RU2776511C1 - Apparatus for underground wireless emergency engineering communication - Google Patents

Apparatus for underground wireless emergency engineering communication Download PDF

Info

Publication number
RU2776511C1
RU2776511C1 RU2021116497A RU2021116497A RU2776511C1 RU 2776511 C1 RU2776511 C1 RU 2776511C1 RU 2021116497 A RU2021116497 A RU 2021116497A RU 2021116497 A RU2021116497 A RU 2021116497A RU 2776511 C1 RU2776511 C1 RU 2776511C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
frequency
output
antenna
low
Prior art date
Application number
RU2021116497A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Валентинович Кочнев
Светлана Валентиновна Дрокина
Виктор Николаевич Трегубов
Николай Андреевич Колупаев
Александр Павлович Мазин
Original Assignee
Акционерное Общество Научно-Внедренческий Инженерный Центр "Радиус"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество Научно-Внедренческий Инженерный Центр "Радиус" filed Critical Акционерное Общество Научно-Внедренческий Инженерный Центр "Радиус"
Application granted granted Critical
Publication of RU2776511C1 publication Critical patent/RU2776511C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: wireless communication.
SUBSTANCE: invention relates to wireless communication systems installed and intended for operation in underground mine workings, including emergency alarms. Apparatus comprises a transmitting set installed on the surface of the ground, consisting of, series-connected, a reference generator, a frequency divider, a power amplifier, and antenna systems with deep earth rods, and an operating mode control panel connected with the output of the reference generator via a code sequence generator, the outputs of the control panel are connected to the second inputs of the frequency divider and the power amplifier, and a reception set located in the underground workings, containing an antenna connected to the input of the selective amplifier, the output whereof is connected with the inputs of two parallel-connected frequency mixers, and the second input of the first mixer is connected directly with the heterodyne output. The second input of the second frequency mixer is connected with the heterodyne via a phase shifter, the outputs of each frequency mixer are connected via the series-connected low-pass filter and threshold element to the input of the phase detector, the output whereof is connected with the input of the command decoder, connected to a loudspeaker via a speech converter and further via a low-frequency amplifier. The antennas of the transmitting set are therein supplemented with vertical beams, located in boreholes, and the deep earth rods have more than one point of connection with the ground, wherein each of said points has a lead from the borehole onto the surface. The distance between the boreholes is from 300 to 600 m, the vertical beams are buried into the boreholes to a depth of 30 to 1,000 m, and the reception set additionally comprises a low-frequency antenna and is additionally equipped with an RFID tag.
EFFECT: increase in the reliability of wireless emergency engineering communication, increase in the efficiency of electromagnetic wave transmission, including that in underground workings.
1 cl, 2 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к системам беспроводной связи, устанавливаемым и предназначенным для функционирования в подземных шахтных выработках, включая аварийную сигнализацию.The claimed invention relates to wireless communication systems installed and intended for operation in underground mine workings, including alarms.

Известно устройство беспроводной аварийно-технологической сигнализации и связи с подземными выработками (патент РФ 2131515, опубликовано 10.06.1999), содержащее установленный на поверхности земли передающий комплект, состоящий из последовательно соединенных опорного генератора, делителя частоты, усилителя мощности и систем антенн с заземлителями, и пульта управления режимами работы, соединенного с выходом опорного генератора через формирователь кодовой последовательности, выходы пульта управления подключены ко вторым входам делителя частоты и усилителя мощности, и расположенный в подземных выработках приемный комплект, содержащий антенну, подключенную к входу избирательного усилителя, выход которого соединен с входами двух параллельно включенных смесителей частоты, второй вход первого смесителя соединен с выходом гетеродина непосредственно, а второй вход второго смесителя частоты соединен с гетеродином через фазовращатель, выходы каждого смесителя частоты через последовательно соединенные фильтр нижних частот и пороговый элемент подключены к входу фазового детектора, выход которого соединен с входом дешифратора команд. Устройство снабжено последовательно соединенным преобразователем речи, низкочастотным усилителем и громкоговорителем, причем вход преобразователя речи подключен к выходу дешифратора команд.A device for wireless emergency signaling and communication with underground workings is known (RF patent 2131515, published 06/10/1999), containing a transmitting set installed on the earth's surface, consisting of a series-connected reference oscillator, a frequency divider, a power amplifier and antenna systems with ground electrodes, and operating modes control panel connected to the reference oscillator output through a code sequencer, the control panel outputs are connected to the second inputs of the frequency divider and power amplifier, and a receiving set located in underground workings, containing an antenna connected to the selective amplifier input, the output of which is connected to the inputs two frequency mixers connected in parallel, the second input of the first mixer is connected directly to the output of the local oscillator, and the second input of the second frequency mixer is connected to the local oscillator through a phase shifter, the outputs of each frequency mixer are connected in series through The low-pass filter and the threshold element are connected to the input of the phase detector, the output of which is connected to the input of the command decoder. The device is equipped with a speech converter connected in series, a low-frequency amplifier and a loudspeaker, and the input of the speech converter is connected to the output of the command decoder.

