CN204180281U - 矿用隔爆兼本安型基站 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矿用隔爆兼本安型基站，其包括呈封闭状的防爆外壳，防爆外壳内形成有空腔，在防爆外壳上设置有多个引入输出接口；和设置于空腔内的基站本体，基站本体具有电源模块、4G无线通信机芯、本安隔离板和风扇，电源模块、本安隔离板和风扇位于4G无线通信机芯所在平面的上方；其中电源模块的输入端通过引入输出接口与防爆外壳外的供电电源连接；4G无线通信机芯与电源模块的输出端连接，还与本安隔离板连接，还通过引入和输出接口与防爆外壳外的光纤连接；本安隔离板通过引入输出接口与防爆外壳外的天线连接；风扇与电源模块的输出端连接。本实用新型通过上述技术方案使得矿用隔爆兼本安型基站的结构小型化。

Description

矿用隔爆兼本安型基站

技术领域

本实用新型属于第四代移动通信技术领域，涉及第四代移动通信基站煤矿井下的应用，特别涉及一种矿用隔爆兼本安型基站。

背景技术

在矿井下施工作业时，会遇到各种突发事故，例如瓦斯爆炸、塌方等，这些事故对井下作业人员的安全造成巨大威胁，为了在发生事故时，救援人员能及时且准确实现井上对井下的语言调度以及井下对井上的信息反馈，需要在井下安装矿用基站，并保证该矿用基站正常工作，同时在井下安装矿用基站还能提高煤矿行业的生产效率，尤其是煤矿井下的工作效率。

目前，我国煤矿井下基站的无线通信的主要方式有动力线载波通信、感应通信、漏泄通信、中频无线通信、PAS通信系统、第三代TD-SCDMA通信系统、WLAN通信系统等，用于语音的通信的有PHS(小灵通)、WLAN通信系统、第三代TD-SCDMA通信系统，这三种通信技术各有优劣，满足不了矿山多媒体通信要求。

大型煤矿的语音通讯系统基本上用PHS(小灵通)来进行的。但由于频段问题，工信部强制小灵通退网，其退网的时限已到。一旦小灵通退网，行业用户都面临着选择其他移动通信系统来组建专网，替代原有的小灵通系统，可以说这部分市场空间是显而易见的，是非常巨大的。

WLAN技术是基于TCP-IP协议，其芯片对语音功能支持很少。所以，其语音产品有很多弱点，如终端进行移动时没有信号以及终端待机时间短等问题，满足不了煤矿需求。

而第三代通讯技术TD-SCDMA网络设备厂商对公网无线接入设备进行防爆处理后，在部分矿井已经开始应用，是一种比较理想的小灵通移动语音通信的替代方案，但因数据带宽有限单载波只能达到上行速率384k，下行速率2.8M，无法替代现有的有线工业电视系统，以太环网监测系统。

随着行业的发展，煤矿行业在提高效率和安全生产前提下，行业信息化的要求对行业专用无线网络通信提出了新的挑战。即行业通信中日益出现的大数据传输和高带宽的需求，同时行业无线通信的需求正在从单一语音集群向语音集群、宽带数据和视频应用融合调度过渡，并且对时延、容量等性能指标提出了更高的要求，以上通信系统已不能满足煤矿企业对无线通讯系统需求。

然而，将现有的第四代移动通信技术应用于煤矿井下主要工作就是将涉及的相关设备进行防爆改造，根据防爆电器的国家标准(GB3836-2010)和MT 209-1990《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》的相关规定，以及系统设备的电气性能及特点，可将系统中手机设备可改造为矿用本质安全型设备，关联的井上设备可改造为地面一般型设备，而主要的通信基站只能改造为隔爆兼本安型基站。目前煤矿井下用基站只是通过将通信系统中基站直接置于隔爆外壳内进行简单隔爆处理，以致整个产品体积和重量大，显得十分笨重，不便于煤矿井下安装实施，从而影响了整个通信系统在行业内的应用推广。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种矿用隔爆兼本安型基站，所述矿用隔爆兼本安型基站包括呈封闭状的防爆外壳，所述防爆外壳内形成有空腔，在所述防爆外壳上设置有多个引入输出接口；以及设置于所述空腔内的基站本体，所述基站本体具有：电源模块、4G无线通信机芯、本安隔离板和风扇，所述电源模块、所述本安隔离板和所述风扇位于所述4G无线通信机芯所在平面的上方；其中，所述电源模块的输入端通过所述引入输出接口与所述防爆外壳外的供电电源连接；所述4G无线通信机芯与所述电源模块的输出端连接，还与所述本安隔离板连接，还通过所述引入输出接口与所述防爆外壳外的光纤连接；所述本安隔离板通过所述引入输出接口与所述防爆外壳外的天线连接；所述风扇与所述电源模块的输出端连接。

