专利名称：一种采用地电场检测技术的透地双向数字信息通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种采用地电场检测技术的透地双向数字信息通信装置，尤其是适用干“矿难”事故时的应急“透地”数字与信息通信，同时又能实现地下半空间和湖泊、海洋中的无线远程双向通信和遥控遥测的功能。
背景技术：
“矿难”(特别是煤矿)发生时，一些幸存者经常被困在地下。常规有线通信设施在矿山灾害中遭到破坏时，往往造成井下与地面抢救中心的及周边地区通信瘫痪；即使是采用无线电电磁波辐射技术的“透地”通信系统同样也受到地下环境和电磁波天线技术瓶颈的影响，目前，其实际应用也仅限在“下行”工作状态(仅地面向地下传送信号)，很难做到“上行”即地下矿井人员向地面抢险救灾指挥中心发送信息。因此，地面救护人员不能对地下被困人员和险情的信息进行准确的了解，这给抢险救援工作造成了极大的困难。目前，安装在地下矿井避难硐室和安全仓内的通信系统仍然是以有线通信系统为主。提供ー种在“矿难”发生时，有效的保障地面与地下相互通信的“透地通信”技术装置，为“矿难”抢险救灾提供决策信息、提高抢险救灾效率，极大的减少抢险救灾人员与矿エ的伤亡、減少经济损失，在“矿难”抢险救灾领域中具有现实意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中，在发生“矿难”吋，目前尚没有ー种有效的通信方法和技术装置来满足“矿难”时地面与地下灾区的信息双向沟通即“应急透地通信”的需求，本发明提供ー种采用地电场检测技术的“透地”双向数字信息通信装置，用于“矿难”抢险救灾中的应急“透地”数字与信息通信。它不仅适用于矿山的“透地”数字与信息通信，而且适应于在不宣建立有线和无线电磁波通信环境中有效的实施通信，能满足在地下半空间、湖泊、海洋环境中的双向远程通信与远程双向遥控遥测的功能。本发明是通过以下技术原理实现的
以地下三维空间中的电性偶极矩为研究对象，A表示地下空间某处的电势，研究表明，地下三维空间在电性偶极矩的作用下其电场强度分布如下列公式所示
电场强
权利要求
1.一种采用地电场检测技术的透地双向数字信息通信装置，其特征在于，由地下装置、地面装置组成； 所述地下装置由相互电连接的地下通信装置和地下电性偶极矩收/发天线组成；地下通信装置安装在地下矿井避难硐室或隧道中，地下电性偶极矩收/发天线埋入地下矿井或隧道地质体内；地下矿井或隧道的地质体为半导电体；地下装置和地面装置之间通过所述半导电体构成地质体信道进行双向数字通信或遥控遥测； 所述地面装置由相互电连接的地面通信装置和地面电性偶极矩收/发天线组成；地面通信装置安装在地面上，地面电性偶极矩收/发天线埋入地表浅层。
2.根据权利要求1所述的采用地电场检测技术的“透地”双向数字信息通信装置，其特征在于，所述地下电性偶极矩收/发天线、地面电性偶极矩收/发天线用于进行数字信号发送与接收；地下通信装置、地面通信装置均为采用伪随机编码调制与解调的通信装置。
3.根据权利要求1或2所述的采用地电场检测技术的透地双向数字信息通信装置，其特征在于，所述地下电性偶极矩收/发天线采用“不极化”接地极，地下电性偶极矩收/发天线均采用直径为35mm-50mm、长度为800mm-1200mm，的紫铜管；紫铜管内填充高碳粉和电解离子化合物，与地平行埋入地下，地下电性偶极矩收/发天线通过焊接导体引线与地下通信装置的天线驱动器模块电路、天线接收器连接； 所述地面电性偶极矩收/发天线，亦采用“不极化”接地极，地面电性偶极矩收/发天线均采用直径为35mm-50mm、长度为800mm-1200mm的紫铜管；紫铜管内填充高碳粉和电解离子化合物晶体，与地平行或垂直埋入地下，地面电性偶极矩收/发天线通过焊接导体引线与地面通信装置的天线驱动器、与天线接收器连接。
4.根据权利要求1或2所述的采用地电场检测技术的透地双向数字信息通信装置，其特征在于，所述地下通信装置包括MCU、输入键盘、液晶显示器、天线接收器、R信号调理模块电路、数字解调模块电路、数字调制模块电路、键控调制信号模块电路、T/R转换控制模块电路、天线驱动器模块电路、供电系统;MCU通过控制总线与天线接收器、R信号调理模块电路、数字解调模块电路、键控调制信号模块电路、数字调制模块电路、T/R转换控制模块电路、天线驱动器模块电路进行电连接，数字调制模块电路、键控调制信号模块电路、T/R转换控制模块电路和天线驱动器模块电路依次电连接，通过MCU、天线接收器、R信号调理模块电路、数字解调模块电路、数字调制模块电路、键控调制信号模块电路、T/R转换控制模块电路、天线驱动器模块电路完成地下通信装置的收/发转换、键控调制、信号调理、信号调制与解调、系统自检与保护功能;MCU还通过数据总线与输入键盘、液晶显示器电连接，通过MCU、输入键盘、液晶显示器、R信号调理模块电路、数字解调模块电路、数字调制模块电路、键控调制信号模块电路完成数字信息、文字信息的收/发编辑、信号调理、信号调制与解调、通信信息的存储与显示、人机交流功能； 