Недостатком известного устройства, является низкая надежность связи с подземными выработками, вследствие затухания сигнала из-за экранирования сигнала горными породами.A disadvantage of the known device is the low reliability of communication with underground workings, due to signal attenuation due to signal shielding by rocks.

Наиболее близким из известных, является устройство беспроводной подземной аварийной сигнализации и контроля объемной доли метана в атмосфере горных выработок (патент РФ 32196, опубликован 10.09.2003), содержащее установленный на дневной поверхности шахты передающий комплект, состоящий из блока формирования и подачи аварийно-вызывного сигнала, передатчика и подключенной к нему передающей антенны с заземлителями на ее концах и расположенные в подземных выработках приемные комплекты, каждый из которых состоит из приемной антенны, подключенной через усилитель к блоку обработки сигналов, включающего в себя избирательный усилитель, дешифратор, преобразователь речи, низкочастотный усилитель и громкоговоритель. Каждое приемное устройство дополнено переносным шахтным сигнализатором метана, содержащим датчик метана, соединенный с блоком сигнализации и измерителем концентрации метана.The closest known is a device for wireless underground alarm and control of the volume fraction of methane in the atmosphere of mine workings (RF patent 32196, published on September 10, 2003), containing a transmitting set installed on the day surface of the mine, consisting of a unit for generating and supplying an emergency call signal , a transmitter and a transmitting antenna connected to it with ground electrodes at its ends and receiving sets located in underground workings, each of which consists of a receiving antenna connected through an amplifier to a signal processing unit, which includes a selective amplifier, a decoder, a speech converter, a low-frequency amplifier and loudspeaker. Each receiving device is supplemented with a portable mine methane detector containing a methane sensor connected to an alarm unit and a methane concentration meter.

Тем не менее, недостатком известного способа, также является низкая надежность связи с подземными выработками, вследствие затухания сигнала из-за экранирования сигнала горными породами.However, a disadvantage of the known method is also the low reliability of communication with underground workings, due to signal attenuation due to signal shielding by rocks.

Целью заявляемого изобретения является устранение выявленного недостатка, для достижения следующего технического результата: повышение надежности беспроводной аварийно-технологической связи, повышение эффективности передачи электромагнитных волн, в том числе, в подземных выработках.The purpose of the claimed invention is to eliminate the identified drawback, to achieve the following technical result: improving the reliability of wireless emergency communication, improving the transmission efficiency of electromagnetic waves, including in underground workings.

Поставленная цель достигается следующим образом: устройство подземной беспроводной аварийно-технологической связи, содержащее установленный на поверхности земли передающий комплект, состоящий из последовательно соединенных опорного генератора, делителя частоты, усилителя мощности и систем антенн с глубинными заземлителями, и пульта управления режимами работы, соединенного с выходом опорного генератора через формирователь кодовой последовательности, выходы пульта управления подключены ко вторым входам делителя частоты и усилителя мощности, и расположенный в подземных выработках приемный комплект, содержащий антенну, подключенную к входу избирательного усилителя, выход которого соединен с входами двух параллельно включенных смесителей частоты, второй вход первого смесителя соединен с выходом гетеродина непосредственно, а второй вход второго смесителя частоты соединен с гетеродином через фазовращатель, выходы каждого смесителя частоты через последовательно соединенные фильтр нижних частот и пороговый элемент подключены к входу фазового детектора, выход которого соединен с входом дешифратора команд, который, через преобразователь речи и далее через низкочастотный усилитель подключен к громкоговорителю, характеризующееся тем, что антенны передающего комплекта дополнены вертикальными лучами, располагаемыми в скважинных отверстиях, а глубинные заземлители имеют более одной точки соединения с грунтом, при этом каждая точка имеет вывод на поверхность из скважииного отверстия.This goal is achieved as follows: an underground wireless emergency technological communication device containing a transmitting set installed on the earth's surface, consisting of a series-connected reference oscillator, a frequency divider, a power amplifier and antenna systems with deep ground electrodes, and an operating mode control panel connected to the output reference oscillator through a code sequence generator, the outputs of the control panel are connected to the second inputs of the frequency divider and power amplifier, and the receiving set located in the underground workings, containing the antenna connected to the input of the selective amplifier, the output of which is connected to the inputs of two frequency mixers connected in parallel, the second input of the first mixer is connected directly to the output of the local oscillator, and the second input of the second frequency mixer is connected to the local oscillator through a phase shifter, the outputs of each frequency mixer through a series-connected low-pass filter and the threshold element is connected to the input of the phase detector, the output of which is connected to the input of the command decoder, which, through a speech converter and then through a low-frequency amplifier, is connected to a loudspeaker, characterized in that the antennas of the transmitting set are supplemented with vertical beams located in bore holes, and deep ground electrodes have more than one point of connection with the ground, with each point having an outlet to the surface from a bore hole.

