专利名称：矿用本质安全型双工式电子信号机的制作方法
技术领域：
本发明是为适应矿井下易燃易爆的工作环境，克服挤、压、碰、撞恶劣的自然条件，应用的矿灯为电源，应用非电量电测技术及半导体电子器件，而构成的一种具有通话、打点及光显示三种功能的矿用本质安全型(简称本安型)双工式电子信号机。
在我国煤炭工业生产中随着国产和进口综合采煤，综合掘进机械化生产水平的不断提高，将逐步淘汰一炮三响的老式采掘生产工艺。相继出现了150米－300米大跨度采煤工作面，500米－2000米长走向的生产运输系统，满足了国内大规模现代化生产的需要。但是在与上述生产运输设备系统配套的隔爆型36伏工频信号器件，由于线路压降大的原故而被淘汰。为满足生产运输系统的工作需要，目前只有在每套信号系统中增设近万元资金的供电设备，应用127伏电压等级的隔爆型工频信号器件，组成接力式信号系统来维持生产现状。由于127伏工频信号系统线路长，电压等级高，受供电网路局限因数多，器件的性能单一，加上矿山井下自然条件恶劣，使信号系统的机线造价高达8－10元／米以上，使用中的电器失爆率和不完好率高达矿井总电器设备失爆率和不完好率的70％，而信号器件损坏后的待修率占在删率的50％，并使信号系统常受供电网路的局限而处于瘫痪状态，无法保证信号系统的多功能和生产中多用途的需要。虽然近些年来国内外有了少量的音频多功能信号产品出现，但均以“KBH”系列产品较多，普遍存在着产品体大笨重，电路原理繁琐、收发信号均为有源工作网络，使用维修不便，耗电量大，工作效率低，故障率高、抗震、防潮性能差等缺点，不利于矿山井下生产工艺的正常进展。
基于上述理由，本发明的目的是解决运输信号系统受供电网络的局限性，克服所有隔爆型工频信号器件功能的单一性，克服接力式信号网路的被动性，提高信号系统的通信质量及有效工作距离，提高矿山井下信号网路的电器安全指标系数，降低机线造价，减少能源及资金的消耗，达到以本安型信号器件取代隔爆型工频信号器件的目标。
按照本发明的矿用本质安全型双工式电子信号机，其特征在于它由三极管T1、T2及偏置电阻R2等组成，以非本安型矿灯为电源，以音频升压变压器(B)为感性负载的电源截流式保护环节为主电路(简称本安电路)，应用压电陶瓷器件的压电效应构成的电压触发式电源截流保护环节的电路结构完成本机发话功能，应用以流过电阻R3上的电流时构成电流触发式电源截流保护环节的电路结构完成本机的铃流打点功能，应用压电陶瓷器件的压电逆效应及谐频特性与音频升压变压器(B)付边绕组中心抽头构成并联的电路结构完成本机无源收信的音响还原及隔离直流杂音，滤除高频谐波干扰的功能，应用LED元件并联在音频升压变压器(B)原边绕组1、2两端的电路结构完成本机收信、发信时的光显示及三极管T2的续流保护功能，并应用本机串联于信号网路的外线电路结构，使本机与信号网路为阻性而呈现传输的高阻抗特征，形成一条具有多种功能的有线广播信号网路。
进一步的特征在于三极管T1、T2及偏置电阻R2组成的本机主电路，应用安全栅WD1－WD4及限流电阻R1组成的过压、过流保护环节，使主电路中的感性负载对电源侧呈纯阻性负载的特征，各项技术指标符合本安标准要求。本机的发话功能特征在于由三极管T1、T2及R2组成的本机主电路在输入端受按钮NA1、2、3点的“分断”、“闭合”状态的控制应用压电陶瓷器件的压电效应构成压触发式的电源截流保护环节的截流量的变化受讲话话音信号的强弱控制，使B以感性负载的交变效应在原边绕组上得到2－3伏的话音电压，经B升压后在付边绕组上得到45伏话音电压，通过安全栅WD5－WD8的过压保护后输出35－40伏，24毫安的话音信号来完成。三极管T1、T2及偏置电阻R2组成的本机主电路在输入端受按钮NA1、3、4点的“分断”、“闭合”状态控制，应用流过电阻R3上的电流量构成电流触发式的电源截流保护环节的截流量的变化受R3电阻上电流量的控制，形成自激振荡环节，使B以感性负载的交变效应在原边绕组上得到2－3伏的音频铃流电压，经B升压后在付边绕组上得到45伏音频铃流电压，通过安全栅WD5－WD8的过压保护后输出35－40伏、14毫安的音频铃流信号来完成。