CN114499695B - 一种透地通信激发装置、设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透地通信激发装置、设备及方法，装置包括：壳体；发声组件，设置在壳体内并与壳体连接，用于产生声波信号；耦合组件，与所述壳体连接，用于将声波信号耦合到大地；控制模块，设置在所述壳体内并与发声组件电连接，用于输出驱动信号至发声组件以驱动发声组件产生声波信号；信号采集模块，与所述控制模块电连接，用于采集声波信号并输出反馈信号至控制模块；控制模块还用于根据反馈信号判断声波信号是否满足透地通信条件，若是，则进行透地通信，否则，调整驱动信号，直至声波信号满足透地通信条件。本发明提供的透地通信激发装置具备激发功率地层自适应能力，可以针对不同地层结构及参数的应用场景，从而可保证透地通信的有效性。

Description

一种透地通信激发装置、设备及方法

技术领域

本发明涉及透地通信技术领域，尤其涉及的是一种透地通信激发装置、设备及方法。

背景技术

目前在透地通信以大地作为传播媒质，依赖无线电波对大地的穿透进行信息传播，具有安全性能好、抗干扰能力强等优势，已成为现今应用最广泛、最可靠的地下通信方式，主要应用于很多地下作业环境，如煤矿、石油矿井等。目前国内外主要采用的透地通信方式有：以机械振动波为信息载体的弹性波透地通信；以地电极电流注入的地电极电场透地通信；天线磁感应近场电磁波透地通信。

电磁波方式是当前最为成熟的透地通信技术，而且已经有了稳定的产品，如Canary系统、个人应急装置(Personal Emergence Device，PED)系统等，但电磁波透地通信存在如下问题：天线尺寸相对较大，不容易在地下布设，无法实现双向通信；地层半导电媒质的吸收作用导致透地通信距离较短。地电极透地通信由于收发端需要通过地下电极进行信号的接收和发送，施工较为复杂，且地层介质对信号传输影响很大。

其中，弹性波透地通信则容易受到地层环境影响，且传播过程中易发声多径效应，信号衰减较大，在不同地层结构及参数情况下，不具备激发功率地层自适应能力，从而无法保证透地通信的有效性。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种透地通信激发装置、设备及方法，以解决现有的弹性波透地通信激发装置在不同地层结构及参数情况下，不具备激发功率地层自适应能力，从而无法保证透地通信的有效性的问题。

本发明的技术方案如下：

一种透地通信激发装置，其包括：壳体；发声组件，所述发声组件设置在所述壳体内并与所述壳体连接，所述发声组件用于产生声波信号；耦合组件，所述耦合组件与所述壳体连接，所述耦合组件用于将所述声波信号耦合到大地；控制模块，所述控制模块设置在所述壳体内并与所述发声组件电连接，所述控制模块用于输出驱动信号至所述发声组件以驱动所述发声组件产生声波信号；信号采集模块，所述信号采集模块与所述控制模块电连接，所述信号采集模块用于采集所述声波信号并输出反馈信号至所述控制模块；所述控制模块还用于根据所述反馈信号判断所述声波信号是否满足透地通信条件，若是，则进行透地通信，否则，调整所述驱动信号，直至所述声波信号满足透地通信条件。

在上述技术方案中，本发明通过控制模块输出驱动信号以驱动所述发声组件产生声波信号，并通过耦合到大地的耦合组件将声波信号耦合到大地中去，以保证透地通信距离。在进行声波信号的激发控制过程中，通过信号采集模块采集耦合到大地的声波信号，经处理后输出反馈信号至所述控制模块，控制模块根据反馈信号判断声波信号是否满足透地通信条件，若满足，则进行透地通信，否则调整所述驱动信号，直至所述声波信号满足透地通信条件，这样，本发明提供的透地通信激发装置便具备激发功率地层自适应能力，可以针对不同地层结构及参数的应用场景，从而可保证透地通信的有效性。