Устройство подземной беспроводной аварийно-технологической связи, в частности может характеризоваться тем, что расстояние между скважинными отверстиями составляет от 300 до 600 м.The underground wireless emergency technological communication device, in particular, can be characterized by the fact that the distance between the well holes is from 300 to 600 m.

Устройство подземной беспроводной аварийно-технологической связи, в частности может характеризоваться тем, что вертикальные лучи заглублены в скважины на глубину от 30 до 1000 м.An underground wireless emergency technological communication device, in particular, can be characterized by the fact that vertical beams are buried in wells to a depth of 30 to 1000 m.

Устройство подземной беспроводной аварийно-технологической связи, в частности может характеризоваться тем, что приемный комплект дополнительно содержит антенну низкочастотного диапазона.The device for underground wireless emergency communication, in particular, may be characterized by the fact that the receiving set additionally contains a low-frequency antenna.

Устройство подземной беспроводной аварийно-технологической связи, в частности может характеризоваться тем, что приемный комплект дополнительно снабжен RFID меткой.The device for underground wireless emergency technological communication, in particular, may be characterized by the fact that the receiving set is additionally equipped with an RFID tag.

На Фиг. 1 Представлена блок-схема передающего наземного комплекта, на Фиг. 2 представлена блок-схема приемного подземного комплекта, устройства подземной беспроводной аварийно-технологической связи, где цифрами обозначено следующее:On FIG. 1 is a block diagram of a transmitting terrestrial set, FIG. 2 shows a block diagram of a receiving underground set, an underground wireless emergency technological communication device, where the numbers indicate the following:

1. Опорный генератор;1. Reference generator;

2. Делитель частоты;2. Frequency divider;

3. Усилитель мощности;3. Power amplifier;

4. Наземная передающая антенна;4. Ground transmitting antenna;

5. Заземлитель;5. Ground electrode;

6. Пульт управления;6. Control panel;

7. Формирователь кодовой последовательности;7. Shaper code sequence;

8. Подземная приемная антенна;8. Underground receiving antenna;

9. Избирательный усилитель;9. Selective amplifier;

10. Смеситель 1;10. Mixer 1;

11. Смеситель 2;11. Mixer 2;

12. Гетеродин;12. Local oscillator;

13. Фазовращатель;13. Phase shifter;

14. Фильтр 1;14. Filter 1;

15. Фильтр 2;15. Filter 2;

16. Пороговый элемент 1;16. Threshold element 1;

17. Пороговый элемент 2;17. Threshold element 2;

18. Фазовый детектор;18. Phase detector;

19. Дешифратор команд;19. Command decoder;

20. Преобразователь речи;20. Speech converter;

21. Усилитель;21. Amplifier;

22. Громкоговоритель;22. Loudspeaker;

23. Телеуправление;23. Telecontrol;

24. Радиомаяк шахтерский;24. Mining radio beacon;

25. Пеленгатор шахтный;25. Mine direction finder;

26. RFID-считыватель.26. RFID reader.

Представленное устройство подземной беспроводной аварийно-технологической связи устроено следующим образомThe presented device for underground wireless emergency technological communication is arranged as follows

Передающий комплект состоит из последовательно соединенных опорного генератора (1), делителя с переменным коэффициентом деления (2), усилителя мощности (3), антенны (4) и заземлителей (5), а также пульта управления (6), первый выход которого соединен с делителем (2), а второй с усилителем мощности. При этом выход опорного генератора соединен с входом пульта управления через формирователь кодовой последовательности (7).The transmission set consists of a reference oscillator (1), a divider with a variable division factor (2), a power amplifier (3), an antenna (4) and ground electrodes (5), and a control panel (6) connected in series, the first output of which is connected to divider (2), and the second with a power amplifier. In this case, the output of the reference oscillator is connected to the input of the control panel through the shaper of the code sequence (7).

