射電輻射流量進(jìn)而標(biāo)定煤層瓦斯富集區(qū)的瓦斯壓力或單位體積 煤層內(nèi)瓦斯含量應(yīng)用增益穩(wěn)定性達(dá)到士0. 5% /每小時(shí)的調(diào)制式射電輻射線性接收設(shè)備， 通過接收機(jī)冷熱源定標(biāo)及天線口面定標(biāo)技術(shù)可以準(zhǔn)確地測(cè)定天線收到的煤層瓦斯射電輻 射溫度，再通過測(cè)向得到天線與源的距離、實(shí)測(cè)得到煤層單位長(zhǎng)度衰減系數(shù)即可計(jì)算出瓦 斯源本身的輻射流量，進(jìn)而配合鉆孔實(shí)測(cè)得到煤層瓦斯富集區(qū)的壓力，即可得出某一地質(zhì) 及煤層條件下輻射流量與煤層瓦斯富集區(qū)的壓力關(guān)系。這也是國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中沒有報(bào)導(dǎo)過 的。7、應(yīng)用積分時(shí)間較短的全功率式煤層瓦斯射電輻射接收設(shè)備可以接收到并確定 煤層瓦斯射電輻射的形態(tài)當(dāng)采用積分時(shí)間短到0. OlS 0. IS,并使用鐵氧體天線的全功 率式煤層瓦斯射電輻射接收設(shè)備時(shí)，我們可以接收到煤層瓦斯射電輻射的波形及形態(tài)，并 可由此區(qū)分煤層瓦斯射電輻射的穩(wěn)態(tài)輻射、非穩(wěn)態(tài)輻射、尖峰輻射等等不同的輻射過程。這 樣我們從輻射形態(tài)上可以判斷出在尖峰輻射占主要形態(tài)且峯值較高尤其是突然增強(qiáng)時(shí)，多 數(shù)表示著煤層吸附瓦斯活動(dòng)劇烈，煤與瓦斯突出的可能性就增大。8、高性能篏入式CPU的應(yīng)用500MHz的AMD 32位CPU、512MB內(nèi)存、8G CF卡存儲(chǔ) 器、12bitA/D和D/A，實(shí)現(xiàn)了整機(jī)的程序控制，精確而快速地?cái)?shù)據(jù)處理、數(shù)字和圖形顯示，并 且實(shí)現(xiàn)了作業(yè)時(shí)間內(nèi)的全部測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄和存儲(chǔ)。便于使用更高性能的計(jì)算機(jī)工作 站進(jìn)行后續(xù)處理及數(shù)據(jù)回放，這對(duì)于積累資料，進(jìn)一步尋找地質(zhì)、煤層、瓦斯以及采掘之間 的規(guī)律性的東西有很高的價(jià)值。綜合以上，本發(fā)明具有高增益穩(wěn)定性且由篏入式CPU程序控制的線性調(diào)制接收設(shè) 備的應(yīng)用，可以較為準(zhǔn)確的測(cè)定煤層瓦斯射電輻射；雙天線、三通道、AWC、AGC、PGC、同步積分、相關(guān)處理、不同積分時(shí)間的同時(shí)接收可以有效地判別干擾，減少虛警率；寬帶頻譜測(cè)量，提供了直觀的煤瓦突出前兆的觀測(cè)和預(yù)警；特種方向性天線雙點(diǎn)測(cè)量實(shí)現(xiàn)了煤層瓦斯富集 區(qū)方位角、法距和位置測(cè)量，為建立瓦斯射電輻射溫度與瓦斯壓力關(guān)系提供了新的手段。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的原理框圖；圖2是調(diào)制式煤層瓦斯射電輻射接收裝置原理框圖；圖3是全功率式煤層瓦斯射電輻射接收裝置原理框圖；圖4是高中頻外差掃頻式煤層瓦斯射電輻射頻譜接收裝置原理框圖；圖5是篏入式CPU中心控制數(shù)據(jù)處理顯示裝置硬件原理框圖；圖6是篏入式CPU中心控制數(shù)據(jù)處理顯示裝置軟件主程序方框圖；圖7是防爆型鎳氫可充電池組及4路精密穩(wěn)壓電源方框圖；圖8是煤層瓦斯射電輻射接收設(shè)備長(zhǎng)中波雙定向天線組方框圖；圖9是煤層瓦斯射電輻射接收設(shè)備軟件LO配置模塊方框圖；圖10是煤層瓦斯射電輻射接收設(shè)備軟件系統(tǒng)初始化模塊方框圖；圖11是煤層瓦斯射電輻射接收設(shè)備軟件系統(tǒng)狀態(tài)控制模塊方框圖；圖12是煤層瓦斯射電輻射接收設(shè)備軟件A/D初始化設(shè)置模塊方框圖；圖13是煤層瓦斯射電輻射接收設(shè)備軟件D/A初始化設(shè)置模塊方框圖；圖14是煤層瓦斯射電輻射接收設(shè)備軟件中斷子程序模塊方框圖。
具體實(shí)施例方式參看圖1，本發(fā)明系統(tǒng)包含具體設(shè)備共6種，分別是調(diào)制式煤層瓦斯射電輻射接收 裝置、全功率式煤層瓦斯射電輻射接收裝置、高中頻外差掃頻式煤層瓦斯射電輻射頻譜接 收裝置、篏入式CPU中心控制數(shù)據(jù)處理顯示裝置、防爆鎳氫可充電池組和穩(wěn)壓電源以及長(zhǎng) 中波定向天線組，除天線以外均各自以鍍銀外殼密閉屏蔽后共置于開有耐壓透明顯示窗口 的隔爆外殼內(nèi)，天線則以阻燃防爆電纜通過隔爆接頭引入隔爆外殼，以適應(yīng)煤礦井下工作。 1是外置平板天線；2是外置磁性天線；3是調(diào)制式射電輻射接收裝置；4是全功率式射電輻 射接收裝置；5是外差式頻譜儀接收裝置；6是外差式頻譜儀DDS本振裝置；7是篏入式CPU 中心控制數(shù)據(jù)處理顯示裝置；8是篏入式CPU的6. 4”彩色I(xiàn)XD顯示裝置；9是4路精密穩(wěn)壓 電源；10是內(nèi)置防爆型鎳氫可充電池組；11是外置4路定壓恒流充電器；12是鍵盤及鼠標(biāo) 接口 ；13是隔爆鋼外殼。見圖2，調(diào)制式煤層瓦斯射電輻射接收裝置含裝在屏蔽外殼上的連接平板天線輸 出電纜的50 Ω SMA插座，該同軸插座經(jīng)半剛性電纜接到低插損三端口視頻調(diào)制器的天線信 號(hào)輸入端口 ；低插損三端口視頻調(diào)制器的另一個(gè)信號(hào)輸入端口經(jīng)半剛性電纜接到屏蔽外殼 上的50 Ω SMA插座，該插座外接50 Ω SMA精密負(fù)載，低插損三端口視頻調(diào)制器的信號(hào)輸出 端口經(jīng)半剛性電纜接到低噪聲視頻前置放大器的低噪聲結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)差分對(duì)管(2Ν6484)差 分輸入端；低噪聲視頻前置放大器由兩級(jí)低噪聲結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)差分共射共集電路及兩級(jí)低噪 聲雙運(yùn)放(EL2227)構(gòu)成的高共模抑制比儀用放大器電路組成，儀用放大器輸出端經(jīng)半剛 性電纜接到多倍頻程可調(diào)帶寬放大器的輸入端；多倍頻程可調(diào)帶寬放大器由寬帶運(yùn)放積分器、可控增益放大器(VCA810)及單位增益緩沖級(jí)構(gòu)成，可由外加控制電壓或程序控制電壓 改變帶寬，其緩沖輸出經(jīng)半剛性電纜接到可選簿膜隔離衰減器的輸入端；可選簿膜隔離衰 減器由簿膜電路構(gòu)成，其衰減可在10 30db之間調(diào)整，其輸出端經(jīng)半剛性電纜接到三頻有 源帶阻濾波器的輸入端；三頻有源帶阻濾波器由六塊雙運(yùn)放(EL2227)構(gòu)成3級(jí)有源二階帶 阻濾波器，以抑制10KHZ、15KHz、100KHz定頻干擾信號(hào)通過，其輸出端經(jīng)半剛性電纜接到寬 帶緩沖放大器的輸入端；寬帶緩沖放大器由2 3級(jí)寬帶運(yùn)放(0PA846)構(gòu)成，其輸出端經(jīng) 半剛性電纜接到可調(diào)增益主視頻放大器的輸入端；輸入到可調(diào)增益主視頻放大器的信號(hào)先 經(jīng)過緩沖后送入由雙向CMOS模擬開關(guān)(43113)構(gòu)成的調(diào)制方波過沖切除電路，雙向CMOS 模擬開關(guān)的控制端經(jīng)半剛性電纜接到過沖切除控制信號(hào)延遲電路的輸出端，模擬開關(guān)的輸 出端接可程控大動(dòng)態(tài)范圍主放大器(VCA810)，主放大器經(jīng)單位增益緩沖器后以半剛性電 纜接到低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器的輸入端；低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器由均連接成 