TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 12, No. 8, August 201 4, pp. 5736 ~ 5742   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i8.626 6          5736     Re cei v ed Ma rch 2 2 , 2014;  Re vised April  25, 2014; Accepte d  May 8 ,  2014   Design of the Coal Mining Transient Electromagnetic  Receiver with A Large Dynamic Range      Xiaoliang Zheng   Schoo l of Mini ng an d Safet y   Engi neer in g    Schoo l of Elect r ic and Informa tion Eng i n eeri n g Anhu i  Univ er sit y  of Scie nce  and T e chno log y , Hu ain an,  Anhu i 23 200,  Chin a, T e l: 0554-66 685 84   email: zh eng xl @aust.ed u .cn       A b st r a ct  Consi der ing th e influ enc e of the transie nt p r oce ss of trans ient el ectro m a gnetic rec e ivi n g coil o n   the early si gn al s detectio n  of the se co nd ary field, as w e ll  as  the great  ch an ge an d the var i ous dec ay rate s  in  different  per i ods  of the  sec ond ary fie l d  sig nals, w h ic h w ill  affect the  sec ond ary fie l d  sig nal  col l ectio n ,  w e   ai m at desi gni n g  a new  receiv er w i th the variabl e st ored pro g ra m contro l re ceivin g coi l , prefixed a m plifyi n g   circuit, pro g ra mma b le  a m p l i f ying circ uit  and  hi gh-p e rformanc e a nal og-to-d igita l  c onvers i on  circ ui t   accord ing to t h e un dergr ou nd  coal  mi ni ng e n viro nment, in  w h ich w e  app l y  the differe nt sampli ng  interv a l   softw are an d s e lf-ad aptive  filt erin g a l gor ith m  to e l i m i nate t he  influ enc e of  transi ent pr oc ess a nd fi lter  out   the 5 0 H z   pow er li ne  i n terfer ence, th us to  i n creas e  th e d a ta co llecti o n   abil i ty a n d  i m p r ove th e  detec tio n   result. T he w hole d e vice is s u itab le for un d e rgro und c oal  mi nin g  env iron me nt w i th a small vol u me.     Ke y w ords :  tra n sie n t electro m agn etic, coal  minin g , receiv in g  coil, transie nt process     Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion    The tran sient   electroma gne tic meth od  (T EM) a pplie s t he n o n - groun ded  retu rn i n side the   unde rworking s,  then with a  ce rtai n q u a n tity of transmitting cu rre nt, a prima r y  elect r oma g n e tic  field can b e  p r odu ce d, at the sa me time , the  induced  curre n t will b e  gene rate d in the co ndu ct ive   ore  aroun d th e un de rworki ngs.  Wh en  t=0, turn  o ff the  cu rrent, the   corre s p ondin g  ma gneti c  fi eld  will disa ppe a r  simulta neo usly. The se vere ch ang e  of the primary magn etic field is then  transmitted b a ck to th e o r e a r oun d the  retu rn th ro u gh ai r  and  ot her condu ctive me dium i n   the  unde rworking s an d thu s  g e nerate s  th e in duced  cu rre nt, which  will produ ce the  se con dary vo rte x   field so  that t he ma gneti c  f i eld won’t di sappe ar im me diately [1] . Various TEM research  wo rk h a s  been  ca rri ed  out in ma ny  enterp r i s e s  h o me a nd a b road, the  pro d ucts of which  mainly in clu d e   PROTEM -47  transi ent ele c trom agn etic system , dev elope d by a Can adian  co mpany Ge oni cs,   YCS200 0 by Xi’an Re se arch In stitute, CCTE G  (Chi na Co al Te ch nology & Eng i neeri ng G r ou p),  and intrin si cal l y safe mining  transie nt ele c trom agn etic  instru ment s such a s  YCS4 0 develope d by  Cho ngqin g  Rese arch In stitute, CCTEG,  as well  as TE MHZ7 5 by Hi gh-te ch  Reso urces  Dete cti n g   Instrum ent  Rese arch In stitute of CUG,  Wuh an, an d  YCS600 -I by  Shanxi G e o s ina  Geol ogi cal  Instrum ent  Co., Ltd, toget her with  YCS 40(A) of   Fujia n Huah ong  In telligent T e ch nology  Co.,  L t d .   