专利名称：井下监测及定位装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种井下安全管理装置，具体是一种井下监测及定位装置。
背景技术：
由于受井下环境的影响，无线及红外线等信号无法长距离传输，井下工作人员所携带的个人信号处理器所发射的定位信号需用多个中转设备接力传输至井上的控制室，以确定井下工作人员的位置，而这些中转设备需井上电源供电。在事故发生后，经常会出现供电线路中断、中转设备损坏或被掩埋等情况，因此只能作为正常情况下的井下定位手段，而且其定位结果存在不确定性；另外，对于井下温度、湿度、瓦斯浓度的测量，各矿区都是采用专人定时巡检，费时费力，而且无法避免人员不负责任的行为。
发明内容
本发明为了解决现有井下监测及定位装置在井下发生事故后无法正常工作，且存在定位不准确，监测费时费力的问题，提供了一种井下监测及定位装置。并只以提供该装置的硬件结构为目的。
本发明是采用如下技术方案实现的一种井下监测及定位装置，由个人信号处理器、信号传输部件、井上信号处理器和计算机分析系统构成的信号处理装置以及与计算机相连的井口接收记录器构成，个人信号处理器与信号传输部件之间为无线信号传输，信号传输部件是与信号处理装置中的井上信号处理器相连的、沿井下巷道设置的且与信号处理装置中的井上信号处理器等阻抗匹配的铠装射频电缆，铠装射频电缆的金属屏蔽层每隔一段距离开有孔隙。
本发明的个人信号处理器上安装有传感器。例如温度传感器、湿度传感器、瓦斯浓度传感器等，传感器所检测到的井下各种需监测的理化量信号经个人信号处理器内部电路调制并发射，信号通过井下开有孔隙的铠装等阻抗射频电缆传输至井上信号处理器并输入计算机，在实现人员定位的同时，也实现了对井下环境状况的实时监测。
本发明的实质是采用了其上开有孔隙的铠装射频电缆作为信号传输部件，从而改变了信号传输的方式，使信号传输的可靠性受环境影响的程度大大降低，从而克服了现有井下信号传输所存在的问题。
基于本发明所述装置的硬件结构，可以有多种信号传输模式。个人信号处理器可以是只发射信号的信号发射器，其发射以个人编码信号调制的射频脉冲信号和经调制的传感器信号；相应地信号处理装置中的井上信号处理器可以是只接收信号的信号接收器；个人信号发射器发射的信号(包括调制的个人编码信号和传感器信号)经铠装射频电缆上的孔隙进入铠装射频电缆，并输送给井上信号接收器(井上信号接收器的接收频率与个人信号发射器的发射频率一致)，井上信号接收器对信号进行解调后再送入计算机。个人信号发射器随时发射时钟脉冲信号，携带个人信号发射器的矿工经井口进入时，井口接收记录器记录下矿工(个人信号发射器)经过井口的时刻并传输给信号处理装置中的计算机，作为计算机进行定位、监测的起始时间；在个人信号发射器所发脉冲信号的脉冲间隔时间、井上信号接收器接收到该脉冲信号的时刻(该时刻由计算机在接收到信号的同时记录)、信号传输速度已知的前提下，计算机在相应软件的支持下，可计算得到信号发射点距离井口的长度，即实现定位。此时，井上信号接收器接收到的相应传感器的信号反映的是此时矿工所在位置的环境状况。在此种信号传输模式下，个人信号发射器发射的射频脉冲的脉冲间隔时间是可以由携带者自己调节的(如在个人信号发射器上设置调节按钮)，正常状况下，脉冲间隔时间可相对较长，在出现事故的紧急状况下，携带者接下调节按钮来缩短脉冲间隔时间，以满足紧急状况下的随时、快速定位、跟踪。但如果个人信号发射器携带者在事故中受伤或因其它原因无法按下调节按钮时，因井上操作人员无法控制脉冲间隔时间，会影响紧急状况下的随时、快速定位跟踪。
