专利名称：煤岩动力灾害电磁辐射监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种煤岩动力灾害电磁辐射监测装置，尤其适用于矿井冲击矿压和煤与瓦斯突出的实时监测，加上配套仪器也可用于预测预报矿山冲击地压危险、顶板垮落、大型岩石混凝土建筑失稳等其它煤岩灾害动力的监测。
公知的煤岩动力灾害的监测，主要采用打钻来测量，不但操作复杂，而且可靠性差，既影响工作速度，又耗费了大量的人力物力。而不占用工作时间和不需要打钻施工的非接触式预测方法主要采用如下两种方法，其一是采用声发射监测技术，其效果不是很好。主要原因1、声发射信号很弱，甚至没有信号；2、声发射技术及装备要求传感器与煤岩混凝土进行很好的耦合，这在实际现场中是非常困难的，无法实现便携式监测；3、声发射监测系统受外界及监测环境中其它工作过程的影响较大，排除外界干扰非常困难，特别是在工作场所中。其二是利用环境监测系统连续监测工作面的瓦斯涌出变化特征，分析涌出与突出的关系，从而间接预测突出。它比较片面，可靠性较差。
本实用新型的目的是提供一种能够对煤与瓦斯突出、冲击地压等煤岩动力灾害进行准确有效监测预报的装置，实现对煤岩不接触的，且定向、区域性、连续动态的监测并预报煤岩动力灾害现象，对煤岩实现连续监测或人为设定的不连续监测的煤岩动力灾害电磁辐射监测装置。
本实用新型煤岩动力灾害电磁辐射监测装置，由接收天线信号输出端连接到放大电路的信号输入端，放大电路的输出端分成两路，一路与单片机的HIS.1相连，单片机对其进行脉冲计数；另一路连接到A/D转换器的模拟量输入端，A/D转换器的数据口D0～D9连接到数据存储器和数据缓冲器的数据口D0～D9，A/D转换器的OE和STBY口与单片机的HSO.3口相连，由单片机控制A/D转换速率。数据存储器的A0～A14口与地址发生器的A0～A14相连，数据存储器主要用于存储瞬时测试数据，单片机的高速输出口HSO.5连接到数据存储器的使能端OE，控制存储器的存储时间；地址发生器的Q3口与单片机的HIS.0口相连，地址发生器的MR口与单片机的HSO.4口相连，用作控制和中断信号。数据缓冲器的AD0～AD7口与单片机的P3.0～P3.7相连，单片机对信号采样，并计算出电磁辐射强度数值。单片机的RXD口与串行接口芯片的RO口及远程通讯接口芯片的RXD口相连，单片机的TXD口与串行接口芯片的TI口及远程通讯接口芯片的TXD口相连，串行接口芯片可以将单片机TTL电平转换成计算机的RS232串行口电平，完成单片机的通讯功能，而远程通讯接口芯片主要完成单片机和计算机之间的远程通讯。单片机的并行口P3.0～P3.7与地址锁存器的AD0～AD7相连，同时与程序存储器和数据存储器的数据口D0～D7相连，地址锁存器的输出口Q0～Q7与程序存储器和数据存储器的地址口A0～A7相连，地址锁存器的输出口Q0、Q1与显示器的RS、RW口相连，同时单片机的P4.0～P4.7口与程序存储器和数据存储器的A8～A14口相连，单片机的P1.4～P1.7与数据存储器的A15～A18相连。单片机的P0.1～0.2、P1.0～1.3口与键盘的2根行线、4根列线相连，P3.0～P3.7与显示器的DB0～DB7口相连。地址发生器的Q3、MR口与单片机的HIS.0、HIS.2口相连，CLK口与分频器的CLKON口相连，同时与A/D转换器的CLK口相连，分频器的CLKOUT口与单片机的CLKOUT口相连。接收天线为高灵敏度宽频带定向接收天线，内含铁氧体铁芯的线圈偶极子天线，外面有金属屏蔽层，屏蔽层开口方向有30度和60度两种，天线长度为350～450mm，直径为φ40mm，其接收频段为1kHz～1MHz。