The TEM is  not only su ccessfully appli ed in dete c tin g  the wate r-a bund an ce of the floor ro ck in   the top of the  coal  se am a nd the b u rie d  water-con du cting o r  water-bea rin g  structure in  coal mi ne  driving, but al so in water-filling drill an d p ondin g  goaf [1-10].    The resolutio n  of the a nalo g -digital  conver ter  (ADC) u s ed i n   curre n t TEM is l o w,  and th e   sampli ng int e rval is fixed  as well, so  the samplin g spe ed can not be adapt ively controll ed  according to  the sign als fe ature; moreo v er, the  mag n ification tim e s of the sa mpling am plifying   circuit is sm all, and the sampli ng dyn a mic ra nge  i s  also limite d . Furthermo re, the transi ent  pro c e s s of  re ceiving  coil i n  daily  use h a s  a  seri ou s influen ce on the  ea rly  seconda ry  si gnal s  pro c e ssi ng, t hus to  cau s e   an in accu rate  dete c ting  re sult  in shall o w stru cture.  As a  whole, given   probl em s  su ch  as the  la rge  chang e  rang e of  se con dary  sig n a ls, the  diffe rent  deg ree   o f   attenuation  in  differe nt pe ri ods,  and  the  sampli ng  ci rcuit de sign  a s   well  as the i n terfere n ce fro m   the 50Hz si gn als, a ne w re ceiver  with  a better pe rformance mu st be de sign ed.        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     De sign of the  Coal Minin g  Tran sie n t Electrom agn etic  Re cei v er  with … (Xiaolia ng  Zheng )  5737 2. The Desig n  Though t of the Re ceiv e r  In orde r to be  suitabl e for  unde rg roun d  envir on ment,  the re ceive r   must me et the nee ds  of coal mine  secu rity stan d a rd s,  anti-exp l osio n, a  sma ll volume a n d  a light  weig h t  and  so o n . In   addition, we must focus o n  the comm o n  wea k n e sse s  in the cu rre n t TEM when  desig ning a  new  one. Be cau s e of the  del ay of prim ary field di sap pearan ce i n  the receivin g process, t h e   se con dary fi eld of the  re ceiving  coil  i s  n o t pu re,  but mingl ed  with  some  in fluence from  the  prima r y field, that is, the transie nt pro c e s s of t he recei v ing coil. Gen e rally sp ea kin g , this pro c e s s   is q u ite  sh ort  and   won’t  a ppea r i n  late  sig nal s,  b u t  still, it can’t  be ig no red  o w ing  to  its  great  effects  on th e ea rly sig n a l s. The  tran si ent mag netic sign al h a s  a  larg e dyna m i c rang e, larg e   early si gnal  amplitude, a  high atten u a tion spee d  and a  wea k   late sig nal,  whi c h requi re the  system to  be  equip ped  wi th a hig h  resolution, a  qui cker  sa mplin g sp eed  an d  a st ron g  ant i- interferen ce p e rform a n c e, as well as a l a rge dyn a mi c range   [11-13].   The  re ceiving  coil  ca n be  g enerally re ga rded  a s  L R   ci rcuit, thu s  th e  tran sient  pro c e s s is  actually th e same a s   LR ci rcuit, that i s , / ) / ( 1 t t L R Ee Ee V , and   R L / , t equal s to th e   time constant of LR ci rcuit. T he larger  L and smaller R will  resu lt  in the l a rger t. The gai n  of  receiving coil (L)  i s   often e x pected  to be   large r ,  an d the lo ss  of wh ich (R) to be  smalle r, cau s i ng  a quite larg e r  t, even rea c hin g  a milliseco nd or de r of magnitude s. Ho