本发明的进一步设置，所述发声组件包括：

连接件，所述连接件设置在所述壳体底部；

音圈电机，所述音圈电机设置在所述连接件上，并与所述控制模块电连接；

振动板，所述振动板设置在所述音圈电机的电机轴上，并与所述壳体的内壁连接。

本发明的进一步设置，所述耦合组件至少包括一个第一锥形立柱，所述第一锥形立柱的底端与所述壳体连接，所述第一锥形立柱的顶端悬空，所述第一锥形立柱的顶端用于插入大地。

本发明的进一步设置，所述第一锥形立柱设置有三个，并间隔设置在所述壳体的底面。

本发明的进一步设置，所述信号采集模块包括：

加速度传感器，所述加速度传感器与所述控制模块电连接；

第二锥形立柱，所述第二锥形立柱的底端与所述加速度传感器连接，所述第二锥形立柱的顶端悬空，所述第二锥形立柱的顶端用于与大地连接。

本发明的进一步设置，所述壳体包括：第一外壳与第二外壳；所述第一外壳与所述第二外壳连接，且所述第一外壳连通所述第二外壳；其中，

所述发声组件设置在所述第一外壳内；所述控制模块设置在所述第二外壳内。

本发明的进一步设置，所述第一外壳呈圆台状；所述振动板呈圆形，所述振动板的周边与所述第一外壳的内壁连接。

本发明的进一步设置，所述控制模块包括：控制单元、正弦信号发生单元、脉宽调制单元、功率放大单元以及驱动单元；其中，

所述控制单元分别与所述正弦信号发生单元以及所述脉宽调制单元连接，所述控制单元用于控制所述正弦信号发生单元与所述脉宽调制单元对接入的用户数据信息进行调制，以得到调制信号；

所述功率放大单元与所述脉宽调制单元连接，所述功率放大单元用于对所述调制信号进行放大，以得到第一放大信号；

所述驱动单元分别与所述功率放大单元以及所述音圈驱动电机连接，所述驱动单元用于根据所述第一放大信号得到所述驱动信号，并根据所述驱动信号驱动所述音圈电机工作。

本发明的进一步设置，所述控制模块还包括：加速度信号调理单元与模数转换单元；

所述加速度信号调理单元分别与所述加速度传感器以及所述模数转换单元连接，所述加速度信号调理单元用于将所述声波信号放大滤波后得到第二放大信号并输送至所述模数转换单元；

所述模数转换单元与所述控制单元连接，所述模数转换单元用于将所述第二放大信号进行模数转换后输送至所述控制单元。

本发明的进一步设置，所述透地通信激发装置还包括：供电模块，所述供电模块与所述控制模块连接，所述供电模块用于为所述控制模块提供供电电压。

本发明的进一步设置，所述供电模块包括：变压器、整流单元、滤波单元、稳压单元以及电压转换单元；其中，

所述变压器接入交流电源信号并将所述交流电源信号转换为第一电压信号；

所述整流单元分别与所述变压器以及所述滤波单元连接，所述整流单元用于将所述第一电压信号整流后输出至所述滤波单元；

所述滤波单元与所述稳压单元连接，所述滤波单元用于将所述第一电压信号滤波后输出至所述稳压单元；

所述稳压单元分别与所述电压转换单元以及所述驱动单元连接，所述稳压单元用于将整流滤波后的第一电压信号分别输出至所述电压转换单元以及所述驱动单元；

所述电压转换单元分别与所述控制单元、正弦信号发生单元、脉宽调制单元、功率放大单元、加速度信号调理单元与模数转换单元连接，所述电压转换单元用于提供第二电压信号为所述控制单元、正弦信号发生单元、脉宽调制单元、功率放大单元、加速度信号调理单元与模数转换单元供电。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种透地通信设备，其包括透地通信接收装置以及如上述所述的透地通信激发装置，所述透地通信接收装置用于接收所述透地通信激发装置发出的声波信号。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种透地通信激发方法，应用于上述所述的透地通信激发装置，其包括：

