АБОНЕНТСКОЕ ПРИЁМО-ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО БЕСПРОВОДНОЙ АВАРИЙНОЙ СВЯЗИ

Заявляемая полезная модель относится к устройствам для обеспечения беспроводной связи, применяется в горнодобывающей промышленности и обеспечивает связь внутри подземных горных выработок.
В устройстве для беспроводной аварийной связи поверхности земли с подземными выработками (патент RU 112940, опубликован 27.01.2012), описан портативный приемопередающий комплект, предназначенный для размещения в подземной горной выработке. Приемопередающее устройство выполнено в виде усилителей низкой частоты для обеспечения гальванической связи через электропроводность горных пород. Входы и выходы усилителей низкой частоты портативного приемопередающего устройства предназначены для подключения к заземляющим электродам, забитым в породу в подземной горной выработке.
Недостатком известной конструкции является низкая надежность функционирования устройства.
Наиболее близким из известных, является устройство беспроводной подземной аварийной сигнализации и контроля объемной доли метана в атмосфере горных выработок (патент RU 32196, опубликован 10.09.2003), в котором описано приемное устройство внутришахтное, содержащее приемную антенну, подключенную через усилитель к блоку обработки сигналов, включающий в себя избирательный усилитель, дешифратор, преобразователь речи, низкочастотный усилитель и громкоговоритель.
Тем не менее, недостатком устройства, также является низкая надежность функционирования.
Целью заявляемой полезной модели является устранение выявленного недостатка для достижения следующего технического результата: повышение надежности функционирования устройства беспроводной связи в подземных выработках.
Поставленная цель достигается следующим образом: абонентское приемо-передающее устройство беспроводной аварийной связи, содержащее оболочку с электронной печатной платой, с размещенными на ней приемной антенной, избирательным усилителем, смесителями, гетеродином, фазовращателем, фильтрами, пороговыми элементами, фазовым детектором, преобразователем речи, усилителем, громкоговорителем, разъемом для подключения к светильнику шахтному головному, где выход приемной антенны связан со входом избирательного усилителя, выход которого связан со входами смесителей, выходы которых связаны со входами фильтров и входом гетеродином, при этом один из смесителей связан со входом гетеродина, через выход фазовращателя, выходы фильтров связаны со входами пороговых элементов, выходы которых связаны со входами фазового детектора, выход преобразователя речи связан со входом усилителя, выход которого связан со входом громкоговорителя, характеризующееся тем, что используется приемная антенна сверхнизкочастотного диапазона, а на электронной печатной плате дополнительно содержатся микроконтроллер, соединенный с телеуправлением и низкочастотный радиомаяк, вход которого сопряжен с выходом микроконтроллера, а выход низкочастотного радиомаяка соединен со входом антенны низкочастотного диапазона длин волн.
Устройство, в частности, может характеризоваться тем, что дополнительно снабжено RFID-меткой, вход которой соединен с выходом микроконтроллера.
Устройство, в частности, может характеризоваться тем, что электронная печатная плата в оболочке реализована в искробезопасном исполнении.
Устройство, в частности, может характеризоваться тем, что антенна сверхнизкочастотного диапазона длин волн содержит 4000-5000 витков провода, типа ПЭЛ 0,1.
Устройство, в частности, может характеризоваться тем, что антенна низкочастотного диапазона длин волн содержит 45-55 витков провода, типа ПЭЛ 0,1.
На Фигуре представлена блок-схема устройства, где цифрами обозначено следующее:
1. Приемная антенна;
2. Избирательный усилитель;
3. Смеситель 1;
4. Смеситель 2;
5. Гетеродин;
6. Фазовращатель;
7. Фильтр 1;
8. Фильтр 2;
9. Пороговый элемент 1;
10. Пороговый элемент 2;
11. Фазовый детектор;
12. Микроконтроллер;
13. Преобразователь речи;
14. Усилитель;
15. Громкоговоритель;
16. Телеуправление;
17. Радиомаяк шахтерский;
18. RFID-метка;
19. Передающая антенна;
20. Антенна RFID-метки.
Представленное абонентское приемо-передающее устройство беспроводной аварийной связи устроено следующим образом
Внутри оболочки располагается печатная плата, на которой располагаются приемная антенна диапазона (1) связанная со входом избирательного усилителя (2), связанного со входами смесителя 1 (3) и смесителя 2 (4), выходы смесителя 1 связаны со входом фильтра 1 (7) и гетеродином (5). Выходы смесителя 2 связаны со входом фильтра 2 (8) и фазовращателем (6). Фазовращатель связан с гетеродином. Фильтр 1 связан со входом порогового элемента 1 (9), выход которого связан со входом фазового детектора (11). Фильтр 2 связан со входом порогового элемента 2 (10), выход которого связан со входом фазового детектора (11). Выход преобразователя речи (13) связан со входом усилителя (14), связанного с громкоговорителем (15).
Поскольку подземные пространства являются зоной повышенной опасности, в частности, из-за скапливающихся подземных газов, необходимо, обеспечение должного уровня безопасности и надежности работающих там приборов. С этой целью, электронная печатная плата в оболочке, устройства беспроводной связи, реализуется в искробезопасном исполнении.
