一種基于超寬帶混沌雷達的薄煤層煤巖界面識別裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及薄煤層無人化開采中的煤巖界面識別技術，具體是一種基于超寬帶混沌雷達的薄煤層煤巖界面識別裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著礦井中厚煤層的不斷枯竭，薄煤層(厚度小于1.3m的煤層)逐漸成為主采煤層。在薄煤層開采中，由于采高小、頂板低，如果完全依靠人工開采，則存在開采效率低、勞動強度高、安全事故多的問題。因此，為了提高開采效率、降低勞動強度、減少安全事故，在薄煤層開采中實行無人化開采勢在必行。作為薄煤層無人化開采中的關鍵技術之一，煤巖界面識別技術能夠使采煤機在行進過程中根據煤層的賦存彎曲程度自動調節滾筒高度，由此提高回采率、降低灰分和硫含量、減少切割頂底板巖石以降低矸石含量、提高截煤速度、減少巖石誘發的振動以減少機器的維護等。在現有技術條件下，煤巖界面識別裝置主要分為三類:第一類是天然伽馬射線傳感器，第二類是基于切割力、振動、溫度等特性的煤巖界面識別裝置，第三類是基于煤巖電磁波傳播特性的雷達式煤巖界面識別裝置。實踐表明，現有煤巖界面識別裝置由于自身結構和原理所限，存在如下問題:其一，天然伽馬射線傳感器要求頂底板圍巖必須有放射性元素，因此其對于砂巖頂板的適應性極差，由此存在適用范圍受限的問題。其二，基于切割力、振動、溫度等特性的煤巖界面識別裝置均屬于接觸式識別裝置(只有在采煤機切入巖石時才會作出反應)，因此其容易因切割巖石產生的火花而引發爆炸等惡性事故，由此存在使用安全性差的問題。其三，基于煤巖電磁波傳播特性的雷達式煤巖界面識別裝置存在測量精度低、分辨率低、抗干擾能力差、電磁兼容性差的問題，因此其無法滿足薄煤層無人化開采的要求。基于此，有必要發明一種全新的煤巖界面識別裝置，以解決現有煤巖界面識別裝置存在的上述問題。
【發明內容】
[0003]本發明為了解決現有煤巖界面識別裝置適用范圍受限、使用安全性差、測量精度低、分辨率低、抗干擾能力差、電磁兼容性差的問題，提供了一種基于超寬帶混沌雷達的薄煤層煤巖界面識別裝置。
[0004]本發明是采用如下技術方案實現的:一種基于超寬帶混沌雷達的薄煤層煤巖界面識別裝置，包括發射機、收發天線、雙通道接收機、數據采集模塊、信號處理模塊、通信模塊、本安電源；
所述發射機包括超寬帶混沌信號發生器、第一帶通濾波器、第一功分器、功率放大器； 所述收發天線包括發射天線a、接收天線b;
所述雙通道接收機包括第二帶通濾波器、第三帶通濾波器、低噪放大器、IQ解調器、本振信號發生器；
其中，超寬帶混沌信號發生器的輸出端與第一帶通濾波器的輸入端連接;第一帶通濾波器的輸出端與第一功分器的輸入端連接;第一功分器的兩個輸出端分別與功率放大器的輸入端和第二帶通濾波器的輸入端連接;功率放大器的輸出端與發射天線a的輸入端連接；第二帶通濾波器的輸出端與數據采集模塊的輸入端連接；
接收天線b的輸出端與第三帶通濾波器的輸入端連接;第三帶通濾波器的輸出端與低噪放大器的輸入端連接;低噪放大器的輸出端和本振信號發生器的輸出端均與IQ解調器的輸入端連接;IQ解調器的輸出端與數據采集模塊的輸入端連接；
數據采集模塊的輸出端與信號處理模塊的輸入端連接;信號處理模塊的輸出端與通信模塊的輸入端連接；