控制模块输出驱动信号驱动发声组件产生声波信号；

通过耦合组件将所述声波信号耦合到大地；

通过信号采集模块采集耦合到大地的所述声波信号并输出反馈信号至所述控制模块；

所述控制模块根据反馈信号判断所述声波信号是否满足透地通信条件；若是，则进行透地通信，否则，调整所述驱动信号，直至所述声波信号满足透地通信条件。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明中透地通信激发装置的整体结构示意图。

图2是本发明中控制模块与电源模块的架构图。

图3是本发明中透地通信激发方法的流程示意图。

图4是本发明中透地通信激发方法闭环功率控制的流程示意图。

附图中各标记：100、壳体；101、第一外壳；102、第二外壳；200、发声组件；201、连接件；202、音圈电机；203、振动板；300、耦合组件；400、控制模块；401、控制单元；402、正弦信号发生单元；403、脉宽调制单元；404、功率放大单元；405、驱动单元；406、加速度信号调理单元；407、模数转换单元；408、用户信息接口；409、信号输入接口；410、信号输出接口；500、信号采集模块；501、加速度传感器；502、第二锥形立柱；600、供电模块；601、变压器；602、整流单元；603、滤波单元；604、稳压单元；605、电压转换单元；606、电源输入接口；700、第一电缆；800、第二电缆；900、第三电缆。

具体实施方式

本发明提供一种透地通信激发装置、设备及方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请同时参阅图1至图2，本发明提供了一种透地通信激发装置的较佳实施例。

如图1与图2所示，本发明一种透地通信激发装置，其包括：壳体100、发声组件200、耦合组件300、控制模块400以及信号采集模块500。所述发声组件200设置在所述壳体100内并与所述壳体100连接，所述发声组件200用于产生声波信号；所述耦合组件300与所述壳体100连接，所述耦合组件300用于将所述声波信号耦合到大地；所述控制模块400设置在所述壳体100内并与所述发声组件200电连接，所述控制模块400用于输出驱动信号至所述发声组件200以驱动所述发声组件200产生声波信号；所述信号采集模块500与所述控制模块400电连接，所述信号采集模块500用于采集所述声波信号并输出反馈信号至所述控制模块400；所述控制模块400还用于根据所述反馈信号判断所述声波信号是否满足透地通信条件，若是，则进行透地通信，否则，调整所述驱动信号，直至所述声波信号满足透地通信条件。

在上述技术方案中，本发明通过控制模块400输出驱动信号以驱动所述发声组件200产生声波信号，并通过耦合到大地的耦合组件300将声波信号耦合到大地中去，以保证透地通信距离。在进行声波信号的激发控制过程中，通过信号采集模块500采集耦合到大地的声波信号，经处理后输出反馈信号至所述控制模块400，控制模块400根据反馈信号判断声波信号是否满足透地通信条件，若满足，则进行透地通信，否则调整所述驱动信号，直至所述声波信号满足透地通信条件，这样，本发明提供的透地通信激发装置具备激发功率地层自适应能力，可以针对不同地层结构及参数的应用场景(地层结构复杂多变，不同地区岩层分布、温湿度等各不相同，电导率、磁导率、介电常数等参数特性差异很大，到达接收端时信号十分微弱)，以保证透地通信的有效性和可靠性，降低信息传输的误码率，从而可有效应用于煤矿等地下作业场景。

请参阅图1，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述发声组件200包括：连接件201、音圈电机202以及振动板203。所述连接件201设置在所述壳体100底部；所述音圈电机202设置在所述连接件201上，并与所述控制模块400电连接；所述振动板203设置在所述音圈电机202的电机轴上，并与所述壳体100的内壁连接。

