RU2022904C1 - Method and system for transmission and reception of information through communication line in mine shaft - Google Patents

Method and system for transmission and reception of information through communication line in mine shaft Download PDF

Info

Publication number
RU2022904C1
RU2022904C1 SU4873688A RU2022904C1 RU 2022904 C1 RU2022904 C1 RU 2022904C1 SU 4873688 A SU4873688 A SU 4873688A RU 2022904 C1 RU2022904 C1 RU 2022904C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
analog
code
transmitter
communication line
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Степанович Подчасов
Владимир Иванович Белобров
Игорь Иванович Бельский
Иван Тимофеевич Кибкало
Сергей Ростиславович Ильин
Валерий Владимирович Лопатин
Анатолий Яковлевич Черный
Original Assignee
Институт геотехнической механики АН Украины
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт геотехнической механики АН Украины filed Critical Институт геотехнической механики АН Украины
Priority to SU4873688 priority Critical patent/RU2022904C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2022904C1 publication Critical patent/RU2022904C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

FIELD: mine communication systems. SUBSTANCE: method involves modulation of carrying signal by information signal, excitation in line of modulated high-frequency signal, its reception, selection and demodulation, creating an additional communication line in shaft, converting analog signal into a binary code pulse, providing it with redundancy, exciting TEN-wave with a frequency f = 20 MHz in communication line modulated by information signal, separating code pulse from demodulated signal, checking it and converting into analog signal. System comprises hoisting metal rope, additional metal conductor running along shaft axis, the metal structures of upper receiving platform of mine head gear being interconnected galvanically. Besides, system has transmitter 1, two clock pulse generators 2,3, code transformation units 4,5, synchropulse shaper 6, synchronizing unit 7, line units 8,9, analog-to-digit converter, modulator, transmitter, transmitting antenna, receiving antenna, receiver, demodulator, operating element. EFFECT: improved functional and operating characteristics. 5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к шахтному подъему и может найти применение в аналогичном промышленном подъемно-транспортном оборудовании. The invention relates to a mine hoist and may find application in a similar industrial material handling equipment.

Известен способ, реализованный в устройстве, использующий радиочастотный метод передачи и с движущегося сосуда в условиях шахтного ствола, включающий модуляцию несущего сигнала сигналом от датчика, излучение излученного сигнала, его демодуляцию и измерение [1]. Недостаток известного способа и устройства заключается в нестабильности принимаемого сигнала в условиях шахтного ствола в связи с большим погонным затуханием, требующего использования передатчика повышенной мощности, слабая помехозащищенность, отсутствие проверки, достоверности принятого сигнала. Указанные недостатки не обеспечивают надежность и помехозащищенность передачи-приема информации по всей глубине ствола и ограничивают область применения способа и устройства. A known method implemented in a device using a radio frequency transmission method and from a moving vessel in a mine shaft, including modulating the carrier signal with a signal from the sensor, the radiation of the emitted signal, its demodulation and measurement [1]. The disadvantage of this method and device is the instability of the received signal in a mine shaft due to the large linear attenuation, requiring the use of a high power transmitter, poor noise immunity, lack of verification, the reliability of the received signal. These shortcomings do not provide reliability and noise immunity of the transmission-reception of information throughout the entire depth of the barrel and limit the scope of the method and device.

Целью изобретения является повышение надежности процесса передачи-приема информации в условиях шахтного ствола. The aim of the invention is to increase the reliability of the process of transmission-reception of information in a mine shaft.

Достигается это тем, что аналоговый сигнал от датчика преобразуют в импульсную посылку двоичного кода, снабжают избыточностью, при этом высокочастотный сигнал передатчика модулируют полученным цифровым сигналом и возбуждают в линии связи ТЕМ-волну, и причем после приема, селекции, усиления и демодуляции выделяют кодовую посылку сигнала, проверяют и преобразовывают в аналоговый сигнал. This is achieved by the fact that the analog signal from the sensor is converted into a pulse sending of a binary code, provide redundancy, while the high-frequency signal of the transmitter is modulated by the received digital signal and excite the TEM wave in the communication line, and, after reception, selection, amplification and demodulation, the code packet is isolated signal, check and convert to an analog signal.

Предлагаемый способ передачи-приема информации из движущегося сосуда в условиях шахтного ствола отличается от прототипа преобразованием аналогового сигнала от датчика в импульсную посылку двоичного кода, снабжением его избыточностью, возбуждением в линии связи ТЕМ-волны, выделением кодовой посылки, ее проверкой, корректировкой и преобразованием в аналоговый сигнал, что соответствует критерию изобретения "новизна". The proposed method of transmitting and receiving information from a moving vessel in a mine shaft differs from the prototype in converting an analog signal from a sensor to a pulse sending of a binary code, providing it with redundancy, exciting a TEM wave in a communication line, extracting a code message, checking, correcting and converting it into an analog signal that meets the criteria of the invention of "novelty."

Признаки, отличающие предполагаемый способ от прототипа, в источниках информации по данному разделу техники не обнаружены. Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию изобретения "существенные отличия". Signs that distinguish the proposed method from the prototype, in the sources of information in this section of the technology are not found. Thus, the proposed method meets the criteria of the invention "significant differences".