wever,  sometim e s,  we  want the  time  con s tant to  b e  as small a s  possibl e to d e crea se th e i n fluen ce of t r ansi ent p r o c e ss  in an attempt to detect the early sign a l s, whi c h obv iously is cont radi ctory   [14]. There a r e two  solutio n s to  this problem,  one is, inserting a p r i m ary amplifi e r in the re ceiving  coil  and  decrea s in g b o th turn s a nd  area  of the  co il, along  with t he whole  re corde d  p r ima r y field data from  the attenuati on process  of the tr an smitting cu rre nt after turn -off to subtra ct the influe n c e of  transi ent process in the re ceiv ed  sign al s data p r o c e ssi ng; anoth e r  is, u s ing th e variabl e sto r ed  prog ram  cont rol re ceivin g antenn a to re move that influen ce.   The chan ge range  of the seco nda ry field sig nals  det ected  by the receiving  coil  is fairly   large, from e a rly V level to late mV le vel, so we n eed to a dopt  the program mable a m plif ying  circuit wh en  desi gning the  amplifying ci rcuit an d c h o o se different amplifying scales for the d a ta  of ea ch tim e  pe riod. Be si des,  ba sed   on the  si gna l attenuatio n  sp eed  of  e a ch  pe riod,  the   sampli ng i n te rvals  sh ould  be vari able,  and in  o r de r to erase the  interfe r en ce  from the  50 Hz  sign als in the  sele cted  sign als, the se lf -a daptive filtering method i s  a must.       3. The Hard w a r e  Design  of the Recei v e r   Acco rdi ng to the desig n lo gic, the hard w are stru ctu r e of the recei v er is sho w n  as Figu re  1, mainly incl uding the con t roller, which  is a 32- bit RSIC embed d ed pro c e s sor of Nios II series,  use d  to fini sh  all the  ord e r  control o pera t ion of  the  re ceiver; th e va riable  sto r ed   prog ram  cont rol  receiving coil  also ha s opt ional re ceivin g ways, one  is the comm on way whil e  another i s  the   prog ram  cont rolled  way;  th e  p r efixed a m plifying  circuit and  the  p r ogra mmabl e  amplifying  circuit  are  both g a i n-controllabl e; the anal o g -digital  (A D)  samplin g circuit con s i s ts  of  th e high   perfo rman ce AD  chip;  the receiving coil state  mo nito ri ng ci rcuit is f o r d e tecting  the state  of itself  so a s  to give  the use r  a  comprehe nsiv e unde rstand ing of the re a l  time status  of the re ceivi n g   coil.           Figure 1.   Structure  Cha r t of Receiver      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  573 6 –  5742   5738 3.1. The Variable Stored  Program Co ntrol Circui t of Re ceiv i ng  Coil  The  stru cture  of the re ceiv ing coil ci rcui t is  varia b le  store d  p r og ra m co ntrol, sh own i n   Figure 2. A a nd B a r e t w o  coil s with  co mpletely the  same  pa ram e ters, A +  an d  A-, B+ a nd B- are   two o u tput e nds of A a n d  B re sp ective ly,  KS1, KS2,  KS3, KS4, KS5 and KS6  are  6  s w it c h es .   The coil ha s  t w o wo rki ng st ates,  of whi c h  on e  i s   the  n on-stored  pro g ram  c ontrol  state,  kno w n as  a comm on co il, what need s to be done  is just usi ng  a sho r t circuit  between the  pin of 2 and 3,  mean while, t u rnin g off KS1, KS2, KS3, KS4 and KS6  and tu rning   on KS5 so a s  to form a  sin g le   tandem  coil  betwe en A  a nd B; a nothe r  is  the  stor e d  prog ram co ntrolled  state, which  cha n g e s  the conn ectio n  state of A  and B throug h different  switch pattern s  of the stored  prog ram  cont rol  in the receiving pro c e s s in  orde r to sho r ten  the tran sient pro c e ss o f  the receivin g coil.   