具体地，所述连接件201为金属薄片，该金属薄片固定在所述壳体100的底部，所述音圈电机202通过所述金属薄片与所述壳体100连接。在一些实施例中，所述金属薄片的形状可以是方形或圆形，所述金属薄片使用螺栓或螺钉与所述壳体100固定连接。所述音圈电机202的电机轴朝上设置，所述振动板203安装在所述电机轴上，且所述振动板203与所述壳体100的内壁连接。这样，当所述音圈电机202接收到所述驱动信号时，则开始按照设定频率与功率振动，产生声波信号，同时所述音圈电机202产生的振动可通过带动所述振动板203上下振动，以增强振感，并可以传递至所述壳体100，而所述耦合组件300又与所述壳体100连接，从而能够将产生的声波信号耦合到大地。本发明通过音圈电机202来产生声波信号，音圈电机202本身振动效果就比较大，再加上通过振动板203使得振动更加平均，从而能够加强振动效果，使得发声功率较大，能够满足发声功率要求，从而有利于实现长距离透地定位，保证接收端能够接收到有效的保真信号。在一些实施例中，为满足发声功率要求，所述音圈电机202可以选择峰值功率为110W、持续推力为7.9N的音圈电机。

请参阅图1与图2，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述壳体100包括：第一外壳101与第二外壳102；所述第一外壳101与所述第二外壳102连接，且所述第一外壳101连通所述第二外壳102。其中，所述发声组件200设置在所述第一外壳101内，所述控制模块400设置在所述第二外壳102内。

具体地，所述第一外壳101呈圆台状，且所述第一外壳101内部中空设置，所述金属薄片固定在所述第一外壳101底部。

请参阅图1，在一些实施例中，所述振动板203呈圆形，所述振动板203的周边与所述第一外壳101的内壁连接，当所述音圈电机202工作时，所述音圈电机202的电机轴带动所述振动板203上下振动，以增强振感，加强振动效果，从而能够满足发声功率要求，进而能够实现长距离透地通信。需要说明的是，所述第一外壳101的形状不限于圆台状，例如还可以是方形，所述振动板203的形状也不限于是圆形，例如，还可以是方形。

在一个实施例的进一步地实施方式中，所述耦合组件300至少包括一个第一锥形立柱，所述第一锥形立柱的底端与所述壳体100连接，所述第一锥形立柱的顶端悬空，所述第一锥形立柱的顶端用于插入大地。

具体地，所述耦合组件300由至少一个第一锥形柱构成，所述第一锥形立柱的底面与所述第一外壳101的底面连接，所述第一锥形立柱的顶端则用于插入大地，因所述第一锥形立柱呈锥形，较容易插入大地，使得与大地连接之后不易于倾倒，为保证与大地的耦合程度，可适当将所述第一锥形立柱的长度增长。

在一些实施例中，所述第一锥形立柱设置有三个，并间隔设置在所述壳体100的底面。

具体地，通过在所述第一外壳101的底面同时连接三个第一锥形立柱，构成一个三脚架，一方面，可以保证整个透地通信激发装置与大地的耦合的稳定性，同时能够保证与大地的耦合程度，从而能够保证实现长距离透地通信以及接收端能够有效的获取到保真信号。

请参阅图1，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述信号采集模块500包括：加速度传感器501与第二锥形立柱502。所述加速度传感器501与所述控制模块400电连接，所述第二锥形立柱502的底端与所述加速度传感器501连接，所述第二锥形立柱502的顶端悬空，所述第二锥形立柱502的顶端用于与大地连接。

具体地，所述加速度传感器501通过所述第二锥形立柱502与大地连接，以便于与大地有效耦合。在实际使用过程中，所述加速度传感器501采集的位置与所述第二外壳102的距离相距为100米。当所述发声组件200以及所述耦合组件300将声波信号耦合到大地时，所述加速度传感器501同步对所述声波信号进行检测，并输出反馈信号至所述控制模块400，所述控制模块400能够根据所述反馈信号判断所述声波信号是否满足透地通信要求，如满足，则说明当前激发功率可在当前地点进行正常地透地通信，如不满足，组需要调整所述驱动信号后，重新完成声波信号的激发控制，并再一次进行检测和判断，直至所述声波信号满足透地通信条件即可。