Сущность способа заключается в следующем: для обеспечения помехозащищенности аналоговый сигнал преобразуют в кодоимпульсную посылку двоичного кода и снабжают избыточностью, после демодуляции выделяют кодовую посылку, проверяют (если она искажена помехой - запрещают использовать) и преобразуют в аналоговый сигнал; для обеспечения надежности высокочастотный кодоимпульсный сигнал передатчика возбуждают, образуя ТЕМ-волну. В этой волне силовые линии напряженности электрического и магнитного полей полностью лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, т.е. электрическое и магнитное поле не имеют продольной составляющей, такую структуру имеет поле двухпроводной линии, в нашем случае образованной подъемными канатами и армировкой ствола. Электромагнитное поле в системе с граничными условиями удобно описать электрическими

Figure 00000002
и магнитными
Figure 00000003
векторами Герца. Напряженность электрического
Figure 00000004
и магнитного
Figure 00000005
полей выражается через
Figure 00000006
и
Figure 00000007
в общем случае следующим образом:
Figure 00000008
= grad div
Figure 00000009
+ k
Figure 00000010

Figure 00000011
= -j
Figure 00000012
rot
Figure 00000013

Figure 00000014
= j
Figure 00000015
rot
Figure 00000016
[1]
H = grad div
Figure 00000017
+ k2
Figure 00000018
, где εa′ - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды;
μa′- абсолютная магнитная проницаемость;
k =
Figure 00000019
- волновое число.The essence of the method is as follows: to ensure noise immunity, the analog signal is converted into a code-pulse sending of a binary code and provided with redundancy, after demodulation, the code message is extracted, checked (if it is distorted by interference, it is forbidden to use) and converted to an analog signal; to ensure reliability, a high-frequency code-pulse signal of the transmitter is excited, forming a TEM wave. In this wave, the lines of force of the electric and magnetic fields lie completely in a plane perpendicular to the direction of wave propagation, i.e. the electric and magnetic fields do not have a longitudinal component; the field of the two-wire line, in our case, formed by hoisting ropes and barrel reinforcement, has such a structure. It is convenient to describe the electromagnetic field in a system with boundary conditions by electric
Figure 00000002
and magnetic
Figure 00000003
Hertz vectors. Electric tension
Figure 00000004
and magnetic
Figure 00000005
fields expressed through
Figure 00000006
and
Figure 00000007
in the general case as follows:
Figure 00000008
= grad div
Figure 00000009
+ k
Figure 00000010

Figure 00000011
= -j
Figure 00000012
rot
Figure 00000013

Figure 00000014
= j
Figure 00000015
rot
Figure 00000016
[1]
H = grad div
Figure 00000017
+ k 2
Figure 00000018
where ε a ′ is the absolute dielectric constant of the medium;
μ a ′ is the absolute magnetic permeability;
k =
Figure 00000019
is the wave number.

Из несложных математических преобразований и введя условие ограниченности электромагнитного поля поверхностями армировки ствола, убеждаемся, что векторы

Figure 00000020
и
Figure 00000021
имеют лишь по одной компоненте, совпадающей с осью, причем эти компоненты имеют вид волны, распространяющиеся вдоль оси Z. Для положительного направления распространения можно записать:
Figure 00000022
= Пee
Figure 00000023

Figure 00000024
= Пμe
Figure 00000025
, [2] где
Figure 00000026
и
Figure 00000027
- скалярные функции, зависящие только от поперечных координат;
BZ - постоянная распространения;
Zo - орт вдоль оси Z.From simple mathematical transformations and introducing the condition of boundedness of the electromagnetic field by the surfaces of the barrel reinforcement, we make sure that the vectors
Figure 00000020
and
Figure 00000021
have only one component coinciding with the axis, and these components have the form of waves propagating along the Z axis. For a positive propagation direction, we can write:
Figure 00000022
= П e e e
Figure 00000023

Figure 00000024
= П μ e
Figure 00000025
, [2] where
Figure 00000026
and
Figure 00000027
- scalar functions depending only on the transverse coordinates;
B Z is the propagation constant;
Z o - unit along the Z axis.

Дальнейшее математическое преобразование приводит к формуле:
П+

Figure 00000028
k 2 o -
Figure 00000029
П= 0 [3].Further mathematical transformation leads to the formula:
П +
Figure 00000028
k 2 o -
Figure 00000029
E = 0 [3].

Отсюда видно, что задача определения магнитного поля в шахтном стволе сводится к решению уравнения (3) в плоской области, представляющей собой поперечное сечение ствола. This shows that the task of determining the magnetic field in the shaft is reduced to solving equation (3) in a flat region, which is a cross section of the shaft.

Вышеуказанное позволяет сделать вывод о возможности использования линии связи, образованной армировкой ствола и подъемными канатами. Как видно из (3), антенну приемника необходимо располагать на армировке, а передатчика - на подъемном канате. The above allows us to conclude that it is possible to use a communication line formed by the trunk reinforcement and lifting ropes. As can be seen from (3), the antenna of the receiver must be located on the reinforcement, and the transmitter on the hoisting rope.

Возбуждение ТЕМ-волны ведется на частоте 30 мГц. Выбор этой частоты обусловлен рядом факторов:
малым погонным затуханием;
достаточно высокой эффективностью малогабаритной рамочной антенной, это дает возможность генерировать весьма малые мощности порядка 20 - 30 мВт;
ТЕМ-волны в этом диапазоне частот формируются в реальных условиях армировкой ствола и подъемным канатом;
в замкнутом канале связи, не имеющем согласующих устройств на его концах, имеют место "мертвые" зоны, связанные со сложением падающей и отраженных волн. На частотах 30 мГц добротность системы падает, т.е. глубина "мертвых" зон уменьшается практически до нуля, что подтверждается данными экспериментами;
величина "замираний" на 30 мГц составляет 3 - 4 дБ, что объясняется увеличением суммарных потерь на поглощение и рассеяние на концах ствола (на подъемном сосуде и на нижней площадке копра), при этом амплитуда отраженного сигнала уменьшается, что приводит к уменьшению "замираний" за счет образования стоячих волн.
The TEM wave is excited at a frequency of 30 MHz. The choice of this frequency is due to several factors:
low linear attenuation;
sufficiently high efficiency of a small-sized loop antenna, this makes it possible to generate very small powers of the order of 20-30 mW;
TEM waves in this frequency range are formed in real conditions by barrel reinforcement and a lifting rope;
in a closed communication channel that does not have matching devices at its ends, there are "dead" zones associated with the addition of incident and reflected waves. At frequencies of 30 MHz, the quality factor of the system decreases, i.e. the depth of the "dead" zones is reduced to almost zero, which is confirmed by these experiments;
the value of “fading” at 30 MHz is 3–4 dB, which is explained by an increase in the total losses due to absorption and scattering at the ends of the barrel (on the lifting vessel and on the lower platform of the copra), while the amplitude of the reflected signal decreases, which leads to a decrease in “fading” due to the formation of standing waves.