The  wo rki ng  prin ciple  of t he  store d  p r o g ram  control   coil i s :  when   KS1, KS2, KS3 and  KS5 are all turned on, meanwhil e KS4 and KS6 are  turned off, A and B is in reverse connection,  the sig nal s o u tput from A  and B  will offset with   ea ch  other, a s   a result, the tot a l output  of the   receiving  coil  thus be com e s “0 ”. On the  c ontrary, wh e n  KS1, KS2,  KS3 and KS5  are turned off  with KS4, K S 6 turn ed  on , A and B  is, therefo r e,  i n  st raight  pol arity, con s e q uently, the to tal  output is the  sum of the in duced voltag e of both A and B   [15].  De spite th e f a ct that  the t o tal outp u t of  the  re ceiv ing  coil  i s  0,  A ,   K S 1 ,  re sist a n c e  RK 1  and B, KS2, resi stan ce RK 2 can  still form two cu rre nt loops, both  with the tran sient pro c e ss,  and  t he t r an sf or m a t i on ha ppe n s  bef o r e t h e  t r an sient  p r oce s s di sap p ear s,  w hen it s inf l ue nc e  s t ill  works. As for  RK1 an d RK 2 in fig.  6, they are both of  great  signifi c ance, for if they are too  sm all,  the tran sient  pro c e ss  will  be too long,  on the othe r hand, if they are too bi g to disconn ect  with  each other, t here will  be  a LC oscillator  circ uit. Actually, according to the  experim ent, for  different initia l samplin g m o ment, the po sitive and ne gative oscillat i on doe s exist   [14].  The six  switches a r e  com p rised of a l o w on -resi s ta nce  with ±5V  voltage, four single - pole-single-throw  (SPST ) analog swit ches, re specti vely from M AX4677  and MAX4678.   The  workin g pri n ciple of ea ch switch i s : wh e n  in a low lev e l, MAX4677  will be turn e d  on, while i n  a   high level, it will be turned off. MAX4678 i s  just  the opposite working pr inciple. Theref ore,  MAX4677 e q uals to KS1,  KS2, KS3 and KS5, while MAX467 8 repl aces  KS4 and KS 6,  altogethe r to compl e te the control of the store d  progra m  control coil  only through  a singl e co ntrol  mouth of the pro c e s sor.           Figure 2. Structure  Cha r t of Variable  Stored Prog ram  Control Re cei v ing Coil       3.2. The De tection  Circui t of Receiv i n g  Coil  This ci rcuit is respon sibl e for the state d e tect ion of the receiving coil, includin g  the sho r t  circuit, the op en ci rcuit and  the re sistan ce value of  the coil. The  st ructu r e i s  sho w n in Fig u re 3,  in which IO4  is stalled to  control the  TX-S P anaso n ic rel a y so that the recei v ing coil ca n  b e   swit che d  to the detectio n  ci rcuit fro m  the sign al re ceivi ng circuit.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     De sign of the  Coal Minin g  Tran sie n t Electrom agn etic  Re cei v er  with … (Xiaolia ng  Zheng )  5739     Figure 3. Det e ction  Circuit of Receiving  Coil       Also, after de tecting the re sista n ce RS1  by t he curre nt in the rece iving coil, the current   sign al ca n be  transfo rme d  i n to the voltag e sig nal  an d then b e  tran sf erred to the A DC fo r an alo g - digital  conve r sion. If th e  co llected  data  a ppro a che s   to   0, there i s   an  ope n  circuit  in the  re ceivin g  coil,  whe r ea s, if the data   turns to b e  t he la rg e s t, there  is a  sh ort  circuit. Howeve r, the  coil   resi stan ce  ca n be cal c ul ated wh en the  data is a med i um value.     