Приемный комплект содержит антенну (8), подключенную к входу избирательного усилителя (9), выход которого соединен с входом двух, параллельно подключенных смесителей частоты (10), (11). Второй вход первого смесителя (10) соединен с выходом гетеродина (12) непосредственно, а второй вход второго смесителя (11) соединен с гетеродином (12) через фазовращатель (13). При этом выходы обоих смесителей через фильтры нижних частот (14), (15) и далее последовательно через пороговые элементы (16), (17) подключены к двум входам фазового детектора (18). Выход фазового детектора подключен к входу дешифратора команд (19), который, в свою очередь, через преобразователь речи (20) и далее через низкочастотный усилитель (21) подключен к громкоговорителю (22). Дополнительно устройство снабжено телеуправлением (23), радиомаяком шахтерским (24), мобильным поисковым шахтным пеленгатором (25), RFID-считывателем (26), но не ограничивается именно этими блоками, а может содержать другие, им подобные.The receiving set contains an antenna (8) connected to the input of a selective amplifier (9), the output of which is connected to the input of two frequency mixers (10), (11) connected in parallel. The second input of the first mixer (10) is directly connected to the output of the local oscillator (12), and the second input of the second mixer (11) is connected to the local oscillator (12) through a phase shifter (13). In this case, the outputs of both mixers through low-pass filters (14), (15) and then sequentially through threshold elements (16), (17) are connected to two inputs of the phase detector (18). The output of the phase detector is connected to the input of the command decoder (19), which, in turn, through the speech converter (20) and then through the low-frequency amplifier (21) is connected to the loudspeaker (22). Additionally, the device is equipped with a remote control (23), a miner's radio beacon (24), a mobile search mine direction finder (25), an RFID reader (26), but is not limited to these units, but may contain others similar to them.

Представленное устройство подземной беспроводной аварийно-технологической связи действует следующим образомThe presented device for underground wireless emergency technological communication operates as follows

При наборе необходимой последовательности кнопок пульта управления (6) (клавиатура на Фиг. не показана), формирователь (7) формирует соответствующую кодовую последовательность из сигнала, поступающего с опорного генератора (1). По окончании набора, сигнал с формирователя (7) поступает на вход пульта управления (6) и далее на управляющий вход делителя (2). Одновременно на другой его вход поступает сигнал с опорного генератора (1). В делителе (2), в зависимости от кодовой последовательности, поступающей с формирователя (7) через пульт управления (6), формируется частотно-манипулированный сигнал. Далее сигнал усиливается усилителем мощности (3), и антеннами (4), через заземлители (5), излучается в горный массив.When typing the required sequence of buttons on the control panel (6) (the keyboard is not shown in Fig.), the shaper (7) generates the corresponding code sequence from the signal coming from the reference oscillator (1). At the end of the set, the signal from the shaper (7) is fed to the input of the control panel (6) and then to the control input of the divider (2). At the same time, a signal from the reference oscillator (1) is sent to its other input. In the divider (2), depending on the code sequence coming from the shaper (7) through the control panel (6), a frequency-shift keyed signal is generated. Further, the signal is amplified by a power amplifier (3), and by antennas (4), through ground electrodes (5), it is radiated into the mountain range.

Электромагнитные сигналы, распространяющиеся через горный массив, принимаются приемным комплектом, в частности его антенной (8), преобразуются в электрические, усиливаются широкополосным избирательным усилителем (9) и далее подаются на первые входы смесителей (10), (11), на вторые входы которых подаются сигналы с гетеродина (12) непосредственно на смеситель (10) и, через цифровой фазовращатель (13), на смеситель (11). На выходах смесителей (10), (11) появляются гармонические колебания разностной частоты, причем эти сигналы сдвинуты друг относительно друга на 90°.Electromagnetic signals propagating through the mountain range are received by the receiving set, in particular by its antenna (8), are converted into electric ones, amplified by a broadband selective amplifier (9) and then fed to the first inputs of the mixers (10), (11), to the second inputs of which signals are fed from the local oscillator (12) directly to the mixer (10) and, through the digital phase shifter (13), to the mixer (11). At the outputs of the mixers (10), (11), harmonic oscillations of the difference frequency appear, and these signals are shifted relative to each other by 90°.