所述地下通信装置的供电系统的高压正极与天线驱动器模块电路的正极连接，地下通信装置的供电系统的高压负极与天线驱动器模块电路的负极连接；地下通信装置的供电系统的低压正极与地下通信装置工作电源正极连接，地下通信装置的供电系统的低压负极与地下通信装置工作电源负极连接，地下通信装置的供电系统为地下电性偶极矩天线提供发射大功率信号的电源和确保地下通信装置的工作电源的正常供电； 所述地面通信装置包括MCU、输入键盘、液晶显示器、天线接收器、R信号调理模块电路、数字解调模块电路、数字调制模块电路、键控调制信号模块电路、T/R转换控制模块电路、天线驱动器模块电路、供电系统;MCU通过控制总线与天线接收器、R信号调理模块电路、数字解调模块电路、键控调制信号模块电路、数字调制模块电路、T/R转换控制模块电路、天线驱动器模块电路电连接，数字调制模块电路、键控调制信号模块电路、T/R转换控制模块电路和天线驱动器模块电路依次电连接，通过MCU、天线接收器、R信号调理模块电路、数字解调模块电路、数字调制模块电路、键控调制信号模块电路、T/R转换控制模块电路)、天线驱动器模块电路完成地面通信装置的收/发转换、键控调制、信号调理、信号调制与解调、系统自检与保护功能；MCU还通过数据总线与输入键盘、液晶显示器电连接，通过MCU、输入键盘、液晶显示器、R信号调理模块电路、数字解调模块电路、数字调制模块电路、键控调制信号模块电路，完成待发数字信息、文字信息的收/发编辑、信号调理、信号调制与解调、通信信息的存储与显示、人机交流功能； 所述地面通信装置的供电系统的高压正极与天线驱动器模块电路的正极连接、地面通信装置的供电系统的高压负极与天线驱动器模块电路的负极连接；地面通信装置的供电系统的低压正极与地面通信装置工作电源正极连接、地面通信装置的供电系统的低压负极与地面通信装置工作电源负极连接，所述地面通信装置的供电系统为地面电性偶极矩天线提供发射大功率信号的电源和确保地面通信装置的工作电源的正常供电。
5.根据权利要求4所述的采用地电场检测技术的透地双向数字信息通信装置，其特征在于，所述地下通信装置的数字解调模块电路、数字调制模块电路、键控调制信号模块电路均采用调制基频为ΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ、15位M序列伪随机编码，实现对通信信息进行调制与解调； 所述地面通信装置的数字解调模块电路、数字调制模块电路、键控调制信号模块电路均采用调制基频为1Ηζ-1000Ηζ、15位M序列伪随机编码，实现对通信信息进行调制与解调。
6.根据权利要求1或2所述的采用地电场检测技术的透地双向数字信息通信装置，其特征在于，所述地下电性偶极矩收/发天线、地面电性偶极矩收/发天线均安装于流体中成为水中电性偶极矩收/发天线，所述地面通信装置安装于地面上，地下通信装置置于流体中或流体上成为水上或水中通信装置，水中电性偶极矩收/发天线通过防水的引线导体与置于地面上的地面通信装置、水上或水中通信装置电连接，在“信道”为湖泊、海洋中的“水媒体介质”中实现远程双向通信和遥控遥测的功能。
全文摘要
一种采用地电场检测技术的透地双向数字信息通信装置，由地下装置、地面装置组成；所述地下装置由相互电连接的地下通信装置和地下电性偶极矩收/发天线组成；地下通信装置安装在地下矿井避难硐室或隧道中，地下电性偶极矩收/发天线埋入地下矿井或隧道地质体内；地下矿井或隧道的地质体为半导电体；地下装置和地面装置之间通过所述半导电体构成地质体“信道”进行数字通信；所述地面装置由相互电连接的地面通信装置和地面电性偶极矩收/发天线组成；地面通信装置安装在地面上，地面电性偶极矩收/发天线埋入地表浅层。使用本发明，可实现在大地半空间中和水中的双向远程通信与远程双向遥控遥测的功能。
文档编号H04B13/00GK103023581SQ201210539329
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者陈曦鸣, 陈一平, 唐冬梅 申请人:陈曦鸣, 陈一平, 唐冬梅