3.3. The Signal Amplif y i ng Circuit  A reasona bl e and  suitab le sign al am plifying circui t is of great  significan c e  for the  collection of  the receiving signal. A s  it  is illu st rated before,  when the receivi ng  coil i s  in a  transi ent p r o c ess, we can  only de crea se the in du cta n ce  L o r  in crease the  re si stan ce  R in  o r de r   to decrea s e  the time co n s tant  τ , con s iderin g it’s in approp riate t o  increa se  R, we choo se  to  decrea s e  L, t hat is, to  de crea se th e turns  and  ar ea  of the receiving  coil, even  it will  cau s e   the  decrea s e  of the gai n from  the re ceiving  coil, we  can l a ter ma ke  so me compe n sation by u s in g of   a prefixed am plifying ci rcuit. The  cha nge  ran ge  of  the  transi ent el ectromag netic receivin g si gn al   is quite  large,  from mV to   V, and the  ea rly, medium  a s   well a s  l a te  sign als  of the  se con d a r y field   are all differe nt in terms o f  their attenuation spe e d s  and amplitu des, whi c h th us re quires t h e   amplifying ci rcuit with a co ntrollabl e am plifying  scale  to meet the sampli ng ne e d s for differen t   cir c um st an ce s.   Figure 4 is  the stru ctu r e  of  the prefi x ed amplifying ci rcuit an d the progra mmable   amplifying ci rcuit. The fo rmer i s  the p r eci s e  a nd lo w po we r con s umptio n INA128 in strum ent  amplifier,  whi c h  use s  IO 2  and IO 3 mo uths  of t he p r ocesso r to  control th e m u lti-way  switch  ADG60 4 ,  a n d   the   differe n t   re sista n ce R5, R6, R7, and R8   to ch oose  va riou s amplifying scale.  Beside s, the   on resi stan ce  value of A D G604  is  85 Ω , and the r e  a r e all  togethe r fou r  types  of  amplifying  scale, nam ely, 1, 10, 1 00  an d 10 00. T he  operational  a m plifier  of the  later is OP42 27,   owin g to the low spee d of the amplifie r in gain  tra n sfo r mation, which can not re ach our  sampli n g   deman ds, we need to a dopt seve ral  operational a m plifier in pa rallel an d set  their own g a in  before, thu s   to switch ove r  the gain by  the  high-sp e ed anal og switch A D G6 0 4  to reali z e the   dynamic process of the  si gnal a m plitud e of the  rece iving co il. Si milarly, the a m plifying sca l e  inclu d e s : 100 , 10, 1 and 0.1.  The dynami c   pro c e ss  of the sign al re cei v i ng can  be d i vided into three sta ges: th e early,   medium a nd  late stage. In  the early sta ge,  the attenuation spee d  and the sig n a l amplitude  are  the large s t; in the late stage,  they are the smalle st; as for  th e medium  stage, the two  are   betwe en tho s e of the earl y  and late stage   [16]. He nce, du ring t he dynami c  pro c e ss, both  the   amplifying scale and th e sampling int e rval are controllable, which  can b e  cate gori z ed i n to three   cla s ses a c co rding  to th e  chang e  cha r a c teri stics  of  the  se con dary  field  sign al.  As it’s sho w n  in  Table 1, the  amplifying scale an d sam p ling inte rval  need to  be  matche d in t he thre e sta g e s.  Altogether th ere a r e four  grou ps, if we  choo se  the f i rst one, the  amplifying scale and  sam p ling  + 1 ON 3 CO M 4 OF F 5 OF F 8 CO M 9 ON 10 - 12 CO I L U5 TX - S / 3 . 0 V V+ 5 GN D 2 OU T 1 VI N + 3 VI N - 4 U12 I N 1 69 D1 I N 5 819 +3 . 3 V T1 90 1 3 GN D IO 4 C1 0. 01 uF C2 0. 01 uF +3 . 3 V C3 0. 0 1 uF C4 0. 01 uF CP 1 3 0. 1u F GN D GN D +3 . 