个人信号处理器也可以是信号发射接收器，相应地信号处理装置中的井上信号处理器也是信号发射接收器。在计算机的控制下，信号处理装置中的井上信号发射接收器发射与个人信号发射接收器对应的触发脉冲信号，该触发脉冲信号沿铠装射频电缆传输并从其上的孔隙发射出去，个人信号发射接收器接收到该触发脉冲信号后，马上发射以个人编码信号调制的定位射频脉冲信号和经调制的传感器信号，并经铠装射频电缆传输给信号处理装置中的井上信号发射接收器，解调后再送入计算机。计算机记录下触发脉冲信号的发射时刻和接收到反馈信号的时刻，在信号传输速度已知的情况下，计算机在相应软件的支持下，可计算得到信号发射点距离井口的长度，即实现定位。井口接收记录器的作用是采集与个人信号发射接收器对应的个人特征编码信号并送入计算机，以显示特定的个人信号发射接收器是否下井以及是否又上井；计算机只有在接收到该个人特征编码信号的情况下，才会发射与该个人信号发射接收器对应的触发脉冲信号(矿工上井时经过井口，计算机再次接收到个人特征编码信号，将停止发射与该个人信号发射接收器对应的触发脉冲信号)，这样，在个人信号发射接收器数量较多且没有同时下井时，可避免井上信号发射接收器无谓地发射没有下井的个人信号发射接收器的触发脉冲信号。当然，在此种信号传输模式下且个人信号发射接收器数量较少的情况下，也可不采用井口接收记录器，这是本领域技术人员在本发明技术方案基础上，最容易联想到的结构变型。为确认个人信号发射接收器是否下井，个人信号发射接收器可连续发射个人特征编码信号，矿工经过井口时，井口接收记录器接收到该信号并送至计算机；井口接收记录器也可在计算机控制下连续发射用于搜索个人信号发射接收器的触发脉冲信号，矿工经过井口时，其携带的个人信号发射接收器接收到该触发脉冲信号，马上发射个人特征编码信号，井口接收记录器接收该个人特征编码信号并送入计算机；甚至，井口接收记录器可采用磁卡考勤机，矿工刷卡后磁卡考勤机将信号送入计算机，同样也能达到确认个人信号发射接收器是否下井的目的。采用该触发式信号传输模式，个人信号发射接收器的定位及传感器信号的发射是受井上信号发射接收器发出的触发脉冲信号控制的，其优势在于井上操作人员可以随时设置或调节触发脉冲信号的间隔时间，正常情况下间隔时间可以较长，紧急时可以较短，便于井上操作人员的操作控制。
个人信号处理器和井上信号处理器无论是作为发射和接收器使用，还是作为发射接收器使用，其实现上述功能的内部电路结构对电学或信号通讯领域的普通技术人员来讲，都是公知且非常容易实现的，并且可容易地有多种不同结构的变型；井口接收记录器也是这样。因此，本发明对它们的内部电路结构未作具体描述。
本发明采用了铠装射频电缆作为井下信号传输部件，其本身是一个无源器件，不存在供电问题，在井下安装使用不会对安全生产有任何影响，可随掘进进度延伸至各工作区；而且铠装射频电缆抗拉、抗压强度高，即使井下发生事故(如水淹或大火)损坏铠装外层，只要芯线不断，仍能正常传输信号。可以很好的实现井下的信号传输，为实现井下工作人员的可靠定位提供了必要条件；另外，本发明在个人信号处理器上安装传感器，可以实时监测井下各部位的环境情况，无需派专人定时巡检。
图1为井下监测及定位装置的结构示意图；图2为本发明开有孔隙的铠装等阻抗射频电缆的结构示意图；图3为图2的A-A视图；具体实施方式
实施例1一种井下监测及定位装置，由个人信号处理器1、信号传输部件2、井上信号处理器3和计算机分析系统4构成的信号处理装置以及与计算机相连的井口接收记录器5构成，个人信号处理器1与信号传输部件2之间为无线信号传输，信号传输部件2是与信号处理装置中的井上信号处理器3相连的、沿井下巷道设置的且与信号处理装置中的井上信号处理器3等阻抗匹配的铠装射频电缆，铠装射频电缆的金属屏蔽层每隔一段距离开有孔隙6。铠装射频电缆上的孔隙6可等距离开设，也可以根据需要不等距离开设。
