Устройство шахтной оперативной и аварийной беспроводной связи с подземными выработками Советский патент 1981 года по МПК E21C35/24 

(54) УСТРОЙСТВО ШАХТНОЙ ОПЕРАТИВНОЙ

И АВАРИЙНОЙ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ

С ПОДЗЕМНЫМИ ВЫРАБОТКАМИ

I

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к системам подземной беспроводной связи и телеметрии, и предназначено для организации аварийной, горноспасательной и технологической связи с дневной поверхности в подземные выработ/ки в речевом.диапазоне частот.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство шахтной оперативной беспроводной связи с подземными выработками, использующее непосредственное распространение радиоволн, содержащее установленный на поверхности земли передающий комплект, состоящий из блока формироваиия и подачи аварийного сигнала, передатчика электромагнитных сигналов звуковой частоты, передающей антенны с заземлнтелями, блока питания, и расположенный в горной Ёыработке приемный комплект, включающий приемную антенну, блок усиления и обработки сигнала, блок питания и выходной преобразователь IJ.

Одиако известное устройство позволяет лередавать по беспроводному каналу в подземные выработки только сигнал аварии и не дает возможности организовать оперативную и аварийную радиосвязь со всемИ работниками оперативного персонала.

Кроме того, устройство характеризуется отсутствием возможности передачи сообщения н его приема, а также низкой экономичностью приемного комплекта из-за непре5 РЫБНОГО потребления электрической энергии.

Наиболее приемлемым для организации беспроводной речевой связи дневной поверхности с подземными выработками является

j- звуковой диапазон частот. Замечено, что прн передаче речевого сигнала в естественном спектре Имеются существенные различия в степени затухания различных частотных составляющих. Проведенные расчеты показывают, что в зависимости от конкретных

15 геологических условий и протяженности канала связи различия и затухания нижней и верхней составляющих спектра речи могут составлять несколько порядков.

Наиболее простым средством компенсации неравномерного затухания состанляю тих спектра речи является использование избирательных систем с резонансной частотой, которая выше наивысшей частоты спектра передаваемого сигнала, П.ри этом для по-.

бышения належности приема вызываемых команд избирательная система должна перестраиваться таким образом, чтобы резонансиая частота антеиного контура сдвигалась в области низких частот спектра речи.

Цель изобретения - расширение функЦиоиальных возможностей устройства шахтной оперативной аварийной беспроводной связи с подземными выработками, обеспечение селективности передачи и приема сигналов вызова и речевых сообщений при организованном упрощении приемной аппаратуры, работающей в ждущем самоконтролирующем режиме с автоматическим выходом из системы запроса на режиме речевых сообщений.Поставленная цель достигается тем, что блок усиления и обработки сигнала выполнен в виде электронного ключа, дещифратора и усилителя звуковой частоты, вход которого соединен с выходом приемной антенны, а выход усилителя соединен со входом выходного преобразователя при этом вход дещифратора соединен с выходом приемной антенны, вход которой соединен со входом электронного ключа, выходы дешифратора подключены соответственно ко входу блока питания и ко входу электронного ключа, причем .выходы блока питания подключены ко вторым входам усилителя и дещифратора. Дешифратор выполнен в виде двух параллельно включенных узкополосных фильтров и последовательно соединенных селек тора-формирователя, селектора команд вызова и коммутатора, при этом входы селектора-формирователя соединены с выходами узкополосных фильтров, а выход селектора-формирователя соединен со вторым входом коммутатора.

Блок формирования и подачи аварийного сигнала выполнен в виде кнопочного поля, шифратора и последовательно соединенных микрофона, коммутатора и амплитудного компрессора, при этом входы шифратора соединены с выходами кнопочного поля, а выход шифратора соединен со вторым входом компрессора.

Введение указанных блоков позволяет осуществить индивидуальный вызов и пере. дачу сообщения отдельному абоненту. Чтобы команды вызова и передача речевого сообщения воспринимались одинаково надежно, обеспечено изменение резонансной частоты перестраиваемой приемной антенны при переходе от приема вызова к приему сообщения и наоборот.

Кроме того, в предлагаемом устройстве обеспечена возможность циркулярного вызова и приема сообщений в случае необходимости оповещения сразу- всех горнорабочих об авариях.

Для повышения экономичности системы связи в нее введены два режима работы приемного комплекта, режим дежурного приема.

когда потребляемая от источника питания мощность минимальная, так как отключен основной потребитель энергии - усилитель звуковой частоты, и режим приема речевого сообщения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - график работы передающего и приемного устройств.

Устройство щахтной оперативной аварийной беспроводной связи с подземными выработками содержит передающий и приемный комплекты.