应用压电陶瓷器件的压电逆效应作为本机的受话、受铃音响器件，应用音响器件并接于B付边绕组中心点的电路结构由对方机输出信号来驱动完成。应用日产强红色发光二极管LED与本机主电路中B原边绕组并联的电路结构，应用LED的光显示功能与元件的非线性特征来完成。将本机串联于信号网路，使该网路呈现高的阻抗特征，保证了信号网路线间漏阻不小于2KΩ，环阻可不大于5KΩ的性能。本机主电路的输入端应用控制按钮NA1、2、3、4点的NA1、2、3点构成NA1控制的电压触发式的电源截流保护环节为主电路的电源截流量随送话器的音频信号变化完成发话工作过程，应用控制按钮NA1、3、4点构成NA2控制的电流触发式的电源截流保护环节为主电路的电源截流量随电阻R3的电鎏量变化形成音频自激振荡系统来完成发铃工作过程。本机发铃的信号的音频频率变化特征在于应用主电路中负反馈电阻R3元件值与振荡频率与正比的调节关系。本机的电源连接装置在于应用KTSC－102型矿灯充电架的充电联接装置为本机的受电装置，KS－7KS－8型矿灯头上的充电时的受电装置为向本机的输电装置，使本机护壳外部的电源接续符合非本安标准的规定要求。
本发明的构成及特点将配合附图逐一详细说明如下
图1为本发明电路原理图。
图2为本发明护壳外部连接矿灯电源受电装置图。
图3为本发明NA控制按钮示意图。
图4为本发明作分机时连接信号网路示意图。
附表1为本发明技术参数。
附表2为本发明各元件参数值。
1、本发明的主电路是为在外部使用非本安型矿灯为电源，而又不破坏内部本安性能，达到发话、铃流打点及收、发信号显示功能服务的。如附
图1、2、3图中所示，在本发明护壳上盖外部左侧安装的受电装置在接通非本安型矿灯电源后，由WD1－WD4组成的双层双向齐纳安全栅(简称安全栅)做非本安型矿灯电源侧及内部主电路中音频升压变压器(简称B)原边绕组电感量的储能放电过压保护。由LED组成本发明收、发信的光显示及T2感性负载的续流保护，由三极管T1、T2偏置电阻R2及限流电阻R1，旁路电容C1，耦合电容C2组成B的截流保护环节及本发明的主电路，构成了非本安型矿灯电源的综合保护装置，达到了本发明具有发话、铃流打点和收、发信光显示的主电路功能。满足了“GB3836.4－83”中5.2条的规定要求。
2、本发明发话时应用压电陶瓷器件的压电效应构成送话器(简称S)，使主电路中三极管T1、T2、R2构成电压触发式截流装置。使B以本身感性器件的交变效应随S压电效应产生音频电压值变化，在B的原边绕组1、2两端产生2伏－3伏的音频电压信号经B升压后完成发话工作过程。
3、本发明铃打点时应用负反馈电阻R3与三极管T1、T2及R2构成电流触发式截流装置，使B以本身感性器件具有的交变效应通过R3控制T1、T2同时截止，在R3上的电流消失后使T1、T2又同时导通，形成与R3元件参数值成正比频率变化关系的音频铃流振荡环节，在B的原边绕组1、2两端产生2伏－3伏的音频铃流电压信号经B升压后完成发铃工作过程。
4、本发明的关联环节是为保证整个信号系统呈本安特性，收信为无源工作网络性能服务的。当发话及发铃时，由WD5－WD6组成的安全栅作B的储能放电及信号网络的过压保护环节。由压电陶瓷器件的压电逆效应构成的受话器(简称L)。应用并接在B付边1／2绕组的电路结构完成本机发信时的音响监测。收信时的无源音响还原的功能。并应用L器件的谐频特性隔离输入信号中的低频直流杂音，滤除高频谐波的干扰，使本环节电路保证了高输出、输入阻抗性能，达到了“GB3836.4－83”中6.6、2.10，附录B.4条的规定要求。
本发明呈现的效果及优点是应用非本安型矿灯为电源克服了隔爆型工频运输信号系统受供电网路的局限性，使每一个信号系统可节约近万元的供电设备造价资金，并有使用时操作方便，不用时可靠安全的优点。
本发明提供的发信工作网络的功能是克服了现有技术中一机一线只有一种功能的单一性，提高了有效工作距离及通信质量。克服了接力式信号工作方式的被动性，并有耗电量少，工作效率高的特点。