cb-e結(jié)的超高頻雙差分對(duì)管(2FC2C)構(gòu)成帶溫度補(bǔ)償?shù)谋秹簷z波器，后接可調(diào)零點(diǎn)直流放 大器(0PA27)，其輸出經(jīng)半剛性電纜接到同步積分器的輸入端；同步積分器是一種由運(yùn)放 (0PA27)、模擬開關(guān)和電容組成的開關(guān)電容積分電路，其開關(guān)電路是兩個(gè)雙向CMOS模擬開 關(guān)(43113)構(gòu)成，模擬開關(guān)的兩個(gè)控制端分別接到多路CMOS緩沖器的一對(duì)同相和反相輸出 端，同步積分器的信號(hào)輸出接到同步相位檢波器的信號(hào)輸入瑞；同步相位檢波器由也由兩 個(gè)雙向CMOS模擬開關(guān)(43112、43113)以及差分運(yùn)放組成，模擬開關(guān)的兩個(gè)控制端分別接到 多路CMOS緩沖器的另外一對(duì)同相和反相輸出端，同步相位檢波器的信號(hào)輸出端接到有源 積分器的輸入端；有源積分器由運(yùn)放及時(shí)間常數(shù)為2S的積分電路構(gòu)成，有源積分器的低阻 抗輸出即整個(gè)調(diào)制式煤層瓦斯射電輻射接收裝置的輸出，經(jīng)半剛性電纜及SMA接頭接到篏 入式CPU中心控制數(shù)據(jù)處理顯示裝置的調(diào)制A/D的SMA輸入接頭；調(diào)制方波信號(hào)發(fā)生器由 可接受篏入式CPU中心控制數(shù)據(jù)處理顯示裝置輸出的同步信號(hào)外同步的鎖相環(huán)(⑶4046) 同步信號(hào)產(chǎn)生器、多路CMOS緩沖器(CD4069)、以及調(diào)制方波過沖切除控制信號(hào)延遲電路等 構(gòu)成，專門用于產(chǎn)生1路單相12. 5Hz調(diào)制方波(供三端調(diào)制器)、1路雙相12. 5Hz方波(供 同步積分器)、另1路雙相12. 5Hz方波(供同步相位檢波器)及第3路雙相12. 5Hz方波 (供過沖切除控制信號(hào)延遲電路)；圖中，1是調(diào)制式射電輻射接收裝置平板天線接口 ；2是 三端口視頻調(diào)制器的50Q終端負(fù)載接口 ；3是可調(diào)增益主視頻放大器的50 Q終端負(fù)載接 口 ；4是可調(diào)增益主視頻放大器的控制電壓接口 ；5是多倍頻程可調(diào)帶寬放大器的控制電壓 接口 ；6是鎖相同步信號(hào)發(fā)生器的外同步信號(hào)接口 ；7是調(diào)制式射電輻射接收裝置解調(diào)輸出 接口 ；8是調(diào)制式射電輻射接收裝置的電源輸入及濾波接口。 見圖3，全功率式煤層瓦斯射電輻射接收裝置含裝在屏蔽外殼上的連接天線輸出 電纜的50 Q SMA插座連接多分段鐵氧體天線的16個(gè)接口，經(jīng)過16條同軸電纜分別連接寬 帶視頻開關(guān)式機(jī)械調(diào)諧電路的16個(gè)同軸干簧開關(guān)的一頭，16個(gè)同軸干簧開關(guān)的另一頭全 部并聯(lián)后與另4個(gè)一頭全部并聯(lián)的同軸干簧開關(guān)相連，這4個(gè)同軸干簧開關(guān)的另一頭分別 接以不同容量的低損耗調(diào)諧電容，總共20個(gè)同軸干簧開關(guān)外套以電磁線圈，其導(dǎo)通與否由 20個(gè)繼電器電感負(fù)載驅(qū)動(dòng)集成電路(MDC3105)為電磁線圈基本導(dǎo)通控制單元，該集成電路 (MDC3105)控制輸入端接到外同步單片機(jī)前端選頻控制器的輸出端，外同步單片機(jī)前端選 頻控制器由CMOS單片機(jī)(AT89C2051)和2塊高速CMOS移位寄存器(74HC595)構(gòu)成，可接 受篏入式CPU中心控制數(shù)據(jù)處理顯示裝置的外同步信號(hào)控制，也可自行產(chǎn)生總共16+4 =20路MDC3105的導(dǎo)通控制信號(hào)，可構(gòu)成16X4 = 64或16X1 = 16個(gè)調(diào)諧回路；外同步單 片機(jī)前端選頻控制器與寬帶視頻開關(guān)式機(jī)械調(diào)諧電路之間用排線相連。20個(gè)同軸干簧開 關(guān)的20個(gè)頭全部并聯(lián)后經(jīng)同軸電纜接到屏蔽外殼上的SMA插座作為鐵氧體天線選頻調(diào)諧 輸出，經(jīng)半剛性電纜及SMA接頭后接到屏蔽外殼上的低噪聲視頻前置放大器的SMA輸入插 座；再經(jīng)過半剛性電纜接到低噪聲視頻前置放大器的輸入端。低噪聲視頻前置放大器由兩 級(jí)低噪聲結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)差分共射共集電路及兩級(jí)低噪聲雙運(yùn)放(EL2227)構(gòu)成的高共模抑制 比儀用放大器電路組成，儀用放大器輸出端經(jīng)半剛性電纜接到多倍頻程可調(diào)帶寬放大器的 輸入端；多倍頻程可調(diào)帶寬放大器由寬帶運(yùn)放積分器、可控增益放大器(VCA810)及單位增 益緩沖級(jí)構(gòu)成，可由外加控制電壓改變帶寬，其輸出端經(jīng)半剛性電纜接到可選簿膜隔離衰 減器的輸入端；可選簿膜隔離衰減器由簿膜集成電路構(gòu)成，其衰減可在10 30db之間調(diào) 整，可選簿膜隔離衰減器輸出端經(jīng)半剛性電纜接到四頻有源帶阻濾波器的輸入端；四頻有 源帶阻濾波器由8塊雙運(yùn)放(EL2227)構(gòu)成4級(jí)有源二階帶阻濾波器，以抑制50Hz、10KHz、 15KHzU00KHz干擾信號(hào)通過，四頻有源帶阻濾波器輸出端經(jīng)半剛性電纜接到寬帶緩沖放大 器的輸入端；寬帶緩沖放大器由2級(jí)寬帶運(yùn)放(0PA846)構(gòu)成，其輸出端經(jīng)半剛性電纜接到 大動(dòng)態(tài)范圍的AGC可程控主視頻放大器的輸入端；大動(dòng)態(tài)范圍的AGC可程控主視頻放大器 由小電容積分比較器及檢波器、可控增益放大器(VCA810)及單位增益緩沖級(jí)構(gòu)成，小電容 積分比較器比較可控增益放大器(VCA810)的輸出與AGC起控電平之間的電平差，經(jīng)檢波后 接入可控增益放大器的增益控制端，AGC可程控主視頻放大器的輸出端以半剛性電纜接到 低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器的輸入端；低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器由均連接成cb-e 結(jié)的超高頻雙差分對(duì)管(2FC2C)構(gòu)成帶溫度補(bǔ)償?shù)谋秹簷z波器，后接可調(diào)零點(diǎn)直流放大器 (0PA27)。低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器的輸出端接到有源積分器的輸入端；有源積分器由 運(yùn)放(0PA27)及時(shí)間常數(shù)為0. 5S的積分電路構(gòu)成，其低阻抗輸出即整個(gè)全功率式煤層瓦斯 射電輻射接收裝置的輸出，經(jīng)半剛性電纜及SMA接頭接到篏入式CPU中心控制數(shù)據(jù)處理顯 示裝置的全功率A/D的SMA輸入接頭；圖中，1是全功率式射電輻射接收裝置的外置鐵氧體 磁性天線及隔爆輸送電纜；2是單片機(jī)選頻控制器之外同步信號(hào)接口 ；3是可控AGC可程控 主視頻放大器的控制電壓接口 ；4是多倍頻程可調(diào)帶寬放大器的控制電壓接口 ；5是全功率 式射電輻射接收裝置解調(diào)輸出接口 ；6是全功率式射電輻射接收裝置的電源輸入及濾波接 見圖4，高中頻外差掃頻式煤層瓦斯射電輻射頻譜接收裝置含裝在屏蔽外殼上的 連接平板天線輸出電纜的50 Q SMA接頭，該同軸接頭經(jīng)半剛性電纜接到低噪聲視頻前置放 大器的輸入端。低噪聲視頻前置放大器由兩級(jí)低噪聲結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)差分共射共集電路及兩級(jí) 低噪聲雙運(yùn)放(EL2227)構(gòu)成的高共模抑制比儀用放大器電路組成，低噪聲視頻前置放大 器輸出端經(jīng)半剛性電纜接到低通濾波器的輸入端；低通濾波器為5級(jí)T型LC集總參數(shù)低通 濾波器，截止頻率1. 