个人信号处理器1内安装有传感器，传感器是温度传感器、湿度传感器、瓦斯浓度传感器中的至少一种。
具体实施时，所述的孔隙6可以直接在铠装射频电缆上开设，也可以以电缆连接器上的空隙来作为铠装射频电缆上的孔隙；所述的铠装电缆也可采用特制通用泄漏电缆，泄漏电缆是指屏蔽不完全或不屏蔽的可泄漏无线电的电缆。
个人信号处理器发射的信号有可能从相邻的多个孔隙中进入铠装电缆，尤其是当孔隙间隔距离较短时表现的更为突出，这样，井上信号处理器就会接收到多个信号，但由于井上信号处理器中设置有电压门槛电路，从离个人信号处理器最近的孔隙输入的信号幅度无疑是最大的，电压门槛电路将自动滤除从较远孔隙输入、电压幅值较小的发射信号。只有高于门槛电压的信号才是有效信号。因此，只要电压门槛电路的门槛电压设置合适，就可解决上述问题。铠装等阻抗射频电缆是现有公知产品，为了在实际运用中达到最好的效果，一般采用75-5、75-9和75-12等型号。现有的铠装等阻抗射频电缆的结构由内到外依次为芯线7、绝缘层8、金属屏蔽层9和保护层10，由于绝缘层不屏蔽信号，本发明的铠装等阻抗射频电缆的孔隙只剥开金属屏蔽层和保护层，当然剥开绝缘层裸露出芯线也不影响信号的传输。本发明的信号传输部件2可以悬挂于巷道顶部、侧壁或者直接铺设于巷道内。
个人信号处理器是信号发射器，信号处理装置中的井上信号处理器是信号接收器。此时，假设井口接收记录器接收到的个人信号发射器(矿工)进入井口时的时钟信号为10:00:00.000000000时刻，个人信号发射器的脉冲信号时间间隔为10秒，那么，在忽略信号传输时间的情况下，井上信号接收器每过10秒就会接收到一组脉冲信号(即以个人编码信号调制的射频脉冲信号和经调制的传感器信号)，如果考虑信号传输时间，井上信号接收器可能会依次在10:00:10.000000001、10:00:20.000000003、10:00:30.000000005、10:00:40.000000007……时刻接收到一组脉冲信号。在相应软件的支持下，计算机记录下接到脉冲信号的真实时刻，就会得到脉冲信号到达井上信号接收器所用的时间(即接收时刻的小数点后的数值)，乘以已知的信号传输速度，就可计算得到信号发射点距离井口的长度，即实现定位。此时，井上信号接收器接收到的相应传感器的信号反映的是此时矿工所在位置的环境状况。按该种方法定位，精度可达到±2米以内。
根据井下巷道的挖掘路径编制相应的井下电子地图界面显示计算机软件，在计算机接收到的信号数据的支持下，每一个个人信号发射器在井下电子地图显示界面上表现为一个亮点，这样，数据的输出形式更直观，更方便操作人员的观察。
个人信号处理器1必须进行井下防爆处理，最好采用安全火花型和隔爆型双重防爆形式，在投入使用前，需到有关部门进行防爆鉴定。
实施例2一种井下监测及定位装置，由个人信号处理器1、信号传输部件2、井上信号处理器3和计算机分析系统4构成的信号处理装置以及与计算机相连的井口接收记录器5构成，个人信号处理器1与信号传输部件2之间为无线信号传输，信号传输部件2是与信号处理装置中的井上信号处理器3相连的、沿井下巷道设置的且与信号处理装置中的井上信号处理器3等阻抗匹配的铠装射频电缆，铠装射频电缆的金属屏蔽层每隔一段距离开有孔隙6。
个人信号处理器1内安装有传感器，传感器是温度传感器、湿度传感器、瓦斯浓度传感器中的至少一种。