在所述加速度传感器501检测所述声波信号是否满足要求时，根据用户通信需求和通信信道信息得出所需激发功率的幅度阈值Ath，由

(/>

为效率，S为与大地耦合的有效面积，ω为信号频率)得到加速度传感器所需检测到的声波信号的加速度的阈值ath，如果所述加速度传感器501检测到声波信号的加速度a，满足a≥ath，则说明当前激发功率可在当前地点进行正常的通信。

请参阅图1与图2，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述控制模块400包括：控制单元401、正弦信号发生单元402、脉宽调制单元403、功率放大单元404以及驱动单元405。其中，所述控制单元401分别与所述正弦信号发生单元402以及所述脉宽调制单元403连接，所述控制单元401用于控制所述正弦信号发生单元402与所述脉宽调制单元403对接入的用户数据信息进行调制，以得到调制信号；所述功率放大单元404与所述脉宽调制单元403连接，所述功率放大单元404用于对所述调制信号进行放大，以得到第一放大信号；所述驱动单元405分别与所述功率放大单元404以及所述音圈驱动电机连接，所述驱动单元405用于根据所述第一放大信号得到所述驱动信号，并根据所述驱动信号驱动所述音圈电机202工作。

具体地，所述控制单元401包括微处理器，所述微处理器外部连接有外围电路，以保证微处理器的正常工作，所述外围电路至少包括时钟电路以及复位电路等。所述正弦信号发生单元402包括正弦信号发生器，所述脉宽调制电路包括一模拟开关，所述正弦限号发声器连接所述模拟开关，所述微处理器通过控制模拟开关的通断将正弦信号发生器输出的连续的正弦信号变成断续的正弦信号，根据正弦信号出现的时间长短，实现“0”和“1”的调制。在一种实现方式中，所述微处理器可以使用信号为SMT32的处理器，所述正弦信号发生器可以使用AD9958的正弦信号发生器，能够在微处理器的控制下产生连续的低频正弦波信号，例如100Hz的正弦波信号。所述功率放大单元404为功率放大电路，所述功率放大电路根据实际通信距离要求，选取合适的功率放大器，经脉宽调制后的信号，即调制信号，由功率放大器将所述调制信号进行放大后得到第一放大信号，根据所述第一放大信号输出频率和持续时间变化的交变信号。所述驱动单元405包括音圈电机驱动器，所述音圈电机驱动器根据所述功率放大电路输出的交变信号，即驱动信号，驱动所述音圈电机202振动，以产生声波信号。其中，所述音圈电机驱动器通过第一电缆700与所述音圈电机202电连接。

具体地实施时，用户数据信息(例如，你好、能听见么等信息)通过用户信息接口408输入所述微处理器，其中所述用户数据信息通过外部设备(例如个人计算机等)来提供，所述微处理器控制所述正弦信号发生器与所述脉宽调制电路对所述用户数据信息进行调制，之后进行所述功率放大电路进行放大，放大后的信号经所述音圈电机驱动器后，通过所述控制模块400的信号输出接口410采用第一电缆700输出驱动信号驱动所述音圈电机202将电信号转换为声波信号。

需要说明的是，本发明采用音圈电机202来产生声波信号，那么整个透地通信激发装置中最大的元器件即为音圈电机驱动器，因而所述壳体100可以设计的更小，不仅便于携带，还方便了现场的安装布设。

请参阅图2，进一步地，所述控制模块400还包括：加速度信号调理单元406与模数转换单元407。所述加速度信号调理单元406分别与所述加速度传感器501以及所述模数转换单元407连接，所述加速度信号调理单元406用于将所述声波信号放大滤波后得到第二放大信号并输送至所述模数转换单元407；所述模数转换单元407与所述控制单元401连接，所述模数转换单元407用于将所述第二放大信号进行模数转换后输送至所述控制单元401。