4MHz，低通濾波器的輸出端經(jīng)半剛性電纜接到寬帶緩沖放大器的輸入 端；寬帶緩沖放大器由2級(jí)寬帶運(yùn)放(0PA846)構(gòu)成，其輸出端經(jīng)半剛性電纜接到可選簿膜 隔離衰減器的輸入端；可選簿膜隔離衰減器由簿膜集成電路構(gòu)成，其衰減可在10 30db之 間調(diào)整，可選簿膜隔離衰減器的輸出端經(jīng)半剛性電纜接到雙頻有源帶阻濾波器的輸入端； 雙頻有源帶阻濾波器由4塊雙運(yùn)放(EL2227)構(gòu)成2級(jí)有源二階帶阻濾波器，以抑制lOKHz、 lOOKHz干擾信號(hào)通過，雙頻有源帶阻濾波器輸出端經(jīng)半剛性電纜接到多倍頻程混頻器的輸入端；多倍頻程混頻器由1. 7MHz高中頻□波器、雙柵MOS場(chǎng)效應(yīng)管混頻級(jí)及1. 7MHz高中頻變壓器等組成，雙柵MOS場(chǎng)效應(yīng)管Gl柵極經(jīng)耦合電容接輸入信號(hào)，雙柵MOS場(chǎng)效應(yīng)管G2 柵極經(jīng)耦合電容、半剛性電纜接到裝在屏蔽外殼上的SMA本振信號(hào)輸入插座，再經(jīng)過半剛 性電纜及SMA接頭后接到屏蔽外殼上的可程控DDS直接數(shù)字合成高本振信號(hào)產(chǎn)生器的SMA 本振信號(hào)輸出插座；1. 7MHz高中頻變壓器的低阻輸出接到前置高中頻放大器的輸入端。前 置高中頻放大器由寬帶運(yùn)放(0PA820)組成，其低阻輸出經(jīng)半剛性電纜接到1. 7MHz高中頻 帶通濾波器的輸入端；高中頻帶通濾波器為1. 7MHzLC集總參數(shù)帶通濾波器，帶寬ΙΟΟΚΗζ， 其輸出端經(jīng)3db隔離衰減器及半剛性電纜接到高中頻石英晶體濾波器的輸入端；高中頻石 英晶體濾波器為1.7MHz的復(fù)合石英晶體濾波器，帶寬l_5KHz(可選定)，高中頻石英晶體 濾波器的輸出端經(jīng)半剛性電纜接到后級(jí)高中頻放大器輸入端；后級(jí)高中頻放大器由中功率 晶體三極管及1. 7MHz高中頻變壓器等組成，后級(jí)高中頻放大器輸出端接到高中頻緩沖放 大器輸入端；高中頻緩沖放大器為寬帶運(yùn)放(0PA820)組成的單位增益同相放大器，其輸出 端接到低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器的輸入端；低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器由均連接成 cb-e結(jié)的超高頻雙差分對(duì)管(2FC2C)構(gòu)成帶溫度補(bǔ)償?shù)谋秹簷z波器，后接視頻直流放大器 (0PA27)，其低阻抗輸出即整個(gè)高中頻外差掃頻式煤層瓦斯射電輻射頻譜接收裝置的輸出， 經(jīng)半剛性電纜后接到屏蔽外殼上的信號(hào)SMA輸出插座；再經(jīng)過半剛性電纜及SMA接頭接到 篏入式CPU中心控制數(shù)據(jù)處理顯示裝置的頻譜儀A/D的SMA輸入接頭?？沙炭谼DS直接數(shù) 字合成高本振信號(hào)產(chǎn)生器由晶體振蕩器、緩沖器、多級(jí)可變分頻器、直接數(shù)字合成電路及控 制接口等組成，本振掃頻頻率范圍為1. 705 3. 0MHz，掃頻周期1-12S (可選定)，步進(jìn)頻率 5-25ΚΗζ(可選定)，步進(jìn)間隔0. 05-0. 2S(可選定)，掃頻頻率范圍、掃頻周期、步進(jìn)頻率、步 進(jìn)間隔及本振輸出電平均可經(jīng)RS232接口由篏入式CPU中心控制數(shù)據(jù)處理顯示裝置進(jìn)行控 制和改變?？沙炭谼DS直接數(shù)字合成高本振信號(hào)產(chǎn)生器的輸出經(jīng)過依次串接的IOdb簿膜 隔離衰減器、3. IMHz低通濾波器、3db簿膜隔離衰減器、1. 66MHz高通濾波器及本振緩沖放 大器濾除諧波及串?dāng)_雜波后才經(jīng)半剛性電纜接到屏蔽外殼上的本振信號(hào)SMA輸出插座作 為本振輸出。 見圖5，篏入式CPU中心控制數(shù)據(jù)處理顯示裝置含運(yùn)行WIN XP操作系統(tǒng)的單板工 控機(jī)(iEi WAFER-LX-800)、其 CPU 為 AMD 的 TDP < 6W 的低功耗芯片 L800、512MB DDR 內(nèi) 存及 4 16G CF 卡存儲(chǔ)器、12bit 1 OOKHz 16 選 1 的 A/D 變換器(PCM-3718H0A/D)、3 路 12bit 33KHz D/A變換器(PCM-3712D/A)、6. 4吋彩色I(xiàn)XD顯示屏以及相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換板 (PCLD-780)、D/A轉(zhuǎn)換板(ADAM-3909)及相應(yīng)I/O接口 ；總共3路A/D輸入、3路D/A輸出、 3路數(shù)字同步信號(hào)輸出，均經(jīng)過屏蔽外殼上的總共9個(gè)SMA接頭相連。3路A/D輸入端分別 以半剛性電纜連到調(diào)制、全功率及頻譜儀的SMA信號(hào)輸出接頭；3路D/A輸出分別以半剛性 電纜連到調(diào)制儀的程控帶寬SMA輸入接頭、調(diào)制儀的程控增益SMA輸入接頭、全功率儀的程 控帶寬SMA輸入接頭；3路數(shù)字同步信號(hào)輸出分別以半剛性電纜連到調(diào)制儀的調(diào)制方波外 同步SMA輸入接頭、全功率儀的單片機(jī)外同步SMA輸入接頭及頻譜儀的DDS本振外同步SMA 輸入接頭；單片工控機(jī)LX-800的232接口與頻譜儀的DDS本振的232接口相連；單片工控 機(jī)LX-800的IXD顯示輸出插座與6. 4吋IXD顯示屏的控制輸入插座相連。此外，尚有PS2 插座連接外接鼠標(biāo)等；1是篏入式CPU裝置A/D變換器模擬信號(hào)輸入接口 ；2是篏入式CPU 裝置D/A變換器模擬信號(hào)輸出接口 ；3是篏入式CPU裝置數(shù)字控制信號(hào)輸出接口 ；4是篏入式CPU裝置RS-232串行控制接口 ；5是鍵盤、鼠標(biāo)、CF卡等外設(shè)接口 ；6是篏入式CPU裝置 的電源輸入及濾波接口；見圖7，穩(wěn)壓電源，包括+15V、+8V、+8V、_8V，4組鎳氫可充電池組及相應(yīng)的4組恒 壓恒流鎳氫電池充電器和+12V、+5V、+5V、-5V，4路精密穩(wěn)壓電源及相應(yīng)的EMI保護(hù)、濾波、 去耦、過熱保護(hù)、過流保護(hù)、短路保護(hù)電路；4組鎳氫可充電池組均由1. 2V10Ah單元組成，置 于單獨(dú)鍍鋅鐵皮屏蔽合內(nèi)通過5個(gè)Φ6 4700PF穿心電容引出(公共地浮地)，以粗阻燃導(dǎo) 線分別經(jīng)5個(gè)Φ6 4700PF穿心電容接到+12V、+5V、+5V、-5V共4路高穩(wěn)定度穩(wěn)壓電源的 輸入端；4路高穩(wěn)定度穩(wěn)壓電源共用一個(gè)基準(zhǔn)源，均采用串聯(lián)穩(wěn)壓方式大功率晶體三極管 +高精度運(yùn)放(0PA27)，運(yùn)放的供電均經(jīng)過開關(guān)升壓穩(wěn)壓模塊一EMI濾波一穩(wěn)壓集成電路等 2級(jí)預(yù)穩(wěn)，取樣分壓電阻均為高精密金屬膜電阻，為減少等效輸出電阻均采用4線制方式，4 路輸入端均串以過熱自保護(hù)電阻、輸出端串接過流保護(hù)電路，2路+5V電源為擴(kuò)大輸出電流 均在運(yùn)放后加以O(shè)TL輸出，從而保證電壓穩(wěn)定度 10_6量級(jí)電流穩(wěn)定度10_5量級(jí)(輸出穿 心電容之前)。4路高穩(wěn)定度穩(wěn)壓電源的輸出端均通過5個(gè)064700PF穿心電容引出(公 共地接外殼)；見圖8，長(zhǎng)中波定向天線組為雙天線的長(zhǎng)中波定向天線組。雙天線系由安裝在一起 的低損耗高ε介質(zhì)包封電感加戴曲折線延長(zhǎng)振子準(zhǔn)對(duì)數(shù)周期平板天線和單片機(jī)控制可遂 段切換多分段雙倍加長(zhǎng)錳鋅鐵氧體天線共同組成雙定向天線接收，平板天線通過SFF-50-3 同軸電纜經(jīng)隔爆外殼的隔爆頭與調(diào)制及頻譜儀的SMA天線輸入插座相連、鐵氧體天線則通 過阻燃外皮包復(fù)的16根SFF-50-1. 5電纜經(jīng)隔爆外殼的隔爆頭與全功率儀的3組7芯天線 輸入插座相連。