基于自然电位法的同步采集、抗干扰型隐蔽火源探火装备探测装备制造技术

本发明专利技术涉及煤矿隐蔽火区探测领域，尤其是一种基于自然电位法的同步采集、抗干扰型隐蔽火源探测装备，包括天线、处理器和电极；所述天线包括LORA无线传输天线和GNSS接收天线；所述中央处理器与测量模块包括中央处理器、存储模块、电位测量模块、LORA发送模块和授时定位模块；所述中央处理器分别与存储模块、电位测量模块、LORA发送模块、授时定位模块连接；所述电极与电位测量模块连接，LORA无线传输天线与LORA发送模块连接，GNSS接收天线与授时定位模块连接，本发明专利技术是对微弱小电势进行采集，从而可以通过采集阵列式电位数据，进而描绘出测量区域的电势图，实现对地下隐蔽火源的探测。实现对地下隐蔽火源的探测。实现对地下隐蔽火源的探测。

【技术实现步骤摘要】
基于自然电位法的同步采集、抗干扰型隐蔽火源探火装备探测装备


[0001]本专利技术涉及煤矿隐蔽火区探测领域，具体涉及基于自然电位法的同步采集、抗干扰型隐蔽火源探测装备。

技术介绍

[0002]煤矿火灾是煤矿生产中的重大灾害之一，煤层自燃火灾危害非常严重，由于某些煤层埋藏浅、开采强度大、综放采空区遗煤多，加上漏风供氧充分等原因，易造成遗煤的热量积聚引发煤自燃。
[0003]煤田、采空区遗煤、破裂煤柱等自燃隐蔽火灾形成初期很难被发现，即使火源探测技术已取得一些进展，但由于煤层自燃隐蔽火灾形成、发展以及影响因素的复杂性，加之煤层自燃火灾的高温位置具有隐蔽性等，使得煤自燃隐蔽火源仍是一个世界性难题，严重制约了煤层火区的高效精准治理。

