一种基于超宽带混沌雷达的薄煤层煤岩界面识别装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及薄煤层无人化开采中的煤岩界面识别技术，具体是一种基于超宽带混沌雷达的薄煤层煤岩界面识别装置。本发明专利技术解决了现有煤岩界面识别装置适用范围受限、使用安全性差、测量精度低、分辨率低、抗干扰能力差、电磁兼容性差的问题。一种基于超宽带混沌雷达的薄煤层煤岩界面识别装置，包括发射机、收发天线、双通道接收机、数据采集模块、信号处理模块、通信模块、本安电源；所述发射机包括超宽带混沌信号发生器、第一带通滤波器、第一功分器、功率放大器；所述收发天线包括发射天线、接收天线；所述双通道接收机包括第二带通滤波器、第三带通滤波器、低噪放大器、IQ解调器、本振信号发生器。本发明专利技术适用于薄煤层无人化开采。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及薄煤层无人化开采中的煤岩界面识别技术，具体是一种基于超宽带混沌雷达的薄煤层煤岩界面识别装置。
技术介绍
近年来，随着矿井中厚煤层的不断枯竭，薄煤层（厚度小于1.3m的煤层）逐渐成为主采煤层。在薄煤层开采中，由于采高小、顶板低，如果完全依靠人工开采，则存在开采效率低、劳动强度高、安全事故多的问题。因此，为了提高开采效率、降低劳动强度、减少安全事故，在薄煤层开采中实行无人化开采势在必行。作为薄煤层无人化开采中的关键技术之一，煤岩界面识别技术能够使采煤机在行进过程中根据煤层的赋存弯曲程度自动调节滚筒高度，由此提高回采率、降低灰分和硫含量、减少切割顶底板岩石以降低矸石含量、提高截煤速度、减少岩石诱发的振动以减少机器的维护等。在现有技术条件下，煤岩界面识别装置主要分为三类：第一类是天然伽马射线传感器，第二类是基于切割力、振动、温度等特性的煤岩界面识别装置，第三类是基于煤岩电磁波传播特性的雷达式煤岩界面识别装置。实践表明，现有煤岩界面识别装置由于自身结构和原理所限，存在如下问题：其一，天然伽马射线传感器要求顶底板围岩必须有放射性元素，因此其对于砂岩顶板的适应性极差，由此存在适用范围受限的问题。其二，基于切割力、振动、温度等特性的煤岩界面识别装置均属于接触式识别装置（只有在采煤机切入岩石时才会作出反应），因此其容易因切割岩石产生的火花而引发爆炸等恶性事故，由此存在使用安全性差的问题。其三，基于煤岩电磁波传播特性的雷达式煤岩界面识别装置存在测量精度低、分辨率低、抗干扰能力差、电磁兼容性差的问题，因此其无法满足薄煤层无人化开采的要求。基于此，有必要专利技术一种全新的煤岩界面识别装置，以解决现有煤岩界面识别装置存在的上述问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有煤岩界面识别装置适用范围受限、使用安全性差、测量精度低、分辨率低、抗干扰能力差、电磁兼容性差的问题，提供了一种基于超宽带混沌雷达的薄煤层煤岩界面识别装置。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种基于超宽带混沌雷达的薄煤层煤岩界面识别装置，包括发射机、收发天线、双通道接收机、数据采集模块、信号处理模块、通信模块、本安电源；所述发射机包括超宽带混沌信号发生器、第一带通滤波器、第一功分器、功率放大器；所述收发天线包括发射天线a、接收天线b；所述双通道接收机包括第二带通滤波器、第三带通滤波器、低噪放大器、IQ解调器、本振信号发生器；其中，超宽带混沌信号发生器的输出端与第一带通滤波器的输入端连接；第一带通滤波器的输出端与第一功分器的输入端连接；第一功分器的两个输出端分别与功率放大器的输入端和第二带通滤波器的输入端连接；功率放大器的输出端与发射天线a的输入端连接；第二带通滤波器的输出端与数据采集模块的输入端连接；接收天线b的输出端与第三带通滤波器的输入端连接；第三带通滤波器的输出端与低噪放大器的输入端连接；低噪放大器的输出端和本振信号发生器的输出端均与IQ解调器的输入端连接；IQ解调器的输出端与数据采集模块的输入端连接；数据采集模块的输出端与信号处理模块的输入端连接；信号处理模块的输出端与通信模块的输入端连接；超宽带混沌信号发生器的供电输入端、IQ解调器的供电输入端、数据采集模块的供电输入端、信号处理模块的供电输入端均与本安电源的供电输出端连接。