3 V R1 4 1 K R1 7 1 0 K R 1 81 0K RL 1 2 0 K R 19A 50 R 1610 K R1 5 1 0 K RS 1 1 B1 B2 A1 A2 NC 1 -I N 2 +I N 3 V- 4 NC 5 OU T 6 V+ 7 NC 8 U19 O P A 3 5 0 C2 8 0. 1u F +3 . 3 V GN D VC C 1 GN D 2 VI N 3 SC L K 4 CS 6 U20 AD 7 466 SD A T A 5 S DAT A A- S C LK CS CP 4 1 0. 1 u F +3 . 3 V GN D Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  573 6 –  5742   5740 interval in the early, mediu m  and late  stage will re sp e c tively be 0.1, 1, 10 and 10 μ s,  20 μ s,  30 μ s,   the rest three  group s a r e o f  the same lo gic.           Figure 4. Pre a mplifier  Circuit and Prog rammabl e Amplifier Ci rcuit      Table 1. Earl y , Medium an d Late Stage  Paramete r Selectio n     The first grou p   The second  group   The third g r oup   The fou r th gro u p   Sampling interval   Earl y  stage   0.1  1  10  100  10 μ s  Medium stage  1  10  100  1000   20 μ s  Late stage   10  100  1000   10000   30 μ s      3.4. The Ana l og-To-Digital Conv ersion Circuit        Figure 5. Analog-to -digital  Conve r si on Circuit   GN D A0 1 EN 2 VS S 3 S1 4 S2 5 D 6 NC 7 NC 8 NC 9 S4 10 S3 11 Vdd 12 GN D 13 A1 14 U8 AD G6 0 4 GN D GN D CP 1 7 10 4 CP 1 8 10 4 -5 V GN D +5 V OU T IO 5 IO 6 +5 V AO 1 EN 2 Vs s 3 S1 4 S2 5 D 6 NC 7 NC 8 NC 9 S4 10 S3 11 Vd d 12 GN D 13 A1 14 U3 AD G60 4 CP 5 10 4 CP 7 10 4 CP 6 10 0u F CP 8 10 0u F GN D +5 V -5 V +5 V IO 2 IO 3 -5 V CP 9 10 4 CP 1 0 10 0 u F GN D 6 - 2 + 3 CP 1 1 10 0u F CP 1 2 10 4 +5 V GN D GN D GN D 1 4 5 8 U4 IN A 1 2 8 U7 A OP 42 27 U7 B OP 42 2 7 U7C OP 42 27 RP 1 25 RP 2 25 R3 1 0 K R4 1 0 K RP 3 10 0 R9 5 R1 0 5 R1 1 47 K R1 2 47 K R1 3 47 K RP 4 10 0 R5 R6 R7 R8 IN + IN - 7 1. 8 K RI 1 18 K RI 2 1. 8K RF 2 18 K RF 3 18 0K RI 3 1. 8K CP 1 4 10 0 μ F CP 1 5 10 0 μ F RP 5 2 5 RP 6 2 5 R3 A 10 K R4 A 10 K +5 V IN 1 OU T 2 GN D 3 U12 R E F 3 125 +5 V 4 7u F GN D C6 0. 1u F C 7 47 0pF CP 2 3 0. 1 u F CP 2 4 10 uF +5 V G ND CP 2 5 0. 1u F CP 2 6 10 uF -5 V GN D C8 47 0p F C1 2 0. 1u F C1 3 10 u F GN D GN D DO U T - D C9 10 0pF C1 1 10 0pF C1 0 1n F VC C CP 2 7 10 uF CP 2 8 0. 1u F CP 2 9 10 uF CP 3 0 0. 1u F GN D +5 V GN D +3 . 3 V R1 9 1K R2 0 1 K R2 3 4 9 . 9 R2 4 4 9 . 9 R2 2 1K R2 1 1 K R2 5 5 0 R2 6 5 0 R2 7 5 0 R2 8 50 R2 9 5 0 R3 0 5 0 R3 1 5 0 AI NP 1 AI NN 2 +3 . 3 V A D 4 AG ND 3 VR EF P 16 VR E F N 15 MO D E 5 CL K 12 SC L K 11 FO R M 6 DR / F S 10 SY / P D 7 DO U T 9 DI N 8 DV DD 13 GN D 14 U14 A D S 127 1 GN D IN 1 OU T 2 GN D 3 U15 R E F 3 125 C1 4 0. 47 uF C1 5 0. 1u F C1 6 10 0uF +5 V GN D NC 1 -I N 2 +I N 3 V- 4 NC 5 OU T 6 V+ 7 NC 8 U16 OP A350 C1 7 1 0 n F C1 8 0. 1u F +5 V GN D R4 5 1 k R4 6 1 0 0 Vi n + 8 Vi n - 1 Vc o m 2 V+ 3 Vout - 5 Vo u t + 4 EN 7 V- 6 U10A OP A 1 6 3 2 MO D E CL K SC L K DR D Y 1 SY N C OU T Grou p   Amplify i ng  scale Stage  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     De sign of the  Coal Minin g  Tran sie n t Electrom agn etic  Re cei v er  with … (Xiaolia ng  Zheng )  5741 The  an alog -to-digital co nversi on circuit is  show n in F i gure  5. As we can  se e, the circuit   is a n  ind u st ri al high  ba nd width A D C wi th a resolu tio n  of 2^2 4  to  realize the t r a n sformation  from  the anal og v o ltage to  digi tal value, mo reove r , the referen c e  voltage i s  jointly  provide d  by  chip   REF31 25 an d operational  amplifier OP A350, besi d e s , we in stall a tantalum capa citor of 1 0 μ F  and a nothe r  cerami c capa citor  of 0.1 μ F  in pa rallel  wi thin the in put  end  REFP a nd RE FN. T h e  operational  a m