兩種天線在接收頻帶的中端以上均有方向性，利用雙定向天線中的低損耗 高ε介質(zhì)包封電感加戴曲折線延長(zhǎng)振子準(zhǔn)對(duì)數(shù)周期平板天線在中波和中長(zhǎng)波的天線主瓣 方向性及多分段雙倍加長(zhǎng)錳鋅鐵氧體天線的8字形方向性實(shí)現(xiàn)士 15°的水平面天線定位、 并利用可在垂直方向旋轉(zhuǎn)90°進(jìn)行接收信號(hào)偏振特性測(cè)定；并利用三角定位法在相距一 定距離的兩點(diǎn)放置天線，分別測(cè)出源與兩點(diǎn)之間連線的夾角及兩點(diǎn)之間連線的長(zhǎng)度，求出 煤層瓦斯射電輻射源的方位及到兩點(diǎn)之間連線的法距。圖中，1是外置磁性天線的16路隔 爆輸送電纜；2是外置平板天線隔爆輸送同軸電纜；3是聯(lián)接平板天線支干與其延長(zhǎng)線的加 載色碼電感；4是平板天線支干的延長(zhǎng)線；5是準(zhǔn)對(duì)數(shù)周期天線的主干和支干；6是外置磁 性天線的由兩段膠接而成的中波鐵氧體磁棒；7是鐵氧體磁棒上繞制的16段線圈；以上設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)為調(diào)制式煤層瓦斯射電輻射接收裝置靈敏度彡0.2° Κ( τ = 2S、Δ f 7MHz)、增 益穩(wěn)定性士0. 33% /每小時(shí)、頻帶寬度IKHz 7MHz (_3db)、頻帶寬度可控范圍IOKHz 7MHz、輸入端噪聲系數(shù)2db (典型值)、整機(jī)增益120 140db、可程控增益范圍70db、整機(jī)輸 出電壓彡士 IV ；全功率式煤層瓦斯射電輻射接收裝置靈敏度彡0.5° Κ(τ = IS, Δ f = 7MHz), 增益穩(wěn)定性彡士2% /每10分鐘、頻帶寬度IKHz 7MHz(-3db)、頻帶寬度可控范圍 IOKHz 7MHz、噪聲系數(shù)3db (典型值)、整機(jī)增益100 120db、AGC控制范圍彡60db、整機(jī) 輸出電壓彡士 IV ；高中頻外差掃頻式煤層瓦斯射電輻射頻譜接收裝置掃頻頻帶寬度> 5KHz 1. 3MHz (-3db)、瞬間通頻帶 1ΚΗζ-5ΚΗζ (可選定)、噪聲系數(shù)彡4db (典型值)、整機(jī)增益 lOOdb、全頻段掃頻時(shí)間 1-12S(可選定)、中頻抑制比彡25db、整機(jī)輸出電壓彡士 IV;篏入式CPU中心控制數(shù)據(jù)處理顯示裝置單板計(jì)算機(jī)、板載CPU AMD LX800主 頻 500MHz、內(nèi)存 512MB、存儲(chǔ)器 8G、可運(yùn)行 WIN XP 操作系統(tǒng)、A/D 12bit IOOKHz、D/A 12bit33KHz、6. 4吋TFT LCD彩色顯示、含RS232、RJ45接口、具有完整的程序控制調(diào)節(jié)數(shù)據(jù) 處理存儲(chǔ)顯示報(bào)警軟件；穩(wěn)壓電源防爆可充電池組、至少支持整個(gè)系統(tǒng)8小時(shí)連續(xù)工作、精密穩(wěn)壓電源電 壓穩(wěn)定度 10-6、紋波及噪聲電壓氺0. 33mVp_p(50Hz-20MHz)；長(zhǎng)中波定向天線組平板天線，可工作頻帶彡IKHz 1.5MHz、中心頻段增益 彡6db、中心頻段天線主瓣半功率寬度 士 15°，鐵氧體天線，可工作頻帶IOKHz 1MHz、可 分64段頻段單片機(jī)控制機(jī)械調(diào)諧；上述設(shè)備的詳細(xì)工作原理如下1、調(diào)制式煤層瓦斯射電輻射接收裝置工作原理由天線來(lái)的信號(hào)由天線接口進(jìn)入 低插入損耗(< 0. 2db,0 7MHz)三端口視頻調(diào)制器，被12. 5Hz方波調(diào)制后，進(jìn)入低噪聲 J-FET視頻前置放大器(Nf :2db、Gmax :37db)，該放大器為降低Ι/f噪聲及高頻白噪聲并 降低直流漂移，第一級(jí)采用了低噪聲J-FET差分對(duì)管作差分放大并以晶體三極管對(duì)管構(gòu)成 恒流源，第二級(jí)同樣采用了低噪聲J-FET差分對(duì)管作差分源極跟隨器。為使輸出端直流電 平近于零電平及補(bǔ)償FET差分放大器的高頻下降，采用了由兩塊高速寬帶低噪聲雙運(yùn)放及 四個(gè)士0. 高精密電阻構(gòu)成的高共模抑制比儀用放大電路并加以頻率補(bǔ)償，得到幾乎從 0 6. 5MHz的平坦響應(yīng)及mv級(jí)輸出偏置。放大后的信號(hào)進(jìn)入多倍頻程可調(diào)帶寬放大器， 為降低后級(jí)噪聲，第一級(jí)仍采用高速寬帶低噪聲運(yùn)放，第二三級(jí)為帶頻率反饋的以模擬乘 法器為基礎(chǔ)的可調(diào)帶寬電路，第四級(jí)為緩沖射隨器，可得到fh(-3db)自IOKHz 14MHz可 調(diào)的低通濾波調(diào)節(jié)效果，可手調(diào)亦可計(jì)算機(jī)程序控制，增益Gmax :12db。為調(diào)節(jié)輸出電平及 隔離后級(jí)影響，在其輸出端加入了薄膜隔離衰減器，其衰減量可在10 30db之間選定。為 了抑制定頻長(zhǎng)波干擾，對(duì)于確知的羅蘭-C導(dǎo)航IOOKHz、未知的長(zhǎng)波通信10KHz、15KHz加以 抑制，特加入了這三個(gè)頻率的由高速寬帶低噪聲雙運(yùn)放構(gòu)成的二階三頻有源帶阻濾波器， 由于本調(diào)制式接收機(jī)的同步相位檢波器的偶次諧波抑制能力，對(duì)于50Hz (12. 5X4)市電干 擾基波無(wú)須帶阻抑制。為了隔離和補(bǔ)償有源濾波器的損耗及失配特加入一級(jí)高速寬帶低噪 聲運(yùn)放構(gòu)成的寬帶緩沖放大器(Af :0-60MHz，Gmax :6db)。之后就是可調(diào)增益主視頻放大 器了，它有兩個(gè)特點(diǎn)一是帶有由寬帶CMOS模擬開關(guān)構(gòu)成的過沖切除電路，受過沖切除控 制信號(hào)控制，切除調(diào)制器開關(guān)閉合時(shí)的因干簧觸點(diǎn)多次跳動(dòng)造成的方波包絡(luò)前沿的抖動(dòng)波 形；二是帶有以模擬乘法器為基礎(chǔ)的可調(diào)增益電路，受嵌入式CPU程序控制也可手動(dòng)，增益 變化范圍達(dá)+35db -35db。主放大器通帶高端可達(dá)20 30MHz，Gmax可達(dá)60db。主放大 器后接低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器，由封裝在一個(gè)管殼內(nèi)的硅晶體三極管雙差分對(duì)管構(gòu) 成的帶溫度補(bǔ)償及硅二極管起始電壓補(bǔ)償?shù)谋秹簷z波電路，其檢波有效輸入電壓范圍可自 10 750mV。其后為帶輸出偏置調(diào)節(jié)的寬帶低噪聲運(yùn)放構(gòu)成的視頻直流放大器，可在無(wú)輸 入電壓時(shí)調(diào)節(jié)輸出偏置為彡lmV。電壓增益約3倍。經(jīng)視放后送入由雙寬帶CMOS模擬開關(guān) 與寬帶低噪聲運(yùn)放構(gòu)成的同步積分電路，其驅(qū)動(dòng)與調(diào)制方波同步，可以極大地抑制與調(diào)制 方波不同步的干擾和噪聲信號(hào)，大大加強(qiáng)調(diào)制式輻射接收設(shè)備的抗干擾能力。信號(hào)經(jīng)同步 積分后送入雙寬帶CMOS模擬開關(guān)與寬帶低噪聲運(yùn)放構(gòu)成的同步相位檢波電路，在與調(diào)制方波同步的控制信號(hào)作用下，從調(diào)制方波包絡(luò)下解調(diào)出有用信號(hào)，再經(jīng)過有源積分器積累 后輸出一個(gè)代表天線輸入信號(hào)強(qiáng)度的直流信號(hào)，送到嵌入式CPU的第一個(gè)A/D輸入端。 2、全功率式煤層瓦斯射電輻射接收設(shè)備工作原理由加長(zhǎng)鐵氧體多分段天線來(lái)的 信號(hào)，經(jīng)多路天線接口進(jìn)入由外同步單片機(jī)前端選頻控制器控制的多點(diǎn)低插入損耗寬帶視 頻開關(guān)式機(jī)械調(diào)諧電路64個(gè)調(diào)諧頻點(diǎn)初選后送入由天線來(lái)的信號(hào)由天線接口進(jìn)入低噪聲 J-FET視頻前置放大器(Nf :2db、GmaX:37db)，該放大器為降低Ι/f噪聲及高頻白噪聲并降 低直流漂移，第一級(jí)采用了低噪聲J-FET差分對(duì)管作差分放大并以晶體三極管對(duì)管構(gòu)成恒 流源，第二級(jí)同樣采用了低噪聲J-FET差分對(duì)管作差分源極跟隨器。