[1]田小超.基于FPGA的矿用钻孔雷达探测仪设计与实现[J].工业仪表与自动化装置,2025,(05):58-63.[doi:10.19950/j.cnki.CN61-1121/TH.2025.05.011]
　TIAN Xiaochao.Design and implementation of a mine borehole radar detector based on FPGA[J].Industrial Instrumentation & Automation,2025,(05):58-63.[doi:10.19950/j.cnki.CN61-1121/TH.2025.05.011]
点击复制

基于FPGA的矿用钻孔雷达探测仪设计与实现()

《工业仪表与自动化装置》[ISSN:1000-0682/CN:61-1121/TH]

卷:
期数:
2025年05期
页码:
58-63
栏目:
出版日期:
2025-10-15

文章信息/Info

Title:
Design and implementation of a mine borehole radar detector based on FPGA
文章编号:
1000-0682（2025）05-0058-06
作者:
田小超
中煤科工西安研究院（集团）有限公司，陕西 西安 710077
Author(s):
TIAN Xiaochao
China Coal Technology & Engineering Xi’an Research Institute (Group) Co. LTD, Shaanxi Xi’an 710077, China
关键词:
FPGA; 钻孔雷达; 数据采集; 低功耗; 控制电路
Keywords:
FPGA;  borehole radar;  data collection;  low power consumption;  control circuit
分类号:
TD325，TN7
DOI:
10.19950/j.cnki.CN61-1121/TH.2025.05.011
文献标志码:
A
摘要:
智能化是煤矿开采未来发展趋势，地质透明化是煤矿智能化建设地质基础。基于钻孔雷达的地质异常体探查手段，是煤矿地质透明化、精细化探测的必要孔中物探手段。介绍了矿用钻孔雷达探测仪系统构成、工作原理和施工工艺过程。以FPGA为控制核心设计开发了矿用钻孔雷达探测仪探管，对主要功能电路进行了设计与实现，并在实际应用环境开展了验证试验，试验结果表明：本探测仪能够中心频率400MHz的雷达回波信号进行实时高速连续采集、存储和实时显示，实现煤岩交界面及地质异常体有效探查，达到预期的设计效果。 关键字：FPGA；钻孔雷达；数据采集；低功耗；控制电路
Abstract:
Intelligence is the future development trend of coal mine mining, and geological transparency is the geological basis for the intelligent construction of coal mines. The geological anomaly detection method based on borehole radar is a necessary geophysical exploration method in the borehole for the transparency and refined detection of coal mine geology. This paper introduces the system composition, working principle, and construction process of the coal mine borehole radar detection instrument. A coal mine borehole radar detection probe with FPGA as the control core was designed and developed. The main functional circuits were designed and implemented, and verification tests were carried out in the actual application environment. The test results show that the detector can perform real-time high-speed continuous acquisition, storage, and real-time display of radar echo signals with a center frequency of 400 MHz. It can effectively detect the coal-rock interface and geological anomalies and achieve the expected design effect.

参考文献/References:

[1] 中华人民共和国中央人民政府.国家能源局网站.2025年能源工作指导意见政策解读[EB/OL].(2025-02-27)[2025-02-27].https://www.gov.cn/zhengce/202502/content_7007284.htm.

[2] 中华人民共和国应急管理部.关于印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》的通知[EB/OL]..(2020-03-03)[2020-02-25].https://www.mem.gov.cn/gk/zfxxgkpt/fdzdgknr/202012/t20201207_374225.shtml.
[3] 董书宁.人工智能技术在煤矿水害防治智能化发展中的应用[J]. 煤矿安全, 2023, 54 (05): 1-12.
[4] 陈小林.智能化矿山建设背景下的煤矿监管监察模式[J]. 煤矿安全, 2022, 53 (08): 237-241.
[5] 梁文彬,范凯,卓军.复杂地质条件工作面构造探测及智能化开采技术[J]. 煤矿安全, 2020, 51 (12): 188-191.
[6] 汪继学,沈浩宇,郑兆伟,等.隐蔽致灾因素特征及防治措施研究[J]. 煤炭与化工, 2024, 47 (06): 67-70.
[7] 王嘉伟,王海军,吴汉宁,等. 基于三维地质建模技术的煤矿隐蔽致灾因素透明化研究[J]. 工矿自动化, 2024, 50 (03): 71-81+121.
[8] 吴敏杰. 神北炭灰沟煤矿隐蔽致灾因素探查及分析[J]. 煤矿安全, 2023, 54 (05): 252-256.
[9] 罗忠琴,刘鹏,唐建益,等. 煤矿隐蔽致灾因素地震勘探现状与发展方向[J]. 中国煤炭, 2023, 49 (01): 16-29.
[10] 宋雷,黄家会,杨维好. 钻孔地质雷达工作原理及应用 [J]. 物探与化探, 1999 (06): 454-458.
[11] 田小超,蒋必辞. 随钻伽马测井探管节电降功耗控制方法与系统设计[J]. 煤矿安全, 2022, 53 (01): 161-166.
[12] 田小超. 基于STM32的测井仪采控一体化电路设计 [J]. 煤矿机械, 2023, 44 (01): 18-21.
[13] 程建远,王保利,范涛,等. 煤矿地质透明化典型应用场景及关键技术[J]. 煤炭科学技术, 2022, 50 (07): 1-12.
[14] 国家市场监督管理总局,中国国家标准化管理委员会. 爆炸性环境 第1部分：设备 通用要求:GB 3836.1-2021[S]. 2021-10-11.
[15] 田小超. 以STM32单片机为核心的数据采集与控制电路设计[J]. 工业仪表与自动化装置, 2022(06): 25-28+40.
[16] 赵佳佳,郭爱军,汪凯斌,等. 一种通用型矿用物探仪器锂电池充电管理系统[J]. 电子设计工程, 2022, 30 (03): 158-162.
[17] 邱建斌,陈月卿,范桂有,等. 基于FPGA的高精度宽频测量校准仪研制[J]. 工业仪表与自动化装置, 2025(01): 52-59.
[18] 国家市场监督管理总局,中国国家标准化管理委员会.爆炸性环境 第4部分：由本质安全型“i”保护的设备:GB 3836.4—2021 [S] .2021-10-11.