具体地，所述加速度信号调理单元406包括前置放大电路与滤波电路，所述模数转换单元407包括A/D转换器，所述加速度传感器501的采集的信号经所述前置放大电路放大后得到第二放大信号，所述第二放大信号经所述滤波电路滤波后输送至所述A/D转换器，经所述A/D转换器进行模数转换后即得到反馈信号并输送至所述微处理器。在一些实施例中，所述前置放大电路采用二级放大，放大器选用AD8388的放大器，所述滤波电路则可以采用六阶带通滤波器，其中通带频率可格局实际需求确定。在一些实施例中，所述A/D转换器则可以选择ADS131A04的模数转换器。

具体实施时，所述加速度传感器501通过第二电缆800与所述控制模块400的信号输入接口409连接，进而与所述前置放大电路连接，通过所述前置放大电路、所述滤波电路以及所述A/D转换器后将采集的声波信号反馈至所述微处理器，以实现闭环功率控制。

请参阅图2，在一个实施例的进一步地实施方式中，所述透地通信激发装置还包括：供电模块600，所述供电模块600与所述控制模块400连接，所述供电模块600用于为所述控制模块400提供供电电压。

在一些实施例中，所述供电模块600包括：变压器601、整流单元602、滤波单元603、稳压单元604以及电压转换单元605。其中，所述变压器601接入交流电源信号并将所述交流电源信号转换为第一电压信号；所述整流单元602分别与所述变压器601以及所述滤波单元603连接，所述整流单元602用于将所述第一电压信号整流后输出至所述滤波单元603；所述滤波单元603与所述稳压单元604连接，所述滤波单元603用于将所述第一电压信号滤波后输出至所述稳压单元604；所述稳压单元604分别与所述电压转换单元605以及所述驱动单元405连接，所述稳压单元604用于将整流滤波后的第一电压信号分别输出至所述电压转换单元605以及所述驱动单元405；所述电压转换单元605分别与所述控制单元401、正弦信号发生单元402、脉宽调制单元403、功率放大单元404、加速度信号调理单元406与模数转换单元407连接，所述电压转换单元605用于提供第二电压信号为所述控制单元401、正弦信号发生单元402、脉宽调制单元403、功率放大单元404、加速度信号调理单元406与模数转换单元407供电。

具体地，所述变压器601为交流220V转交流24V的单向变压器(根据实际应用选择输出功率)。所述整流单元602为四个整流二极管构成的桥式整流电路，能够将24V交流电整流为直流电，所述整流单元602的输出电压大致为0.9倍的24V。所述滤波单元603包括一电容，采用电容进行滤波，所述电容的大小可根据负载电流、纹波系数来选取，例如，可以是2200微伏，耐压值则可根据整流后直流电压的最大值考虑降压后选择，例如，可以选取耐压值为50V的电容。所述稳压单元604采用三端线性稳压器，可根据实际负载电流、散热、自身功耗来选择，例如，可以选用型号为L7824CV，输出直流为24V的线性稳压器。所述电压转换单元605则可以选择型号为LMR38020的直流转换器，能够将24V直流电压降至3.3V，以供微处理器、正弦信号发生器以及其他电路供电。

具体地实施时，外部的220V、50Hz的交流电(即市电)通过第三电缆900输入所述供电模块600的电源输入接口606，进而输入至所述变压器601的输入端，经所述桥式整流电路、滤波电路、三端线性稳压器后经直流转换器处理后为所述音圈电机驱动器提供24V供电电压，以及为所述供微处理器、正弦信号发生器以及其他电路提供3.3V供电电压。需要说明的是，所述第三电缆900同时与所述控制模块400的用户信息接口408连接，以用于输入用户数据信息至所述控制模块400。

在一些实施例中，本发明还提供了一种透地通信设备，其包括透地通信接收装置以及如上述所述的透地通信激发装置，所述透地通信接收装置用于接收所述透地通信激发装置发出的声波信号。所述的透地通信激发装置如上述的一种透地通信激发装置的实施例所述，在此不再赘述。