接收天线接收的信号经电容C1由IN端输入到场效应管M1的栅极A端，电容C1同时与M1和电阻R2一端相连，电阻R2的另一端与电阻R1与R3的连接点B相连，电阻R1的另一端与电源E相连，电阻R3的另一端与地F相连；场效应管M1的漏极与电源E相连，源极与电阻R4、电阻R5和电容C2的连接端C相连，电阻R4的另一端与地F相连，电阻R5的另一端与电源E相连，电容C2的另一端与电阻R6、R7及放大器A1A的正输入端的连接点D相连，电阻R6的另一端与电源E相连，电阻R7的另一端与地F相连，放大器A1A的负输入端与电阻R8与R9的连接点J相连，电阻R8的另一端与电容C3、电阻R11和R12的连接点G相连，电容C3的另一端与地F相连，电阻R11的另一端与放大器A2A的正输入端和电容C5的连接点I相连，电阻R12的另一端与放大器A2A的负输入端和电阻R13的连接点K相连，电阻R13的另一端与放大器A2A的输出端OUT相连；电阻R9的另一端与电阻R10和放大器A1A的输出端连接点H相连，放大器A1A的输出端经电容C4接到地F上，电阻R10的另一端与电容C5连接。
本实用新型煤岩动力灾害电磁辐射监测装置，采用非接触式接收天线，实现非接触式的连续预测。我国现有很大一部分矿井属于有煤与瓦斯突出和冲击地压矿井，不仅会带来大量的人员伤亡，还会严重影响煤矿的社会效益和经济效益。矿井每年都投入很大的人力和物力进行瓦斯突出预测和防治。电磁辐射法预测瓦斯突出危险性技术及配套仪器，使瓦斯突出预测省时省力，无需打钻，对生产影响小，准确率高，投入最低，可快速、简便、准确地进行预测预报，保证安全，使矿井产生最大的社会效益和经济效益，在监测预报的同时不影响生产，可节省大量的工作量和费用。该项技术及配套仪器也可用于预测预报矿山冲击地压危险、顶板垮落、大型岩石混凝土建筑失稳等其它煤岩灾害动力的监测，也可用于岩石混凝土等材料变形破裂机理及过程的研究。
附
图1是电磁辐射监测装置电路原理图；附图2是电磁辐射监测装置前置放大电路原理附图3是电磁辐射监测装置键盘输入电路原理图。
以下结合附图中的实施例对本实用新型作进一步说明图1是电磁辐射监测装置电路原理图。接收天线1接收电磁辐射信号，该信号连接到放大电路2的信号输入端IN，放大电路2的输出端OUT分成两路，一路与80C196单片机9的HIS.1相连，单片机9对其进行脉冲计数；另一路连接到TLC876C A/D转换器4的模拟量输入端AIN，A/D转换器4的数据口D0～D9连接到62256数据存储器5和74HC245数据缓冲器8的数据口D0～D9，A/D转换器4的OE和STBY口与80C196单片机9的HSO.3口相连，由单片机9控制A/D转换速率。数据存储器5的A0～A14口与74LS393地址发生器6的A0～A14相连，数据存储器5主要用于存储瞬时测试数据，单片机9的高速输出口HSO.5连接到数据存储器5的使能端OE，控制存储器5的存储时间；地址发生器6的Q3口与单片机6的HIS.0口相连，地址发生器6的MR口与单片机6的和HSO.4口相连，用作控制和中断信号。数据缓冲器8的AD0～AD7口与单片机9的P3.0～P3.7相连，单片机9对信号采样，并计算出电磁辐射强度数值。单片机9的RXD口与RS232串行接口芯片14的RO口及45442远程通讯接口芯片45442的RXD口相连，单片机9的TXD口与串行接口芯片14的TI口及远程通讯接口芯片15的TXD口相连，串行接口芯片14可以将单片机9TTL电平转换成计算机的RS232串行口电平，完成单片机的通讯功能，而远程通讯接口芯片15主要完成单片机和计算机之间的远程通讯。