為使輸出端直流電平 近于零電平及補(bǔ)償J-FET差分放大器的高頻下降，采用了由兩塊高速寬帶低噪聲雙運(yùn)放及 四個(gè)士0. 高精密電阻構(gòu)成的高共模抑制比儀用放大電路并加以頻率補(bǔ)償，得到幾乎從 0 6. 5MHz的平坦響應(yīng)及mv級(jí)輸出偏置。放大后的信號(hào)進(jìn)入多倍頻程可調(diào)帶寬放大器， 為降低后級(jí)噪聲，第一級(jí)仍采用高速寬帶低噪聲運(yùn)放，第二三級(jí)為帶頻率反饋的以模擬乘 法器為基礎(chǔ)的可調(diào)帶寬電路，第四級(jí)為緩沖射隨器，可得到fh(_3db)自IOKHz 14MHz可 調(diào)的低通濾波調(diào)節(jié)效果，可手調(diào)亦可計(jì)算機(jī)程序控制，增益Gmax :12db。為調(diào)節(jié)輸出電平及 隔離后級(jí)影響，在其輸出端加入了薄膜隔離衰減器，其衰減量可在10 30db之間選定。為 了抑制定頻長(zhǎng)波干擾，對(duì)于確知的羅蘭-C導(dǎo)航IOOKHz、未知的長(zhǎng)波通信10KHz、15KHz以及 50Hz市電干擾基波加以抑制，特加入了這四個(gè)頻率的由高速寬帶低噪聲雙運(yùn)放構(gòu)成的二階 四頻有源帶阻濾波器。為了隔離和補(bǔ)償有源濾波器的損耗及失配特加入一級(jí)高速寬帶低噪 聲運(yùn)放構(gòu)成的寬帶緩沖放大器(Δ f :0-60MHz, Gmax :6db)。之后就是AGC可程控主視頻放 大器了，它有載波電平檢出電路和以標(biāo)準(zhǔn)電平為基礎(chǔ)的比較器控制的模擬乘法器式自動(dòng)增 益控制電路，也可受嵌入式CPU程序控制，增益變化范圍達(dá)+35db -35db。主放大器通帶 高端可達(dá)20 30MHz，GmaX可達(dá)60db。主放大器后接低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器，由封 裝在一個(gè)管殼內(nèi)的硅晶體三極管雙差分對(duì)管構(gòu)成的帶溫度補(bǔ)償及硅二極管起始電壓補(bǔ)償 的倍壓檢波電路，其檢波有效輸入電壓范圍可自10 750mV。其后為帶輸出偏置調(diào)節(jié)的寬 帶低噪聲運(yùn)放構(gòu)成的視頻直流放大器，可在無(wú)輸入電壓時(shí)調(diào)節(jié)輸出偏置為< lmV。電壓增益 約6倍。經(jīng)視放后送入以寬帶低噪聲運(yùn)放構(gòu)成的有10倍電壓增益的有源積分器積累后輸 出一個(gè)代表天線輸入信號(hào)強(qiáng)度的直流信號(hào)，送到嵌入式CPU的第二個(gè)A/D輸入端。3、高中頻外差掃頻式煤層瓦斯射電輻射頻譜接收設(shè)備工作原理由天線來(lái)的信號(hào) 由天線接口進(jìn)入低噪聲J-FET視頻前置放大器(Nf :2db、Gmax :37db)，該放大器為降低1/ f噪聲及高頻白噪聲并降低直流漂移，第一級(jí)采用了低噪聲J-FET差分對(duì)管作差分放大并 以晶體三極管對(duì)管構(gòu)成恒流源，第二級(jí)同樣采用了低噪聲J-FET差分對(duì)管作差分源極跟隨 器。為使輸出端直流電平近于零電平及補(bǔ)償J-FET差分放大器的高頻下降，采用了由兩塊 高速寬帶低噪聲雙運(yùn)放及四個(gè)誤差< 士0. 高精密電阻構(gòu)成的高共模抑制比儀用放大電 路并加以頻率補(bǔ)償，得到幾乎從0 6. 5MHz的平坦響應(yīng)及mv級(jí)輸出偏置。放大后的信號(hào) 為降低頻譜儀工作頻帶以外的高頻信號(hào)引起高次差頻雜散頻譜分量，采用了低通濾波器， fh(-3db) 1. 4MHz，至1. 7MHz可衰減25db。在其后接入二級(jí)高速寬帶低噪聲運(yùn)放構(gòu)成的寬 帶緩沖放大器(Af :0-60MHz，Gmax :26db)。為了抑制定頻長(zhǎng)波干擾，對(duì)于確知的羅蘭-C導(dǎo) 航ΙΟΟΚΗζ、未知的長(zhǎng)波通信15KHz，特加入了這個(gè)頻率的由高速寬帶低噪聲雙運(yùn)放構(gòu)成的 二階雙頻有源帶阻濾波器予以抑制，至于IOKHz及50Hz市電干擾基波因在頻譜儀低端工作頻率以外可不予考慮。為調(diào)節(jié)輸出電平及隔離后級(jí)影響，在其輸出端加入了薄膜隔離衰減 器，其衰減量可在10 30db之間選定。之后就是多倍頻程寬帶混頻器了，本機(jī)取高中頻為 1. 7MHz,正好介于中波廣播波段與短波通信波段之間，為減少中頻干擾，在混頻輸入端接入 高Q中頻LC □波器，對(duì)1. 7MHz高中頻的抑制達(dá)25db?；祛l器后接以1. 7MHz前置高中頻 放大器，經(jīng)由寬帶低噪聲運(yùn)放構(gòu)成的單位增益放大器隔離后送入1. 7MHz集總參數(shù)LC高中 頻帶通濾波器(Δι ΙΟΟΚΗζ)，為進(jìn)一步壓縮通帶采用了 1.7MHz高中頻石英晶體濾波器 (Af^ l-5KHz、30KHz處抑制彡25db)。晶濾后是后置高中頻放大器，為擴(kuò)展輸出動(dòng)態(tài)范圍， 在其后又接入一級(jí)寬帶大動(dòng)態(tài)運(yùn)放構(gòu)成的4倍同相放大器作為高中頻緩沖放大器?；祛l中 放增益Gmax可達(dá)50db?；祛l中放后接低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器，由封裝在一個(gè)管殼內(nèi) 的硅晶體三極管雙差分對(duì)管構(gòu)成的帶溫度補(bǔ)償及硅二極 管起始電壓補(bǔ)償?shù)谋秹簷z波電路， 其檢波有效輸入電壓范圍可自10 750mV。其后為帶輸出偏置調(diào)節(jié)的寬帶低噪聲運(yùn)放構(gòu)成 的視頻直流放大器，可在無(wú)輸入電壓時(shí)調(diào)節(jié)輸出偏置為彡lmV。電壓增益約6倍。經(jīng)視放后 輸出一個(gè)代表天線輸入頻譜強(qiáng)度的直流信號(hào)，送到嵌入式CPU的第三個(gè)A/D輸入端。頻譜儀 的掃頻本振由DDS直接數(shù)字合成信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，步進(jìn)掃描模式，嵌入式CPU控制外觸發(fā)同 步，輸出頻率范圍1. 705 3MHz (相應(yīng)接收頻率范圍IOKHz 1. 3MHz)，步進(jìn)掃描間隔頻率 5-25KHZ，步進(jìn)掃描間隔時(shí)間約0. 05-0. 2S(可選定)，全頻段掃頻時(shí)間約1_12S(可選定)。 為減少輸出失真及減少混頻過程產(chǎn)生的高次差拍及交互失真分量，輸出幅度約+13dbm。為 進(jìn)一步降低本振輸出中的高次分量及數(shù)字噪聲，在DDS直接數(shù)字合成信號(hào)發(fā)生器輸出端使 用了 IOdb薄膜隔離衰減器、3. IMHz的低通濾波、3db薄膜隔離衰減器、1. 66MHz的高通濾 波器和本振緩沖放大器，帶外抑制25db以上，這樣使得DDS產(chǎn)生器輸出信號(hào)中的二次諧波 (彡3. 4MHz)及高次分量至少抑制25db，而DDS產(chǎn)生器輸出信號(hào)中的數(shù)字量化噪聲也得到 了有效抑制。從而很大程度上改善了頻譜混雜、交迭及相位噪聲，改善了頻譜顯示效果也降 低了頻譜接收信號(hào)的下限即提高了頻譜接收靈敏度。4、篏入式CPU中心控制數(shù)據(jù)處理顯示設(shè)備工作原理采用了研華工控生產(chǎn)的 WAFER-LX-800型3. 5吋單板工控機(jī)，板載AMD LX-800低功耗移動(dòng)型CPU，主頻500MHz， TDP ^ 6ff(待機(jī)功耗1. 4W)，板載內(nèi)存512MB SDRAM,外接8GB CF卡，可運(yùn)行Windows XP操 作系統(tǒng)。顯示器為6. 4吋彩色TFT IXD，分辨率為640X480,26萬(wàn)色，亮度為300cd/m2，對(duì) 比度120 1。