在如上所述的矿用隔爆兼本安型基站中，优选，所述风扇的数量为多个，多个所述风扇以对角的形式设置于所述空腔内。

在如上所述的矿用隔爆兼本安型基站中，优选，所述电源模块包括用于交直流转换的交流/直流单元，用于输出多个直流值的电源管理板、充电管理单元和作为备用电源的蓄电池组；所述交流/直流单元的输入端通过所述引入输出接口与所述防爆外壳外的供电电源连接；所述电源管理板的第一输入端与所述交流/直流单元的输出端连接，所述电源管理板的输出端分别与所述4G无线通信机芯和风扇连接，所述充电管理单元的输入端与所述交流/直流单元的输出端连接，所述充电管理单元的输出端与所述电源管理板的第二输入端连接，所述充电管理单元的输入输出接口与所述蓄电池组连接。

在如上所述的矿用隔爆兼本安型基站中，优选，所述基站本体通过安装件设置于所述空腔内；所述安装件包括芯体安装固定绝缘板、多个支撑架、电源安装板和蓄电池压板；其中，所述芯体安装固定绝缘板以平行方式与设置于所述防爆外壳侧壁上的安装座板连接，所述芯体安装固定绝缘板上开有安装通孔，所述4G无线通信机芯以贯穿所述安装通孔的方式设置于所述芯体安装固定绝缘板上；多个支撑架以竖直方式设置于所述芯体安装固定绝缘板上，所述支撑架的上端固定有所述电源安装板和所述固定压板；所述交流/直流单元、所述电源管理板和所述充电管理单元安装在所述电源安装板上，所述本安隔离板和所述蓄电池组安装在所述蓄电池压板上。

在如上所述的矿用隔爆兼本安型基站中，优选，所述风扇的数量为两个，两个所述风扇中一个吊装于所述电源安装板的下方，两个所述风扇中的另一个吊装于所述蓄电池压板的下方。

在如上所述的矿用隔爆兼本安型基站中，优选，所述蓄电池组包括：蓄电池本体，容纳所述蓄电池本体的保护腔和位于所述蓄电池本体和所述保护腔之间的粘结层。

在如上所述的矿用隔爆兼本安型基站中，优选，所述粘接层的材质为树脂。

在如上所述的矿用隔爆兼本安型基站中，优选，所述防爆外壳的壳盖内侧和所述防爆外壳的壳底内侧均设置有加强筋。

在如上所述的矿用隔爆兼本安型基站中，优选，所述加强筋为矩形空心管。

在如上所述的矿用隔爆兼本安型基站中，优选，所述4G无线通信机芯为RRU射频拉远单元。

本实用新型实施例带来的有益效果如下：

使得矿用隔爆兼本安型基站的结构小型化，进而使得煤矿等矿井下通信系统的工程实施、维护更加简单，满足了煤矿行业目前的生产、生活的通信需求；为矿用隔爆兼本安型基站的工作提供了良好的工作环境；防爆外壳的结构小巧轻便。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种防爆外壳的立体示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种矿用隔爆兼本安型基站的电气连接示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种矿用隔爆兼本安型基站的防爆外壳内的布局示意图；

图4是图3的左侧示意图；

图5是图3的右侧示意图；

图6是本实用新型实施例提供的一种蓄电池组的结构示意图；

符号说明：

1-防爆外壳、11-引入输出接口、2-4G无线通信机芯、3-本安隔离板、

4-交流/直流单元、5-电源管理板、6-充电管理单元、

7-蓄电池组、8-风扇、9-天线、90-4G无线通信机芯电源管理单元、

12-芯体安装固定绝缘板、13-电源安装板、14-蓄电池压板、15-支撑架、

24-腔体、25-腔盖、26-粘接层、27-蓄电池本体。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

