CN102394703A - 煤矿巷道内的感应通信方法 - Google Patents

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CN102394703A CN2011103745031A CN201110374503A CN102394703A CN 102394703 A CN102394703 A CN 102394703A CN 2011103745031 A CN2011103745031 A CN 2011103745031A CN 201110374503 A CN201110374503 A CN 201110374503A CN 102394703 A CN102394703 A CN 102394703A
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王保忠
夏春华
高占武
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Abstract

本发明涉及无线通信技术，具体是一种煤矿巷道内的感应通信方法。本发明解决了现有煤矿井下无线通信技术通信距离短、以及设备成本昂贵的问题。煤矿巷道内的感应通信方法，该方法是采用如下步骤实现的：将通信系统一端或两端的收发设备与煤矿巷道中敷设的金属导体（动力电缆和金属水管、风管）耦合，利用煤矿巷道中敷设的金属导体作为传输介质，基于金属导体的波导效应，在通信系统两端的收发设备之间建立通信，使通信系统两端的收发设备之间的无线电波沿着煤矿巷道中敷设的金属导体表面传播。本发明有效解决了现有煤矿井下无线通信技术通信距离短、以及设备成本昂贵的问题，适用于煤矿井下通信。

Description

煤矿巷道内的感应通信方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术，具体是一种煤矿巷道内的感应通信方法。
背景技术
通信技术对于现代煤矿生产安全和提高工作效率至关重要。目前，无线通信设备在煤矿企业已经广泛应用并且还在迅速发展，例如井下无线语音通信、井下人员定位系统等。由于地层对无线电波的强烈吸收和屏蔽作用，在地面已经成熟应用的常规无线通信技术，在井下巷道的狭窄空间中其通信距离大大缩短，并且不能简单地通过加大发射功率来提高其通信距离。因此延长无线通信在井下巷道环境下的通信距离是近年来煤矿科研领域一直在努力解决的难题之一。泄漏通信技术是延长无线通信在井下巷道环境下的通信距离、扩大无线通信在井下巷道环境下的作用范围的成功技术之一。关于泄漏通信技术，国内外已有多项专利。然而泄漏通信技术需要在所有作用范围内敷设专门的泄漏电缆，其造价十分昂贵，因而限制了该技术的推广应用。现代煤矿由于广泛采用电动、风动采掘设备和给水、排水需要，几乎所有井下巷道中都敷设有动力电缆和金属水管、风管，这些金属导体对无线电波有显著的波导作用。因此，若能基于这些金属导体的波导作用发明一种全新的煤矿井下无线通信技术，则可以解决现有煤矿井下无线通信技术通信距离短、以及设备成本昂贵的问题。
发明内容
本发明为了解决现有煤矿井下无线通信技术通信距离短、以及设备成本昂贵的问题，提供了一种煤矿巷道内的感应通信方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：煤矿巷道内的感应通信方法，该方法是采用如下步骤实现的：将通信系统一端或两端的收发设备与煤矿巷道中敷设的金属导体（动力电缆和金属水管、风管）耦合，利用煤矿巷道中敷设的金属导体作为传输介质，并基于金属导体的波导效应，在通信系统两端的收发设备之间建立通信，使通信系统两端的收发设备之间的无线电波沿着煤矿巷道中敷设的金属导体表面传播。
与常规无线通信技术相比，本发明所述的煤矿巷道内的感应通信方法利用煤矿巷道中敷设的金属导体作为传输介质，使通信系统两端的收发设备之间的无线电波沿着煤矿巷道中敷设的金属导体表面传播，由此延长了无线通信在井下巷道环境下的通信距离，扩大了无线通信在井下巷道环境下的作用范围。而与泄漏通信技术相比，本发明所述的煤矿巷道内的感应通信方法利用煤矿巷道中敷设的金属导体作为传输介质，无需敷设专门的泄漏电缆，因而大幅降低了设备成本，并减少了维护费用和工作量。基于此，本发明所述的煤矿巷道内的感应通信方法解决了现有煤矿井下无线通信技术通信距离短、以及设备成本昂贵的问题。
本发明利用煤矿巷道中敷设的金属导体作为传输介质，并基于金属导体的波导效应，有效解决了现有煤矿井下无线通信技术通信距离短、以及设备成本昂贵的问题，适用于煤矿井下通信。
附图说明
图1是本发明实施例一的示意图。
图2是本发明实施例二的示意图。
图3是本发明的耦合器的结构示意图。
图4是图3的左视图。
图中：1-圆弧板，2-固定孔。
具体实施方式
实施例一
煤矿巷道内的感应通信方法，该方法是采用如下步骤实现的：将通信系统两端的收发设备与煤矿巷道中敷设的金属导体耦合，利用煤矿巷道中敷设的金属导体作为传输介质，并基于金属导体的波导效应，在通信系统两端的收发设备之间建立通信，使通信系统两端的收发设备之间的无线电波沿着煤矿巷道中敷设的金属导体表面传播；
在本实施例中，所述通信系统两端的收发设备均为固定收发设备；所述固定收发设备通过耦合器与传输介质耦合，如图1所示；