Оба полученных сигнала проходят через фильтры нижних частот (14), (15) и подаются на пороговые элементы (16), (17). Далее, через фазовый детектор (18), где формируется цифровой сигнал, соответствующий передаваемой информации, сигнал передается на дешифратор (19), где формируются соответствующие передаваемые сигналы аварии, вызова или необходимые технологические сигналы. После дешифратора (19) сигналы поступают на преобразователь (20), затем пройдя через низкочастотный усилитель (21), воспроизводятся громкоговорителем (22); дополнительный радиомаяк шахтерский (24), мобильный поисковый шахтный пеленгатор (25) и стационарный RFID-считыватель (26) позволяют вести наблюдение и поиск людей, застигнутых аварией, на глубину до 2 км, сквозь горный массив, независимо от проводимости пород. Модуль считывателя RFID может обеспечивать дополнительный канал для повышения надежности установления беспроводной связи. Также, приемный комплект может дополнительно располагать антенной низкочастотного диапазона длин волн. Низкочастотный диапазон обеспечивает лучшую передачу сигнала, поскольку высокочастотные радиоволны легко поглощаются породой, не обеспечивая должного уровня связи. Устройство подземной беспроводной аварийно-технологической связи, в частности может характеризоваться тем, что приемный комплект дополнительно снабжен RFID меткой.Both received signals pass through low-pass filters (14), (15) and are fed to threshold elements (16), (17). Further, through the phase detector (18), where a digital signal corresponding to the transmitted information is generated, the signal is transmitted to the decoder (19), where the corresponding transmitted alarm, call or necessary technological signals are generated. After the decoder (19), the signals are sent to the converter (20), then, after passing through the low-frequency amplifier (21), they are reproduced by the loudspeaker (22); an additional miner's radio beacon (24), a mobile search mine direction finder (25) and a stationary RFID reader (26) make it possible to observe and search for people caught in an accident at a depth of up to 2 km, through a mountain range, regardless of the conductivity of the rocks. The RFID reader module may provide an additional channel to improve the reliability of the wireless communication establishment. Also, the receiving set may additionally have a low-frequency wavelength range antenna. The low frequency range provides the best signal transmission, since high frequency radio waves are easily absorbed by the rock, not providing the proper level of communication. The device for underground wireless emergency technological communication, in particular, may be characterized by the fact that the receiving set is additionally equipped with an RFID tag.

Надежность и эффективность передачи электромагнитных волн в беспроводной системе связи, во многом зависит от передающей антенны. Основным критерием, определяющим эффективность передающей антенны, является, в конечном счете, уровень напряженности поля полезного сигнала, возбуждаемого антенной в заданной точке приема при заданной величине мощности передатчика. С увеличением дальности связи в глубь земли до 2 км частота передачи смещается в диапазон сверхнизких и звуковых частот.The reliability and efficiency of the transmission of electromagnetic waves in a wireless communication system largely depends on the transmitting antenna. The main criterion that determines the efficiency of a transmitting antenna is, ultimately, the field strength level of the useful signal generated by the antenna at a given receiving point for a given transmitter power. With an increase in the communication range deep into the earth up to 2 km, the transmission frequency shifts to the range of ultra-low and audio frequencies.

Для передачи сигналов с дневной поверхности в подземные выработки на практике широкое применение нашли поверхностные антенные устройства в виде заземленного горизонтального диполя. Сопротивление заземлителей электрического диполя шунтирует входную емкость антенны и его полное входное сопротивление приобретает в основном активный характер, что положительно сказывается на повышение эффективности излучателя.To transmit signals from the day surface to underground workings, surface antenna devices in the form of a grounded horizontal dipole have found wide application in practice. The resistance of the ground electrodes of the electric dipole shunts the input capacitance of the antenna and its input impedance becomes mainly active, which has a positive effect on increasing the efficiency of the radiator.

Расчетный радиус действия беспроводной связи, обеспечивающий передачу сигналов с дневной поверхности в горные выработки, определяется двумя параметрами, а именно: максимальной глубиной выработок и максимальным радиусом или площадью шахтного поля. Поэтому при выборе антенных устройств для систем шахтной связи предпочтение должно быть отдано антенным устройствам, которые при заданной дальности по глубине обеспечивают дальность связи в радиальном направлении.The calculated range of the wireless communication, which provides the transmission of signals from the day surface to the mine workings, is determined by two parameters, namely: the maximum depth of the workings and the maximum radius or area of the mine field. Therefore, when choosing antenna devices for mine communication systems, preference should be given to antenna devices that, at a given range in depth, provide a communication range in the radial direction.