参见图1-图6，本实用新型提供了一种矿用隔爆兼本安型基站，其包括：防爆外壳1和基站本体。

防爆外壳1呈封闭状，其内形成有空腔，在防爆外壳1上设置有多个引入输出接口11，该引入输出接口用于与外部设备，例如供电电源、天线、上层控制器等连接，优选设置于防爆外壳1的壳壁上，如图1所示，在壳壁上设置有5个引入输出接口11。

参见图2-图5，基站本体用于实现煤矿矿井下4G(the 4 Generationmobile communication，第四代移动通信技术)无线信号覆盖以完成与上层控制器(或调度室)和下位机(或矿用手机)之间的信息交互，优选，4G为TD-LTE。其包括：电源模块、4G无线通信机芯2、本安隔离板3和风扇8，为了使得矿用隔爆兼本安型基站的结构小型化，电源模块、本安隔离板和风扇采用位于4G无线通信机芯所在平面的上方的布局方法，以避免矿用隔爆兼本安型基站的体积和重量过大，不便于煤矿井下实施安装；同时如此布局方法还利于基站主体工作时热量的散发。

具体而言，电源模块用于将外部电源(即防爆外壳外的供电电源)的交流电转换成直流电以为4G无线通信机芯2和风扇8提供电源，其包括交流/直流单元(即AC/DC开关电源)4、电源管理板5、充电管理单元6和蓄电池组7。

交流/直流单元4的输入端作为电源模块的输入端，将来自于外部电源的交流电转换成直流电，例如将127V外部电源转换成40V的直流电。电源管理板5的第一输入端与交流/直流单元4的输出端连接，电源管理板5的第二输入端与充电管理单元6的输出端连接，电源管理板5的输出端作为电源模块的输出端，与4G无线通信机芯2和风扇8连接以提供电源，用于对交流/直流单元4输出的直流电进行处理，产生多个直流电压值以满足4G无线通信机芯2和风扇8工作时对工作电压的不同需求，例如将40V的直流电转换成输出值为5V、12V、37～40V的直流电，在其他的实施例中还可以为其他值。充电管理单元6的输入端与交流/直流单元4的输出端连接，充电管理单元6的输入输出接口与蓄电池组7连接，当外部电源(或外接交流)供电正常的时候，充电管理单元6将交流/直流单元4输出的直流电提供给蓄电池组7充电以储存能量，以备电力中断时使用，即使蓄电池组作为备用电源；充电管理单元6的输出端与电源管理板的5第二输入端连接，当外部电源异常的时候(例如无交流或者交流输入电压过低导致交流/直流单元无输出)，充电管理单元6使蓄电池组7放电以释放能量提供给电源管理板5(或将自动切换蓄电池组输出)，保证向负载(即4G无线通信机芯和风扇)不间断供电。换言之，交流/直流单元4通过充电管理单元6给蓄电池组进行充放电管理。参见图6，蓄电池组7包括：蓄电池本体27，保护腔和位于蓄电池本体27和保护腔之间的粘结层26。保护腔具有腔体24和腔盖25，应用时，蓄电池本体27置于腔体24的中央，在蓄电池组和保护腔之间的空隙内填满粘结材料例如树脂，形成粘接层26，使腔体24、腔盖25和蓄电池本体27形成一个固体，以有效防止蓄电池本体27的电解液泄露。充电管理单元6优选为镍氢充电控制单元，蓄电池组7优选为镍氢电池组。为了提高蓄电池组的寿命，充电管理单元还具有蓄电池组充放电过压/过流保护功能，输出短路保护功能，温度监测及过温保护功能，防止反向充电功能。实际中，电源管理板包括：电源处理单元和4G无线通信机芯电源管理单元90，电源处理单元的输入端作为电源管理板的第一输入端，其通过功率二极管与4G无线通信机芯电源管理单元90和风扇分别连接以向4G无线通信机芯电源管理单元90和风扇提供电源，4G无线通信机芯电源管理单元的输出端与4G无线通信机芯以向4G无线通信机芯提供电源。需要说明的是，在蓄电池组放电时，电源管理板5上的升压电路将蓄电池组输出的电压转换为适合4G无线通信机芯电源管理单元和风扇8工作的电压，例如将蓄电池组电压升至37～38V。