變換接口采用了 PCM-3718HD 12bit 100KHzA/D及PCLD-780模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)接 板，以及PCM-3712 12bit 33KHzD/A及ADAM-3909數(shù)模信號(hào)轉(zhuǎn)接板。工作流程請(qǐng)見附圖6， 這是全機(jī)工作主程序，尚有LO預(yù)置模塊、初始化模塊、狀態(tài)控制模塊、中斷子程序等次要程 序要嵌入安置，這里不贅述。5、穩(wěn)壓電源設(shè)備工作原理防爆鎳氫可充電池組為+15V、+8V、+8V、-8V共4組， 容量均為10AH，每組負(fù)荷電流分別為約0. 8A、1A、1. 2A、0. 5A，以外附4組恒壓恒流鎳氫電 池充電器充電，充足電以后可連續(xù)工作8小時(shí)以上。4路(+12V、+5V、+5V、-5V)穩(wěn)定度 <十萬(wàn)分之一的精密穩(wěn)壓電源均為單級(jí)穩(wěn)壓。采用開環(huán)增益120db以上的運(yùn)放作調(diào)整放大 器。運(yùn)放所需的正負(fù)供電壓均由正負(fù)壓電池升壓穩(wěn)壓模塊經(jīng)EMI濾波后再經(jīng)正負(fù)三端穩(wěn) 壓器供應(yīng)，+18V及-15V供電穩(wěn)定度均優(yōu)于士0. 5% X 士 1%= 士0.005%，+12V電源的基 準(zhǔn)源為經(jīng)特殊挑選的帶溫度補(bǔ)償?shù)牡驮肼?V穩(wěn)壓管，+5V電源的基準(zhǔn)源為6V經(jīng)高精密電 阻分壓得到，基準(zhǔn)源均用供應(yīng)運(yùn)放電源的+18V供電，基準(zhǔn)源對(duì)電池電壓變化的穩(wěn)定度優(yōu)于士0.005% X0. 02 = 士0.0001 %，溫度系數(shù)優(yōu)于lOppm。為減少電源輸出內(nèi)阻，本穩(wěn)壓器4組電路均采用4線制輸出，輸出端口的負(fù)載穩(wěn)定度達(dá)士0. 001 %。為適合井下使用，全機(jī)不 采用熔斷式保險(xiǎn)絲，均采用過流自保護(hù)電阻。4路穩(wěn)壓電源均含過流限制電路。為減少模擬 電路與數(shù)字電路之間的串?dāng)_，兩組+5V電源分別供應(yīng)接收部分及篏入式CPU部分。-5V電源 與供應(yīng)接收部分的+5V電源采用士 0. 高精密電阻跟蹤穩(wěn)壓，一旦+5V電源失壓-5V電源 也無(wú)電壓輸出，較好地保護(hù)了正負(fù)壓供電的集成電路的安全。6、高增益長(zhǎng)中波定向天線組工作原理本天線組為雙天線，電感加戴低損耗高ε 介質(zhì)包封對(duì)數(shù)周期平板天線和雙倍加長(zhǎng)鐵氧體多分段天線。平板天線為0. 5Μ外徑，理論上 可良好工作于2Μ波段，采用折迭振子又可工作于4Μ波段，電感加載后可工作于8-12Μ波 段，外面包封以低損耗的ε達(dá)8000-10000的介質(zhì)后，即可工作于1000Μ波段即300ΚΗζ左 右，在更低頻率上接照鞭狀天線工作可達(dá)λ /20，則在效率降低后可工作到60ΚΗζ左右，當(dāng) 然IKHz左右只能感應(yīng)到。至于長(zhǎng)度達(dá)40cm的鐵氧體天線，作為調(diào)諧回路可工作到ΙΟΚΗζ， 但實(shí)際上有8字形天線方向圖的頻段估計(jì)只能到長(zhǎng)波廣播波段約150KHZ左右，再往下其8 字形天線方向圖就不明顯了。圖12中，A/D采樣順序?yàn)镾l S2 Dl S3 S4 S5 S6 Pl S7 S8，其中Sn 指頻譜儀數(shù) 據(jù)(η = 1-8)，Dl 指迪克儀數(shù)據(jù)，Pl 指全功率儀數(shù)據(jù)；而其輸出數(shù)據(jù)的處理顯示方式為 Dout 每秒鐘平均一次并存儲(chǔ)顯示；Pout 每秒鐘平均一次并存儲(chǔ)顯示；Sout 為Si、S2、 S3、S4或S5、S6、S7、S8中的Smax，每4個(gè)數(shù)據(jù)處理一次并存儲(chǔ)顯示；圖13是煤層瓦斯射電輻射接收設(shè)備軟件D/A初始化設(shè)置模塊方框圖；圖14是煤層瓦斯射電輻射接收設(shè)備軟件中斷子程序模塊方框圖。本發(fā)明用于煤礦井下煤層瓦斯射電輻射源測(cè)量的實(shí)施例1、測(cè)量有無(wú)瓦斯射電輻射將包含有共6個(gè)設(shè)備的帶有隔爆外殼的煤層瓦斯射電 接收系統(tǒng)運(yùn)到煤礦的掘進(jìn)工作面(一般是工作面中間位置)，將平板天線和鐵氧體天線對(duì) 準(zhǔn)煤壁，如調(diào)制和全功率輸出以及頻譜儀三者均有指示，則表明接收到了信號(hào)。2、判斷是不是瓦斯射電輻射信號(hào)慢慢地左右旋轉(zhuǎn)平板天線和鐵氧體天線同時(shí)觀 測(cè)LCD上的調(diào)制和全功率輸出讀數(shù)和頻譜儀顯示，確認(rèn)是否對(duì)準(zhǔn)煤壁時(shí)最強(qiáng)，如是，則多半 是來(lái)自煤層瓦斯射電輻射；否則，多半是干擾或天線方向圖有問題。3、測(cè)定瓦斯射電輻射源方位及距離將包含有共6個(gè)設(shè)備的帶有隔爆外殼的煤層 瓦斯射電接收系統(tǒng)運(yùn)到煤礦的掘進(jìn)工作面的一端A點(diǎn)，籍天線上的小羅盤確定源的輸出最 大值測(cè)的角度α，再搬到掘進(jìn)工作面的另一端B點(diǎn)依法測(cè)出角度β，若AB距離為L(zhǎng)，則源到 L 的垂距為 r = tg α · tg β /tg α +tg β。4、測(cè)定瓦斯射電輻射源的輻射溫度將包含有共6個(gè)設(shè)備的帶有隔爆外殼的煤層 瓦斯射電接收系統(tǒng)運(yùn)到煤礦的掘進(jìn)工作面到L與r的交點(diǎn)即距瓦斯源最近的點(diǎn)上，將天線 對(duì)準(zhǔn)源的位置，稍待片刻(因篏入式CPU要進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整、計(jì)算)可在LCD上看到源的輻射 溫度值及譜峯對(duì)應(yīng)的頻率值(必須是經(jīng)過冷熱源定標(biāo)和口面定標(biāo)且機(jī)器置于“程控”而非 手動(dòng)位置)。5、持續(xù)監(jiān)控煤層瓦斯射電輻射源的變化及預(yù)警煤瓦突出危險(xiǎn)大致判斷瓦斯射電 輻射源的輻射類型(穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)、快速變化、譜峯移動(dòng))，并通過持續(xù)監(jiān)控全功率輸出讀數(shù) 是否快速增加及頻譜輸出譜峯是否向高端移動(dòng)，判斷瓦斯射電輻射源區(qū)域地質(zhì)變化劇烈程度，如三者(調(diào)制、全功率、頻譜)均快速增強(qiáng)且伴有譜峯向高端移動(dòng)情況，則機(jī)器將自動(dòng)閃 爍蜂鳴器發(fā)出預(yù)警聲音。6、鉆孔實(shí)測(cè)瓦斯壓力建立輻射溫度、垂距、煤質(zhì)與瓦斯壓力關(guān)系在測(cè)出的垂距處 鉆孔、取樣并在實(shí)驗(yàn)室測(cè)出瓦斯壓力，結(jié)合煤質(zhì)、垂距、輻射溫度建立關(guān)系公式及數(shù)學(xué)模型， 以有可能直接在IXD上顯示瓦斯壓力。7、上井以后在大型計(jì)算工作站上回放一個(gè)工作班次數(shù)據(jù)并存盤，積累若干次后進(jìn) 行綜合處理，求出瓦斯射電輻射源的穩(wěn)態(tài)輻射溫度，結(jié)合地質(zhì)數(shù)據(jù)及瓦斯儀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)求出 瓦斯射電輻射源的玻爾茲曼溫度并反向判讀瓦斯富集區(qū)物理狀態(tài)。
權(quán)利要求
