RU2158368C1

RU2158368C1 - Device for on-line wireless communication with underground mine workings

Info

Publication number: RU2158368C1
Application number: RU99110691A
Authority: RU
Inventors: А.Л. Драбкин; Р.М. Проскуряков; М.А. Семенов
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (Технический университет)
Priority date: 1999-05-17
Filing date: 1999-05-17
Publication date: 2000-10-27

Abstract

FIELD: mixing industry; applicable in wireless transmission of information from day surface to underground mine workings. SUBSTANCE: device has transmitting set on day surface and receiving set located in underground mine working. Transmitting set includes transmitter of low-frequency electromagnetic signals with code treatment, power supply unit and transmitting aerial. Receiving set includes receiving aerial, unit for signal amplifying and processing and power supply unit. Introduced into device is retransmitter installed on intermediate horizon and consisting of receiving part, signal time shift unit and transmitting part. EFFECT: increased distance of wireless transmission of on-line and emergency information through rock mass and possibility of its extension following development of mining operations. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для беспроводной передачи информации с дневной поверхности на подземные выработки. The invention relates to the mining industry and is intended for wireless transmission of information from the surface to underground workings.

Известно устройство беспроводной аварийной сигнализации (авторское свидетельство N578455, авторы В.В.Дьяков, А.К.Калашников, Н.М.Корякин и др.), содержащее установленный на поверхности земли передающий полукомплект и установленные в подземных выработках по числу точек оповещения приемные полукомплекты. Передающий полукомплект состоит из узкополосного передатчика электромагнитных сигналов звуковой частоты с блоком питания и системы антенн с заземлителями. В приемный полукомплект входят приемная магнитная антенна, широкополосный усилитель, амплитудный ограничитель, узкополосный усилитель, амплитудный детектор, интегратор и пороговый элемент. Основной недостаток устройства - передача аварийных сигналов на ограниченную дальность. A wireless alarm device is known (copyright certificate N578455, authors V.V. Dyakov, A.K. Kalashnikov, N.M. Koryakin, etc.), containing a transmitting half-set installed on the surface of the earth and receiving stations installed in underground workings by the number of warning points half-sets. The transmitting half-set consists of a narrow-band transmitter of electromagnetic signals of sound frequency with a power supply and a system of antennas with grounding conductors. The receiving half-set includes a receiving magnetic antenna, a broadband amplifier, an amplitude limiter, a narrowband amplifier, an amplitude detector, an integrator, and a threshold element. The main disadvantage of the device is the transmission of alarms to a limited range.

В качестве прототипа может служить авторское свидетельство N876999 (СССР) по кл. E 21 C 35/24, Б.И. N40, 1981, авторы: Д.Н.Волынский, В.В.Дьяков, А.К.Калашников и др. "Устройство шахтной оперативной и аварийной беспроводной связи с подземными выработками". Устройство содержит установленный на поверхности земли передающий комплект, состоящий из блока формирования и подачи аварийного сигнала, передатчика электромагнитных сигналов звуковой частоты, передающей антенны с заземлителями, блока питания и расположенный в горной выработке приемный комплект, включающий приемную антенну, блок усиления и обработки сигнала, блок питания и выходной преобразователь. Блок усиления и обработки сигнала выполнен в виде электронного ключа, дешифратора и усилителя звуковой частоты, вход которого соединен с выходом приемной антенны, а выходы дешифратора подключены соответственно ко входу блока питания и ко входу электронного ключа, причем выходы блока питания подключены ко вторым входам усилителя и дешифратора. As a prototype, copyright certificate N876999 (USSR) according to cl. E 21 C 35/24, B.I. N40, 1981, authors: D.N. Volynsky, V.V. Dyakov, A.K. Kalashnikov and others. "The device mine operational and emergency wireless communications with underground workings." The device comprises a transmitting kit installed on the surface of the earth, consisting of an alarm generating and generating unit, an audio frequency electromagnetic signal transmitter, a transmitting antenna with earthing switches, a power supply unit and a receiving kit located in the mine working area, including a receiving antenna, a signal amplification and processing unit, a unit power supply and output converter. The signal amplification and processing unit is made in the form of an electronic key, a decoder and an audio frequency amplifier, the input of which is connected to the output of the receiving antenna, and the decoder outputs are connected respectively to the input of the power supply and to the input of the electronic key, and the outputs of the power supply are connected to the second inputs of the amplifier and decoder.