Обеспечение дальности связи по глубине и простиранию шахты с помощью электрических диполей, заземленных на поверхности, может быть достигнуто лишь увеличением линейных размеров горизонтальных электрических диполей и мощности излучателя, а при наличии высокопроводящих верхних слоев горных пород, экранирующие рабочие подземные выработки, - передача сигналов в заданные точки может оказаться практически невыполнимой.Ensuring the communication range along the depth and strike of the mine using electric dipoles grounded on the surface can only be achieved by increasing the linear dimensions of horizontal electric dipoles and the power of the emitter, and in the presence of highly conductive upper layers of rocks that shield working underground workings, signal transmission to the specified points can be practically impossible.

Уровень напряженности поля полезного сигнала, возбуждаемый горизонтальным диполем, заземленным на поверхности земли, проникает в глубь горной породы до 1000 м. При наличии в верхних слоях земли высокопроводящих пород, глубина проникновения электромагнитного поля вследствие поглощения уменьшается в несколько раз.The field strength level of the useful signal, excited by a horizontal dipole grounded on the earth's surface, penetrates deep into the rock up to 1000 m. If there are highly conductive rocks in the upper layers of the earth, the depth of penetration of the electromagnetic field due to absorption decreases several times.

Для решения поставленной задачи повышения эффективности передачи электромагнитных волн и увеличения надежности осуществления связи с внутришахтными выработками, антенну выполняют в виде вертикальных лучей, которые устанавливают в специально пробуренных для этого скважинах. При поверхностно-скважинном исполнении антенн, заземленных на дне скважины, антенна представляет собой замкнутую рамку, где источником возбуждения электромагнитного поля служит электрический проводник и высокопроводящие слои породы, которые залегают на определенной глубине под землей. Вертикальные лучи могут быть заглублены в скважины на глубину до 1000 м, что обеспечивает высокий уровень напряженности электромагнитного поля на глубине и, соответственно, стабильность связи в внутришахтных выработках. Кроме того, отсекается множество паразитных сигналов, распространяемых в околоназемном слое и создающих помехи при передаче и приеме любых наземных радиоволн. Возникающие из-за зашумленности радиоэфира помехи, создающие фоновое радиоизлучение, влияют на передаваемый вглубь сигнал передатчика. Вследствие этого, падает помехозащищенность. Поскольку основное фоновое излучение распространяется около земной поверхности, то с заглублением антенн, от 30 метров, получается возможность отсекать паразитное излучение.To solve the problem of increasing the efficiency of transmission of electromagnetic waves and increasing the reliability of communication with mine workings, the antenna is made in the form of vertical beams, which are installed in specially drilled wells. With the surface-borehole design of antennas grounded at the bottom of the well, the antenna is a closed frame, where the source of electromagnetic field excitation is an electrical conductor and highly conductive rock layers that lie at a certain depth underground. Vertical beams can be buried in wells to a depth of 1000 m, which ensures a high level of electromagnetic field strength at depth and, accordingly, communication stability in mine workings. In addition, many spurious signals propagating in the near-ground layer and interfering with the transmission and reception of any terrestrial radio waves are cut off. The interference arising from the noisiness of the radio ether, which creates background radio emission, affects the transmitter signal transmitted in depth. As a result, noise immunity decreases. Since the main background radiation propagates near the earth's surface, then with the depth of the antennas, from 30 meters, it becomes possible to cut off parasitic radiation.

В горизонтальной плоскости расстояние между скважинными отверстиями может составлять от 300 до 600 м, что также позволяет поддерживать напряженность электромагнитного поля заданного уровня на территории площади, занимаемой шахтой, для обеспечения стабильность связи.In the horizontal plane, the distance between boreholes can be from 300 to 600 m, which also makes it possible to maintain the electromagnetic field strength of a given level in the area occupied by the mine to ensure communication stability.

Глубинные заземлители могут иметь несколько (от двух и более) точек соединения с грунтом, каждая точка имеет свой вывод на поверхность для настройки передающего устройства с антенной по максимуму напряженности электромагнитного поля.Deep ground electrode systems can have several (from two or more) points of connection with the ground, each point has its own output to the surface to adjust the transmitter with the antenna to the maximum strength of the electromagnetic field.