Передающий комплект состоит из блока формирования подачи аварийного сигнала, содержащего кнопочное поле I набора кода и характера сообщения, шифратор 2, микрофон 3, коммутатор 4, амплитудный компрессор 5, передатчик 6 звуковой частоты, передающую антенну 7 в виде заземленного диполя с заземлителями 8 и блок 9 питания. Один выход шифратора подключен к передатчику 6 звуковой частоты непосредственно, а второй связан через коммутатор 4 и амплитудный компрессор 5 со вторым входом передатчика 6 звуковой частоты.

Кнопочное поле I набора кода и характера сообщения содержит кнопку 10 для подготовки всех приемников к приему вызванного кода, комплект I1 кнопок вызова для набора кода и иидивидуального вызова абонента и циркулярного вызова, а также кнопку 12 отбоя для окончания передачи сообщения и возвращения передающего комплекта в исходное состояние. Кнопка 10 подготовки, комплект И кнопок и кнопка 12 отбоя связаны со входами шифратора.

Приемный комплекты (на фиг. 1 показан один комплект) содержат приемную антенну 13, блок усилителя обработки сигнала, включающий электроннь й ключ 14, дешифратор 15 и усилитель 16 звуковой частоты, выходной преобразователь 17 (громкоговоритель) и блок 18 питания. К приемной антенне подключены усилитель.16 звуковой частоты и дешифратор 15, один выход которого через блок 18 питания связан с усилителем звуковой частоты и со вторым входом дещифратора,а второй выход дешифратора через электроииыйГ ключ связан с приемной антенной. Дешифратор 15 состоит из узкополосного фильтра 19, селектора-формирователя 20, селектора 21 команд вызова, коммутатора 22 и узкополосного фильтра 23, параллельно включенного с узкополосным фильтром 19, при этом выход селектора-формирователя связан с коммутатором, а селектор команд вызова связан с блоком питания.

Устройство работает следующим образом.

Передающий комплект осуществляет вызов конкретногоабонента, находящегося в подземных выработках, передачу ему речеBoro сообщения, циркулярного вызова и оповещение об авариях. Приемный комплект работает в двух режимах; в режиме дежурного приема и в режиме приема речевого сообщения. В режиме дежурного приема к источнику питания подключены только дешифратор и электронный ключ, потребляющий очень мало энергии от источника пнтаиия, усилитель звуковой частоты обесточен.

Работа передающего устройства начинается с нажатия кнопки 10 подготовки. Т1ри этом в шифраторе 2 вырабатывается команда подготовки, представляющая синусоидальное колебание частоты f, длительности i| , которые с первого выхода шифратора через передатчик 6 звуковой частоты и антенное устройстве 7 с заземлителями 8 Излучается в массиве горных пород. По этой команде все приемные комплекты подготавливаются к приему кодовой команды вызова конкретного абонента.

Путем последовательного нажатия кнопок вызова комплекта 11 осуществляется набор номера вызываемого абонента. По этой команде шифратор 2 формирует кодовую комбинацию, состоящую из отрезков синусоидальных колебаний частот f, и f длительности tj, « t, , которая с выхода шифратора поступает в передающее устройство. Так осуществляется индивидуальный вызов. По окончании формирования команды индивидуального вызова с выхода шифратора 2 подается команда на второй вход коммутатора. По этой команде осущесталяется подключение микрофона через коммутатор к амплитудному компрессору и передатчику, что обеспечивает возможность передачи сообщения конкретному абоненту.

При передаче речевого сообщения микрофон 3 с помощью коммутатора 4 подключается через амплитудный компрессор, служащий для уменьшения динамического диапазона речевых сигналов, к передатчику звуковой частоты и передающей антенне.

По окончании передачи речевого сообщения нажимается кнопка 12 отбоя и подается команда на вход шифратора 2, который вырабатывает сигнал отбоя в виде синусоидального колебания частоты f , длительности t, , которое с выхода шифратора подается на передатчик. Кроме того, сигнал отбоя с помощью коммутатора 4 отключает микрофон и возвращает передающий комплект в исходное состояние.

При работе приемного устройства в режиме дежурного приема резонансная частота fp, перестраиваемой резонансной системы (кривая I на фиг. .2) сдвигается в область частот f, , fj соответствующих команд вызова. В режиме приема речевого сообщения электронный ключ 14 перестраивает приемную антенну таким образом, что резонансная частота антенны (кривая 2)

увеличивается до /pi fp, и ста.нОвится выше наивысшей частоты спектра принимаемых ре 1евых сообщений.

При приеме комаиды подготовки синусоидальное колебание частоты /, и длительности ,t( через узкополосный фильтр 23, настроенный на частоту f , и селекторформирователь 20 подается на коммутатор 22, который подключает блок 18 питаиия к селектору команд вызова. Таким образом,

Q все приемные устройства готовы к приему вызывной команды.