Дешифратор выполнен в виде двух параллельно включенных узкополосных фильтров и последовательно соединенных селектора-формирователя, селектора команд вызова и коммутатора, при этом входы селектора-формирователя соединены с выходами узкополосных фильтров, а выход селектора-формирователя соединен со вторым входом коммутатора. The decoder is made in the form of two parallel-connected narrow-band filters and series-connected selector-shaper, selector of call and switch commands, while the inputs of the selector-shaper are connected to the outputs of narrow-band filters, and the output of the selector-shaper is connected to the second input of the switch.

Блок формирования и подачи аварийного сигнала выполнен в виде кнопочного поля, шифратора и последовательно соединенных микрофона, коммутатора и амплитудного компрессора, при этом входы шифратора соединены с выходами кнопочного поля, а выход шифратора соединен со вторым входом компрессора. The alarm generation and supply unit is made in the form of a button field, an encoder and a series-connected microphone, a switch and an amplitude compressor, while the inputs of the encoder are connected to the outputs of the button field, and the output of the encoder is connected to the second input of the compressor.

Недостатком устройства, принятого в качестве прототипа, является ограниченная дальность оперативной и аварийной радиосвязи и отсутствие путей ее увеличения. The disadvantage of the device, adopted as a prototype, is the limited range of operational and emergency radio communications and the lack of ways to increase it.

Задачей изобретения является устранение указанных выше недостатков, т.е. увеличение дальности беспроводной передачи оперативной и аварийной информации через массив горных пород и возможность ее наращивания вслед за развитием горных работ. The objective of the invention is to eliminate the above disadvantages, i.e. an increase in the range of wireless transmission of operational and emergency information through an array of rocks and the possibility of increasing it following the development of mining operations.

Задача решается тем, что в устройство, содержащее установленный на поверхности земли передающий комплект, включающий передатчик электромагнитных сигналов низкой частоты с кодовой обработкой, блок питания и передающую антенну и расположенный в подземной горной выработке приемный комплект, включающий приемную антенну, блоки усиления и обработки сигналов и блок питания, введен установленный на промежуточном горизонте ретранслятор, состоящий из приемной части, блока временного сдвига сигналов и передающей части. При этом блок временного сдвига сигналов включен в виде двух Д-триггеров, одного асинхронного RS-триггера, логического элемента И и RC цепочки временного сдвига, причем прямой выход первого Д-триггера соединен с S-входом RS-триггера, а инверсный выход и прямой выход RS-триггера - со входами элемента И, к выходу которого подсоединен Д-вход второго Д-триггера, прямой выход которого через RC цепочку временной задержки соединен с R-входом RS-триггера. The problem is solved in that in a device containing a transmitting set installed on the surface of the earth, including a low-frequency electromagnetic signal transmitter with code processing, a power supply unit and a transmitting antenna, and a receiving set located in the underground mining, including a receiving antenna, amplification and signal processing units, and a power supply unit, a repeater installed on an intermediate horizon is introduced, consisting of a receiving part, a block of a temporary shift of signals and a transmitting part. In this case, the time shift signal block is included in the form of two D-flip-flops, one asynchronous RS-flip-flop, an AND logic element and an RC time-shift chain, with the direct output of the first D-flip-flop connected to the S-input of the RS-flip-flop, and the inverse output and direct RS-trigger output - with inputs of the And element, to the output of which the D-input of the second D-trigger is connected, whose direct output is connected via the RC time delay circuit to the R-input of the RS-trigger.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема расположения аппаратуры беспроводной передачи информации через массив горных пород с использованием ретранслятора, на фиг.2 - электрическая схема блока временного сдвига сигналов, а на фиг.3 - временные диаграммы работы схемы блока временного сдвига сигналов. The device is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a layout diagram of equipment for wireless information transmission through a rock mass using a repeater, Fig. 2 is an electrical diagram of a block of a temporary signal shift, and Fig. 3 is a timing diagram of a circuit of a block of a temporary signal shift .