所述耦合器包括两个圆弧板1；圆弧板1的两侧边缘沿轴向开有若干个固定孔2，且两个圆弧板1的内侧面相互正对；使用时，耦合器的两个圆弧板环绕安装在传输介质外围，固定收发设备与传输介质之间由此实现耦合；
具体实施时，所述固定收发设备可以为井下人车、运输皮带司机使用的打点信号机（其通信距离可达2~3km）。所述通信系统两端的收发设备均为固定收发设备时，需要将通信内容（通常是开关量）调制到高频载波上，载波频率可以在1~10MHZ范围内选取（例如1.8~2.0 MHZ的自由无线电频段），以取得较好的通信效果；
所述固定收发设备通过耦合器与传输介质耦合时，耦合器不与传输介质直接接触，而是通过分布电容进行高频耦合。因此，当传输介质为风管、水管等裸金属传输介质时，耦合器内壁衬有绝缘层。而当传输介质为带有绝缘护套的电缆时，耦合器内壁不需要衬有绝缘层；
所述耦合器的圆弧板的半径取决于配用的传输介质的半径。所述圆弧板的长度则是在圆弧板的半径确定之后根据公式（1）确定的，需要在设计计算的基础上通过实测加以修正，并保留微调部分，在安装后的调试过程中进行微调。公式（1）如下：
Figure 2011103745031100002DEST_PATH_IMAGE001
                                    （1）
式中，F0为载波频率；L0为耦合器与传输介质之间分布电感；C0为耦合器与传输介质之间的等效电容；
当耦合器的电特性满足公式（1）时，固定收发设备与传输介质之间即实现了最佳耦合，此时固定收发设备与传输介质之间的信号损失最小，通信距离也因此最远。
实施例二
煤矿巷道内的感应通信方法，该方法是采用如下步骤实现的：将通信系统一端的收发设备与煤矿巷道中敷设的金属导体耦合，利用煤矿巷道中敷设的金属导体作为传输介质，并基于金属导体的波导效应，在通信系统两端的收发设备之间建立通信，使通信系统两端的收发设备之间的无线电波沿着煤矿巷道中敷设的金属导体表面传播；
在本实施例中，所述通信系统一端的收发设备为固定收发设备，另一端的收发设备为移动收发设备；所述固定收发设备通过耦合器与传输介质耦合，所述移动收发设备基于传输介质的二次辐射效应与传输介质耦合，如图2所示；
所述耦合器包括两个圆弧板1；圆弧板1的两侧边缘沿轴向开有若干个固定孔2，且两个圆弧板1的内侧面相互正对；使用时，耦合器的两个圆弧板环绕安装在传输介质外围，固定收发设备与传输介质之间由此实现耦合；
具体实施时，所述固定收发设备可以为井下人员跟踪系统的识别传感器，此时所述移动收发设备为人员标识卡；
所述固定收发设备通过耦合器与传输介质耦合时，耦合器不与传输介质直接接触，而是通过分布电容进行高频耦合。因此，当传输介质为风管、水管等裸金属传输介质时，耦合器内壁衬有绝缘层。而当传输介质为带有绝缘护套的电缆时，耦合器内壁不需要衬有绝缘层；
所述耦合器的圆弧板的半径取决于配用的传输介质的半径。所述圆弧板的长度则是在圆弧板的半径确定之后根据公式（1）确定的，需要在设计计算的基础上通过实测加以修正，并保留微调部分，在安装后的调试过程中进行微调。公式（1）如下：
Figure 782707DEST_PATH_IMAGE001
                                    （1）
式中，F0为载波频率；L0为耦合器与传输介质之间分布电感；C0为耦合器与传输介质之间的等效电容；
当耦合器的电特性满足公式（1）时，固定收发设备与传输介质之间即实现了最佳耦合，此时固定收发设备与传输介质之间的信号损失最小，通信距离也因此最远；
所述移动收发设备并非通过耦合器与传输介质耦合，因此移动收发设备与传输介质之间无法实现最佳耦合。移动收发设备基于传输介质的二次辐射效应与传输介质耦合，因此移动收发设备与传输介质之间的距离会影响通信效果，即佩戴移动收发设备的人员在巷道中的位置对有效通信距离会有影响：当佩戴移动收发设备的人员靠近传输介质时，有效通信距离较远；而当佩戴移动收发设备的人员远离通信介质时，有效通信距离较近。由于井下巷道宽度有限，在巷道中行走的人员不可能离开传输介质很远，因此这种现象仅在最远区域才会显现。

Claims (4)

1.一种煤矿巷道内的感应通信方法，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：将通信系统一端或两端的收发设备与煤矿巷道中敷设的金属导体耦合，利用煤矿巷道中敷设的金属导体作为传输介质，并基于金属导体的波导效应，在通信系统两端的收发设备之间建立通信，使通信系统两端的收发设备之间的无线电波沿着煤矿巷道中敷设的金属导体表面传播。
2.根据权利要求1所述的煤矿巷道内的感应通信方法，其特征在于：所述通信系统两端的收发设备均为固定收发设备；所述固定收发设备通过耦合器与传输介质耦合。
3.根据权利要求1所述的煤矿巷道内的感应通信方法，其特征在于：所述通信系统一端的收发设备为固定收发设备，另一端的收发设备为移动收发设备；所述固定收发设备通过耦合器与传输介质耦合，所述移动收发设备基于传输介质的二次辐射效应与传输介质耦合。
4.一种实施如权利要求2或3所述煤矿巷道内的感应通信方法的耦合器，其特征在于：包括两个圆弧板（1）；圆弧板（1）的两侧边缘沿轴向开有若干个固定孔（2），且两个圆弧板（1）的内侧面相互正对。
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