一种防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路

摘要

本发明涉及一种自动保护电路，属于地球物理勘探技术领域，具体是涉及一种防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路。本发明所述的煤矿孔中检波器推靠自动保护电路，为煤矿井下掘进工作面探测的孔中检波器推靠装置提供一种两级自动保护电路，通过限制孔中检波器推靠装置的最大力矩，既能保证孔中检波器在水平钻孔中耦合良好，且能保证推靠装置的工作功率在煤矿井下对电气设备的防爆要求，电路简单、可靠、实用性强。

权利要求

1.一种防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路，其特征在于，包括：

第一级保护电路，具体包括：

12V供电模块电路，用于为电流电压控制电路提供一个稳定的电压值；

两级电流电压控制电路，用于将推靠装置中的输出电压和输出电流控制于预定范围；

第二级保护电路，具体包括：

比较器电路，用于当电机电流通过采样电阻R3得到的取样电压大于预设参考电压时输出低电平信号；

开关电路，为一三极管器件，其基极连接比较器的输出端，其集电极连接继电器模块，并且当所述比较器输出低电平信号时，该开关电路导通控制继电器模块工作切断推靠工作电路；

所述比较器电路包括：

分压电路，包括串联的电阻R47、滑动变阻器R48、电阻R49；

比较器模块U7B，其参考输入端连接滑动变阻器R48，其输出端通过电阻R50连接5V电源；其比较输入端和采样电阻R3连接，所述采样电阻R3用于将推靠装置电机产生的电流转换为推靠电压Vt；

所述两级电流电压控制电路包括：

过压及过流保护器U2，其输入端连接电容C6，电阻R4，电阻R5，电阻R6，其欠压保护值锁定端口UVLO连接电阻R6和电阻R11的一端，其过压保护值锁定端口OVLO连接电阻R5和电阻R10的一端，其设置端口连接电阻R12，其接地端连接电容C6，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12；其使能端口EN，反向电流控制输入端RIEN连接电阻R4和电阻R9的公共端并与过压及过流保护器U3的对应端口连接；其高电压输入端HVEN接地；

过压及过流保护器U3，其输入端连接电容C1，电阻R7，电阻R8，其欠压保护值锁定端口UVLO连接电阻R8和电阻R14的公共端，其过压保护值锁定端口OVLO连接电阻R7和电阻R13的公共端，其设置端口连接电阻R15，其接地端连接电容C1并接地；其高电压输入端接地；其输出端OUT通过电容C5接地。

2.根据权利要求1所述的一种防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路，其特征在于，所述12V供电模块电路包括：电源模块U1，其电压输出端VOUT连接极性电容C2正极、电容C4、稳压二极管D3负极、稳压二极管D4负极，其电压参考端连接极性电容C2负极、电容C4、稳压二极管D3正极、稳压二极管D4正极；其输入端Vin连接极性电容C3的正极，其接地端GND连接极性电容C3的负极并接地。

3.根据权利要求1所述的一种防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路，其特征在于，所述开关电路包括：三极管Q8、电阻R43；三极管Q8的基极通过电阻R43和比较器模块U7B输出端相连，三极管Q8的集电极接地、发射极接后续电路；当比较器U7B输出为低电平时，三极管的发射极和集电极导通，发射极电压为低电平，为后续继电器电路提供工作电压。

4.根据权利要求1所述的一种防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路，其特征在于，所述继电器模块包括：电容C19、二极管D14、继电器模块B1；继电器模块B1通过电容C19和二极管D14的并联电路和开关电路相连，电容C19一端接5V电压，一端连接三极管Q8的发射极，当Q8导通发射极为低电平时，为继电器提供工作电压，继电器模块工作，电磁铁通电，吸合继电器，切断推靠装置的电流启动。

说明书

一种防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路

技术领域

[0001] 本发明涉及一种自动保护电路，属于地球物理勘探技术领域，具体是涉及一种防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路。

背景技术

[0002] 煤矿掘进工作面前方废弃巷道、采空区、断层、陷落柱等地质异常体，一旦被采掘活动扰动，会出现瓦斯突出、突水等灾害，将会导致重大人员伤亡及财产损失，为保证煤矿安全高效开采，煤矿工作面开采的地质情况精细探查尤为重要。所以，煤矿井下掘进工作面超前探测成为煤炭开采中必不可少的探查工作。然而，由于井下掘进工作空间狭小，只有一条掘进巷道可以放置探测设备，造成掘进工作面超前探测无法进行。目前，通过在掘进巷道两侧通过打水平钻孔，放置水平孔中检波器，解决了无法超前探测的问题。

[0003] 防爆型孔中检波器研制的难点就是如何使检波器和钻孔孔壁耦合良好，我们利用一种机械推靠的方式使其牢牢耦合在孔壁上，这种方法必须为推靠装置提供一种自动保护电路。由于煤矿井下工况特殊，传感器必须达到防爆要求，对传感器的自动保护电路要求更为苛刻，必须严格限制检波器推靠的功率。

