一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，属于拒残爆雷管检测与识别技术领域。包括控制单元、数据采集单元、数据处理单元和数据输出单元，具体包括传感器阵列和单片机开发板，所述传感器阵列用于收集磁异信号，所述单片机开发板用于信号处理；所述传感器阵列包括五组磁感传感器，五组所述磁感传感器按平面十字形排列，所述传感器阵列为所述数据采集单元，用于收集探测器所在位置的磁梯度张量数据；所述单片机开发板包括单片机最简系统板和单片机外设。本申请通过设置传感器阵列和单片机开发板，能够有效的完成拒残爆雷管检测与识别，增加了爆后人工验炮措施的效率，提高了可靠性，具有显著的现场应用及经济价值。价值。价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置


[0001]本申请涉及拒残爆雷管检测与识别
，具体而言，涉及一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置。

技术介绍

[0002]目前，随着煤层开采深度的不断加深，井下煤层赋存条件复杂多变性，为减少后期运营成本，岩巷设计多采用沿煤层走向进行，工程量大，且日趋复杂，相互连通。随着机械化程度的不断提高，对于走向笔直的岩巷，机械化不失为一种高效的掘进方式，但对于坡度陡、转弯多的岩巷，目前国内外仍以炮掘为主要掘进方式。
[0003]然而，由于接线不牢、煤体导电性强、引爆器(雷管)自身质量等原因，断面起爆后存在个别雷管发生拒爆，而在之后排矸的过程中由于受到挤压、摩擦等作用而再次发生爆炸，对周围作业人员造成致命危害。近年来时有矿井出现类似事故，直接影响了矿山的安全生产，引起了政府与企业的高度重视。
[0004]现有的爆后人工验炮措施效率低，可靠性差，目前国内仍缺少能够直接有效检测与识别拒残爆雷管的方法。因此亟需研究一种可对矸石堆内直接进行雷管扫描排查的技术与装备。