单片机9的并行口P3.0～P3.7与74LS373地址锁存器16的AD0～AD7相连，同时与27C128程序存储器10和HM628512数据存储器11的数据口D0～D7相连，地址锁存器16的输出口Q0～Q7与程序存储器10和数据存储器11的地址口A0～A7相连，地址锁存器16的输出口Q0、Q1与CM1640显示器13的RS、RW口相连，同时单片机9的P4.0～P4.7口与程序存储器10和数据存储器11的A8～A14口相连，单片机9的P1.4～P1.7与数据存储器11的A15～A18相连。单片机9的P0.1～0.2、P1.0～1.3口与键盘12的2根行线、4根列线相连，P3.0～P3.7与显示器13的DB0～DB7口相连。地址发生器6的Q3、MR口与单片机9的HIS.0、HIS.2口相连，CLK口与74LS393分频器7的CLKON口相连，同时与A/D转换器4的CLK口相连，分频器7的CLKOUT口与单片机9的CLKOUT口相连。接收天线1为高灵敏度宽频带定向接收天线，内含铁氧体铁芯的线圈偶极子天线，外面有金属屏蔽层，屏蔽层开口方向有30度和60度两种，天线长度为350～450mm，直径为φ40mm，其接收频段为1kHz～1MHz。
附图2是电磁辐射监测装置前置放大电路原理图。接收天线1接收的信号经电容C1由IN端输入到场效应管M1的A端，电容C1同时与M1和电阻R2一端相连，电阻R2的另一端与电阻R1与R3的连接点B相连，电阻R1的另一端与电源E相连，电阻R3的另一端与地F相连；场效应管M1的端与电源E相连，漏极与电阻R4、电阻R5和电容C2的连接端C相连，电阻R4的另一端与地F相连，电阻R5的另一端与电源E相连，电容C2的另一端与电阻R6、R7及THS4001放大器A1A的正输入端的连接点D相连，电阻R6的另一端与电源E相连，电阻R7的另一端与地F相连，THS4001放大器A1A的负输入端与电阻R8与R9的连接点J相连，电阻R8的另一端与电容C3、电阻R11和R12的连接点G相连，电容C3的另一端与地F相连，电阻R11的另一端与放大器A2A的正输入端和电容C5的连接点I相连，电阻R12的另一端与THS4001放大器A2A的负输入端和电阻R13的连接点K相连，电阻R13的另一端与THS4001放大器A2A的输出端OUT相连；电阻R9的另一端与电阻R10和放大器A1A的输出端连接点H相连，放大器A1A的输出端经电容C4接到地F上，电阻R10的另一端与电容C5连接。
附图3是电磁辐射监测装置键盘输入电路原理图。单片机9的P0.1～0.2、P1.0～1.3口与键盘12的2根行线、4根列线相连，每根行线和列线的交叉点接入功能键P，当该键P按下时，该行线和列线短接，单片机9根据此信号判断，作出相应的操作和计算。
权利要求1.一种煤岩动力灾害电磁辐射监测装置，其特征在于a.它由接收天线(1)的输出端连接到放大电路(2)的信号输入端IN，放大电路(2)的输出端OUT分成两路，一路与单片机9的HIS.1相连，另一路连接到A/D转换器(4)的模拟量输入端AIN，A/D转换器(4)的数据口D0～D9连接到数据存储器(5)和数据缓冲器(8)的数据口D0～D9，A/D转换器(4)的OE和STBY口与单片机(9)的HSO.3口相连，数据存储器(5)的A0～A14口与地址发生器(6)的A0～A14相连，数据缓冲器(8)的AD0～AD7口与单片机(9)的P3.0～P3.7相连，单片机(9)的RXD口与串行接口芯片(14)的RO口及远程通讯接口芯片(15)的RXD口相连，单片机(9)的TXD口与串行接口芯片(14)的TI口及远程通讯接口芯片(15)的TXD口相连。