При приеме индивидуального вызова, представляющего собой комбинацию посылок синусоидальных колебаний двух частот f, и fi длительностью Ц , эта комбинация поступает на селектор команд вызова через узкополосные фильтры 23 и 19, настроенные на частоты f, и fi , и селекторформирователь 20. В момент прихода последней посылки индивидуального

0 вызова в селекторе 21 команд вызова происходит сравнение принятых ходовых ком бинаций с комбинацией данного комплекта и при их совпадении коммутатор 22 по выхо- ду подключает блок 18 питания к усилителю 16 звуковая частоты, а по второму выходу подключает электронный ключ 14, который изменяет резонансную характеристику приемной антенны,сдвигая ее в область часто ты ff). . Этим осуществляется перевод данного приемного комплекта из режима де0 дурного приема в режим приема сообщения. В режиме приема речевого сообщения устройство рабЬтает как обычный приемник прямого усиления. Усиленные речевые сигналы поступают на выходной преобразователь 17, представляющий собой громкого5 воритель.

Возврат приемника после передачи речевых сообщений в режим дежурного приема осуществляется командой отбоя, представляющей синусоидальное колебание частоты fj. длительностью t,.

Циркулярный вызов осуществляется подачей с помощью кнопок 11 вызова в передающем комплекте специальной кодовой команды, состоящей из Отрезков синусои$ дальних капебаний частот ft fa длительности ti « kt . Тракт прохождения циркулярного вызова аналогичен тракту прохождения индивидуального вызова. В результате приема циркулярного вызова все приемные устройства переходят из режима дежурного приема н режим приема речевого сообщения.

Передающая антенна выполнена в виде длинного горизонтального провода, заземленного на концах, в качестве которого можно использовать большую петлевую aHTeHj ну. Конфигурация антенны и число лучей определяются конкретным расположением подземных выработок. Приемная антенна

представляет собой ферритовый стержень с обмоткой и параллельно подключенным конденсатором, образующим основной антенный контур, к которому с помощью электронного ключа подключается и отключается дополнительный конденсатор, создавая переустраиваемую резонансную систему.

В качестве источника питания приемного комплекта используется шахтерский аккумулятор для питания головного светильника, а также может быть использован любой другой переносный малогабаритный источник питания. Передающий стационарный комплект, размещаемый на дневной поверхности, имеет мощность 600 Вт.

Передатчик звуковой частоты выполнен в виде последовательно соединенных предварительного усилителя, усилителя мощности и выходного трансформатора, предназначенного, для согласования выходного сопротивления усилителя мощности со входным сопротивлением антенны.

Предлагаемое устройство позволяет оперативно управлять производственным процессом, оповещать горнорабочих об авариях, о путях эвакуации из щахты, проводить горноспасательные работы, оперативно вызывать рабочих, что сокращает потерю рабочего времени и повыщает безопасность проведения работ в подземных выработках.

Кроме того, система щахтной оперативной аварийной беспроводной связи позволяет без проведения дополнительный работ (прокладки кабеля, увеличения мощности передающего устройства) неограниченно увеличивать число оповестительных абонентов, а также перемещать с места на место за продвижением выработки приемные комплекты.

Формула изобретения

1. Устройство щахтной оперативной и аварийной беспроводной связи с подземными выработками, содержащее установленный на поверхности земли передающий комплект, состоящий из блока формирования и подачи аварийного сигнала, передатчика электромагнитных сигналов звуковой частоты, передающей антенны с заземлитслями, блока питания, и расположенный в горной выработке приемный комплект, включающий приемную антенну, блок усиления

и обработки сигнала, блок питания и выходной преобразователь, отличающееся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей устройства, блок усиления и обработки сигнала выполнен в виде электронного ключа, дещифратора и усилителя звуковой частоты, вход которого соединен с выходом приемной антенны, а выход усилителя соединен со входом выходного преобразователя, при этом вход дешифратора соединен с выходом приемной антенны, вход которой соединен со входом электронного ключа, а выходы дешифратора подключены соответственно ко входу блока питания и ко входу электронного ключа, причем выходы блока питания подключены ко

0 вторым входам усилителя и дешифратора.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дешифратор выполнен в виде двух параллельно включенных узкополосных фильтров и последовательно соединенных селектора-формирователя, селектора команд вызова и коммутатора, при этом входы селектора-формирователя соединены с выходами узкополосных фильтров, а выход селектора-формирователя соединен со вторым

0 входом коммутатора.

3.Устройство по п. I, отличающееся тем, что блок формирования и подачи аварийного сигнала выполнен в виде кнопочного поля, шифратора и последовательно соединенных микрофона, коммутатора и амплитудного компрессора, при этом входы шифратора соединены с выходами кнопочного поля, а выход шифратора соединен со вторым входом компрессора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I. Авторское свидетельство СССР № 578455, кл. Е 21 С 35/24, J975 (прототип).

(pat. f