Как показали исследования, с точки зрения таких факторов как "замирания", возможность передачи широкого спектра информационных частот и малой величины промышленных помех оптимальной является область частот вблизи 30 мГц. As studies have shown, from the point of view of factors such as "fading", the possibility of transmitting a wide range of information frequencies and a small amount of industrial interference is optimal in the frequency range near 30 MHz.

Данный способ по сравнению с прототипом обеспечивает значительно более высокую надежность, что видно из экспериментальных диаграмм на фиг. 4 изменения уровня сигнала при движении клети в экспериментальном образце устройства, реализующего заявленный способ. This method, compared with the prototype, provides significantly higher reliability, which can be seen from the experimental diagrams in FIG. 4 changes in signal level during movement of the stand in an experimental sample of a device that implements the claimed method.

Известно устройства [1] передачи-приема информации по линии связи, образованной армировкой ствола и подъемным канатом, ограниченной металлическими конструкциями верхней приемной площадки копра и подъемным сосудом, содержащее смонтированное в подъемном сосуде передающее устройство, включающее последовательно связанные между собой датчик, электронный преобразователь, модулятор, передатчик, передающую антенну с кабелем и размещенное в стволе приемное устройство, включающее последовательно связанные между собой приемную антенну, приемник, демодулятор и исполнительное устройство. Недостатком этого устройства является нестабильность принимаемого сигнала в условиях шахтного ствола в связи с большим погонным затуханием, требующая передатчика повышенной мощности, слабая помехозащищенность, отсутствие проверки достоверности принятого сигнала. Указанные недостатки не обеспечивают надежность и помехозащищенность передачи-приема информации по всей глубине ствола и ограничивают область применения устройства. It is known device [1] transmitting and receiving information on a communication line formed by a barrel reinforcement and a lifting rope, limited by metal structures of the copra upper receiving platform and a lifting vessel, comprising a transmitting device mounted in a lifting vessel, including a sensor, an electronic converter, a modulator connected in series , a transmitter, a transmitting antenna with a cable and a receiving device located in the barrel, including a receiving antenna connected in series with each other, receiving nickname, demodulator and actuator. The disadvantage of this device is the instability of the received signal in the mine shaft due to the large linear attenuation, requiring a high power transmitter, poor noise immunity, lack of verification of the reliability of the received signal. These shortcomings do not provide reliability and noise immunity of the transmission-reception of information throughout the entire depth of the barrel and limit the scope of the device.

Целью изобретения является повышение надежности передачи-приема. The aim of the invention is to increase the reliability of transmission-reception.

Эта цель достигается тем, что в смонтированном на подъемном сосуде передающем устройстве, кроме датчика, модулятора, передатчика, передающей антенны с кабелем размещены аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, узел преобразования кода, формирователь синхросигналов, линейный узел, при этом датчик соединен с аналого-цифровым преобразователем, к которому подключен генератор тактовых импульсов, а выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к узлу преобразования кода и формирователю синхросигналов, соединенными через линейный узел с модулятором и далее последовательно с модулятором, кабелем и передающей антенной, приемное устройство размещено в стволе шахты, кроме последовательно соединенных приемной антенны, приемника, демодулятора и исполнительного устройства, содержит линейный узел, узел синхронизации, генератор тактовых импульсов, узел преобразования кода и цифроаналоговый преобразователь, причем выход демодулятора соединен с линейным узлом, выход линейного узла соединен с узлом защиты кода и узлом синхронизации, а генератор тактовых импульсов так же соединен с узлом преобразования кода, выход которого через цифроаналоговый преобразователь подключен к исполнительному устройству. This goal is achieved by the fact that in the transmitter mounted on the lifting vessel, in addition to a sensor, a modulator, a transmitter, a transmitting antenna with a cable, an analog-to-digital converter, a clock pulse generator, a code conversion unit, a clock generator, a linear unit are placed, while the sensor is connected to an analog-to-digital converter, to which a clock generator is connected, and the outputs of the analog-to-digital converter are connected to a code conversion unit and a clock driver, data through a linear node with a modulator and then sequentially with a modulator, cable and transmitting antenna, the receiving device is located in the mine shaft, in addition to the receiving antenna, receiver, demodulator and actuator connected in series, contains a linear node, a synchronization node, a clock generator, a conversion node a code and a digital-to-analog converter, the demodulator output being connected to a linear node, the line node output being connected to a code protection node and a synchronization node, and the clock generator O pulses also connected to the code conversion unit, which output through a digital to analog converter is connected to the actuator.