[0004] 目前，孔中检波器推靠主要用于石油测井，其应用主要用于竖直井，且仪器没有功率限制，没有防爆限制。现有技术的孔中检波器一种是利用直流电机无限推靠，直到电机堵转，转速为0，则说明推靠成功，保护电路采用基本的电压比较电路方法；另一种是采用数字化电流控制电路，实现成功推靠及过流保护，原理也是直流电机堵转自锁，通过单片机采样实时电流和参考电流作比较。无论是电压比较还是电流比较都未考虑到煤矿防爆要求的小功率，不适应煤矿井下掘进工作面探测环境的要求；且只有一级保护电路，无法满足煤矿井下复杂环境对电气设备的要求。

发明内容

[0005] 本发明主要是解决现有技术所存在的上述的技术问题，提供了一种防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路。该电路通过限制推靠装置的工作电流达到限制孔中检波器推靠装置的最大力矩，来实现保护，既能保证孔中检波器在水平钻孔中耦合良好，并且能保证推靠装置的工作功率在煤矿井下对电气设备的防爆要求范围内。

[0006] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

[0007] 一种防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路，包括：

[0008] 第一级保护电路，具体包括：

[0009] 12V供电模块电路，用于为电流电压控制电路提供一个稳定的电压值；

[0010] 两级电流电压控制电路，用于将推靠装置中的输出电压和输出电流控制于预定范围；

[0011] 第二级保护电路，具体包括：

[0012] 比较器电路，用于当电机电流通过采样电阻得到的取样电压大于预设参考电压时输出低电平信号；

[0013] 开关电路，为一三极管器件，其基极连接比较器的输出端，其集电极连接继电器模块，并且当所述比较器输出低电平信号时，该开关电路导通控制继电器模块工作切断推靠工作电路。

[0014] 优选的，上述的一种防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路，所述12V供电电路模块包括：

[0015] 电源模块U1，其电压输出端VOUT连接极性电容C2正极、电容C4、稳压二极管D3负极、稳压二极管D4负极，其电压参考端连接极性电容C2负极、电容C4、稳压二极管D3正极、稳压二极管D4正极；其输入端Vin连接极性电容C3的正极，其接地端GND连接极性电容C3的负极并接地。

[0016] 优选的，上述的一种防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路，所述两级电流电压控制电路包括：

[0017] 过压及过流保护器U2，其输入端连接电容C6，电阻R4，电阻R5，电阻R6，其欠压保护值锁定端口UVLO连接电阻R6和电阻R11的一端，其过压保护值锁定端口OVLO连接电阻R5和电阻R10的一端，其设置端口连接电阻R12，其接地端连接电容C6，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12；其使能端口EN，反向电流控制输入端RIEN连接电阻R4和电阻R9的公共端并与过压及过流保护器U3的对应端口连接；其高电压输入端HVEN接地；

[0018] 过压及过流保护器U3，其输入端连接电容C1，电阻R7，电阻R8，其欠压保护值锁定端口UVLO连接电阻R8和电阻R14的公共端，其过压保护值锁定端口OVLO连接电阻R7和电阻R13的公共端，其设置端口连接电阻R15，其接地端连接电容C1并接地；其高电压输入端接地；其输出端OUT通过电容C5接地。

[0019] 优选的，上述的一种防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路，所述比较器电路包括：

[0020] 分压电路，包括串联的电阻R47、滑动变阻器R48、电阻R49；

[0021] 比较器模块U7B，其参考输入端连接滑动变阻器R48，其输出端通过电阻R50连接5V电源；其比较输入端和采样电阻R3连接，所述采样电阻用于将推靠装置电机产生的电流转换为推靠电压Vt。

[0022] 优选的，上述的一种防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路，所述开关电路包括：

[0023] 三极管Q8、电阻R43；三极管Q8的基极通过电阻R43和比较器模块U7B输出端相连，三极管Q8的集电极接地、发射极接后续电路；当比较器U7B输出为低电平时，三极管的发射极和集电极导通，发射极电压为低电平，为后续继电器电路提供工作电压。

[0024] 优选的，上述的一种防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路，所述继电器模块包括：

[0025] 电容C19、二极管D14、继电器模块B1；继电器模块B1通过电容C19和二极管D14的并联电路和开关电路相连，电容C19一端接5V电压，一端连接三极管Q8的发射极，当Q8导通发射极为低电平时，为继电器提供工作电压，继电器模块工作，电磁铁通电，吸合继电器，切断推靠装置的电流启动。

[0026] 因此，本发明具有如下优点：本发明所述的煤矿孔中检波器推靠自动保护电路，为煤矿井下掘进工作面探测的孔中检波器推靠装置提供一种两级自动保护电路，通过限制孔中检波器推靠装置的最大力矩，既能保证孔中检波器在水平钻孔中耦合良好，且能保证推靠装置的工作功率在煤矿井下对电气设备的防爆要求，电路简单、可靠、实用性强。