请参阅图3，在一些实施例中，本发明还提供了一种透地通信激发方法，应用于上述所述的透地通信激发装置，其包括步骤：

S100、控制模块输出驱动信号驱动发声组件产生声波信号；

S200、通过耦合组件将所述声波信号耦合到大地；

S300、通过信号采集模块采集耦合到大地的所述声波信号并输出反馈信号至所述控制模块；

S400、所述控制模块根据反馈信号判断所述声波信号是否满足透地通信条件；若是，则进行透地通信，否则，调整所述驱动信号，直至所述声波信号满足透地通信条件。

结合图4，具体实施时，首先将整个透地通信装置布设到指定地点，其后进行通过所微处理器控制所述正弦信号发生器设置正弦信号频率，并通过所述微处理器控制脉宽调制电路的脉宽调制频率。待系统初始化以后，开始驱动所述音圈电机极所述振动板发声，并通过耦合组件将声波信号耦合到大地，以完成声波信号的激发控制。同时，所述加速度传感器从大地检测到声波信号后，经过所述加速度信号调理单元、模数转换单元后输出反馈信号至所述微处理器，所述微处理器根据所述反馈信号判断声波信号是否满足透地通信的要求，若满足，则说明当前激发功率可在当前地点正常地进行透地通信，如不满足，则需要调整所述驱动信号后，即需要调整脉宽调制频率、功率放大电路增益、音圈电机驱动器的输出电流等参数后重新驱动所述音圈电机产生声波信号，并再一次进行检测与判断，直至所述声波信号满足透地通信的要求，以完成闭环控制。

综上所述，本发明所提供的一种透地通信激发装置、设备及方法，具有以下有益效果：

通过发声组件与耦合组件能够保证透地通信距离，满足发声功率要求；采用反馈的方式，实现闭环功率控制，能够判断当前底层结构和参数情况下是否满足透地通信距离和有效性的要求，即具有激发功率自适应能力，可用于不同地层结构及参数的作业环境，避免了因作业环境的不同，导致透地通信距离受限或无法通信的情况，增强了透地通信激发装置的适用性和透地通信的可靠性；整个透地通信装置的最大器件为音圈电机驱动器，因而整个装置的壳体可以做到尽可能小，便于携带以及现场安装布设。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种透地通信激发装置，其特征在于，包括：

壳体；

发声组件，所述发声组件设置在所述壳体内并与所述壳体连接，所述发声组件用于产生声波信号；

耦合组件，所述耦合组件与所述壳体连接，所述耦合组件用于将所述声波信号耦合到大地；

控制模块，所述控制模块设置在所述壳体内并与所述发声组件电连接，所述控制模块用于输出驱动信号至所述发声组件以驱动所述发声组件产生声波信号；

信号采集模块，所述信号采集模块与所述控制模块电连接，所述信号采集模块用于采集所述声波信号并输出反馈信号至所述控制模块；

所述控制模块还用于根据所述反馈信号判断所述声波信号是否满足透地通信条件，若是，则进行透地通信，否则，调整所述驱动信号，直至所述声波信号满足透地通信条件。

2.根据权利要求1所述的透地通信激发装置，其特征在于，所述发声组件包括：

连接件，所述连接件设置在所述壳体底部；

音圈电机，所述音圈电机设置在所述连接件上，并与所述控制模块电连接；

振动板，所述振动板设置在所述音圈电机的电机轴上，并与所述壳体的内壁连接。

3.根据权利要求1所述的透地通信激发装置，其特征在于，所述耦合组件至少包括一个第一锥形立柱，所述第一锥形立柱的底端与所述壳体连接，所述第一锥形立柱的顶端悬空，所述第一锥形立柱的顶端用于插入大地。