plifier  OPA1632  is u s e d  in th e a n a l og in put e n d , and  a  1n F capa citan c e is  applie d bet ween the i nput  end AINP  a nd AINN in p a rallel  as wel l , thus ea ch   analo g  inp u t end  can ha s a 10 0pF ca pa cita nce  with the grou nd to ke ep the perfo rmance of AC   [17]. The OUT  sign al  come s from  the  out put of the  p r ogra mmabl e  amplifying  circuit, sho w n i n  Fig u re  4. A l so,  the pin of the  switching  co ntrol ha s the  MODE  for  ch oosi ng the worki ng mo de  of AD; CLK a n d   SCLK represent for the i n put of  the ma ster  clo c k an d the  seri al  cl ock; DO UT -D mean s the  d a te   output; SYNC is the  synchroni zin g  sig nal for sta r ti n g  the sig nal  sampli ng in t he re ceiving  coil   and e n suri ng  the sampli ng  syn c hroni zat i on with  that   of the tra n sm itter cu rrent  signal afte r turn- off.       4. The Con t r ast an d Con c lusion of th e Test  Resul t s    After having colle cted the  same  sign al thro u gh the n e wly desi gne d receiver an d other  transi ent ele c tromag netic  receive r , the result i s   sho w n in Figu re  6, Figure (a )  co mes from oth e r  receiver,  whil e Fig u re  (b) i s  from  our n e w ly de si g ned  receiver, both   are  the   atten uation cu rve of  the se con dary field signal. It turns out that the sa mpli ng site of ne w one i s  much den ser, an d  the  data is m u ch  large r , prese n ting a regul a r  attenuat io n curve with  a better  data co nsi s ten c y,  wh ich  is definitely b e tter for late data pro c e s si ng.         (a)     (b)     Figure 6.   Tes t  Result s Co n t rast       The  re ceivin g coil of th e  ne wly de sig ned  re ceive r  is  sm aller i n  volume,  th us  more   suitabl e for t he na rrow  sp ace i n  the mi ne. In addi tio n , for removi ng the influ e n ce  of sig nal  gain   becau se of the small volu me and the transi ent pr o c e ss of the receiving coil o n  data colle cti on,  we respe c tively adopt the  prefixed am plifying ci rcui t and the variable sto r e d  prog ram  co ntrol   coil. For oth e r  asp e ct s, we  use the prog ramma bl e a m plifying circuit with multi-amplifying scale   to meet the  need s of the large  cha nge  range of  the  transie nt electrom agn etic se con dary fie l d  sign al, furthe rmore, the  different  sam p lin g interv al s are applie d to d i stingui sh the  sampli ng in t he  early, mediu m  and late  stage s to sati sfy the vari ou s attenuation  speed n eed s i n  ea ch sta ge;  for  the samplin g  data p r o c e ssi ng, we u s e th e software  se lf-adaptive filt ering  alg o rith m to effective l y  filter out the   50Hz  po wer l i ne inte rferen ce. All in   all,  the ne w  re cei v er is not  onl y with a  sm al ler   volume but al so a bette r pe rforma nce.       Referen ces   [1]  Yu Jc, Li u Z h   X, L i u S h  C, et  al. T heoretica l   ana l y sis  of mi ne trans ie nt el ectromag netic method an d  its  app licati on i n  d e tecting  w a ter  burst  structure s  in de ep co al  stope.  Jour nal  of Chin a Co al  Society.  20 07;   32(8): 81 7-8 2 1 .   [2]  Jian g Z HH, Jiao  XF . Ph y s ic al e x p e rime nt of  mine transi ent electrom a gnetic a d va nc ed detecti on.   Journ a l of Chi n a Coa l  Society.   2011; 3 6 (11):  185 2-18 57.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 8, August 2014:  573 6 –  5742   5742 [3]  Bai DH, He Z HH, Lu J,  et al.  