b.单片机(9)的并行口P3.0～P3.7与地址锁存器(16)的AD0～AD7相连，同时与程序存储器(10)和数据存储器(11)的数据口D0～D7相连，地址锁存器(16)的输出口Q0～Q7与程序存储器(10)和数据存储器(11)的地址口A0～A7相连，地址锁存器(16)的输出口Q0、Q1与显示器(13)的RS、RW口相连，同时单片机的P4.0～P4.7口与程序存储器(10)和数据存储器(11)的A8～A14口相连，单片机(9)的P1.4～P1.7与数据存储器(11)的A15～A18相连。c.单片机(9)的P0.1～0.2、P1.0～1.3口与键盘(12)的2根行线、4根列线相连，P3.0～P3.7与显示器(13)的DB0～DB7口相连。d.地址发生器(6)的Q3、MR口与单片机(9)的HIS.0、HIS.2口相连，CLK口与分频器(7)的CLKON口相连，同时与A/D转换器(4)的CLK口相连，分频器(7)的CLKOUT口与单片机(9)的CLKOUT口相连。
2.根据权利要求1所述的煤岩动力灾害电磁辐射监测装置，其特征在于所使用的单片机为8096系列单片机。
3.根据权利要求1所述的煤岩动力灾害电磁辐射监测装置，其特征在于接收天线(1)内含铁氧体铁芯的线圈偶极子天线，外面有金属屏蔽层，屏蔽层开口方向有30度和60度两种，天线长度为350～450mm，直径为φ40mm，其接收频段为1kHz～1MHz。
4.根据权利要求1和3所述的煤岩动力灾害电磁辐射监测装置，其特征在于电磁天线(1)接收到的电磁辐射信息经放大电路(2)后分成两路一路直接连的单片机(9)的HIS.1脚；另一路接到A/D转换芯片(4)的AIN模/数转换接口上。
5.根据权利要求1所述的煤岩动力灾害电磁辐射监测装置，其特征在于接收天线接收的信号经电容C1由IN端输入到场效应管M1的栅极A端，电容C1同时与M1和电阻R2一端相连，电阻R2的另一端与电阻R1与R3的连接点B相连，电阻R1的另一端与电源E相连，电阻R3的另一端与地F相连；场效应管M1的漏极与电源E相连，源极与电阻R4、电阻R5和电容C2的连接端C相连，电阻R4的另一端与地F相连，电阻R5的另一端与电源E相连，电容C2的另一端与电阻R6、R7及放大器A1A的正输入端的连接点D相连，电阻R6的另一端与电源E相连，电阻R7的另一端与地F相连，放大器A1A的负输入端与电阻R8与R9的连接点J相连，电阻R8的另一端与电容C3、电阻R11和R12的连接点G相连，电容C3的另一端与地F相连，电阻R11的另一端与放大器A2A的正输入端和电容C5的连接点I相连，电阻R12的另一端与放大器A2A的负输入端和电阻R13的连接点K相连，电阻R13的另一端与放大器A2A的输出端OUT相连；电阻R9的另一端与电阻R10和放大器A1A的输出端连接点H相连，放大器A1A的输出端经电容C4接到地F上，电阻R10的另一端与电容C5连接。
专利摘要煤岩动力灾害电磁辐射监测装置,适用于矿井冲击矿压和煤与瓦斯突出的实时监测,它由电磁信息接收天线、宽频带放大器和以8096系列单片机为中心的主电路所组成,通过软件可进行对被测物的电磁辐射强度和脉冲数检测和计算,并可通过数码管显示,对冲击地压、煤与瓦斯突出、岩土滑坡、大坝失稳等煤岩混凝土应力状态的监测,并可对灾害进行预报,造价低廉,便于生产。
文档编号G01N27/00GK2510865SQ01272808
公开日2002年9月11日 申请日期2001年12月13日 优先权日2001年12月13日
发明者何学秋, 王恩元 申请人:中国矿业大学