С целью повышения надежности функционирования, устройство содержит микроконтроллер (12) и телеуправление (16). Фазовый детектор является связанным с микроконтроллером (12). Выходы микроконтроллера связаны со входом телеуправления (16) и входом преобразователя речи (13). Также, микроконтроллер связан с гетеродином. Микроконтроллер, например, позволяет отвечать за параметры работы элементов электронной схемы, обеспечивая их оптимальное функционирование и, как следствие, повышение надежности. Микроконтроллер предоставляет широкие возможности для программирования его функций, направленных на обеспечение надежности функционирования устройства, такие как автоматическая передача сигнала на диспетчерский пункт, в случае возникновения необходимости, передача через абонентский громкоговоритель определенных сигналов и так далее. При помощи телеуправления появляется возможность дистанционного взаимодействия с микроконтроллером и, соответственно, параметрами электронной схемы. Посредством телемеханики осуществляется возможность контроля параметров работы устройства оператором удаленно, что является одним из инструментов обеспечения надежности.
Также, с целью надежности функционирования, дополнительно в устройство может быть включена RFID-метка (18) с антенной (20), располагающаяся на печатной плате и соединенная с микроконтроллером. RFID-метка является дополнительным каналом сигналов высокой частоты, для подачи сигналов обнаружения, в случае необходимости. Несомненно, дополнительный канал повышает надежность функционирования.
Частоты мегагерцового и выше диапазонов поглощаются горной породой с высокой электропроводностью, поэтому обыкновенные радиостанции функционируют только в областях с прямой видимостью от излучающего кабеля. В заявленной конструкции, с целью увеличения надежности функционирования, приемная антенна выполняется в сверхнизкочастотном диапазоне. Сверхнизкочастотный диапазон позволяет передавать сигналы сквозь толщу горных пород, а, стало быть, обеспечивает надежную беспроводную связь с подземными выработками. Отсутствует необходимость прокладки кабельных линий, а также обеспечивается надежность функционирования, например, в случае обрыва кабельных линий связи. Антенна сверхнизкочастотного диапазона длин волн может быть в катушечной реализации, и содержать 4000-5000 витков провода, типа ПЭЛ 0,1. Данное количество витков повышает надежность функционирования, так как позволяет принимать сигналы более низкого уровня.
Также, дополнительно устройство содержит низкочастотный шахтерский радиомаяк (17), связанный с микроконтроллером и имеющим выход на низкочастотную передающую антенну (19). Прямая связь микроконтроллера с радиомаяком обеспечивает снижение потерь, а, значит, повышение надежности функционирования. Низкочастотный сигнал, в условиях шахтной выработки, является наиболее предпочтительным, поскольку позволяет организовывать связь в затрудненных для передачи радиоволн условиях. Таким образом, реализуется возможность поддержания стабильной и надежной связи, за счет реализации надежного приемо-передающего устройства. Кроме того, антенна низкочастотного диапазона длин волн может быть в катушечной реализации, и содержать 45-55 витков провода, типа ПЭЛ 0,1 Данное количество витков повышает надежность функционирования, так как позволяет стабилизировать параметры антенны.
Представленное абонентское приемо-передающее устройство беспроводной аварийной связи действует следующим образом
Электромагнитные сигналы, распространяющиеся в горном массиве, принимаются каждым приемным устройством, в частности его приемной антенной, преобразуются в электрические сигналы и усиливаются широкополосным избирательным усилителем. Далее сигналы подаются на первые входы смесителей частоты, на вторые входы которых подаются сигналы с гетеродина непосредственно на смеситель и, через цифровой фазовращатель на смеситель. На выходах смесителей появляются гармонические колебания разностной частоты, причем эти сигналы сдвинуты друг относительно друга на 90°.
Оба полученных сигнала проходят через фильтры нижних частот и подаются на пороговые элементы. Далее, через фазовый детектор, где формируется цифровой сигнал, соответствующий передаваемой информации, сигнал подается на дешифратор, где и формируются соответствующие сигналы аварии или вызова, которые затем поступают на преобразователь речи, с него на усилитель и далее воспроизводятся громкоговорителем.
Микроконтроллер обеспечивает логику функционирования беспроводного приемо-передающего устройства. При помощи блока телеуправления осуществляется связь с оператором. Сигнал формируется в микроконтроллере и подается на шахтерский радиомаяк, который модулирует низкочастотный сигнал и посылает его на передающую антенну.
Таким образом, применение в конструкции устройства беспроводной аварийной связи, приемной антенны сверхнизкочастотного диапазона, а также микроконтроллера, блока телеуправления и низкочастотного радиомаяка, позволяет достигать заявляемого технического результата, а именно - повышение надежности функционирования устройства беспроводной связи в подземных выработках.
Промышленная применимость.
Заявляемое устройство беспроводной аварийной связи находит широкое применение при построении подземных сетей связи. Изготавливается преимущественно на научно-технических предприятиях радиоэлектронной промышленности.