一種煤層瓦斯射電頻譜測(cè)向預(yù)警系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)綜合應(yīng)用射電天文方法中的調(diào)制輻射計(jì)方法、全功率輻射計(jì)方法、外差頻譜儀方法、絕對(duì)定標(biāo)方法及煤礦地質(zhì)學(xué)中的煤層瓦斯壓力測(cè)量方法，測(cè)定煤巖層中不同天線方位及仰角下的瓦斯射電輻射源的輻射溫度、相對(duì)強(qiáng)度、輻射頻譜及輻射源方位和極化，籍以測(cè)量煤巖層中瓦斯富集區(qū)的方位、瓦斯壓力大小及其變化，預(yù)警煤瓦突出危險(xiǎn)；設(shè)有包括射電天文調(diào)制輻射接收子系統(tǒng)，通過其接收煤巖層中瓦斯富集區(qū)瓦斯射電穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)輻射溫度信號(hào)，籍以測(cè)定煤層瓦斯壓力；射電天文全功率輻射接收子系統(tǒng)，通過其接收煤巖層中瓦斯富集區(qū)瓦斯射電非穩(wěn)態(tài)及快速變化的輻射強(qiáng)度及形態(tài)信號(hào)，籍以判別所測(cè)瓦斯射電輻射類型及變化速率；射電天文頻譜輻射接收子系統(tǒng)，通過其接收煤巖層中瓦斯富集區(qū)瓦斯射電非穩(wěn)態(tài)及快速變化的輻射頻譜峯值及其向高頻端的的漂移，籍以預(yù)警煤瓦突出；長(zhǎng)中波定向天線組，通過其將上述三種接收的信號(hào)通過雙方向性天線的轉(zhuǎn)動(dòng)及移位，獲得在不同天線方位及仰角下最大值的吻合，再經(jīng)三角法計(jì)算，測(cè)定瓦斯富集區(qū)的極化、方位、仰角和法距，以確定瓦斯富集區(qū)到天線的距離；通過射電天文絕對(duì)定標(biāo)方法及煤礦地質(zhì)學(xué)中的煤層瓦斯壓力測(cè)量方法，將顯示的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為天線收到的瓦斯富集區(qū)天線輻射溫度，在知道單位長(zhǎng)度煤層的電波損耗系數(shù)和煤層瓦斯富集區(qū)的瓦斯壓力后，再將天線輻射溫度轉(zhuǎn)換為瓦斯壓力，就可以從儀器顯示讀出瓦斯壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層瓦斯射電頻譜測(cè)向預(yù)警系統(tǒng)，其特征是射電天文調(diào)制輻射接收子系統(tǒng)設(shè)有調(diào)制式煤層瓦斯射電輻射接收裝置，含寬帶定向天 線接口、三端口視頻調(diào)制器、低噪聲視頻前置放大器、多倍頻程可調(diào)帶寬放大器、可選薄膜 隔離衰減器、三頻有源帶阻濾波器、寬帶緩沖放大器、可調(diào)增益主視頻放大器、低溫漂雙差 分對(duì)管倍壓檢波器、視頻直流放大器、同步積分器、同步相位檢波器、有源積分器、鎖相同步 信號(hào)產(chǎn)生器、多路CMOS緩沖器以及過沖切除控制信號(hào)延遲電路；由寬帶定向天線來(lái)的天線 信號(hào)經(jīng)寬帶天線接口進(jìn)入三端口視頻調(diào)制器的信號(hào)輸入端口，三端口視頻調(diào)制器的另一輸 入端口接50 Ω終端負(fù)載，三端口視頻調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)方波輸入端接到多路CMOS緩沖器7路 同步方波信號(hào)輸出的其中一路輸出口，經(jīng)方波調(diào)制后的天線信號(hào)由三端口視頻調(diào)制器的信 號(hào)輸出端口接到低噪聲視頻前置放大器的輸入端，低噪聲視頻前置放大器的輸出端接到多 倍頻程可調(diào)帶寬放大器的信號(hào)輸入端，多倍頻程可調(diào)帶寬放大器的程控信號(hào)輸入端接到嵌 入式CPU的3路D/A輸出的之一的調(diào)制帶寬程序控制電壓輸出口，可調(diào)帶寬放大器的信號(hào) 輸出端接到可選薄膜隔離衰減器的輸入端?？蛇x薄膜隔離衰減器輸出端接到三頻有源帶阻 濾波器的輸入端，三頻有源帶阻濾波器的輸出端接到寬帶緩沖放大器的輸入端。寬帶緩沖 放大器的輸出端接到可調(diào)增益主視頻放大器的信號(hào)輸入端，可調(diào)增益主視頻放大器的過沖 切除電路的驅(qū)動(dòng)方波輸入端接到過沖切除控制信號(hào)延遲電路的輸出端，可調(diào)增益主視頻放 大器的可調(diào)增益程控信號(hào)輸入端接到嵌入式CPU的3路D/A輸出的之一的調(diào)制增益程序 控制電壓輸出口，可調(diào)增益主視頻放大器的輸出端接到低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器的輸 入端。低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器的輸出端接到視頻直流放大器的輸入端，視頻直流放 大器的輸出端接到同步積分器的信號(hào)輸入端，同步積分器的雙相驅(qū)動(dòng)方波輸入端接到多路 CMOS緩沖器的其中兩路的輸出口，同步積分器的信號(hào)輸出端接到同步相位檢波器信號(hào)輸入端，同步相位檢波器的雙相驅(qū)動(dòng)方波輸入端接到多路CMOS緩沖器7路同步方波信號(hào)輸出的 其中兩路的輸出口，同步相位檢波器的信號(hào)輸出端，接到有源積分器的輸入端，經(jīng)過有源積 分器積分后輸出一個(gè)代表天線輸入信號(hào)強(qiáng)度的直流信號(hào)，有源積分器的輸出端接到嵌入式 CPU的第一個(gè)A/D輸入端口，即調(diào)制解調(diào)信號(hào)輸入端口，所有的調(diào)制方波信號(hào)均由鎖相同步 信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生，鎖相同步信號(hào)產(chǎn)生器的方波輸出端接到多路CMOS緩沖器的輸入端，鎖相 同步信號(hào)產(chǎn)生器的基準(zhǔn)信號(hào)輸入端接到嵌入式CPU的鎖相基準(zhǔn)信號(hào)輸出口，多路CMOS緩沖 器共有7路CMOS電平同步方波信號(hào)輸出，其中2路接到同步積分器的雙相驅(qū)動(dòng)方波輸入 端，2路接到同步相位檢波器的雙相驅(qū)動(dòng)方波輸入端，另2路接到同步積分器的雙相驅(qū)動(dòng)方 波輸入端，還有2路接到過沖切除電路控制信號(hào)延遲電路的雙相驅(qū)動(dòng)方波輸入端，最后1路 接到三端口視頻調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)方波輸入端；射電天文全功率輻射接收子系統(tǒng)設(shè)有全功率式煤層瓦斯射電輻射接收裝置，含多分段 天線接口、寬帶視頻開關(guān)式機(jī)械調(diào)諧電路、外同步單片機(jī)前端選頻控制器、低噪聲視頻前置 放大器、多倍頻程可調(diào)帶寬放大器、可選薄膜隔離衰減器、四頻有源帶阻濾波器、寬帶緩沖 放大器、AGC可程控主視頻放大器、低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器、視頻直流放大器以及有 源積分器；由多分段鐵氧體天線來(lái)的多路天線信號(hào)經(jīng)多分段天線接口進(jìn)入寬帶視頻開關(guān)式 機(jī)械調(diào)諧電路，該寬帶視頻開關(guān)式機(jī)械調(diào)諧電路的信號(hào)輸出端把選出的某一頻率的天線信 號(hào)送到低噪聲視頻前置放大器的輸入端，寬帶視頻開關(guān)式機(jī)械調(diào)諧電路由外同步單片機(jī)前 端選頻控制器控制，外同步單片機(jī)前端選頻控制器的外同步信號(hào)輸入端接到嵌入式CPU的 單片機(jī)外同步信號(hào)輸出口，低噪聲視頻前置放大器的輸出端接到多倍頻程可調(diào)帶寬放大器 的輸入端，多倍頻程可調(diào)帶寬放大器的輸出端可選薄膜隔離衰減器的輸入端，可選薄膜隔 離衰減器的輸出端接到四頻源帶阻濾波器的輸入端，四頻有源帶阻濾波器的輸出端接到寬 帶緩沖放大器的輸入端。