技术实现思路

[0004]由于自然电位在火区之上会有明显的异常特征，它和地下燃烧程度和燃烧深度有着一定的关系， 因此，本专利技术研究的重点是对微弱小电势进行采集，利用自然电位的变化，通过采集阵列式电位数据，描绘出测量区域的电势图，实现对地下隐蔽火源的探测，故本专利技术提出基于自然电位法的同步采集、抗干扰型隐蔽火源探测装备，是对微弱小电势进行采集，从而可以通过采集阵列式电位数据，进而描绘出测量区域的电势图，实现对地下隐蔽火源的探测。
[0005]本专利技术提供如下技术方案：基于自然电位法的同步采集、抗干扰型隐蔽火源探测装备，包括天线、处理器和用于插入地下读取电位信息的电极；所述天线包括LORA无线传输天线和GNSS接收天线；所述中央处理器与测量模块包括中央处理器、存储模块、电位测量模块、LORA发送模块和授时定位模块；所述中央处理器分别与存储模块、电位测量模块、LORA发送模块、授时定位模块连接，中央处理器将通过授时定位模块获得位置信息与电位测量模块采集到的电位数据进行时间和位置上的同步，同步完成后，将同步的数据通过存储模块进行存储并传输至上位机；所述的位置信息包括UTC时间和经纬度和高程位置信息。所述电极采用纯铜制铜棒。
[0006]所述电极与电位测量模块连接，LORA无线传输天线与LORA发送模块连接，GNSS接收天线与授时定位模块连接。
[0007]所述中央处理器使用ZYNQ7020芯片，包含了双核ARM Cortex
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A9处理器和FPGA
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A7。
[0008]电位测量模块包括ADC电位采集模块和放大滤波模块，ADC电位采集模块与电极连接，ADC电位采集模块通过放大滤波模块与中央处理器连接；放大滤波模块对ADC电位采集模块采集的电信号进行放大滤波处理，达到预设的放大倍数和滤波参数。
[0009]所述ADC电位采集模块采用ADC转换器为ADS1281，ADS1281具有32位的位宽，适用于高敏感应用，具有每秒完成500次的采样频率，信噪比达到127dB；同时该芯片具有极低的功耗和较宽的工作温度，能够满足外业测量需求。所述放大滤波模块采用LM358芯片，LM358芯片拥有3至36V的电压范围，具有用于共模抑制的EMI滤波器，具有良好的共模抑制能力。
[0010]授时定位模块包括卫星接受机，卫星接受机分别与中央处理器和GNSS接收天线连接，所述卫星接受机采用M10系列芯片，，该芯片具有体积小，功耗低，卫星接受机支持北斗、GPS、GLONASS、Galileo，不需要大型天线即可完成定位授时功能。
[0011]LORA发送模块采用ATK
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LORA
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01，LORA发送模块传输距离大于3000M。具有扩频通信功能，抗干扰性能好，通信稳定。所述的中央处理器还与有线通信模块连接，所述的有线通信模块采用RS485接口。有线通信使用RS485协议进行通信，RS485可以支持长达1200M的通信距离，线上可以支持128或256个设备同时工作。
[0012]有供电模块给探测模块供电，供电模块供电包括有线供电和太阳能电池板供电，即采用外部输送点能和太阳能电池板进行供电两种方式。满足长时间观测需求。
[0013]通过上述描述可以看出，本方案的基于自然电位法的同步采集、抗干扰型隐蔽火源探测装备，是对微弱小电势进行采集，从而可以通过采集阵列式电位数据，进而描绘出测量区域的电势图，实现对地下隐蔽火源的探测。ADC电位采集，由于采集的电信号非常微弱，需要对采集到的ADC电位进行放大滤波处理，需要选取合适的放大倍数和滤波参数，否则容易造成数据失真。在电位采集过程，还应该做好电磁屏蔽措施，避免外界的电磁信号对地表微弱的电位信号产生影响。在进行ADC数据与时间位置信息同步时，利用卫星接收机提供的时间信息和PPS秒脉冲信号对ADC数据进行同步，每一次采集的ADC数据都会与采集时间相匹配，同时在对数据存储时将采集地点的经纬度和高程信息同步存储，更容易得到电位随时间和空间的变化趋势。
附图说明
[0014]图1为本专利技术具体实施方式的装备结构示意图。
[0015]图2为本专利技术具体实施方式的电气框图。
[0016]图3为本专利技术具体实施方式的电位采集流程图。
[0017]图中，1为天线，2为处理器，3为电极。
具体实施方式
[0018]下面将结合本专利技术具体实施方式中的附图，对本专利技术具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的具体实施方式仅仅是本专利技术一种具体实施方式，而不是全部的具体实施方式。基于本专利技术中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他具体实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；通过附图可以看出，本专利技术的基于自然电位法的同步采集、抗干扰型隐蔽火源探
测装备，包括天线1、处理器2和用于插入地下读取电位信息的电极3；所述天线1包括LORA无线传输天线和GNSS接收天线，所述电极采用纯铜制铜棒。
[0020]所述处理器2包括中央处理器、存储模块、电位测量模块、LORA发送模块和授时定位模块；所述中央处理器分别与存储模块、电位测量模块、LORA发送模块、授时定位模块连接，中央处理器将通过授时定位模块获得位置信息与电位测量模块采集到的电位数据进行时间和位置上的同步，同步完成后，将同步的数据通过存储模块进行存储并传输至上位机；所述的位置信息包括UTC时间和经纬度和高程位置信息，所述的中央处理器还与有线通信模块连接，所述的有线通信模块采用RS485接口。有供电模块给探测模块供电，供电模块供电包括有线供电和太阳能电池板供电。所述中央处理器使用ZYNQ7020芯片，包含了双核ARM Cortex
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A9中央处理器和FPGA
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A7。
[0021]所述电极与电位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于自然电位法的同步采集、抗干扰型隐蔽火源探测装备，其特征在于，包括天线、中央处理器模块和用于插入地下读取电位信息的电极；所述天线包括LORA无线传输天线和GNSS接收天线；所述处理器包括中央处理器、存储模块、电位测量模块、LORA发送模块和授时定位模块；所述中央处理器分别与存储模块、电位测量模块、LORA发送模块、授时定位模块连接，中央处理器将通过授时定位模块获得位置信息与电位测量模块采集到的电位数据进行时间和位置上的同步，同步完成后，将同步的数据通过存储模块进行存储并传输至上位机；所述的位置信息包括UTC时间和经纬度和高程位置信息，所述电极与电位测量模块连接，LORA无线传输天线与LORA发送模块连接，GNSS接收天线与授时定位模块连接。2.根据权利要求1所述的基于自然电位法的同步采集、抗干扰型隐蔽火源探测装备，其特征在于，所述中央处理器使用ZYNQ7020芯片，包含了双核ARM Cortex
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A9处理器和FPGA
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A7。3.根据权利要求1所述的基于自然电位法的同步采集、抗干扰型隐蔽火源探测装备，其特征在于，电位测量模块包括ADC电位采集模块和放大滤波模块，ADC电位采集模块与电极连接，ADC电位采集模块通过放大滤波模块与中央处理器连接；放大滤波模块对ADC电位采集模块采集的电信号进行放大滤波处理，达到预设的放大倍数和滤波参数。4.根据权利要求3所述的基于自然电位...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡相明，于师建，王胜利，董浩，吴佰谦，吴明跃，王伟，孔彪，薛迪，杨宁，宣豪臻，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：