本发明提供的收信及光显示工作网络的功能是保证输出、输入端及信号线路的传输特性均为本安型的性能特点，它消灭了信号供电设备及器件的失爆率，提高了矿井安全指标系数，使信号网路的机线造价由原隔爆型的8－10元／米，减少到了3－5元／米，并以收信及光显示为无源工作网络的性能，呈现了具有故障率低，抗震及防潮性能高的特点及为生产系统服务的可靠性强等优点。
本发明所实施方案及元件参数和制作工艺，是在执行“GB3836.4－83″爆炸性环境用防爆电器设备一本质安全型电路和电气设备“i”(简称本安规程)前题下完成的，现结合本发明附
图1－4及附表1、2所示再现最佳实施方案如下1、当操作人员准备打点和发话时，将随身所带矿灯灯头插在本机外壳上盖左侧受电装置的负极导电柱上，顺时针旋转180度，使灯头电源正极与受电装置下部导电簧片接通(灯头负极随正极电源同时接通)。矿灯电池的直流4.5伏电源经限流电阻R1、WD1－WD4组成的4伏－6伏过电压隔高保护安全栅及B的原边绕组加在T2的E、C两极，完成了发信时的电源供给程序。由于主电路中NA1、2、3、4点分断控制，使T1的基极开路，三极管T1与T2均处于截止工作状态。此时主电路中工作电流为10微安，矿灯电源输出功率P＝A＊V＝10微安×4.5伏＝45微瓦，使主电路符合“GB3836.1－83”中1.4条规定要求。
2、当操作人员需要发话按下NA1时，如附
图1、3及附表1所示，主电路的NA1、2、3点同时闭合，使三极管T1、T2受R2的控制而导通，经B原边绕组构成矿灯电源的截流装，使矿灯电源供给300毫安的直流电流。由于送话器S的压电效应，使话音声波电压控制T1基极下偏压而使T1、T2工作在截止区域内，流过B原边绕组的电流在30毫安－290毫安的范围内变化。并通过B元件原边绕驵为感性元件的交变效应，使B原边绕组的1、2两端得到2－3伏音频电压信号，经LED元件完成发话信号强度光显示及T2的续流保护后，并经B升压使付边绕组得到45伏音频电压。通过WD1－WD4及WD5－WD8组成的两组安全栅完成对B元件原、付边绕组电感量的储能放电过压保护后，由压电陶瓷器件压电逆效应构成的受话器(简称L)完成本端话音音响监测，由5、8两个外线端输出35－40伏24毫安的音频信号驱动对方L器件完成发话工作过程，使本环节电路结构符合“GB3836.4－83”中2.10、6.6、附录B.4的规定要求。在本发明主电路侧由于WD1－WD4安全栅及LED元件的过压和续流保护的功能，使其对矿灯电源侧呈纯阻性负载特征，查“GB3836.4－83”标准附录A.3
图1所示，结合本发明附表1所示出的参数取2倍的安全系数计算后，验证符合本安要求。
3、当操作人员需要铃流打点按下NA2，如附
图1、3及附表1所示，主电路中NA1、3、4点同时闭合，使T1、T2受R2的控制而同时导通，经B原边绕组构成矿灯电源的截流装置。由于R3电流负反馈作用的控制，使T1、T2同时关断，在B原边绕组中的电流消失后，T1、T2又一次同时导通，形成与R3元件值成正比频率变化关系的音频振荡环节。使B以本身感性元件的交变效应在原边绕组的1、2两端得到2－3伏音频铃流信号，经B原边绕组上的LED元件完成发铃次数的光显示及T2元件的续流保护后，并经B升压使付边得到45伏的音频铃流电压。通过ED1－WD4及WD5－WD8组成的两组安全栅完成对B元件电感量的储能放电过压保护后。由L完成本端音频铃流的音响监测，由5、8两个外线端输出35－40伏。14毫安铃流信号驱动对方L完成发铃工作过程，使本环节电路结构符合“GB3836.4－83”中2.10，6.6，附录B.4的规定要求。在本发明主电路侧由于WD1－WD4安全栅及LED元件的过压和续流保护功能，使其对矿灯电源侧呈阻性负载特征。查“GB3836.4－83”标准附录A.3
图1所示，结合本发明附表1所示的参数，取2倍安全系数计算，验证符合本安要求。