Предлагаемое устройство отличается от прототипа наличием аналого-цифрового преобразователя, генератора тактовых импульсов, узла преобразования кода, формирователя синхросигналов, линейным узлом передающей части, линейным узлом, узлом преобразования кода, узлом синхронизации, генератором тактовых импульсов, цифроаналоговым преобразователем в приемной части, при этом в передающей части датчик соединен с аналого-цифровым преобразователем, к которому подключен генератор тактовых импульсов, а выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к узлу преобразования кода и формирователю синхросигналов, соеди- ненными через линейный узел с модулятором в приемной части устройства, выход демодулятора соединен с линейным узлом, выход линейного узла соединен с узлом преобразования кода, выход которого через цифроаналоговый преобразователь подключен к исполнительному устройству, что соответствует критерию изобретения "новизна". The proposed device differs from the prototype by the presence of an analog-to-digital converter, a clock pulse generator, a code conversion unit, a clock generator, a linear transmitting unit, a linear unit, a code conversion unit, a synchronization unit, a clock generator, a digital-to-analog converter in the receiving part, while the transmitting part, the sensor is connected to an analog-to-digital converter, to which a clock pulse generator is connected, and the outputs of the analog-to-digital converter connected to the code conversion node and the clock generator connected via a linear node with a modulator in the receiving part of the device, the output of the demodulator is connected to the linear node, the output of the linear node is connected to the code conversion node, the output of which is connected to the actuator through the digital-to-analog converter, which corresponds to the criteria of the invention of "novelty."

Признаки, отличающие предлагаемое устройство для прототипа, в источниках информации по данному разделу не обнаружены, таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию "существенные отличия". Signs that distinguish the proposed device for the prototype, the information sources for this section were not found, thus, the proposed device meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 показано расположение устройства в шахтном стволе; на фиг. 2 - структурная схема устройства; на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства в динамике. In FIG. 1 shows the location of the device in the shaft; in FIG. 2 is a block diagram of a device; in FIG. 3 - time diagrams of the device in dynamics.

Подъемный сосуд 1 с передатчиком 2, находящийся в шахтном стволе 3 и закрепленный на подъемном канате 4 с установленной на нем передающей антенной 5 на расстоянии l = c/2 f (где c - скорость света, f - частота возбуждения ТЕМ-волны) от сосуда 1 и приемной антенны 6, находящейся на расстоянии l = c/2 f (где c - скорость света, f - частота возбуждения ТЕМ-волны) от металлических конструкций 7 верхней части копра, и связанную кабелем 8 с приемником 9. Датчик 10, генератор тактовых импульсов 11, подключенные к аналого-цифровому преобразователю 12, электрически связаны через узел преобразования кода 13 и формирователь синхроимпульсов 14 с линейным узлом 15, который соединен с модулятором 16, который в свою очередь с передатчиком 17, подключенным к передающей антенне 5. Приемная часть устройства включает в себя демодулятор 18, подключенный через линейный узел 19 к узлу синхронизации 20 и к узлу преобразования кода 21, в свою очередь узел синхронизации подключен к генератору тактовых импульсов 22, который связан с узлом преобразования кода 21, электрически соединенного с цифроаналоговым преобразователем 23, подключенного к исполнительному устройству 24. A lifting vessel 1 with a transmitter 2 located in a shaft 3 and mounted on a lifting cable 4 with a transmitting antenna 5 mounted on it at a distance l = c / 2 f (where c is the speed of light, f is the excitation frequency of the TEM wave) from the vessel 1 and a receiving antenna 6, located at a distance l = c / 2 f (where c is the speed of light, f is the excitation frequency of the TEM wave) from the metal structures 7 of the upper part of the pile, and connected by a cable 8 to the receiver 9. Sensor 10, generator clock pulses 11 connected to an analog-to-digital Converter 12 are electrically connected Through the code conversion node 13 and the clock generator 14 with a linear node 15, which is connected to a modulator 16, which in turn is connected to a transmitter 17 connected to the transmitting antenna 5. The receiving part of the device includes a demodulator 18 connected via a linear node 19 to the node synchronization 20 and to the code conversion unit 21, in turn, the synchronization unit is connected to the clock generator 22, which is connected to the code conversion unit 21, electrically connected to the digital-to-analog converter 23, connected to the actuator 24.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Аналоговый сигнал от датчика 10, частотой до сотен герц и величиной 1,5 поступает в аналогово-цифровой преобразователь 12, выполненный на микросхемах серии К 155, преобразуют его в параллельный 4-разрядный код стандартной амплитуды с частотой 1000 Гц, определяемой генератором тактовых импульсов 11, выполненного на микросхеме К 155 АГ1. Практикой и анализом заявители пришли к выводу, что для телеметрических целей в условиях шахт необходим и достаточен 2-импульсный код, что позволяет передать числа до 15, что соответствует 1111. С целью сужения полосы пропускания радиочастотного тракта передачи и приема узел преобразования кода 13, выполненный на микросхемах серии К 155, преобразует параллельный двоичный код, поступающий с преобразователя 12 в последовательный. В узел преобразования кода 13 включена микросхема К 155 ИП2 (восьмиразрядная схема для проверки на четность или нечетность суммы единиц), которая в случае четности входного сигнала, поступившего с аналого-цифрового преобразователя 12, добавляет единицу, если сигнал нечетный, ноль. Таким образом формируется пятиразрядный код: четыре разряда несут непосредственную информацию, а пятый разряд является служебным. Сигнал с аналого-цифрового преобразователя 12 поступает также на формирователь синхроимпульсов 14, который управляет прохождением импульсов последовательно двоичного кода через подачу синхроимпульсов на второй вход линейного узла 15, который представляет собой формирователь-усилитель, реализованный на микросхемах К 155. Сформированная на выходе линейного узла 15 кодовая посылка, состоящая из 4-х информационных импульсов и пятого проверочного, поступает в импульсный модулятор 16, собранный по классической схеме, который открывает или закрывает прохождение высокочастотных колебаний передатчика 17 (собранного на ВЧ транзисторах). Задающий генератор передатчика 17 настроен на частоту 30 МГц. В передающей антенне 5 таким образом формируются импульсы кода и синхронизации, заполненные высокочастотными колебаниями 30 МГц несущей частоты передатчика, выходная мощность которого составляет 30 мВт. Передающая и приемная антенны выполнены идентично и представляют собой открытый рамочный автотрансформаторный контур, настроенный на частоту 30 МГц. Контур согласован с выходом передатчика (входом приемника) путем подбора витков. Заявители остановились на следующем варианте, показавшем наилучшие результаты. The proposed device operates as follows. The analog signal from the sensor 10, with a frequency of up to hundreds of hertz and a value of 1.5, enters the analog-to-digital converter 12, executed on the K 155 series microcircuits, and converts it into a parallel 4-bit code of standard amplitude with a frequency of 1000 Hz determined by the clock generator 11 made on the K 155 AG1 chip. Through practice and analysis, the applicants came to the conclusion that for telemetry purposes in a mine environment a 2-pulse code is necessary and sufficient, which allows transmitting numbers to 15, which corresponds to 1111. In order to narrow the passband of the radio frequency transmission and reception channel 13 code conversion unit, made on K-series microcircuits, converts parallel binary code coming from converter 12 to serial. The code conversion node 13 includes the K 155 IP2 chip (an eight-bit circuit for checking the evenness or oddness of the sum of units), which, if the input signal from the analog-to-digital converter 12 is even, adds one, if the signal is odd, zero. Thus, a five-digit code is formed: four digits carry direct information, and the fifth digit is an auxiliary one. The signal from the analog-to-digital Converter 12 is also fed to the clock generator 14, which controls the passage of pulses of a sequential binary code through the supply of clock pulses to the second input of the linear node 15, which is a driver-amplifier implemented on the K 155 chips. Formed at the output of the linear node 15 the code package, consisting of 4 information pulses and a fifth test pulse, enters the pulse modulator 16, assembled according to the classical scheme, which opens or closes flushes the passage of high-frequency oscillations of the transmitter 17 (assembled to the RF transistors). The master oscillator of the transmitter 17 is tuned to a frequency of 30 MHz. In the transmitting antenna 5, code and synchronization pulses are thus formed, filled with high-frequency oscillations of 30 MHz of the transmitter carrier frequency, the output power of which is 30 mW. The transmitting and receiving antennas are identical and represent an open frame autotransformer circuit tuned to a frequency of 30 MHz. The circuit is matched to the transmitter output (receiver input) by selecting turns. The applicants settled on the next option, which showed the best results.