技术实现思路

[0005]为了弥补以上不足，本申请提供了一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置。
[0006]本申请实施例提供了一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，包括控制单元、数据采集单元、数据处理单元和数据输出单元，其特征在于，具体包括传感器阵列和单片机开发板，所述传感器阵列用于收集磁异信号，所述单片机开发板用于信号处理；
[0007]所述传感器阵列包括五组磁感传感器，五组所述磁感传感器按平面十字形排列，所述传感器阵列为所述数据采集单元，用于收集探测器所在位置的磁梯度张量数据；
[0008]所述单片机开发板包括单片机最简系统板和单片机外设，所述单片机外设包括LCD屏幕、LED灯、蜂鸣器按键、存储卡、USB转TTL组件、杜邦线和防爆电池，所述单片机开发板包括所述控制单元、所述数据处理单元和所述数据输出单元。
[0009]在上述实现过程中，通过设置传感器阵列和单片机开发板，能够有效的完成拒残爆雷管检测与识别，增加了爆后人工验炮措施的效率，提高了可靠性，具有显著的现场应用及经济价值。
[0010]在一种具体的实施方案中，所述磁感传感器的型号为RM3100，用于测定磁场矢量在空间坐标系中的分量，所述磁感传感器使用MODBUS协议，通过杜邦线连接单片机串口通信，所述磁感传感器的串口与LED灯连接，所述LED灯用于判断磁传感器信号收发状态和故障。
[0011]在一种具体的实施方案中，所述控制单元由单片机和按键组件组成，所述单片机
型号为STM32F407，所述控制单元用于负责数据处理和单片机的控制，所述按键组件用于负责输入控制信号，切换单片机工作状态。
[0012]在一种具体的实施方案中，所述控制单元与所述防爆电池、所述蜂鸣器和所述LED灯连接，所述防爆电池用于为单片机供电，所述蜂鸣器和所述LED灯用于提示设备工作状态。
[0013]在一种具体的实施方案中，所述数据处理单元用于通过单片机对采集数据进行处理，以及对测量信号预处理和数据运算与判断。
[0014]在一种具体的实施方案中，所述测量信号预处理包括椭球矫正、线性矫正和卡尔曼滤波算法，分别矫正传感器阵列的零偏误差、非对准误差和噪声干扰。
[0015]在一种具体的实施方案中，所述数据运算与判断主要应用磁梯度张量矩阵G计算和基于张量矩阵的缩并值CT计算以及欧拉反演定位r计算；其中磁梯度张量矩阵G为对称矩阵，具有5个独立元素Bxx、Bxy、Bxz、Byy和Byz，Bix、Biy，Biz分别为传感器i在x、y、z轴向上的测定值，i＝1～4，具体计算如下：
[0016][0017]CT为磁场梯度张量的局部模量，仅与磁异目标到探测器的距离|r|和磁异目标磁矢量与距离连线的夹角有关，根据磁性目标磁矩为可给出1m内可能存在目标的参数范围，具体计算如下：
[0018][0019][0020]欧拉反演定位基于G和中心传感器测定值Bx5、By5、Bz5，计算如下，即可获得磁性目标相对于传感器阵列的大致方位矢量r；
[0021][0022]r＝
‑
3G
‑1B。
[0023]在一种具体的实施方案中，所述磁性目标为带有特定磁性标签的拒残爆雷管。
[0024]在一种具体的实施方案中，所述数据输出单元由LCD屏幕、存储卡和USB转TTL组件组成，分别实现数据的实时显示、存储卡存储和串口输出。
[0025]在一种具体的实施方案中，所述数据输出单元将处理后的磁感传感器数据向LCD屏幕、存储卡和USB转TTL组件输出，所述LCD屏幕用于实时显示存储卡存储状态、磁感传感器数据、张量参数变化曲线，所述存储卡用于实时存储磁感传感器数据并用于后续分析，所述USB转TTL组件用于设备与上位机的通信。
[0026]有效效果：
[0027]本申请通过设置传感器阵列和单片机开发板，能够有效的完成拒残爆雷管检测与
可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0040]请参阅图1
‑
3，本申请提供一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，包括控制单元、数据采集单元、数据处理单元和数据输出单元，具体包括传感器阵列和单片机开发板，所述传感器阵列用于收集磁异信号，所述单片机开发板用于信号处理；
[0041]所述传感器阵列包括五组磁感传感器，五组所述磁感传感器按平面十字形排列，所述传感器阵列为所述数据采集单元，用于收集探测器所在位置的磁梯度张量数据；
[0042]所述单片机开发板包括单片机最简系统板和单片机外设，所述单片机外设包括LCD屏幕、LED灯、蜂鸣器按键、存储卡、USB转TTL组件、杜邦线和防爆电池，所述单片机开发板包括所述控制单元、所述数据处理单元和所述数据输出单元。
[0043]在本申请方案中，所述磁感传感器的型号为RM3100，用于测定磁场矢量在空间坐标系中的分量，所述磁感传感器使用MODBUS协议，通过杜邦线连接单片机串口通信，所述磁感传感器的串口与LED灯连接，所述LED灯用于判断磁传感器信号收发状态和故障。
[0044]在本申请方案中，所述控制单元由单片机和按键组件组成，所述单片机型号为STM32F407，所述控制单元用于负责数据处理和单片机的控制，所述按键组件用于负责输入控制信号，切换单片机工作状态；所述控制单元与所述防爆电池、所述蜂鸣器和所述LED灯连接，所述防爆电池用于为单片机供电，所述蜂鸣器和所述LED灯用于提示设备工作状态。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，包括控制单元、数据采集单元、数据处理单元和数据输出单元，其特征在于，具体包括传感器阵列和单片机开发板，所述传感器阵列用于收集磁异信号，所述单片机开发板用于信号处理；所述传感器阵列包括五组磁感传感器，五组所述磁感传感器按平面十字形排列，所述传感器阵列为所述数据采集单元，用于收集探测器所在位置的磁梯度张量数据；所述单片机开发板包括单片机最简系统板和单片机外设，所述单片机外设包括LCD屏幕、LED灯、蜂鸣器按键、存储卡、USB转TTL组件、杜邦线和防爆电池，所述单片机开发板包括所述控制单元、所述数据处理单元和所述数据输出单元。2.根据权利要求1所述的一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，其特征在于，所述磁感传感器的型号为RM3100，用于测定磁场矢量在空间坐标系中的分量，所述磁感传感器使用MODBUS协议，通过杜邦线连接单片机串口通信，所述磁感传感器的串口与LED灯连接，所述LED灯用于判断磁传感器信号收发状态和故障。3.根据权利要求1所述的一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，其特征在于，所述控制单元由单片机和按键组件组成，所述单片机型号为STM32F407，所述控制单元用于负责数据处理和单片机的控制，所述按键组件用于负责输入控制信号，切换单片机工作状态。4.根据权利要求3所述的一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，其特征在于，所述控制单元与所述防爆电池、所述蜂鸣器和所述LED灯连接，所述防爆电池用于为单片机供电，所述蜂鸣器和所述LED灯用于提示设备工作状态。5.根据权利要求1所述的一种基于单片机与磁梯度张量技术的磁异探测装置，其特征在于，所述数据处理单元用于通过单片机对采集数据进行处理，以及对测量信号预处理和数据运算与判断。6.根据权利要求5所述的一种基于单...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴瀚，陈长岭，张生，丁尧，史涤陈，刘建国，王天暘，周子皓，
申请(专利权)人：淮北矿业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：