超寬帶混沌信號發生器的供電輸入端、IQ解調器的供電輸入端、數據采集模塊的供電輸入端、信號處理模塊的供電輸入端均與本安電源的供電輸出端連接。
[0005]工作時，通過螺栓連接在采煤機機身的頂部和底部分別安裝一臺本發明所述的一種基于超寬帶混沌雷達的薄煤層煤巖界面識別裝置，并將通信模塊的輸出端通過同軸電纜與采煤機控制器的輸入端連接，如圖1、圖3所示。具體工作過程如下:隨著采煤機的行進，超寬帶混沌信號發生器產生超寬帶混沌調頻信號。該超寬帶混沌調頻信號進入第一帶通濾波器，并經第一帶通濾波器進行濾波后進入第一功分器，然后經第一功分器分為兩路:第一路進入功率放大器，并經功率放大器進行放大后進入發射天線，然后經發射天線發射至煤層(用于探測待采煤層的厚度)，并經煤巖界面反射產生回波信號。該回波信號被接收天線接收后進入第三帶通濾波器，并依次經第三帶通濾波器、低噪放大器、IQ解調器進行濾波、放大、IQ解調后進入數據采集模塊。第二路經第二帶通濾波器進行濾波后進入數據采集模塊。兩路超寬帶混沌調頻信號經數據采集模塊進行采樣后進入信號處理模塊，并經信號處理模塊進行處理(包括時域互相關脈沖壓縮處理、抑制雜波處理等)后獲得煤層厚度信息，由此實現了煤層頂板和底板的煤巖界面識別。該煤層厚度信息經通信模塊發送至采煤機控制器，采煤機控制器即可依據該煤層厚度信息自動調節采煤機的滾筒高度。
[0006]基于上述過程，與現有煤巖界面識別裝置相比，本發明所述的一種基于超寬帶混沌雷達的薄煤層煤巖界面識別裝置一方面利用超寬帶混沌調頻信號抗干擾能力強、電磁兼容性良好、測量精度高、動態范圍大等優點，另一方面結合時域互相關脈沖壓縮技術，實現了高分辨率、實時、自動地識別待采煤層的煤巖界面，由此具備了如下優點:其一，與天然伽馬射線傳感器相比，本發明不再要求頂底板圍巖必須有放射性元素，因此其適用范圍不再受限。其二，與基于切割力、振動、溫度等特性的煤巖界面識別裝置相比，本發明屬于非接觸式識別裝置，因此其使用安全性更好。其三，與基于煤巖電磁波傳播特性的雷達式煤巖界面識別裝置相比，本發明的測量精度更高、分辨率更高、抗干擾能力更強、電磁兼容性更好，因此其很好地滿足了薄煤層無人化開采的要求。
[0007]本發明結構合理、設計巧妙，有效解決了現有煤巖界面識別裝置適用范圍受限、使用安全性差、測量精度低、分辨率低、抗干擾能力差、電磁兼容性差的問題，適用于薄煤層無人化開采。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明的結構示意圖。
[0009]圖2是本發明的超寬帶混沌信號發生器的結構示意圖。
[0010]圖3是本發明的工作狀態示意圖。
[0011]圖中:1-超寬帶混沌信號發生器，2-第一帶通濾波器，3-第一功分器，4-功率放大器，5a-發射天線，5b-接收天線，6-第二帶通濾波器，7-第三帶通濾波器，8-低噪放大器，9-1Q解調器，10-本振信號發生器，11-數據采集模塊，12-信號處理模塊，13-通信模塊，14-本安電源，15-防爆外殼，16-采煤機控制器，21-壓控振蕩器，22-第二功分器，23-雙平衡混頻器，24-模數轉換器，25-時延積分反饋單元，26-數模轉換器。
【具體實施方式】
[0012]—種基于超寬帶混沌雷達的薄煤層煤巖界面識別裝置，包括發射機、收發天線、雙通道接收機、數據采集模塊11、信號處理模塊12、通信模塊13、本安電源14;
所述發射機包括超寬帶混沌信號發生器1、第一帶