Рамочная катушка со сторонами 90х30 мм намотана на жестком каркасе и состоит из 4-х витков провода ПЭВ-2-1,0 с шагом намотки 3 мм. Рамка с подключенным параллельно подстроенным конденсатором заключена в изоляционный корпус с внешними габаритами 140х100х40 мм. Корпус антенны крепится металлическими немагнитными скобами. Имеется возможность подстройки антенны конденсатором через отверстие в корпусе. Высокочастотные колебания, модулированные кодовой посылкой и импульсами синхронизации, принимаются приемной рамочной антенной 6, реагирующей на магнитную составляющую ТЕМ-волны и поступают на вход приемника 9, представляющего собой супергетеродин, выполненной на интегральной микросхеме серии К 237, который имеет чувствительность 300 мкV и полосу пропускания 15 КГц. В приемнике 9 происходит селекция и усиление принятого сигнала, поступающего затем в демодулятор 18, где происходит выделение импульсов кодовой посылки и импульсов синхронизации, которые формируются и усиливаются в линейном узле 19 и поступают в узел синхронизации 20, где происходит выделение синхроимпульсов, поступающих затем в генератор тактовых импульсов 22, выполненный на микросхеме К 155 АГ1, и в узел преобразования кода 21. Выделенная демодулятором 18 и усиленная в линейном узле 19, кодовая пятиразрядная посылка импульсов поступает в узел преобразования кода 21, в состав которого входит микросхема К 155 ИП2, проверяющая пятиразрядную посылку, если сумма единиц первых четырех импульсов посылки четная и пятый импульс единица или если сумма единиц первых четырех импульсов посылки нечетная и пятый импульс ноль, то информация поступает в цифроаналоговый преобразователь 23, который преобразовывает цифровой сигнал в аналоговый, откуда он поступает в исполнительное устройство 24. В случае отрицательного результата узел преобразования кода 21 дает запрет использования данной информации. Большая скорость передачи информации (830 бит/сек) практически не ведет к потере информации, т.к. происходит 90 измерений в секунду. Вышеуказанные узлы 19, 20, 21, 22, 23 реализованы на микросхемах серии К 155. The frame coil with sides 90x30 mm is wound on a rigid frame and consists of 4 turns of wire PEV-2-1.0 with a winding pitch of 3 mm. The frame with a parallel-tuned capacitor is enclosed in an insulating casing with external dimensions of 140x100x40 mm. The antenna body is attached with non-magnetic metal brackets. It is possible to adjust the antenna with a capacitor through an opening in the housing. High-frequency oscillations modulated by a code transmission and synchronization pulses are received by a receiving frame antenna 6 that responds to the magnetic component of the TEM wave and is fed to the input of the receiver 9, which is a superheterodyne made on an integrated circuit of the K 237 series, which has a sensitivity of 300 μV and a passband 15 kHz. In the receiver 9, the received signal is selected and amplified, which then enters the demodulator 18, where the code-sending pulses and synchronization pulses are extracted, which are generated and amplified in the linear node 19 and fed to the synchronization node 20, where the clock pulses are extracted, which are then transmitted to the generator clock pulses 22, performed on the K 155 AG1 chip, and to the code conversion unit 21. Dedicated by the demodulator 18 and amplified in the linear node 19, the five-bit code sending of the pulses enters the node p code conversion 21, which includes the K 155 IP2 chip, which checks the five-digit parcel, if the sum of the units of the first four parcel pulses is even and the fifth pulse is one, or if the sum of the units of the first four parcel pulses is odd and the fifth pulse is zero, then the information goes to the digital-to-analog converter 23 , which converts the digital signal to analog, from where it enters the actuator 24. In the case of a negative result, the code conversion unit 21 prohibits the use of this information ui. The high speed of information transfer (830 bps) practically does not lead to information loss, because 90 measurements per second occur. The above nodes 19, 20, 21, 22, 23 are implemented on the K 155 series microcircuits.