4G无线通信机芯2用于实现矿井下4G无线信号覆盖以完成上层控制器和下位机(即矿用手机)之间的信息交互，优选为TD-LTE无线通信机芯，实际中可以为4G无线通信主板，还可以为现有技术中建立在地面之上的4G基站的4G无线通信机芯(即将该4G基站应用于矿井下时，对其进行拆装改造，矿用隔爆兼本安型基站的4G无线通信机芯为原装的机芯)。其与本安隔离板3连接以通过本安隔离板和天线与下位机进行信息交互，还通过引入输出接口与上层控制器连接以与上层控制器进行信息交互，与上层控制器连接的引入输出接口优选为光纤接口。4G无线通信机芯2优选为RRU(Radio Remote Unit，射频拉远单元)。4G无线通信机芯基于的无线通信技术为第四代TD-LTE宽带通信技术，其是第三代TD-SCDMA技术的演进，采用了MIMO，OFDMA，SC-FDMA，tail-biting convolutionary coding，contention free turbo coding等技术，满足了煤矿行业目前的生产、生活的通信需求，极大的提高矿山的劳动生产效率，减轻井下工人的劳动强度，增强工人的劳动防护安全度，在事故发生时，能够最大限度的减小生命和财产的损失，对企业发展和构建和谐社会具有重要的意义。且与泄漏通信、感应通信、透地通信、小灵通系统、TD-SCDMA、射频人员定位系统等相比，带来了具有下行100Mbps，上行50Mbps的数据传输能力，从而基于此可以增加视频监控模块、可视电话模块、生产调度模块、数据采集模块及集群调度模块等以更好地服务煤矿行业。

本安隔离板3通过引入输出接口与防爆外壳外的天线9连接。本安隔离板3又称限幅本安隔离板，用于限制4G无线通信机芯的输出功率，例如使其输出功率限制为≤1W，还用于将4G无线通信机芯输出的射频信号与4G无线通信机芯进行隔离，实际中，本安隔离板的规格可以为1500V。风扇8促进防爆外壳内的空气流通以传导散热。

在应用时，基站主体处于呈封闭状的防爆外壳1中，为了使基站主体工作时产生的热量得以有效传导，参见图2，基站本体在防爆外壳1的布局方式如下：基站本体通过安装件设置于空腔内；安装件包括芯体安装固定绝缘板12、多个支撑架15、电源安装板13和蓄电池压板14；芯体安装固定绝缘板12以平行方式与设置于防爆外壳侧壁上的安装座板连接，芯体安装固定绝缘板12上开有安装通孔，4G无线通信机芯2以贯穿安装通孔的方式设置于芯体安装固定绝缘板12上；多个支撑架15以竖直的方式设置于芯体安装固定绝缘板12上，电源安装板13和蓄电池压板14固定在支撑架15的上端；交流/直流单元4、电源管理板5和充电管理单元6安装在电源安装板13上，本安隔离板3和蓄电池组7安装在蓄电池压板14上。优选，蓄电池组7位于蓄电池压板14下方。蓄电池压板上安装有用于与外部电源连接的接线座10，例如127V接线座，其与交流/直流单元4的输入端连接。电源安装板上安装有4G无线通信机芯电源管理单元90。

为了进一步利于基站主体工作时产生热量的传导，以避免热量积聚在基站主体的某个部件周围，使其温度过高而影响产品性能，风扇8的数量为多个，多个风扇以对角的形式设置于空腔内，即多个风扇呈对角线设置，使得防爆外壳内的空气对流，优选，风扇的数量为两个。具体地，两个风扇中一个位于芯体安装固定绝缘板12和电源安装板13之间，且吊装于电源安装板13的下方；两个风扇中的另一个位于芯体安装固定绝缘板12和蓄电池压板14之间，且吊装于蓄电池压板14的下方。风扇的轴向优选与水平方向平行。经测试，该矿业基站连续工作24小时后，防爆外壳壳体表面温度≤45℃，为基站本体工作提供了良好的环境温度。

为了提高防爆外壳的强度，在防爆外壳1的壳盖内侧和壳底内侧均设置有加强筋，以作为壳底和壳盖危险承压面，使得壳底和壳盖的壁厚降到了防爆规程允许的最小值，从而使防爆外壳1的结构小巧轻便，即在不改变防爆外壳壁厚的基础上增强了防爆外壳1的强度。加强筋优选为矩形空心管，换句话说加强筋的断面呈矩形的空心管状，进一步优选为薄壁矩形空心管，壁厚不大于3mm，材质为钢材。