Und e rgro un d  w hole-sp ace t r ansi ent   el ectr omag netic method an d  its  app licati o n  to  the  pre d ictio n  of w a ter  di sasters i n  co al min e s.  C o ll e c tions  of the  Si xth  Chi n a   Internatio na l Geo-El ectromag netic  W o rksho p . Beiji ng. 20 0 3 ; 283-2 84.   [4]  Jian g Z HH. Stud y   on the  mechan ism and tec hno lo g y  of adv anc e d  detecti on  w i t h  transi ent   electrom agn eti c  method for  road w a y dr i v age fac e . Xuzho u : Chi n a  Univers i t y   of Minin g  a n d   T e chnolog y. 2 008.   [5]  Yu JC, Li u Z H X, T ang JY, et al. T r ansient el ectr omag netic  detectin g  tech n i qu e for  w a ter  hazar d to th e   roof of full y  m e cha n ize d  sub-level cav i ng face.  Journ a l of  China U n iv ersity of Mining &  T e chnol ogy .  200 7; 36(4): 54 2-54 6 ．   [6]  Jian g Z HH, Yu e JH, Liu  SH  C. Predicti on t e chn o lo g y  of b u rie d   w a ter.  Jo urna l of Ch ina  Univers i ty of   Minin g  an d T e chno logy . 2 007 ; 17(2): 164-1 6 7 ．   [7]  Jian g Z HH, Yu e JH, Liu Z H X.  Appl icatio n of  mine  trans ie nt electrom agn eti c  me thod i n  for e castin g go af  wa t e r .   Chi nese  Journa l of Eng i ne erin g Geop hysics . 200 7; 4 ( 4): 291-2 9 4 ．   [8]  Liu Z H X, Y u   JC, Guo D. T he a p p licati o n  of  the mi nin g  transie nt el ec tr omagn etic m e thod t o  the   expl oratio n of h y dro l og ical  bo reho le.  Geop h ysical a nd Geo c he mic a l Expl o r ation . 20 06; 3 0 (1): 59-6 1 ．   [9]  Yu JC, Li u SH C, W ang YZH.  Resp onse c h a r acteristic  of transi ent el ectro m agn etic to m e tallic  facliti e s   in coa l  mines a nd the dis pos al  technol og y.  Jo urna l of Chin a  Coal S o ciety.  2 008; 33( 2): 140 3-14 08 ．   [10]  Guo CH, Li u BZ H, Bai DH. Pr edictio n of   w a t e r dis a ste r s ahea d of tunn eli ng i n  co al min e  usi n g   contin uo us det ection b y  T E M.  Selis mol ogy a nd Geol ogy . 20 06; 28(3): 4 56- 462 ．   [11]  W ang Z H , Huang Y, Lin J, et al. Develo p m ent  of High  Spee d an d Lar ge D y n a mic R ang e T r ansient  Electroma gneti c  Receiv er.  Chi nese Jo urn a l o f  Scientific Instrument . 200 6; 2 7 (4): 416- 41 9.  [12]  HM Yan, GF  W ang, F Q  Z hang, et. a l . R e stor atio n of  T r ansient Elec tromagn etic Si gna l Bas e d   Incrementa l  W i ener F i lter.  T E LKOMNIKA Indon esia n Jo ur nal  of Electric al En gin eer ing .  201 3; 11( 9):  506 1-50 67.   [13]  LX Z h u, YW  Shi, YR Shi, et  al. Electroma g netic Vector S ensor arr a y   pa rameter estima tion metho d .  T E LKOMNIKA Indon esi an Jou r nal of Electric al Eng i ne eri n g .  2013; 1 1 (5): 2 860- 286 8.   [14]  Li SH, L i  C H S, Z hang  YP, et  al. Stud y  of th e ke y tec hno lo g y  in T E M inst rument.  C o a l  Ge o l og y  an d  Explor ation . 2 0 11; 29(1): 5 5 -5 8.  [15]  Li SH, Li C H S, Z hang PF , et al. A Ne w  Pro g r am  control l e d  Antenn a to Me asure Ear l y Si gna l in T E M.  Chin ese Jo urn a l of Scientific I n strument . 20 0 2 ; 23(2): 19 2-1 94.   [16]  Li C hua ngs he,  Li Sh i, Son g   Jian pin g , T ang T i antong. Stu d y   on  Detecti o n Metho d  of E a rl y Si gna l i n   TE M .   Coal Geolo g y & Explor ation.  19 99; 27 (2): 58-60.   [17]  Li LH, H e  LJ.  Princip l e a nd A p plicati on  of the 24- bit, W i de B andw idth, D e lt a- sig m a A nal o g - to- Digit al   Conv erter ADS 127 1.  Moder n Electron ics T e chni que. 2 007;  255(1 6 ): 4-6.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.