Для пояснения и наглядности работы устройства в динамике приведены временные диаграммы, фиг. 3. В данном примере сигнал от датчика 10 имел величину 0,7 V. Временные диаграммы даны на выходе указанных блоков. Аналоговый сигнал от датчика 10 имеет в частном случае вид 25а. Теорема Котельнокова показывает, что между передачами дискретного и непрерывного сигнала принципиальной разницы нет, т.е. сигнал можно передать в виде дискретных значений вида 25б, поэтому в качестве примера проследим передачу информации, соответствующей напряжению 0,7 V, что соответствует значению t на виде 25а. Генератор тактовых импульсов 11 генерирует тактовые импульсы с частотой 1000 Гц, вид 26, которые квантуют аналоговый сигнал от датчика 10, что видно на виде 25б. Информация, соответствующая значению t на виде 25б (0,7 V), аналого-цифровым преобразователем 12 преобразуется в параллельный код вида 27, который позволяет существенно сократить время обработки информации. Однако только при последовательном коде числа все его разряды могут быть зафиксированы на одном элементе и переданы по одному каналу информации, что значительно усложняет устройство. Поэтому параллельный код узлом преобразования кода 13 преобразуется в последовательный код вида 28 а, затем снабжается служебным избыточным разрядом в вид 28б, образуя кодовую посылку. Так как значения узловых сигналов элементами цифровых устройств воспринимаются не непрерывно, а в дискретные моменты времени, интервал между которыми называют рабочим циклом (Т цикла), за один рабочий цикл в цифровых устройствах осуществляется одно элементарное преобразование, поступившей на вход кодовой посылки. Дискретизация времени осуществляется формирователем синхроимпульсом 14, вырабатывающем синхроимпульсы вида 29. Линейный узел 15 формирует Т цикла, образованный кодовой посылкой засинхронизированной синхроимпульсами, имеющего вид 30. Импульсный модулятор 16 формирует импульсы вида 31, которые передатчиком 17 преобразуются в вид 32, которые излучаются антенной 5, принимаются антенной 6 и поступают в приемник 9, где селектируются, усиливаются и поступают в демодулятор 18 в виде 33, где происходит выделение импульсов кодовой посылки и импульсов синхронизации в виде 34. Синхроимпульсы вида 36 из узла синхронизации 20 поступают в генератор тактовых импульсов 22, который формирует тактовые импульсы вида 35. Кодовая посылка, выделенная демодулятором 18, усиленная в линейном узле 19 вида 37а, поступает в узел преобразования кода 21, где преобразуется в вид 37б, а затем в виде 38. Сигнал вида 38 поступает на вход цифроаналогового преобразователя 23, который преобразует его в аналоговый сигнал вид 39, который поступает в исполнительное устройство 24. To clarify and illustrate the operation of the device in dynamics, time diagrams are given, FIG. 3. In this example, the signal from the sensor 10 had a value of 0.7 V. Timing diagrams are given at the output of these blocks. The analog signal from the sensor 10 has the particular form 25a. Kotelnokov's theorem shows that there is no fundamental difference between the transmissions of a discrete and continuous signal, i.e. the signal can be transmitted in the form of discrete values of the form 25b, therefore, as an example, we trace the transmission of information corresponding to a voltage of 0.7 V, which corresponds to the value of t in the form 25a. The clock generator 11 generates clock pulses with a frequency of 1000 Hz, type 26, which quantize the analog signal from the sensor 10, which can be seen in view 25b. The information corresponding to the value of t in the form 25b (0.7 V), the analog-to-digital Converter 12 is converted into a parallel code of the form 27, which can significantly reduce the processing time of the information. However, only with a sequential code of a number all its bits can be fixed on one element and transmitted over one channel of information, which greatly complicates the device. Therefore, the parallel code by the code converting unit 13 is converted into a serial code of the form 28a, then it is supplied with a service overdischarge in the form 28b, forming a code message. Since the values of the nodal signals by the elements of digital devices are not perceived continuously, but at discrete points in time, the interval between which is called the duty cycle (T cycle), for one duty cycle in digital devices one elementary conversion is received at the input of the code message. Time sampling is carried out by the sync pulse generator 14 generating clock type 29 pulses. Linear node 15 generates a T cycle formed by a code packet of synchronized clock pulses of the form 30. Pulse modulator 16 generates type 31 pulses, which are transmitted by transmitter 17 to form 32, which are emitted by antenna 5, are received by antenna 6 and fed to receiver 9, where they are selected, amplified, and fed to demodulator 18 in the form 33, where code pulses and sync pulses are extracted onization in the form 34. The clock pulses of type 36 from the synchronization node 20 are sent to a clock pulse generator 22, which generates clock pulses of the form 35. The code packet, selected by the demodulator 18, amplified in the linear node 19 of the form 37a, goes to the code conversion node 21, where in the form 37b, and then in the form of 38. A signal of the form 38 is fed to the input of the digital-to-analog converter 23, which converts it into an analog signal of the form 39, which is supplied to the actuator 24.

