[发明专利]一种无线电坑道透视仪自适应信号调理发送装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线电坑道透视信号的自适应调理发送装置与方法，尤其适用于一种用于煤矿的物探设备——无线电坑道透视仪中。 

背景技术

无线电波透视法（又称“坑透法”）是利用探测目标与周围介质之间的电性差异来研究确定目标体位置形态，大小及物性参数的一种物探方法。当辐射场电磁波由钻孔的一处发出，遇到电性不同的目标体时就发生波的反射、折射、透射和边缘绕射，以及对波的吸收等现象，因而改变了场的分布。无线电波透视法就是通过研究电磁波在钻孔或坑道间传播特性和被介质吸收的情况来寻找圈定各种目标的。 

目前的坑透信号发送装置中，无线电波信号通过信号发送电路和发射线圈进行发射，并通过手动切换发送电路的阻抗实现发送频率的切换。随着线圈在使用过程中的损耗，可能发生线圈扭曲引起阻抗变化，同时受到温度、周围环境影响，导致信号输出性能降低。为了弥补信号损失，坑透仪厂家一般在信号发送电路中串联了阻抗微调电路，通过手动调整线圈的长度或者电容的截面积，达到调整发送线路的谐振频率。但这种手动调整装置通过边调整边测量的方式来实现，调整的时间长，并且很难使系统性能达到最优。

发明内容

本发明提出一种自适应的自动调理装置，该装置会根据发射线圈的阻抗变化自动进行微调，保证发射信号达到最优状态。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

如附图1所示，自适应的坑透信号调理发送装置由CPU核心处理电路1、DDS频率信号合成电路2、功率放大电路3、输出电路4、发送天线5、人机界面6、频率微调电路7、电流反馈电路8和电源9组成；模块1会根据模块6的输入信息，控制模块2生成相应的频率信号，经模块3的功率放大后，经过模块4和模块5输出。在输出过程中，模块8会不断采集输出电流反馈给模块1，进而控制模块7进行频率微调，使得模块5的发送信号最大。该装置可以实时监测坑透信号的输出，并自动对发送频率进行微调，智能化和自动化程度高，大大降低了使用的复杂性和操作时间，满足了探测井下地质情况的需求。

上述模块1核心处理电路是该装置的中心控制单元，负责采集反馈电路电流参数，并根据电流大小调整频率微调电路阻抗。同时，模块1还会采集人机界面6的输入参数，并根据输入参数控制DDS频率合成电路生成所需的脉冲信号。

上述模块2频率合成电路采用直接数字频率合成技术，由高集成度芯片（如美国AD公司的AD9850）完成。集成频率合成芯片在接收到高精度的时钟源和频率相位控制字后，就可产生频率和相位都可编程控制的模拟正弦波或方波输出。

上述模块3是一种功率放大电路，如图2所示，模块3的输入为模块2输出的固定频率正弦波或方波信号。但直接从高集成度芯片输出的信号能量较低，不能满足坑透装置对发射信号能量的要求，难以达到穿透煤壁或其他介质，并在另一侧接收端接收到电磁波信号的目的。因此本发明设计了一种两级信号放大电路，对直接频率合成芯片输出的频率信号进行放大。

上述模块4是信号输出电路，如图3所示，负责将放大后的电磁波信号通过线圈发射。输出电路是一个LC振荡电路，谐振频率由电路中线圈和电容的参数决定。

上述模块5是一个由导线绕成的发射线圈，负责将电磁波信号通过线圈传播到待测量介质中。

上述模块6是该装置与操作者之间的人机交互单元，可以为触摸屏、按键、液晶显示屏、微型电脑等装置。

上述模块7是本发明的特色之处，如图4所示，通过继电器自动切换串联到输出回路中的微调电容，经电流反馈模块8实时采集输出电流大小，确定最佳的微调电容组合。

上述模块8为电流反馈回路，如图5所示，模块8首先通过一个耦合线圈接入输出回路7，然后通过取样电阻检波二极管、RC滤波回路和整流电路，实现发送电流的采样，并将采样值送回模块1。

与现有技术相比，本发明具有的优点如下：

1）根据发送线圈阻抗自适应调整频率微调电路状态，通过核心处理器控制自动化遍历频率微调电路中各种组合方式，通过采样电路实时观察输出电流的大小，自动选取发送信号最大时的组合方式进行信号输出，操作简便、调整速度快、可靠性高。

2）抗干扰能力强：该装置通过前向回路和后向反馈回路组成一个闭环的控制系统，能够根据测量误差自动调整电路状态，保证系统稳定在最优状态。特别是在复杂强干扰的区域探测，可有效地抑制干扰，保证测量的准确性。

3）频率转换时间短