Таким образом, при использовании антенны с вертикальными лучами и глубинными заземлителями, расположенными в скважинах, решается проблема распространения электромагнитного поля на глубины до 2000 м при использовании передатчика с меньшей мощностью излучения, вследствие чего достигается заявленный технический результат - повышение надежности беспроводной аварийно-технологической связи, повышение эффективности передачи электромагнитных волн, в том числе, в подземных выработках.Thus, when using an antenna with vertical beams and deep ground electrodes located in wells, the problem of electromagnetic field propagation to depths of up to 2000 m is solved when using a transmitter with a lower radiation power, as a result of which the claimed technical result is achieved - increasing the reliability of wireless emergency technological communication, increasing the efficiency of transmission of electromagnetic waves, including in underground workings.

Промышленная применимость.Industrial applicability.

Заявляемое устройство беспроводной аварийно-технологической связи находит широкое применение при построении подземных сетей связи. Изготавливается преимущественно на научно-технических предприятиях радиоэлектронной промышленности.The inventive device for wireless emergency communication is widely used in the construction of underground communication networks. It is produced mainly at scientific and technical enterprises of the radio-electronic industry.

Claims (1)

Устройство подземной беспроводной аварийно-технологической связи, содержащее установленный на поверхности земли передающий комплект, состоящий из последовательно соединенных опорного генератора, делителя частоты, усилителя мощности и систем антенн с глубинными заземлителями и пульта управления режимами работы, соединенного с выходом опорного генератора через формирователь кодовой последовательности, выходы пульта управления подключены ко вторым входам делителя частоты и усилителя мощности, и расположенный в подземных выработках приемный комплект, содержащий антенну, подключенную к входу избирательного усилителя, выход которого соединен с входами двух параллельно включенных смесителей частоты, второй вход первого смесителя соединен с выходом гетеродина непосредственно, а второй вход второго смесителя частоты соединен с гетеродином через фазовращатель, выходы каждого смесителя частоты через последовательно соединенные фильтр нижних частот и пороговый элемент подключены к входу фазового детектора, выход которого соединен с входом дешифратора команд, который через преобразователь речи и далее через низкочастотный усилитель подключен к громкоговорителю, отличающееся тем, что антенны передающего комплекта дополнены вертикальными лучами, располагаемыми в скважинных отверстиях, а глубинные заземлители имеют более одной точки соединения с грунтом, при этом каждая точка имеет вывод на поверхность из скважинного отверстия, где расстояние между скважинными отверстиями составляет от 300 до 600 м, вертикальные лучи заглублены в скважины на глубину от 30 до 1000 м, а приемный комплект дополнительно содержит антенну низкочастотного диапазона и дополнительно снабжен RFID меткой.An underground wireless emergency technological communication device, containing a transmitting set installed on the earth's surface, consisting of a reference oscillator connected in series, a frequency divider, a power amplifier and antenna systems with deep ground electrodes and an operating mode control panel connected to the output of the reference oscillator through a code sequence generator, the outputs of the control panel are connected to the second inputs of the frequency divider and the power amplifier, and the receiving set located in the underground workings contains an antenna connected to the input of the selective amplifier, the output of which is connected to the inputs of two frequency mixers connected in parallel, the second input of the first mixer is directly connected to the output of the local oscillator , and the second input of the second frequency mixer is connected to the local oscillator through a phase shifter, the outputs of each frequency mixer through a series-connected low-pass filter and a threshold element are connected to the input of the phase d a detector, the output of which is connected to the input of the command decoder, which is connected to a loudspeaker through a speech converter and then through a low-frequency amplifier, characterized in that the antennas of the transmitting set are supplemented with vertical beams located in boreholes, and deep ground electrodes have more than one connection point with the ground, at the same time, each point has an output to the surface from the borehole, where the distance between the boreholes is from 300 to 600 m, the vertical beams are buried in the wells to a depth of 30 to 1000 m, and the receiving set additionally contains a low-frequency range antenna and is additionally equipped with an RFID tag .
RU2021116497A 2021-06-07 Apparatus for underground wireless emergency engineering communication RU2776511C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2776511C1 true RU2776511C1 (en) 2022-07-21