4、本发明按附图4所示联接作分机服务于信号网路在作收信工作时，由于T1、T2、R2、R3及S构成的主电路不工作，可不需加入矿灯电源，本机的收信环节为无源工作网络，由外线端来的话音和铃流打点信号经B器件付边绕组3、4、5点构成回路，由L器件的谐频特性完成滤除外来信号中低频直流杂音和高频谐波干扰，由WD5－WD8组成的安全栅完成收信号的过电压保护。使L以器件本身的压电逆效应的功能完成收信工作的无源音响还原，使B器件以反向输入为降压的功能完成信号的耦合。由LED器件以光的功能显示出收信话音信号的强度及铃流信号打点的次数完成收信工作过程。使本环节电路结构符合“GB3936.4－83“中2.10、6.6，附录B.4的规定要求。
5、本发明按附图4所示联接作分机服务于信号网路在作发信工作时。由WD5－WD8组成的安全栅完成B元件付边绕组电感量储能放电过压保护后，使本端呈阻性负载。结合本发明附表1所示参数，在外线开路时5、8两端输出通话及铃流打点信号电压，电流最大为40伏，24毫安的参数，查“GB3836.4－83”中附录A.3
图1所示，取电压50伏，最小点燃电流值为200毫安，取两倍安全系数计算，验证本发明输出信号、电流值符合规定要求。本发明按附图4所示联接在5000米长度通信距离中接10台分机，在线路环阻为5KΩ漏阻为2KΩ，线路线间分布电容量为0.047微法／千米，线路分布电感量为0.8毫亨／千米时，则回路中总容量C总＝C线×5＝0.047微法／千米×5＝0.235微法XC＝＝308Ω总电感量L总＝0.8毫亨／千米×5＝4毫亨XL＝W.L＝55Ω并根据本发明信号回路中最远点电压，电流值为40伏，2MA的参数值，查“GB3836.4－83”中附录A.3图3所示，在电容量为0.3微法时，最小点燃电压为100伏，取2倍安全系数计算，验证本发明信号回路中最远点传输信号参数符合规定要求。查“GB3836.4－83”中附录A.3图5所示，在电感量为4毫亨时，最小点燃电流为150毫安，取2倍安全系数计算，验证本发明信号回路中最远点传输信号参数符合本安规程规定要求。
附表1①额定电压直流4.5±20％伏②额定电流振铃150毫安通话300毫安③输出信号频率振铃2100HZ通话300－3400HZ2、本发明传输技术指标①电声指标(在线路环阻0欧时测)振铃35伏16毫安2100HZ通话30伏25毫安300－3400HZ②电声指标(在线路环阻5千欧测)振铃40伏2毫安2100HZ通话35伏2毫安300－3400HZ③振铃及通话时均无振鸣现象。
3、本发明技术功能①做易燃易爆环境中运输系统的信号及通话。
②可使用在漏阻为2千欧以上，环阻10千欧以下的各种线路，在信号系统中即可做主机也可做为副机使用。
③应与矿用KS－7.KS－8型矿灯配合工作，可不受供电网路的局限。
④本机发信为有源工作，收信为无源工作。
4、本发明使用环境条件①环境温度－20－＋40度。
②相对湿度90±5％。
③海拔高度不大于2500米。
附表2本发明各元件参数值。
R1电阻RJ－2W－5ΩR2电阻RJ－0.25W－200KΩR3电阻RJ－0.25W－50KΩC1电容器CD11－25V－220微法C2电容器CD11－25V／1微法WD1－WD4稳压管 2CW135WD5－WD8稳压管 2DW51JS压电陶瓷器件FT－41－2.2ATL压电陶瓷器件FT－41－2.2ATLED日产强红色发光二极管NA50伏，2安两制式4组合薄膜形状(自制)B、音频升压变压器选1J850类铁镍合金材料。
E710－2000，原边用φ0.2mm漆包线绕40圈，付边用φ0.2mm漆包线绕500圈，在1／2处抽头1个。
T1S9015／S9014 T2BD135／BD13权利要求1.一种矿用本质安全型双工式电子信号机，其特征在于它由三极管T1、T2及偏置电阻R2等组成，以非本安型矿灯为电源，以音频升压变压器(B)为感性负载的电源截流式保护环节为主电路(简称本安电路)，应用压电陶瓷器件的压电效应构成的电压触发式电源截流保护环节的电路结构完成本机发话功能，应用以流过电阻R3上的电流时构成电流触发式电源截流保护环节的电路结构完成本机的铃流打点功能，应用压电陶瓷器件的压电逆效应及谐频特性与音频升压变压器(B)付边绕组中心抽头构成并联的电路结构完成本机无源收信的音响还原及隔离直流杂音，滤除高频谐波干扰的功能，应用LED元件并联在音频升压变压器(B)原边绕组1、2两端的电路结构完成本机收信、发信时的光显示及三极管T2的续流保护功能，并应用本机串联于信号网路的外线电路结构，使本机与信号网路为阻性而呈现传输的高阻抗特征，形成一条具有多种功能的有线广播信号网路。