Устройство содержит передающий комплект, установленный на поверхности земли и состоящий из передатчика электромагнитных сигналов низкой частоты с кодовой обработкой 1, блока питания 2 и передающей антенны 3 в виде нескольких лучей, охватывающих шахтное поле и заземленных на концах на обсадные трубы геологических скважин. На промежуточном горизонте установлен ретранслятор, состоящий из приемника 4 с антенной, блока временного сдвига сигналов 5 и передатчика 6 с передающей антенной. Все блоки ретранслятора соединены последовательно. На ниже расположенной горной выработке размещен приемный комплект, состоящий из приемной антенны 7, блока усиления 8, блока питания 9 и блока обработки сигналов 10. The device contains a transmitting kit mounted on the surface of the earth and consisting of a low frequency electromagnetic signal transmitter with code processing 1, a power supply 2 and a transmitting antenna 3 in the form of several beams covering the mine field and grounded at the ends of the casing of geological wells. On the intermediate horizon, a repeater is installed, consisting of a receiver 4 with an antenna, a block of a temporary shift of signals 5 and a transmitter 6 with a transmitting antenna. All repeater units are connected in series. At a lower mine, a receiving set is placed, consisting of a receiving antenna 7, a gain unit 8, a power supply 9 and a signal processing unit 10.

Блок временного сдвига сигналов содержит входной Д-триггер 11, прямой выход Q₁ которого соединен с S-входом асинхронного RS-триггера 12. Инверсный выход

входного Д-триггера и прямой выход QRS-триггера соединены со входами логического элемента И 13. Выход логического элемента соединен со входом Д₂ выходного Д-триггера 14, прямой выход Q₂ которого через RC-цепочку временной задержки 15 соединен с R-входом RS-триггера. Тактовые входы С входного и выходного Д-триггеров соединены параллельно.The time-shift block of the signals contains an input D-trigger 11, the direct output Q _{1 of} which is connected to the S-input of an asynchronous RS-trigger 12. Inverse output

the input D-flip-flop and the direct output of the QRS-flip-flop connected to the inputs of the logical element And 13. The output of the logical element is connected to the input D _{2 of the} output D-flip-flop 14, the direct output Q _{2 of} which is connected via the RC-circuit of the time delay 15 to the R-input RS -trigger. Clock Inputs From the input and output D-flip-flops are connected in parallel.

Устройство работает следующим образом. В передатчике 1 запитанного от блока питания 2 передающего комплекта аналоговая оперативная и аварийная информация преобразуется в цифровой код (в двоичной системе счислення), который поступает в передающую антенну 3, простирающуюся над шахтным полем. Токи антенны возбуждают электромагнитное поле в массиве горных пород, которое создает ЭДС в антенне приемника 4 ретранслятора, расположенного на промежуточном горизонте. Принятый сигнал усиливается, после чего поступает в блок 5 временного сдвига сигналов. В этом блоке за счет временного сдвига осуществляется временное разделение кодовых сигналов, принимаемых приемной частью ретранслятора, и передаваемых передатчиком ретранслятора. В результате чего сигналы передатчика не будут создавать помехи приему сигналов. The device operates as follows. In the transmitter 1 of the transmitting set powered from the power supply unit 2, the analog operational and emergency information is converted into a digital code (in the binary number system), which enters the transmitting antenna 3, which extends over the mine field. The antenna currents excite an electromagnetic field in the rock mass, which creates an EMF in the antenna of the receiver 4 of the relay located on the intermediate horizon. The received signal is amplified, after which it enters the block 5 of the temporary shift signals. In this block, due to the time shift, the code signals received by the receiver of the repeater and transmitted by the transmitter of the repeater are temporarily separated. As a result, the transmitter signals will not interfere with signal reception.

Использование ретрансляторов в радиопередающих системах известно давно, например в радиорелейных линиях и на спутниках Земли. Однако в указанных случаях для передачи используют сверхвысокие частоты и для разделения сигналов приема и передачи в ретрансляторах применяют разные частоты, т.е. частотное разделение. The use of repeaters in radio transmitting systems has long been known, for example, in microwave links and on Earth satellites. However, in these cases, ultra-high frequencies are used for transmission, and different frequencies are used in the transponders to separate the reception and transmission signals, i.e. frequency division.

В подземных условиях, когда с повышением частоты передаваемого сигнала значительно возрастает его затухание в массиве горных пород, используют только низкие частоты, в частности звукового спектра (до 3,5 кГц). Осуществить частотное разделение приема и передачи сигналов на низких частотах невозможно. Хотя известны радиорелейные линии связи с временным разделением каналов. Однако в них применено не разделение входного и выходного каналов ретранслятора, а использовано разделение различных каналов многоканальных линий связи. In underground conditions, when its attenuation in the rock mass increases significantly with increasing frequency of the transmitted signal, only low frequencies, in particular the sound spectrum (up to 3.5 kHz), are used. It is impossible to carry out the frequency separation of the reception and transmission of signals at low frequencies. Although radio-relay communication lines with time division of channels are known. However, they did not use separation of the input and output channels of the repeater, but rather used the separation of various channels of multichannel communication lines.