相似文献/References:

[1]周月阳,陈 波.平锁缝纫机运动控制卡设计[J].工业仪表与自动化装置,2014,(05):26.
　ZHOU Yueyang,CHEN Bo.Designing of the lockstitch button holing machine motion control card[J].Industrial Instrumentation & Automation,2014,(05):26.
[2]常国祥,杨金龙,刘岫岭,等.两电平SVPWM新算法研究与实现[J].工业仪表与自动化装置,2015,(03):37.
　CHANG Guoxiang,YANG Jinlong,LIU Xiuling,et al.Reseach and implementation on new algorithm of two-level SVPWM[J].Industrial Instrumentation & Automation,2015,(05):37.
[3]陈 军.基于FPGA的FFT变换分析与电路设计实现[J].工业仪表与自动化装置,2016,(01):40.
　CHEN Jun.Analysis of FFT transform and implementation of circuit design based on fPGA[J].Industrial Instrumentation & Automation,2016,(05):40.
[4]滕林阳,雍进玲,李 坤,等.基于Zynq7100 SoC芯片的电力故障录波监测装置设计[J].工业仪表与自动化装置,2016,(03):60.
　TENG Linyang,YONG Jinling,LI Kun,et al.Design of power fault recording and monitoring device based on Zynq7100 SoC chip[J].Industrial Instrumentation & Automation,2016,(05):60.
[5]陈禹伶.全自动模板机智能控制系统的设计与实现[J].工业仪表与自动化装置,2016,(04):27.
　CHEN Yuling.Design and implementation of a full-automatic mouldboard machine control system[J].Industrial Instrumentation & Automation,2016,(05):27.
[6]张 辉,康雪杨,冯 斌.光纤陀螺仪自动测试系统设计[J].工业仪表与自动化装置,2017,(01):37.
　ZHANG Hui,KANG Xueyang,FENG Bin.Design of Automatic Test System for Fiber Optic Gyroscope[J].Industrial Instrumentation & Automation,2017,(05):37.
[7]高敬更,陈 欣,杨 熹,等.基于DDS的现场校验仪变频功率源研究[J].工业仪表与自动化装置,2017,(01):42.
　GAO Jinggeng,CHEN Xin,YANG Xi,et al.The research of on-site verification inverter power source based on DDS technology[J].Industrial Instrumentation & Automation,2017,(05):42.
[8]董朝阳,滕林阳,陈同浩,等.基于ZYNQ的变流器通用控制平台研究[J].工业仪表与自动化装置,2017,(02):77.
　DONG Chaoyang,TENG Linyang,CHEN Tonghao,et al.Common converter control system based on ZYNQ[J].Industrial Instrumentation & Automation,2017,(05):77.
[9]彭 喆,付盛坤.基于FPGA的内嵌滤波算法的高速PCI采集卡设计[J].工业仪表与自动化装置,2017,(03):74.
　PENG Zhe,FU Shengkun.Design of high-speed PCI data acquisition card with embedded filter algorithm based on FPGA[J].Industrial Instrumentation & Automation,2017,(05):74.
[10]张 可,尹 涛,刘 群,等.一种应用于行波测距装置的高精度时间同步技术[J].工业仪表与自动化装置,2017,(04):101.
　ZHANG Ke,YIN Tao,LIU Qun,et al.A highly accurate time synchronization technology applied to the traveling wave distance measuring device[J].Industrial Instrumentation & Automation,2017,(05):101.

备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期：2025-04-22基金项目：国家重点研发计划青年科学家项目(2021YFC2900200);中国煤炭科工集团科技创新创业资金专项项目 -对外合作项目(2023-2-TD-KJHZ001);中煤科工西安研究院(集团)有限公司技术研究项目(2023XAYJS06)第一作者：田小超(1985—),男,陕西蓝田人,硕士,从事孔中物探仪器研发与推广工作?E-mail:tianxiaochao@cctegxian.com
更新日期/Last Update: 1900-01-01