4.根据权利要求3所述的透地通信激发装置，其特征在于，所述第一锥形立柱设置有三个，并间隔设置在所述壳体的底面。

5.根据权利要求2所述的透地通信激发装置，其特征在于，所述信号采集模块包括：

加速度传感器，所述加速度传感器与所述控制模块电连接；

第二锥形立柱，所述第二锥形立柱的底端与所述加速度传感器连接，所述第二锥形立柱的顶端悬空，所述第二锥形立柱的顶端用于与大地连接。

6.根据权利要求2所述的透地通信激发装置，其特征在于，所述壳体包括：第一外壳与第二外壳；所述第一外壳与所述第二外壳连接，且所述第一外壳连通所述第二外壳；其中，

所述发声组件设置在所述第一外壳内；所述控制模块设置在所述第二外壳内。

7.根据权利要求6所述的透地通信激发装置，其特征在于，所述第一外壳呈圆台状；所述振动板呈圆形，所述振动板的周边与所述第一外壳的内壁连接。

8.根据权利要求5所述的透地通信激发装置，其特征在于，所述控制模块包括：控制单元、正弦信号发生单元、脉宽调制单元、功率放大单元以及驱动单元；其中，

所述控制单元分别与所述正弦信号发生单元以及所述脉宽调制单元连接，所述控制单元用于控制所述正弦信号发生单元与所述脉宽调制单元对接入的用户数据信息进行调制，以得到调制信号；

所述功率放大单元与所述脉宽调制单元连接，所述功率放大单元用于对所述调制信号进行放大，以得到第一放大信号；

所述驱动单元分别与所述功率放大单元以及所述音圈电机连接，所述驱动单元用于根据所述第一放大信号得到所述驱动信号，并根据所述驱动信号驱动所述音圈电机工作。

9.根据权利要求8所述的透地通信激发装置，其特征在于，所述控制模块还包括：加速度信号调理单元与模数转换单元；

所述加速度信号调理单元分别与所述加速度传感器以及所述模数转换单元连接，所述加速度信号调理单元用于将所述声波信号放大滤波后得到第二放大信号并输送至所述模数转换单元；

所述模数转换单元与所述控制单元连接，所述模数转换单元用于将所述第二放大信号进行模数转换后输送至所述控制单元。

10.根据权利要求9所述的透地通信激发装置，其特征在于，还包括：供电模块，所述供电模块与所述控制模块连接，所述供电模块用于为所述控制模块提供供电电压。

11.根据权利要求10所述的透地通信激发装置，其特征在于，所述供电模块包括：变压器、整流单元、滤波单元、稳压单元以及电压转换单元；其中，

所述变压器接入交流电源信号并将所述交流电源信号转换为第一电压信号；

所述整流单元分别与所述变压器以及所述滤波单元连接，所述整流单元用于将所述第一电压信号整流后输出至所述滤波单元；

所述滤波单元与所述稳压单元连接，所述滤波单元用于将所述第一电压信号滤波后输出至所述稳压单元；

所述稳压单元分别与所述电压转换单元以及所述驱动单元连接，所述稳压单元用于将整流滤波后的第一电压信号分别输出至所述电压转换单元以及所述驱动单元；

所述电压转换单元分别与所述控制单元、正弦信号发生单元、脉宽调制单元、功率放大单元、加速度信号调理单元与模数转换单元连接，所述电压转换单元用于提供第二电压信号为所述控制单元、正弦信号发生单元、脉宽调制单元、功率放大单元、加速度信号调理单元与模数转换单元供电。

12.一种透地通信设备，其特征在于，包括透地通信接收装置以及如权利要求1-11任一项所述的透地通信激发装置，所述透地通信接收装置用于接收所述透地通信激发装置发出的声波信号。

13.一种透地通信激发方法，应用于权利要求1-11任一项所述的透地通信激发装置，其特征在于，包括：

控制模块输出驱动信号驱动发声组件产生声波信号；

通过耦合组件将所述声波信号耦合到大地；

通过信号采集模块采集耦合到大地的所述声波信号并输出反馈信号至所述控制模块；

所述控制模块根据反馈信号判断所述声波信号是否满足透地通信条件；若是，则进行透地通信，否则，调整所述驱动信号，直至所述声波信号满足透地通信条件。

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