LU500491B1 - Underground Magnetic-induction Wireless Communication Device and Method - Google Patents

Claims (7)

PATENTANSPRUCHE 500491

1. Unterirdische drahtlose Kommunikationsvorrichtung mit Magnetinduktion ist dadurch gekennzeichnet, dass die mehrere drahtlosen Kommunikationseinheiten umfasst, wobei eine drahtlose Signalübertragung zwischen benachbarten drahtlosen Kommunikationseinheiten realisiert wird; jede der drahtlosen Kommunikationseinheiten aus einem Mikroprozessor, einem Sendemodul, einem Empfängermodul und einer Sende-/Empfangsantenne besteht, wobei der Mikroprozessor sequentiell mit dem Sendemodul, der Sende-/Empfangsantenne, dem Empfangermodul und dem Mikroprozessor verbunden ist, um eine Signalubertragungsschleife zu bilden; die Sende-/Empfangsantenne mit einem numerischen Steuerschalter versehen ist, das Sendemodul und das Empfängermodul beide über den numerischen Steuerschalter mit der Sende-/Empfangsantenne verbunden sind und der Mikroprozessor über den numerischen Steuerschalter eine Empfangs- und Sendeumsetzung für die Sende-/Empfangsantenne realisiert; die Sende-/Empfangsantenne hat eine kugelférmige Struktur und besteht aus drei sich vertikal kreuzenden Leiterspulen mit gleichem Durchmesser, wobei die Mittelpunkte der drei Leiterspulen zusammenfallen; bei der Installation werden die drahtlosen Kommunikationseinheiten nacheinander entlang einer Signalübertragungsrichtung angeordnet, das Zentrum der Sende-/Empfangsantenne wird auf der gleichen horizontalen Linie gehalten, um einen magnetischen Kanal zu bilden; bei der Kommunikation lädt der Mikroprozessor ein Signal vom Sendemodul auf die Sende- /Empfangsantenne, die Sende-/Empfangsantenne befindet sich in einem Sendezustand, um das Signal an die nächste drahtlose Kommunikationseinheit zu senden, während die Sende-/Empfangsantenne der nächsten drahtlosen Kommunikationseinheit in einem Empfangszustand ist, um das Signal zu empfangen; das empfangene Signal wird durch das Empfangsmodul an den entsprechenden Mikroprozessor zur Verarbeitung übertragen.

2. Die unterirdische drahtlose Kommunikationsvorrichtung mit Magnetinduktion nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor einen stromsparenden ARM-Chip verwendet und mit Sensoren zur Erfassung von Umgebungsinformationen verbunden ist; zusätzlich ist der Mikroprozessor mit einem Wahlschalter für die Kodierung der Knotenadresse verbunden, die Knotenadresse wird beim Einschalten über einen E/A-Anschluss des Mikroprozessors eingelesen.

3. Die unterirdische drahtlose Kommunikationsvorrichtung mit Magnetinduktion nach 4500491 Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlosen Kommunikationseinheiten mit Signalmodulations- und Demodulationsschaltungen in einem 2ASK-Modulations- und Demodulationsmodus versehen sind, wobei die Modulationsschaltung im Sendemodul und die Demodulationsschaltung im Empfangsmodul angeordnet ist; die von den Sensoren erfassten Informationen werden vom Signalmodulationsteil durch eine im Mikroprozessor eingebaute UART- Seriell-Schnittstelle kodiert, um ein Basisbandsignal zu erzeugen, ein Quarzoszillator wird zur Erzeugung eines Trägersignals verwendet, das Basisbandsignal und das Trägersignal werden über eine NAND-Schaltung einer 2ASK-Modulation unterzogen; in einem Signaldemodulationsteil wird die Mittenfrequenz einer Frequenzauswahlschaltung durch einen Timing-Widerstand und Kondensator an der Außenseite des Demodulationschips eingestellt, das empfangene Signal wandelt das Trägersignal in 0/1-Basisbandsignal durch die Frequenzauswahlschaltung des Demodulationschips um, wodurch die 2ASK-Demodulation realisiert wird.

4. Die unterirdische drahtlose Kommunikationsvorrichtung mit Magnetinduktion nach Anspruch 1 oder 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass das Sendemodul eine Signalmodulationsschaltung und eine Leistungsverstärkerschaltung umfasst, wobei die Leistungsverstärkerschaltung eine resonante Leistungsverstärkerschaltung ist, die aus einer Hochleistungstriode besteht; ein moduliertes Signal wird über die Leistungsverstärkerschaltung auf die Sende-Empfangsantenne geladen.

5. Die unterirdische drahtlose Kommunikationsvorrichtung mit Magnetinduktion nach Anspruch 1 oder 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass das Empfängermodul Signalverstärkerschaltung, Schmalbandfilterschaltung und Signaldemodulationsschaltung umfasst, wobei die Signalverstärkerschaltung aus einer rauscharmen Triode besteht, das empfangene Signal nach einer zweistufigen Verstärkung mit dem Demodulationschip verbunden wird. Eine Schmalband- Phasenregelschleife und ein Transistorschalter befinden sich innerhalb des Demodulationschips und vervollständigen bei der Durchführung einer Schmalbandfilterung am Eingangssignal die Signaldemodulation.

6. Die unterirdische drahtlose Kommunikationsvorrichtung mit Magnetinduktion nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterspulen durch Kupferdrähte gewickelt sind, wobei an beiden Enden Resonanzkondensatoren parallel geschaltet sind, um die Sende-Empfangs-Effizienz zu verbessern; die Spulen unabhängig 79500491 voneinander sind; der Radius und die Anzahl der Windungen durch die Betriebsumgebung bestimmt werden.

7. Das Kommunikationsverfahren der unterirdischen drahtlosen Kommunikationseinrichtung mit Magnetinduktion nach einem der Ansprüche 1-6 ist dadurch gekennzeichnet, dass Signale an beiden Kommunikationsanschlüssen in Form von magnetischen Signalen übertragen werden; der durch die Sende- /Empfangsantenne gebildete magnetische Kanal die magnetischen Signale sowohl sendet als auch empfängt, die spezifischen Schritte wie folgt sind: 1) ein ursprüngliches Basisbandsignal an einem Sendeanschluss wird moduliert und verstärkt, um ein alternierendes Sinuswellensignal 11=I0e-jwt zu erzeugen, das 11 wird gleichzeitig auf die drei Leiterspulen der Sendeantenne geladen, wodurch ein alternierendes Magnetfeld um jede Leiterspule erzeugt wird, die drei zueinander orthogonalen Leiterspulen erzeugen zusammen ein alternierendes dreidimensionales Magnetfeld, wobei elektrische Signale in magnetische Signale umgewandelt werden und Informationen durch das Magnetfeld übertragen werden; 2) die Empfangsantenne an einem Empfangsanschluss befindet sich in einem magnetischen Wechselfeld, der magnetische Fluss im geschlossenen Bereich jeder Leiterspule ändert sich mit dem magnetischen Wechselfeld; sinusférmige Signale 12, l’2, 12° mit den gleichen Phaseneigenschaften wie 11 werden in den drei Leiterspulen induziert, die drei zueinander orthogonalen Leiterspulen induzieren Magnetfeldinformationen aus verschiedenen Richtungen, um magnetische Signale in elektrische Signale umzuwandeln, die dreifachen elektrischen Signale werden durch einen Addierer überlagert und dann verstärkt und demoduliert, um die ursprünglichen Informationen wiederherzustellen.