附图说明

[0027] 图1为防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路的第一级保护电路图；

[0028] 图2为防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路的第二级保护电路图。

具体实施方式

[0029] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

[0030] 实施例：

[0031] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0032] 一种防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路，包括12V供电模块电路、两级电流电压控制电路、比较器电路、开关电路、采样电阻电路、继电器电路。其中12V供电模块电路和两级电流电压控制电路为第一级保护电路，比较器电路、开关电路、采样电阻电路和继电器电路组成第二级保护电路。第一级保护电路：12V供电模块电路，主要是为电流电压控制电路提供一个稳定的电压值；两级电压电流控制电路，采用集成芯片作为保护电路控制电压输出范围为10V-13V，输出电流限制为300mA，当推靠装置中电机电流达到上述值，电流保持在该数值不会继续增大，有效保护了推靠电机不受到损坏。第二级保护电路：比较器电路，比较器的一端连接电机电流通过采样电阻得到的取样电压，一端连接预先设置好的参考电压(推靠装置电流为400mA时的电压)，当取样电压大于参考电压时，比较器输出端为低电平；开关电路，采用三极管，比较器的输出端和三极管的基级相连，当比较器电路输出为低电平时，三极管导通；继电器电路，继电器模块和三极管的集电极相连，当开关电路导通，继电器模块开始工作，电磁铁通电，吸合衔铁，切断推靠工作电路，达到二次保护作用。

[0033] 参见附图1：一种防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路的第一级保护电路，包括12V供电模块电路1、两级电流电压控制电路2。所述的第一级保护电路中的12V供电电路模块电路1包括限流电压模块WRF0512-6W电源模块U1、极性电容C2、极性电容C3、电容C4、稳压二极管D3、稳压二极管D4；极性电容C2正极连接电源模块的14管脚，负极连接电源模块的16管脚，极性电容C3正极连接电源模块的22、23管脚，负极连接电源模块的2、3管脚，电容C4一端连接电源模块的14管脚，一端连接电源模块的16管脚，稳压二极管D3、D4并联，正极连接电源模块的16管脚，负极电源模块的14管脚。

[0034] 所述的第一级保护电路中的两级电流电压控制电路2包括MAX14573集成芯片U2、MAX14573集成芯片U3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C1、电容C5、电容C6；其中R4和R9组成的分压电路为U2、U3使能端提供有效电压，R6、R11与R8、R14相同，确定欠压保护值(VUVLO)，R5、R10与R7、R113相同，确定过压保护值(VOVLO)，R12、R15分别确定限流值(ILIM)，电容C1、电容C5、电容C6限制发生瞬间短路时的输入电压跌落维持期间稳定工作。

[0035] U1和U2的控制电路相同，可根据公式(1-1)公式(1-2)、公式(1-3)，确定每个电阻的阻值。以U1一级为例，通过限制孔中检波器推靠装置的最大力矩，可以确定VOVLO、VUVLO电压范围为10V-13V，ILIM最大值为300mA，可以确定R5、R6、R10、R11、R12的阻值。

[0036]

[0037]

[0038]

[0039] 参见附图2：一种煤防爆型煤矿孔中检波器推靠装置自动保护电路的第二级保护电路，包括比较器电路3、开关电路4、采样电阻5电路和继电器电路6。

[0040] 所述的比较器电路3包括LM393D比较器模块U7B、电阻R3、电阻R47、电阻R48、电阻R49、电阻R50；比较器模块U7B的6脚和采样电阻R3相连，5脚和电位器R48相连，其中电阻R47、R48、R49组成分压电路，通过调节R48可设置断电参考电压Vd，采样电阻R3把推靠装置电机产生的电流转换为推靠电压Vt，预先设置参考电压Vd的大小为推靠装置电机产生400mA电流的电压，用参考电压Vd和推靠电压Vt做比较，当推靠装置工作过程中产生电流大于400mA时，比较器翻转，比较器模块U7B输出端7脚为低电平，后端连接的三极管会导通。电阻R50连接在高电平5v和比较器输出端7脚之间，为推靠装置正常工作电路提供一个高电平，保证三极管不会导通，正常状态下保护电路不起作用。

[0041] 所述的开关电路4包括三极管Q8、电阻R43；三极管Q8的基极通过电阻R43和比较器模块U7B输出端相连，三极管Q8的集电极接地、发射极接后续电路；当比较器U7B输出为低电平时，三极管的集电极和发射极导通，发射极电压为低电平，为后续继电器电路提供工作电压。

[0042] 所述的采样电阻电路5包括采样电阻R3，一端接地，一端连接比较器模块6脚。所述的继电器电路6包括电容C19、二极管D14、继电器模块B1；继电器模块B1通过电容C19和二极管D14的并联电路和开关电路相连，电容C19一端接5V电压，一端连接三极管Q8的发射极，当Q8导通源极为低电平时，为继电器提供工作电压，继电器模块工作，电磁铁通电，吸合继电器，切断推靠装置的电流启动，从而达到第二级保护。

[0043] 采用本发明的推靠自动保护电路，从限制推靠装置最大力矩的角度考虑，电路简单、可靠，实现了两级自动保护电路，既能保证孔中检波器在水平钻孔中耦合良好，且能保证推靠装置的工作功率在煤矿井下这种特殊环境下对电气设备的防爆要求。

[0044] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。