寬帶緩沖放大器的輸出端接到AGC可程控主視頻放大器的信號(hào)輸 入端，AGC可程控主視頻放大器的信號(hào)輸出端接到低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器的輸入端， AGC可程控主視頻放大器的程控信號(hào)輸入端接到嵌入式CPU的3路D/A輸出的之一的全功 率增益程序控制電壓輸出端，低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器的輸出端接到視頻直流放大器 的輸入端，視頻直流放大器的輸出端接到有源積分器的輸入端，經(jīng)有源積分器積分后輸出 一個(gè)代表天線輸入信號(hào)強(qiáng)度的直流信號(hào)，有源積分器的輸出端接到嵌入式CPU的第二個(gè)A/ D輸入端，即全功率解調(diào)信號(hào)輸入端口 ；射電天文頻譜輻射接收子系統(tǒng)設(shè)有高中頻外差掃頻式煤層瓦斯射電輻射頻譜接收裝置，含寬帶定向天線接口、低噪聲視頻前置放大器、低通濾波器、寬帶緩沖放大器、可選薄膜 隔離衰減器、雙頻有源帶阻濾波器、多倍頻程混頻器、前置高中頻放大器、高中頻帶通濾波 器、高中頻石英晶體濾波器、后級(jí)高中頻放大器、高中頻緩沖放大器、低溫漂雙差分對(duì)管倍 壓檢波器、視頻直流放大器、積分器、可程控DDS直接數(shù)字合成本振信號(hào)產(chǎn)生器、高通濾波 器以及本振緩沖放大器；由寬帶定向天線來(lái)的天線信號(hào)，經(jīng)寬帶定向天線接口接到低噪聲 視頻前置放大器的輸入端。低噪聲視頻前置放大器的輸出端接到低通濾波器的輸入端，低 通濾波器的輸出端接到寬帶緩沖放大器的輸入端，寬帶緩沖放大器的輸出端接薄膜隔離衰 減器的輸入端，薄膜隔離衰減器的輸出端接到雙頻有源帶阻濾波器的輸入端，有源帶阻濾 波器的輸出端接到多倍頻程寬帶混頻器的信號(hào)輸入端，在多倍頻程寬帶混頻器的信號(hào)輸入 端接入高Q中頻LC 口波器；多倍頻程寬帶混頻器的本振輸入端接到本振緩沖放大器的輸出端，經(jīng)多倍頻程寬帶混頻器變頻后的高中頻信號(hào)輸出端接到前置高中頻放大器的輸入端， 前置高中頻放大器的輸出端接到集總參數(shù)高中頻帶通濾波器的輸入端，高中頻帶通濾波器 的輸出端接到高中頻石英晶體濾波器的輸入端，石英晶體濾波器的輸出端接到后置高中頻 放大器的輸入端，后置高中頻放大器的輸出端接到大動(dòng)態(tài)高中頻緩沖放大器的輸入端。高 中頻緩沖放大器的輸出端接到低溫漂雙差分對(duì)管倍壓檢波器的輸入端，低溫漂雙差分對(duì)管 倍壓檢波器的輸出端接到視頻直流放大器的輸入端，視頻直流放大器的輸出經(jīng)過積分器積 分抑噪后得到一個(gè)代表天線輸入頻譜強(qiáng)度的直流信號(hào)，送到嵌入式CPU的第三個(gè)A/D輸入 端，即頻譜解調(diào)信號(hào)輸入端口，頻譜儀的掃頻本振由可程控DDS直接數(shù)字合成信號(hào)發(fā)生器 產(chǎn)生，可程控DDS直接數(shù)字合成信號(hào)發(fā)生器的外觸發(fā)同步信號(hào)輸入端接到嵌入式CPU的本 振外觸發(fā)同步信號(hào)輸出口，可程控DDS直接數(shù)字合成信號(hào)發(fā)生器的本振輸出端接到IOdb薄 膜隔離衰減器的輸入端，薄膜隔離衰減器的輸出端接到低通濾波器的輸入端，低通濾波器 的輸出端經(jīng)3db薄膜隔離衰減器接到高通濾波器的輸入端，高通濾波器的輸出端接到本振 緩沖放大器的輸入端，本振緩沖放大器的輸出端接到多倍頻程寬帶混頻器的本振輸入端；系統(tǒng)還設(shè)有篏入式CPU中心控制數(shù)據(jù)處理顯示裝置含運(yùn)行WIN XP操作系統(tǒng)的單板CPU、512MDDR 內(nèi)存及8G CF卡存儲(chǔ)器、12bit 100KHzl6選1的A/D變換器、3路12bit 33KHzD/A變換器、 LCD顯示屏以及相應(yīng)的A/D、D/A轉(zhuǎn)換板及相應(yīng)I/O接口；防爆鎳氫可充電池組及穩(wěn)壓電源包括+15V、+8V、+8V、-8V，4組鎳氫可充電池組及相 應(yīng)的4組恒壓恒流鎳氫電池充電器和+12￥、+5￥、+5￥、-5￥，4路穩(wěn)壓電源及相應(yīng)的EMI保護(hù)、 濾波、去耦、過熱、過流、短路保護(hù)電路；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層瓦斯射電頻譜測(cè)向預(yù)警系統(tǒng)，其特征是所說雙天線系 由安裝在一起的電感加載低損耗高ε介質(zhì)包封寬帶準(zhǔn)對(duì)數(shù)周期平板天線和單片機(jī)控制可 遂段切換雙倍加長(zhǎng)鐵氧體多分段天線共同組成雙定向接收天線組，兩者在接收頻帶的高 端、中端、中低端均有方向性，利用雙定向天線中的電感加載低損耗高ε介質(zhì)包封寬帶準(zhǔn) 對(duì)數(shù)周期平板天線在中波和中長(zhǎng)波的天線主瓣方向性及雙倍加長(zhǎng)鐵氧體多分段寬帶天線 的8字形方向性，以天線平面法線為準(zhǔn)，在采掘面前兩邊各選一點(diǎn)，各自轉(zhuǎn)動(dòng)天線找出煤層 瓦斯射電輻射最大響應(yīng)值的天線平面與兩點(diǎn)之間連線的夾角及兩點(diǎn)之間連線的長(zhǎng)度，即可 求出煤層瓦斯射電輻射源的方位及到兩點(diǎn)之間連線的法距，從而可以確定瓦斯射電輻射源 到天線的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層瓦斯射電頻譜測(cè)向預(yù)警系統(tǒng)，其特征是射電天文絕對(duì) 定標(biāo)方法采用冷熱源定標(biāo)及天線口面定標(biāo)，對(duì)調(diào)制式煤層瓦斯射電輻射接收裝置進(jìn)行接收 端面冷熱源絕對(duì)定標(biāo)及天線口面冷熱源絕對(duì)定標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)天線比對(duì)，以測(cè)定天線收到的煤層 瓦斯射電輻射溫度，再通過兩點(diǎn)測(cè)向確定瓦斯射電輻射源到天線與瓦斯射電輻射的距離， 經(jīng)實(shí)測(cè)得到煤層單位長(zhǎng)度衰減系數(shù)，計(jì)算出瓦斯源本身的輻射流量，進(jìn)而配合煤礦地質(zhì)學(xué) 中的煤層瓦斯壓力測(cè)量方法即密封鉆孔實(shí)測(cè)瓦斯源的壓力，獲得某一地質(zhì)及煤層條件下輻 射流量與瓦斯源的壓力關(guān)系，從儀器顯示直讀瓦斯壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的煤層瓦斯射電頻譜測(cè)向預(yù)警系統(tǒng)，其特征是調(diào)制 式煤層瓦斯射電輻射接收裝置、全功率式煤層瓦斯射電輻射接收裝置及高中頻外差掃頻式 煤層瓦斯射電輻射頻譜接收裝置裝在同一隔爆鐵合內(nèi)構(gòu)成三通道共同接收來(lái)自同一輻射源的信號(hào)，其不同的接收體制、增益、帶寬、積分時(shí)間及顯示方式，經(jīng)嵌入式CPU處理實(shí)現(xiàn)有效地抑制干擾和觀測(cè)有用信號(hào)形態(tài)及參數(shù)并采用高中頻外差掃頻式頻譜儀來(lái)接收和分析 顯示煤層瓦斯射電輻射頻譜，并監(jiān)控其頻譜峯值向頻率高端的移動(dòng)以作為預(yù)警煤瓦突出的 重要依據(jù)。
全文摘要
一種煤層瓦斯射電頻譜測(cè)向預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過射電天文調(diào)制輻射接收系統(tǒng)，接收煤巖層中瓦斯富集區(qū)瓦斯射電穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)輻射溫度信號(hào)，藉以間接測(cè)定煤層瓦斯壓力；通過射電天文全功率輻射接收系統(tǒng)，接收煤巖層中瓦斯富集區(qū)瓦斯射電非穩(wěn)態(tài)和快速變化輻射強(qiáng)度及形態(tài)信號(hào)，藉以判別所測(cè)瓦斯射電輻射類型及變化速率；通過射電天文頻譜輻射接收系統(tǒng)，接收煤巖層中瓦斯富集區(qū)瓦斯射電非穩(wěn)態(tài)及快速變化輻射頻譜峯值及其頻率漂移，藉以預(yù)警煤瓦突出。通過上述三種信號(hào)在不同天線方位及仰角下最大值的吻合，以及三角法測(cè)量，藉以測(cè)定瓦斯富集區(qū)的方位及法距。
文檔編號(hào)H01Q21/00GK101806228SQ20101010575
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
發(fā)明者袁亮, 黃福泉 申請(qǐng)人:南京紫淮礦用電子高科技有限公司;淮南礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司;煤礦瓦斯治理國(guó)家工程研究中心