СИСТЕМА БЕСПРОВОДНОЙ АВАРИЙНО-ВЫЗЫВНОЙ ШАХТНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ И СВЯЗИ НА ЭКСТРЕМАЛЬНО НИЗКИХ ЧАСТОТАХ

Полезная модель относится к системам связи на экстремально низких частотах (ЭНЧ) (0,01-200 Гц) и может быть использована для развития и модернизации сетей подземной радиосвязи с обеспечением автономной передачи сигналов с глубин подземных выработок шахт и рудников на поверхность.
Известна система горно-подземной радиосвязи на базе комплекса оборудования «Талнах» на основе применения технологии излучающего кабеля при использовании метрового диапазона радиоволн (145-185 МГц) (Барабанщикова С.В., Капаев А.Е. Современная связь в шахтах:
производственные выгоды. // Горная промышленность. 2003. №2.). Данная система использует подземную излучающую кабельную сеть для создания зоны радиопокрытия в шахтах и подземных туннелях и обеспечивает подземную мобильную связь и автоматизацию управления в нормальных производственных условиях.
Недостаток данной системы состоит в организации связи последовательными локальными участками и в невозможности ее применения в аварийных ситуациях при обрывах излучающего кабеля.
Известна система аварийного оповещения и селективного вызова на базе комплекса оборудования СУБР - 1П по оповещению об авариях находящихся в подземных выработках людей и их селективного вызова путем передачи информации на стационарные и индивидуальные текстовые приемники в любое место их расположения в шахтах. В этой системе применяется сверхнизкочастотный диапазон (СНЧ) (1050-1080 Гц) для организации однонаправленного пейджингового канала передачи информации от пульта диспетчера через толщу пород на приемники, находящиеся в подземных выработках (www.uraltexis.ru/prod/tovars/). Данная система использует наземную протяженную, в виде заземленного диполя, антенну или охватывающую шахтное поле, или размещенную в подземных выработках рамку, мощный передатчик и приемные устройства.
Недостатком известной системы является односторонняя передача информации только в направлении к абонентам под землей, без возможностей получения данных с подземных аварийных мест.
Наиболее близкой к заявляемому устройству по технической сущности решения вопроса является «Система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами» - прототип (патент РФ №2444766 от 10.03.2012). Известное устройство в целях повышения дальности и глубины связи содержит «n» идентичных параллельно соединенных по входу модулей с последовательно соединенными инверторами генераторов напряжения, при работе на суммирование излучаемых мощностей. При этом, каждый из генерирующих элементов подключен к отдельной антенне в виде линии электропередачи с грозозащитным тросом, соединенным на концах с заземлителями антенн. Грозозащитный трос разрезан по своей длине на несколько изолированных участков, один из концов каждого заземлен. Комплекс составляющих радиопередатчика этой системы связи имеет общий блок, в виде датчика команд. Приемная часть содержит приемную антенну, антенный усилитель и приемник.
В диапазоне сверхнизких частот дальность и глубина связи, при погружении в среду, определяются величиной магнитного момента М.
Недостатком прототипа, известной системы связи и аналогов, при использовании СНЧ диапазона для обеспечения радиосвязи через среду толщи пород, являются громоздкие передающие антенны и высокие мощности, не оставляющие возможностей создания сети мобильных радиопередающих подземных устройств радиосвязи для развертывания под землей и обеспечения автономной работы в направлении из подземных выработок и туннелей. Проводные, шахтные двухсторонние системы связи с использованием излучающего кабеля для аварийно-вызывных систем являются условно аварийными.
Целью полезной модели является создания системы беспроводной сигнализации и связи на основе регистрации электромагнитных полей наземным приемным устройством, излучаемых подземным мобильным передающим устройством на экстремально низких частотах.