После блока временного сдвига сигнал поступает в передающее устройство 6, где усиливается и возбуждает ток в передающей антенне ретранслятора. Электромагнитное поле антенны достигает нижерасположенной подземной выработки, где принимается антенной 7 приемного комплекта, усиливается блоком 8, преобразуется из цифровой в аналоговую формулу блоком 10 обработки сигнала и поступает на воспроизводящее устройство 11. After the time shift block, the signal enters the transmitting device 6, where it amplifies and excites current in the transmitting antenna of the repeater. The electromagnetic field of the antenna reaches the underground mine, where it is received by the antenna 7 of the receiving set, amplified by block 8, converted from digital to analog formula by block 10 of the signal processing and fed to the reproducing device 11.

Временное разделение в ретрансляторе выполняют элементы 12-16. Входной информационный кодовый сигнал в виде прямоугольных импульсов поступает от приемника ретранслятора на вход Д₁ входного Д-триггера 12. Импульсы проходят на выход Q₁ триггера при наличии тактовых импульсов C и одновременно запоминаются на выходе Q асинхронного RS-триггера 13. С приходом очередного тактового импульса (C₂) исчезает Q₁ и одновременно появляется

при этом сохраняется Q. Включается элемент И 14 и на входе Д₂ выходного Д-триггера 15 появляется сигнал, который сразу же проходит на его прямой выход, образуя информационный сигнал Q₂, сдвинутый во времени по отношению к входному сигналу Д₁. Чтобы не произошло мгновенного сброса RS - триггера, введена задержка сигнала с выхода Q₂, равная постоянной времени T = RC, обеспечиваемая RC-цепочкой 16.Temporary separation in the repeater is performed by elements 12-16. The input information code signal in the form of rectangular pulses comes from the repeater receiver to the input D _{1 of the} input D-trigger 12. The pulses pass to the output Q _{1 of the} trigger in the presence of clock pulses C and are simultaneously stored at the output Q of the asynchronous RS-trigger 13. With the arrival of the next clock pulse (C ₂ ) disappears Q ₁ and simultaneously appears

in this case, Q is saved. And element 14 is turned on and a signal appears at the input D _{2 of the} output D-flip-flop 15, which immediately passes to its direct output, forming an information signal Q ₂ shifted in time with respect to the input signal D ₁ . To prevent an instant reset of the RS-trigger, a signal delay from the output Q ₂ equal to the time constant T = RC provided by the RC chain 16 was introduced.

Таким образом, ретранслятор принимает информационные кодовые сигналы в моменты времени, когда проходят первый, четвертый и т.д. тактовые импульсы С. Ретранслятор передает указанные сигналы в моменты второго и третьего и т. д. тактовых импульсов. Между принимаемыми и передаваемыми сигналами ретранслятора получается интервал времени, примерно равный периоду следования тактовых импульсов. Thus, the repeater receives information code signals at times when the first, fourth, etc. clock pulses C. The repeater transmits these signals at the moments of the second and third, etc. clock pulses. Between the received and transmitted signals of the repeater is obtained a time interval approximately equal to the period of the repetition of clock pulses.

Claims

1. Device for operational wireless communication with underground workings, comprising a transmitting kit installed on the surface of the earth, including a low-frequency electromagnetic signal transmitter with code processing, a power supply unit and a transmitting antenna, and a receiving kit located in the underground mine working unit, including a receiving antenna, amplification units, signal processing and power supply, characterized in that it is equipped with a repeater installed on the intermediate horizon, made of the receiving part, the time unit ennogo shift signals and the transmitting portion.

2. The device according to claim 1, characterized in that the block of the time shift of the signals is made in the form of two D-flip-flops, one asynchronous RS-flip-flop, a logical element And and an RC-chain of time delay, and the direct output of the first D-flip-flop is connected to S -input of the RS-trigger, and the inverse output and direct output of the RS-trigger - with inputs of the And element, to the output of which is connected the D-input of the second D-trigger, the direct output of which is connected via the RC-circuit of the time delay to the R-input of the RS-trigger .