个人信号处理器是信号发射接收器，信号处理装置中的井上信号处理器是信号发射接收器。当计算机接收到井口接收记录器传来的个人特征编码信号时，控制信号处理装置中的井上信号发射接收器发射以与个人信号发射接收器相同的个人编码信号调制的触发脉冲信号，该触发脉冲信号沿铠装射频电缆传输并从其上的孔隙发射出去，个人信号发射接收器接收到该触发脉冲信号后，马上发射以个人编码信号调制的定位射频脉冲信号和经调制的传感器信号，并经铠装射频电缆传输给信号处理装置中的井上信号发射接收器，解调后再送入计算机。在相应软件支持下，计算机记录下触发脉冲信号的发射时刻和接收到反馈信号的时刻，两时刻的差为信号往返的时间，除以2得到信号单程传输时间，再乘以已知的信号传输速度，就可计算得到信号发射点距离井口的长度，即实现定位。此时，井上信号接收器接收到的相应传感器的信号反映的是此时矿工所在位置的环境状况。
在井下有多条支路巷道时，有可能产生一条支路巷道的某一点同另一条支路巷道的某一点与井上信号处理器之间的信号传输距离相等，造成计算机分析系统无法判断和定位，为此，在各支路巷道与井上信号处理器之间分别铺设开有孔隙的射频电缆，在电缆走向已知的情况下，可解决上述问题。
权利要求
1.一种井下监测及定位装置，由个人信号处理器(1)、信号传输部件(2)、井上信号处理器(3)和计算机分析系统(4)构成的信号处理装置以及与计算机相连的井口接收记录器(5)构成，个人信号处理器(1)与信号传输部件(2)之间为无线信号传输，其特征为信号传输部件(2)是与信号处理装置中的井上信号处理器(3)相连的、沿井下巷道设置的且与信号处理装置中的井上信号处理器(3)等阻抗匹配的铠装射频电缆，铠装射频电缆的金属屏蔽层每隔一段距离开有孔隙(6)。
2.如权利要求1所述的井下监测及定位装置，其特征为铠装射频电缆上的孔隙(6)可等距离开设。
3.如权利要求1所述的井下监测及定位装置，其特征为以电缆连接器上的空隙来作为铠装射频电缆上的孔隙(6)。
4.如权利要求1或2或3所述的并下监测及定位装置，其特征为个人信号处理器(1)内安装有传感器，传感器是温度传感器、湿度传感器、瓦斯浓度传感器中的至少一种。
5.如权利要求1或2或3所述的井下监测及定位装置，其特征为个人信号处理器(1)是信号发射器，信号处理装置中的井上信号处理器(3)是信号接收器。
6.如权利要求4所述的井下监测及定位装置，其特征为个人信号处理器(1)是信号发射器，信号处理装置中的井上信号处理器(3)是信号接收器。
7.如权利要求1或2或3所述的井下监测及定位装置，其特征为个人信号处理器(1)是信号发射接收器，信号处理装置中的井上信号处理器(3)是信号发射接收器。
8.如权利要求4所述的井下监测及定位装置，其特征为个人信号处理器(1)是信号发射接收器，信号处理装置中的井上信号处理器(3)是信号发射接收器。
全文摘要
本发明涉及一种井下安全管理装置，具体是一种井下监测及定位装置。本发明解决了现有井下监测及定位装置在井下发生事故后无法正常工作，且存在定位不准确，监测费时费力的问题。该井下监测及定位装置，由个人信号处理器、信号传输部件、井上信号处理器和计算机分析系统构成的信号处理装置以及与计算机相连的井口接收记录器构成，个人信号处理器与信号传输部件之间为无线信号传输，信号传输部件是与信号处理装置中的井上信号处理器相连的、沿井下巷道设置的且与信号处理装置中的井上信号处理器等阻抗匹配的铠装射频电缆，铠装射频电缆的金属屏蔽层每隔一段距离开有孔隙。本发明用铠装射频电缆作为井下信号传输部件，为井下人员可靠定位提供了条件。
文档编号E21F17/00GK1773078SQ20051004810
公开日2006年5月17日 申请日期2005年11月14日 优先权日2005年11月14日
发明者赵敏 申请人:赵敏