工作时，通过螺栓连接在采煤机机身的顶部和底部分别安装一台本专利技术所述的一种基于超宽带混沌雷达的薄煤层煤岩界面识别装置，并将通信模块的输出端通过同轴电缆与采煤机控制器的输入端连接，如图1、图3所示。具体工作过程如下：随着采煤机的行进，超宽带混沌信号发生器产生超宽带混沌调频信号。该超宽带混沌调频信号进入第一带通滤波器，并经第一带通滤波器进行滤波后进入第一功分器，然后经第一功分器分为两路：第一路进入功率放大器，并经功率放大器进行放大后进入发射天线，然后经发射天线发射至煤层（用于探测待采煤层的厚度），并经煤岩界面反射产生回波信号。该回波信号被接收天线接收后进入第三带通滤波器，并依次经第三带通滤波器、低噪放大器、IQ解调器进行滤波、放大、IQ解调后进入数据采集模块。第二路经第二带通滤波器进行滤波后进入数据采集模块。两路超宽带混沌调频信号经数据采集模块进行采样后进入信号处理模块，并经信号处理模块进行处理（包括时域互相关脉冲压缩处理、抑制杂波处理等）后获得煤层厚度信息，由此实现了煤层顶板和底板的煤岩界面识别。该煤层厚度信息经通信模块发送至采煤机控制器，采煤机控制器即可依据该煤层厚度信息自动调节采煤机的滚筒高度。基于上述过程，与现有煤岩界面识别装置相比，本专利技术所述的一种基于超宽带混沌雷达的薄煤层煤岩界面识别装置一方面利用超宽带混沌调频信号抗干扰能力强、电磁兼容性良好、测量精度高、动态范围大等优点，另一方面结合时域互相关脉冲压缩技术，实现了高分辨率、实时、自动地识别待采煤层的煤岩界面，由此具备了如下优点：其一，与天然伽马射线传感器相比，本专利技术不再要求顶底板围岩必须有放射性元素，因此其适用范围不再受限。其二，与基于切割力、振动、温度等特性的煤岩界面识别装置相比，本专利技术属于非接触式识别装置，因此其使用安全性更好。其三，与基于煤岩电磁波传播特性的雷达式煤岩界面识别装置相比，本专利技术的测量精度更高、分辨率更高、抗干扰能力更强、电磁兼容性更好，因此其很好地满足了薄煤层无人化开采的要求。本专利技术结构合理、设计巧妙，有效解决了现有煤岩界面识别装置适用范围受限、使用安全性差、测量精度低、分辨率低、抗干扰能力差、电磁兼容性差的问题，适用于薄煤层无人化开采。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术的超宽带混沌信号发生器的结构示意图。图3是本专利技术的工作状态示意图。图中：1-超宽带混沌信号发生器，2-第一带通滤波器，3-第一功分器，4-功率放大器，5a-发射天线，5b-接收天线，6-第二带通滤波器，7-第三带通滤波器，8-低噪放大器，9-IQ解调器，10-本振信号发生器，11-数据采集模块，12-信号处理模块，13-通信模块，14-本安电源，15-防爆外壳，16-采煤机控制器，21-压控振荡器，22-第二功分器，23-双平衡混频器，24-模数转换器，25-时延积分反馈单元，26-数模转换器。