2.按照权利要求1的矿用本质安全型双工式电子信号机，其特征在于由三极管T1、T2及偏置电阻R2组成的本机主电路，应用安全栅WD1－WD4及限流电阻R1组成的过压、过流保护环节，使主电路中的感性负载对电源侧呈纯阻性负载的特征，各项技术指标符合本安标准要求。
3.按照权利要求1的矿用本质安全型双工式电子信号机，特征在于由三极管T1、T2及R2组成的本机主电路在输入端受按钮NA1、2、3点的“分断”、“闭合”状态的控制应用压电陶瓷器件的压电效应构成压触发式的电源截流保护环节的截流量的变化受讲话话音信号的强弱控制，使B以感性负载的交变效应在原边绕组上得到2－3伏的话音电压，经B升压后在付边绕组上得到45伏话音电压，通过安全栅WD5－WD8的过压保护后输出35－40伏，24毫安的话音信号来完成。
4.按照权利要求1的矿用本质安全型双工式电子信号机，其特征在于由三极管T1、T2及偏置电阻R2组成的本机主电路在输入端受按钮NA1、3、4点的“分断”、“闭合”状态控制，应用流过电阻R3上的电流量构成电流触发式的电源截流保护环节的截流量的变化受R3电阻上电流量的控制，形成自激振荡环节，使B以感性负载的交变效应在原边绕组上得到2－3伏的音频铃流电压，经B升压后在付边绕组上得到45伏音频铃流电压，通过安全栅WD5－WD8的过压保护后输出35－40伏、14毫安的音频铃流信号来完成。
5.按照权利要求1的矿用本质安全型双工式电子信号机，其特征在于应用压电陶瓷器件的压电逆效应作为本机的受话、受铃音响器件，应用音响器件并接于B付边绕组中心点的电路结构由对方机输出信号来驱动完成。
6.按照权利要求1的矿用本质安全型双工式电子信号机，其特征在于应用日产强红色发光二极管LED与本机主电路中B原边绕组并联的电路结构，应用LED的光显示功能与元件的非线性特征来完成。
7.按照权利要求1的矿用本质安全型双工式电子信号机，其特征在于将机串联电于信号网路，使该网路呈现高的阻抗特征，保证了信号网路线间漏阻不小于2KΩ，环阻可不大于5KΩ的性能。
8.按照权利要求1的矿用本质安全型双工式电子信号机，其特征在于本机主电路的输入端应用控制按钮NA1、2、3、4点的NA1、2、3点构成NA1控制的电压触发式的电源截流保护环节为主电路的电源截流量随送话器的音频信号变化完成发话工作过程，应用控制按钮NA1、2、3、4点构成NA2控制的电流触发式的电源截流保护环节为主电路的电源截流量随电阻R3的电鎏量变化形成音频自激振荡系统来完成发铃工作过程。
9.按照权利要求1的矿用本质安全型双工式电子信号机，其特征在于应用主电路中负反馈电阻R3元件值与振荡频率与正比的调节关系。
10.按照权利要求1.的矿用本质安全型双工式电子信号机，其特征在于本机的电源连接装置在于应用KTSC－102型矿灯充电架的充电联接装置为本机的受电装置，KS－7KS－8型矿灯头上的充电时的受电装置为向本机的输电装置，使本机护壳外部的电源接续符合非本安标准的规定要求。
专利摘要本实用新型是应用矿灯为电源，电压触发式截流装置进行话音放大，电流触发式截流装置进行音频铃流打点，应用压电器件的压电效应及压电逆效应和变压器的交变效应构成。发信为有源工作网络，收信为无源工作网络的本质安全型双工式电子信号机。它应用串联接于信号回路的联接方式，可将低线路造价满足运输系统中打点及通话的需要，有不受供电网络条件局限的特点，达到了提高易燃爆工作环境中电气安全指标系数，取代所有隔爆型工频信号器件的目的。
文档编号E21F17/18GK2182263SQ9122823
公开日1994年11月9日 申请日期1991年11月6日 优先权日1991年11月6日
发明者郭广升 申请人:郭广升