Взаимосвязь и необходимость вышеперечисленных блоков вытекает из описания устройства, реализующего предлагаемый способ. The relationship and the need for the above blocks follows from the description of the device that implements the proposed method.

Передающая антенна 5 представляет собой малогабаритную прямоугольную рамку, состоящую из четырех витков провода. Длинной стороной рамка крепится к канату с помощью скоб, причем для максимального электрического согласования точка крепления находится на расстоянии l = c/2 f от сосуда, где c - скорость света, а f - частота возбуждения ТЕМ-волны. Параметры рамки - ее индуктивность и емкость выбраны так, что образуют настроенный в резонанс с колебаниями передатчика частотой 30 МГц контур. Таким образом, существенно повышается эффективность малогабаритной антенны и благодаря ее узкополосности подавляются частоты боковых гармоник. Возбуждение рамкой электрических колебаний в линии, образованной армировкой ствола и подъемным канатом, ограниченную металлическими конструкциями верхней приемной площадки копра и подъемным сосудом, способствует образованию ТЕМ-волны, характерной для этого случая. Приемная антенна 6 аналогична передающей. Так как рамочные антенны чувствительны к магнитной составляющей, то их применение в данном случае предпочтительнее. Крепится приемная антенна длинной стороной рамки вдоль ствола шахты на расстоянии l = c/2 f от металлических конструкций верхней приемной площадки копра, где c - скорость света, а f - частота возбуждения ТЕМ-волны. The transmitting antenna 5 is a small rectangular frame consisting of four turns of wire. The long side of the frame is attached to the rope using brackets, and for maximum electrical coordination, the attachment point is at a distance l = c / 2 f from the vessel, where c is the speed of light and f is the excitation frequency of the TEM wave. The parameters of the frame - its inductance and capacitance are chosen so that they form a circuit tuned to resonance with the oscillations of the transmitter with a frequency of 30 MHz. Thus, the efficiency of a small-sized antenna is significantly increased and, due to its narrow-band, the frequencies of side harmonics are suppressed. The excitation by the frame of electrical vibrations in the line formed by the barrel reinforcement and the lifting rope, limited by the metal structures of the copra upper receiving platform and the lifting vessel, contributes to the formation of the TEM wave characteristic of this case. The receiving antenna 6 is similar to the transmitting one. Since the loop antennas are sensitive to the magnetic component, their use in this case is preferable. A receiving antenna is attached with the long side of the frame along the shaft of the shaft at a distance l = c / 2 f from the metal structures of the upper receiving platform of the copra, where c is the speed of light and f is the excitation frequency of the TEM wave.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет реализовать передачу-прием информации посредством модулированного радиосигнала в условиях шахтного ствола, обеспечивая высокую надежность. Как известно, надежностью называется свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Только применение цифровой манипуляции по сравнению с аналоговым сигналом позволяет повысить помехозащищенность минимум на порядок. В нашем случае вероятность ошибочного приема одного отсчета ≈ 10-6, что подтверждено проведенным экспериментом.Thus, the proposed device allows for the transmission and reception of information by means of a modulated radio signal in a mine shaft, providing high reliability. As you know, reliability is the property of a product to perform specified functions, while maintaining its performance in predetermined limits for the required period of time. Only the use of digital manipulation in comparison with an analog signal can increase the noise immunity by at least an order of magnitude. In our case, the probability of an erroneous reception of one count is ≈ 10 -6 , which is confirmed by the experiment.

Claims (4)