具体实施方式一种基于超宽带混沌雷达的薄煤层煤岩界面识别装置，包括发射机、收发天线、双通道接收机、数据采集模块11、信号处理模块12、通信模块13、本安电源14；所述发射机包括超宽带混沌信号发生器1、第一带通滤波器2、第一功分器3、功率放大器4；所述收发天线包括发射天线5a、接收天线5b；所述双通道接收机包括第二带通滤波器6、第三带通滤波器7、低噪放大器8、IQ解调器9、本振信号发生器10；其中，超宽带混沌信号发生器1的输出端与第一带通滤波器2的输入端连接；第一带通滤波器2的输出端与第一功分器3的输入端连接；第一功分器3的两个输出端分别与功率放大器4的输入端和第二带通滤波器6的输入端连接；功率放大器4的输出端与发射天线5a的输入端连接；第二带通滤波器6的输出端与数据采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超宽带混沌雷达的薄煤层煤岩界面识别装置，其特征在于：包括发射机、收发天线、双通道接收机、数据采集模块（11）、信号处理模块（12）、通信模块（13）、本安电源（14）；所述发射机包括超宽带混沌信号发生器（1）、第一带通滤波器（2）、第一功分器（3）、功率放大器（4）；所述收发天线包括发射天线（5a）、接收天线（5b）；所述双通道接收机包括第二带通滤波器（6）、第三带通滤波器（7）、低噪放大器（8）、IQ解调器（9）、本振信号发生器（10）；其中，超宽带混沌信号发生器（1）的输出端与第一带通滤波器（2）的输入端连接；第一带通滤波器（2）的输出端与第一功分器（3）的输入端连接；第一功分器（3）的两个输出端分别与功率放大器（4）的输入端和第二带通滤波器（6）的输入端连接；功率放大器（4）的输出端与发射天线（5a）的输入端连接；第二带通滤波器（6）的输出端与数据采集模块（11）的输入端连接；接收天线（5b）的输出端与第三带通滤波器（7）的输入端连接；第三带通滤波器（7）的输出端与低噪放大器（8）的输入端连接；低噪放大器（8）的输出端和本振信号发生器（10）的输出端均与IQ解调器（9）的输入端连接；IQ解调器（9）的输出端与数据采集模块（11）的输入端连接；数据采集模块（11）的输出端与信号处理模块（12）的输入端连接；信号处理模块（12）的输出端与通信模块（13）的输入端连接；超宽带混沌信号发生器（1）的供电输入端、IQ解调器（9）的供电输入端、数据采集模块（11）的供电输入端、信号处理模块（12）的供电输入端均与本安电源（14）的供电输出端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于超宽带混沌雷达的薄煤层煤岩界面识别装置，其特征在于：包括发射机、收发天线、双通道接收机、数据采集模块（11）、信号处理模块（12）、通信模块（13）、本安电源（14）；
所述发射机包括超宽带混沌信号发生器（1）、第一带通滤波器（2）、第一功分器（3）、功率放大器（4）；
所述收发天线包括发射天线（5a）、接收天线（5b）；
所述双通道接收机包括第二带通滤波器（6）、第三带通滤波器（7）、低噪放大器（8）、IQ解调器（9）、本振信号发生器（10）；
其中，超宽带混沌信号发生器（1）的输出端与第一带通滤波器（2）的输入端连接；第一带通滤波器（2）的输出端与第一功分器（3）的输入端连接；第一功分器（3）的两个输出端分别与功率放大器（4）的输入端和第二带通滤波器（6）的输入端连接；功率放大器（4）的输出端与发射天线（5a）的输入端连接；第二带通滤波器（6）的输出端与数据采集模块（11）的输入端连接；
接收天线（5b）的输出端与第三带通滤波器（7）的输入端连接；第三带通滤波器（7）的输出端与低噪放大器（8）的输入端连接；低噪放大器（8）的输出端和本振信号发生器（10）的输出端均与IQ解调器（9）的输入端连接；IQ解调器（9）的输出端与数据采集模块（11）的输入端连接；
数据采集模块（11）的输出端与信号处理模块（12）的输入端连接；信号处理模块（12）的输出端与通信模块（13）的输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丽，李静霞，张建国，王云才，王冰洁，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14