Family

ID=

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1497867A (en) * 1974-12-31 1978-01-12 Plessey Co Ltd Security system for surveying an area
SU876999A1 (en) * 1979-09-03 1981-10-30 Штаб Военизированных Горноспасательных Частей Урала Arrangement of regular and emergency wireless communication with subterranean workings in mine
RU2112146C1 (en) * 1993-06-25 1998-05-27 Николай Андреевич Колупаев Device of wireless emergency call and technological information mine signalling and communication system
RU97104707A (en) * 1997-03-26 1999-06-10 ЗАО НВИЦ "Радиус" DEVICE FOR WIRELESS ALARM AND TECHNOLOGICAL SIGNALING AND COMMUNICATION
RU2131515C1 (en) * 1997-03-26 1999-06-10 Закрытое акционерное общество научно-внедренческий инженерный центр "Радиус" Device for wireless emergency and production process signalling and communication
RU32196U1 (en) * 2003-05-12 2003-09-10 Закрытое акционерное общество научно-внедренческий инженерный центр "Радиус" Wireless underground alarm device and methane volume fraction control in the atmosphere of mine workings
RU2008111045A (en) * 2008-03-25 2009-09-27 Закрытое Акционерное Общество Научно-Внедренческий Инженерный Центр "Радиус" (Ru) DEVICE FOR WIRELESS ALARM AND TECHNOLOGICAL SIGNALING AND COMMUNICATION
RU2428772C1 (en) * 2010-03-17 2011-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Low-frequency underground antenna

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1497867A (en) * 1974-12-31 1978-01-12 Plessey Co Ltd Security system for surveying an area
SU876999A1 (en) * 1979-09-03 1981-10-30 Штаб Военизированных Горноспасательных Частей Урала Arrangement of regular and emergency wireless communication with subterranean workings in mine
RU2112146C1 (en) * 1993-06-25 1998-05-27 Николай Андреевич Колупаев Device of wireless emergency call and technological information mine signalling and communication system
RU97104707A (en) * 1997-03-26 1999-06-10 ЗАО НВИЦ "Радиус" DEVICE FOR WIRELESS ALARM AND TECHNOLOGICAL SIGNALING AND COMMUNICATION
RU2131515C1 (en) * 1997-03-26 1999-06-10 Закрытое акционерное общество научно-внедренческий инженерный центр "Радиус" Device for wireless emergency and production process signalling and communication
RU32196U1 (en) * 2003-05-12 2003-09-10 Закрытое акционерное общество научно-внедренческий инженерный центр "Радиус" Wireless underground alarm device and methane volume fraction control in the atmosphere of mine workings
RU2008111045A (en) * 2008-03-25 2009-09-27 Закрытое Акционерное Общество Научно-Внедренческий Инженерный Центр "Радиус" (Ru) DEVICE FOR WIRELESS ALARM AND TECHNOLOGICAL SIGNALING AND COMMUNICATION
RU2428772C1 (en) * 2010-03-17 2011-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Low-frequency underground antenna

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU607572B2 (en) Long feature vertical or horizontal electrical conductor methodology using phase coherent electromagnetic instrumentation
US4777652A (en) Radio communication systems for underground mines
US5260660A (en) Method for calibrating a downhole receiver used in electromagnetic instrumentation for detecting an underground conductor
Murphy et al. Underground mine communications
US8115622B2 (en) Underground radio communications and personnel tracking system
US2653220A (en) Electromagnetic wave transmission system
Large et al. Radio transmission to and from underground coal mines-theory and measurement
US5185578A (en) Method for detecting anomalous geological zones by transmitting electromagnetic energy between spaced drillholes using different frequency ranges
AU640862B2 (en) Improved long feature vertical or horizontal electrical conductor detection methodology using phase coherent electromagnetic instrumentation
CN102598551A (en) Systems and methods for through-the-earth communications
Yan et al. Measurements and modeling of through-the-earth communications for coal mines
RU2776511C1 (en) Apparatus for underground wireless emergency engineering communication
CN101494509B (en) Wireless communication method, device and system for mine
RU206704U1 (en) SUBSCRIBER RECEIVER-TRANSMISSION DEVICE OF WIRELESS EMERGENCY COMMUNICATION
Shaydurov et al. Through-the-earth communication in underground mines by electromagnetic waves
RU2611603C1 (en) Communication system of very low and extremely low frequency range with deep-seated and distant objects
Chowdhury et al. On wireless communication in underground mine system
Pruekchatsiri et al. An Experimental Study of Electrodes for Through-The-Earth 350 kHz MF Communication
US3715664A (en) Method of repeating rf-borne signal across an earth barrier
CN103259101A (en) Radio wave receiving antenna, receiving device, perspective system and detecting method
US9450683B2 (en) System, method and apparatus for communication that is insensitive to a sampling clock error
RU2112146C1 (en) Device of wireless emergency call and technological information mine signalling and communication system
CN202444059U (en) Radio wave receiving antenna, receiving device and perspective system
Bandyopadhyay et al. Radio frequency communication systems in underground mines
RU2161846C1 (en) Tunnel antenna