Поставленная цель достигается за счет применения радиокомплекса ЭНЧ диапазона, содержащего генератор напряжения с усилителем мощности, подключенный к антенне, блок управления, источник питания, приемную антенну и приемник, при этом усилитель мощности генератора снабжен измерителем тока, антенна излучателя выполнена маловитковой рамочной, источник питания автономным, а антенна приемника выполнена в виде индукционной магнитной антенны.
Технический результат - расширение функциональных возможностей беспроводных систем аварийно-вызывной шахтной сигнализации и связи.
На фиг.1 изображена блок-схема системы связи ЭНЧ. Передающее устройство 1 содержит: 2 - генератор напряжения, 3 - усилитель мощности, 4
- измеритель тока, 5 - рамочную маловитковую антенну, 6 - блок управления, 7 - автономный источник питания. В состав приемного устройства 8 входят: 9
- индукционная магнитная антенна, 10 - приемник.
Перед началом работы из одножильного медного кабеля, произвольно, в доступных размерах шахтной выработки, развертывается 2-3 витковая рамочная структура с обеспечением максимальной суммарной площади витков рамочной антенны 5. Антенна 5 через измеритель тока 4 подключается на выход генератора напряжения 2 передающего устройства 1. Передающее устройство 1 подключается к автономному источнику питания 7. С помощью блока управления 6 задается частота сигнала и режим работы передающего устройства 1. После включения передающего устройства 1 гармонический сигнал с задающего генератора 2, модулируемый блоком управления 6, поступает на усилитель мощности 3, на выходе которого формируется синусоидальное напряжение, что позволяет создать в рамочной антенне 5 ток, контролируемый измерителем тока 4.
На стороне приемного устройства 8 с помощью индукционной магнитной антенны 9 и приемника 10 производится регистрация излученного подземным передающим устройством сигнала.
Испытания показали высокую устойчивость работы беспроводной системы аварийно-вызывной шахтной сигнализации и связи на экстремально низких частотах. Передающее устройство мощностью до 300 Вт, состоящее из задающего генератора гармонических сигналов, блока управления, усилителя мощности, автономного источника питания напряжением 12 В, измерителя тока и рамочной антенны составило массу не более 6 кг. Рамочная антенна из кабеля длиной 100 метров обеспечила развертывание двух витков треугольных петель со сторонами протяженностью 15, 11 и 13 метров. Сила тока в антенне при работе передающего устройства в диапазоне частот от 1 до 250 Гц составила от 16 до 10 А. Сигналы, излучаемые подземным автономным мобильным приемным устройством регистрировались на удалении 3,4 км от подземной точки генерации электромагнитного поля с горизонта+60, соответствующего высоте 53,5 метра над уровнем моря, при высоте местности в точке испытаний в 150 метров. Регистрация сигналов производилась радиоприемником с антенной в виде трехкомпонентного индукционного магнитометра с полосой пропускания от 0,1 до 200 Гц при высоте местности над уровнем моря 105 метров.
Комбинация сочетаний отличительных признаков системы беспроводной аварийно-вызывной шахтной сигнализации и связи на экстремально низких частотах относительно технических решений аналогов и прототипа обеспечила реализацию надежного приема на поверхности земли электромагнитных волн от подземных радиопередатчиков относительно малой мощности, использующихся для связи в данном диапазоне радиоволн.
Положительный эффект системы беспроводной аварийно-вызывной шахтной сигнализации и связи на экстремально низких частотах состоит в том, что система обеспечивает регистрацию электромагнитных полей наземным приемным устройством, излучаемых подземным устройством, с расширением функциональных возможностей беспроводных систем аварийно-вызывной шахтной сигнализации и связи на пониженных мощностях излучений, обеспечивающих создание мобильных приемо-передающих устройств. Техническое решение системы беспроводной аварийно-вызывной шахтной сигнализации и связи на экстремально низких частотах позволяет создавать и использовать надежную оперативную подземную радиосвязь без развертывания протяженных и сложных наземных антенных устройств и мощных передатчиков.