实际中，本实用新型提供的矿用隔爆兼本安型基站的防爆外壳的尺寸(长×宽×高)可以达到568mm×383mm×277mm，满足了矿用隔爆兼本安型基站小型化的需求。

需要说明的是：本实用新型提供的矿用隔爆兼本安型基站实际中对应的型号为KT329-F，即KT329-F矿用隔爆兼本安型基站。

综上所述，本实用新型带来的有益效果如下：

使得矿用隔爆兼本安型基站的结构小型化，进而使得煤矿等矿井下通信系统的工程实施、维护更加简单，满足了煤矿行业目前的生产、生活的通信需求；为矿用隔爆兼本安型基站的工作提供了良好的工作环境；防爆外壳的结构小巧轻便。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种矿用隔爆兼本安型基站，其特征在于，所述矿用隔爆兼本安型基站包括：

呈封闭状的防爆外壳，所述防爆外壳内形成有空腔，在所述防爆外壳上设置有多个引入输出接口；以及

设置于所述空腔内的基站本体，所述基站本体具有：电源模块、4G无线通信机芯、本安隔离板和风扇，所述电源模块、所述本安隔离板和所述风扇位于所述4G无线通信机芯所在平面的上方；

其中，所述电源模块的输入端通过所述引入输出接口与所述防爆外壳外的供电电源连接；

所述4G无线通信机芯与所述电源模块的输出端连接，还与所述本安隔离板连接，还通过所述引入输出接口与所述防爆外壳外的光纤连接；

所述本安隔离板通过所述引入输出接口与所述防爆外壳外的天线连接；

所述风扇与所述电源模块的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安型基站，其特征在于，所述风扇的数量为多个，多个所述风扇以对角的形式设置于所述空腔内。

3.根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安型基站，其特征在于，所述电源模块包括：

用于交直流转换的交流/直流单元，用于输出多个直流值的电源管理板、充电管理单元和作为备用电源的蓄电池组；

所述交流/直流单元的输入端通过所述引入输出接口与所述防爆外壳外的供电电源连接；

所述电源管理板的第一输入端与所述交流/直流单元的输出端连接，所述电源管理板的输出端分别与所述4G无线通信机芯和风扇连接，所述充电管理单元的输入端与所述交流/直流单元的输出端连接，所述充电管理单元的输出端与所述电源管理板的第二输入端连接，所述充电管理单元的输入输出接口与所述蓄电池组连接。

4.根据权利要求3所述的矿用隔爆兼本安型基站，其特征在于，所述基站本体通过安装件设置于所述空腔内；

所述安装件包括芯体安装固定绝缘板、多个支撑架、电源安装板和蓄电池压板；

其中，所述芯体安装固定绝缘板以平行方式与设置于所述防爆外壳侧壁上的安装座板连接，所述芯体安装固定绝缘板上开有安装通孔，所述4G无线通信机芯以贯穿所述安装通孔的方式设置于所述芯体安装固定绝缘板上；

多个支撑架以竖直方式设置于所述芯体安装固定绝缘板上，所述支撑架的上端固定有所述电源安装板和所述固定压板；

所述交流/直流单元、所述电源管理板和所述充电管理单元安装在所述电源安装板上，所述本安隔离板和所述蓄电池组安装在所述蓄电池压板上。

5.根据权利要求4所述的矿用隔爆兼本安型基站，其特征在于，所述风扇的数量为两个，两个所述风扇中一个吊装于所述电源安装板的下方，两个所述风扇中的另一个吊装于所述蓄电池压板的下方。

6.根据权利要求3所述的矿用隔爆兼本安型基站，其特征在于，所述蓄电池组包括：蓄电池本体，容纳所述蓄电池本体的保护腔和位于所述蓄电池本体和所述保护腔之间的粘结层。

7.根据权利要求6所述的矿用隔爆兼本安型基站，其特征在于，所述粘接层的材质为树脂。

8.根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安型基站，其特征在于，所述防爆外壳的壳盖内侧和所述防爆外壳的壳底内侧均设置有加强筋。

9.根据权利要求8所述的矿用隔爆兼本安型基站，其特征在于，所述加强筋为矩形空心管。

10.根据权利要求1所述的矿用隔爆兼本安型基站，其特征在于，所述4G无线通信机芯为RRU射频拉远单元。