1. Способ передачи-приема информации в условиях шахтного ствола по линии связи, содержащей подъемный металлический канат, включающий модуляцию несущего сигнала информационным сигналом, возбуждение в линии связи модулированного высокочастотного сигнала, его прием, селекцию и демодуляцию, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет использования в качестве несущей волны ТЕМ-волну, в стволе создают дополнительную линию связи, представляющую собой металлический канат, закороченный в нижней и верхней частях ствола, аналоговый информационный сигнал преобразуют в импульсную посылку двоичного кода, снабжают избыточностью, возбуждают в линии связи модулированную информационным цифровым сигналом ТЕМ-волну частотой f = 30 МГц, из демодулированного сигнала выделяют кодовую посылку, проверяют ее и преобразовывают в аналоговый сигнал. 1. A method of transmitting / receiving information in a mine shaft via a communication line containing a lifting metal rope, comprising modulating a carrier signal with an information signal, exciting a modulated high-frequency signal in a communication line, receiving, selecting and demodulating, characterized in that, in order to increase reliability due to the use of a TEM wave as a carrier wave, an additional communication line is created in the trunk, which is a metal rope shorted in the lower and upper parts of the trunk, analogues th information signal is converted into a binary pulse package, provided with redundancy to excite link modulated digital information signal TEM wave frequency f = 30 MHz, is isolated from the demodulated signal sending code, it is checked and converted to an analog signal. 2. Система передачи-приема информации в условиях шахтного ствола по линии связи, представляющей собой подъемный металлический канат, содержащая смонтированное в подъемном сосуде передающее устройство, включающее датчик и модулятор, через передатчик, подключенный к передающей антенне, и размещенные в стволе шахты приемное устройство, включающее приемную антенну, через приемник и демодулятор подключенную к линейному блоку, и исполнительный элемент, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности за счет использования в качестве несущей волны ТЕМ-волны, она снабжена дополнительным металлическим проводником, установленным вдоль оси ствола, металлические конструкции верхней приемной площадки копра гальванически соединены между собой, подъемный сосуд выполнен металлическим, при этом она снабжена двумя генераторами тактовых импульсов, аналого-цифровым преобразователем, двумя узлами преобразования кода, вторым линейным блоком, формирователем синхросигнала, узлом синхронизации и цифроаналоговым преобразователем, причем датчик подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, первый выход которого через первый узел преобразования кода подключен к первому входу второго линейного блока, выход которого подключен к входу модулятора, первый генератор тактовых импульсов подключен к второму входу аналого-цифрового преобразователя, второй выход которого через формирователь синхросигнала подключен к второму входу второго линейного блока, выход демодулятора подключен к входу первого линейного блока, выход которого подключен к первым входам второго преобразователя кода и узла синхронизации, выход которого через второй генератор тактовых импульсов подключен к второму входу второго узла преобразования кода, выход которого через цифроаналоговый преобразователь подключен к исполнительному элементу. 2. The system of transmitting and receiving information in the conditions of a mine shaft via a communication line, which is a lifting metal rope, containing a transmitter mounted in a lifting vessel, including a sensor and a modulator, through a transmitter connected to a transmitter antenna, and a receiver device located in the shaft of the shaft, including a receiving antenna, through a receiver and a demodulator connected to a linear block, and an actuating element, characterized in that, in order to increase reliability by using as a carrier TEM waves, it is equipped with an additional metal conductor installed along the axis of the barrel, the metal structures of the copra upper receiving platform are galvanically connected to each other, the lifting vessel is made of metal, and it is equipped with two clock generators, an analog-to-digital converter, and two conversion nodes code, a second linear block, a clock driver, a synchronization unit and a digital-to-analog converter, the sensor being connected to the first input of analog-to-digital of the first converter, the first output of which is connected through the first node of the code conversion to the first input of the second linear block, the output of which is connected to the input of the modulator, the first clock generator is connected to the second input of the analog-to-digital converter, the second output of which is connected to the second input of the second through the clock generator a linear block, the demodulator output is connected to the input of the first linear block, the output of which is connected to the first inputs of the second code converter and synchronization node, Exit is via a second clock pulse generator is connected to the second input node of the second code conversion, which is output through a digital to analog converter is connected to the actuator element. 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что передатчик настроен на частоту f = 30 МГц. 3. The system according to claim 2, characterized in that the transmitter is tuned to a frequency f = 30 MHz. 4. Система по п.2, отличающаяся тем, что приемная и передающая антенны выполнены в виде прямоугольной рамки, причем передающая антенна закреплена на подъемном металлическом канате длинной стороной вдоль его оси на расстоянии l = C/2f (где C - скорость света, f - частота возбуждения ТЕМ-волны) от сосуда, а приемная антенна закреплена на армировке ствола длинной стороной вдоль шахты и на расстоянии l = C/2f от металлических конструкций верхней приемной площадки копра. 4. The system according to claim 2, characterized in that the receiving and transmitting antennas are made in the form of a rectangular frame, and the transmitting antenna is mounted on a lifting metal rope with the long side along its axis at a distance l = C / 2f (where C is the speed of light, f is the excitation frequency of the TEM wave) from the vessel, and the receiving antenna is mounted on the barrel reinforcement with the long side along the shaft and at a distance l = C / 2f from the metal structures of the copra upper receiving platform.
SU4873688 1990-06-04 1990-06-04 Method and system for transmission and reception of information through communication line in mine shaft RU2022904C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4873688 RU2022904C1 (en) 1990-06-04 1990-06-04 Method and system for transmission and reception of information through communication line in mine shaft

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4873688 RU2022904C1 (en) 1990-06-04 1990-06-04 Method and system for transmission and reception of information through communication line in mine shaft

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2022904C1 true RU2022904C1 (en) 1994-11-15

Family

ID=21540266

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4873688 RU2022904C1 (en) 1990-06-04 1990-06-04 Method and system for transmission and reception of information through communication line in mine shaft

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2022904C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 706305, кл. B 66B 5/12, 1977. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2004253118B2 (en) Through-the-earth radio
US6869019B1 (en) Communication device
US4242661A (en) Device for registration of objects
RU2000131621A (en) CONTACTLESS DATA TRANSMISSION DEVICE
US5845220A (en) Communication method and apparatus with signals comprising scalar and vector potentials without electromagnetic fields
CA2370164A1 (en) High-precision measuring method and apparatus
CA2142947A1 (en) Apparatus and Method for Reading Utility Meters
Tell Piezoelectric ultrasonic harmonic generation in cadmium sulfide
CN114487523B (en) Field intensity coherent synthesis method and system of distributed microwave radiation source
US3760274A (en) Modulation of polarization orientation and concurrent conventional modulation of the same radiated carrier
RU2022904C1 (en) Method and system for transmission and reception of information through communication line in mine shaft
Neukomm et al. Passive wireless actuator control and sensor signal transmission
US5345473A (en) Apparatus for providing two-way communication in underground facilities
Gavan Transponders for the detection and identification of remote cooperative targets
Grandell et al. A remark on the correspondence between the maximum entropy method and the autoregressive model (Corresp.)
CN1433165A (en) Measurement device and method for micropower short-wave FM radio set
Belyaev et al. Compact non-linear power amplifier for wideband underwater and underground near-field magnetic communication systems
WO2003036321A3 (en) High-precision measuring method and apparatus
RU2108675C1 (en) Method and device for secure radio communications
RU2032223C1 (en) Antitheft signalling device with detection of marks
SU1698947A1 (en) Generator
BG51268A3 (en) Method and device for open-air information conveyance by guided beams from electromagnetic waves with lengths under 10 mm
US20040219960A1 (en) Contemplation wave communication device
RU2042147C1 (en) Receiving hydro-acoustic aerial with beam directional pattern and system for energizing electronic equipment of the aerial
SU1378587A1 (en) Method of measuring attenuation of magnetostatic waves