一种超低频矿井无线应急通信装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属超低频信号通信领域，涉及一种无线通信装置，具体是一种应用于矿井的超低频矿井无线应急通信装置。
【背景技术】
[0002]矿难事件发生时，井上人员应该以最快速度与井下人员取得联络，准确了解被困人员的状况和位置来进行救援部署工作。而我国矿井通信目前存在以下问题:缺乏可靠的，覆盖面宽的移动通信系统；通信系统的网络化，综合程度不够；以及设备抗灾难事故能力差，有线通信线路极易损坏，造成通信中断。因此国内急需能够穿透岩体应用于矿井的无线通信系统。
[0003]进而，以大地为信道的井下无线应急通信系统在此方面有广阔的应用，它可以在其他系统损坏时保证通讯畅通，相关人员可在极短的时间内采取应急措施，最大程度减少伤亡，同时系统可以和井下任何人员进行通讯，方便了生产调度和人员部署，从而生产效率得到了极大地提高。
[0004]同时，目前市场上应用的无线接收装置采用谐振接收，然而在井下环境恶劣的情况下难以在复杂的噪声中精确有效的提取出有用信号进行数据处理，并且抗干扰性和可靠性较差，难以满足突发矿难情况下高精度高效率的场合。
[0005]如何对现有无线应急通信系统结构进行改进，来达到简化电路，实现接收设备小巧便携，同时在井下复杂环境中能够显著提高低信噪比，高效可靠的实现无线应急通信就成为本实用新型要解决的问题。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题在于为了克服现有的缺点，提供一种超低频矿井无线应急通信装置。以满足井上对井下的无线预警功能，以及接收装置的便携可靠。
[0007]本实用新型是这样实现的，
[0008]一种超低频矿井无线应急通信装置，该装置包括发射机与接收机:
[0009]所述发射机由发射主控模块分别连接发射人机接口与调制电路模块，所述调制电路模块经一驱动模块、H桥路与发射线圈相连，一吸收电路与H桥路相连，发射线圈与谐振电容相连接构成；
[0010]所述接收机包括传感器经初级放大器、50Hz陷波器、可控增益放大器、采样模块与接收主控模块相连，接受主控模块与接收人机接口和预警装置连接；
[0011]所述发射机通过发射线圈发射的信号通过接受机的传感器接受。
[0012]进一步地，其中发射人机接口由具有触摸屏功能的液晶TFT屏构成。
[0013]进一步地，所述发射主控模块和接受主控模块均选用32位控制器stm32。
[0014]进一步地，所述驱动模块由带隔离作用的IR2110驱动芯片产生驱动信号。
[0015]进一步地，所述H桥路由IRFP250构成桥式逆变电路。
[0016]进一步地，所述发射线圈采用100m*100m单胆大线圈、50m*50m多胆线圈，或25m*25m多匝线圈，并且串联谐振电容和阻尼吸收电阻。
[0017]进一步地，所述传感器选用感应式磁传感器。
[0018]进一步地，初级放大器选用超低噪声运算放大器AD797。
[0019]进一步地，在初级放大器和50Hz陷波器之间设置低通滤波器模块，选用5阶巴特沃兹低通滤波器。
[0020]进一步地，采样模块需用24位高精度AD转换芯片ADS1256。
[0021]本实用新型与现有技术相比，有益效果在于:采用超低频作为信号发射频率，具有能够穿透岩层的能力。发射线圈减小负载的电感性，能有效提高发射功率。接受采用模拟带通滤波与数字带通滤波相结合，能更好的提高信噪比。采用数字滤波能，增加系统稳定性，有效减小模块体积，提高便携性。
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型的发射机的结构模块框图；
[0023]图2是本实用新型的接收机的结构模块框图。
【具体实施方式】
[0024]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0025]一种超低频矿井无线应急通信装置，该装置包括发射机与接收机:
[0026]如图1所示，发射机由发射主控模块分别连接发射人机接口与调制电路模块，所述调制电路模块经一驱动模块、H桥路与发射线圈相连，一吸收电路与H桥路相连，发射线圈与谐振电容相连接构成；
[0027]参见图2，接收机包括传感器经初级放大器、50Hz陷波器、可控增益放大器、采样模块与接收主控模块相连，接受主控模块与接收人机接口和预警装置连接；发射机通过发射线圈发射的信号通过接受机的传感器接受。其中发射人机接口由具有触摸屏功能的液晶TFT屏构成。发射主控模块和接受主控模块均选用32位控制器stm32。驱动模块由带隔离作用的IR2110驱动芯片产生驱动信号。H桥路由IRFP250构成桥式逆变电路。发射线圈采用100m*100m单匝大线圈、50m*50m多匝线圈，或25m*25m多匝线圈，并且串联谐振电容和阻尼吸收电阻。传感器选用感应式磁传感器。初级放大器选用超低噪声运算放大器AD797。在初级放大器和50Hz陷波器之间设置低通滤波器模块，选用5阶巴特沃兹低通滤波器。采样模块需用24位高精度AD转换芯片ADS1256。
[0028]发射主控模块的作用是产生具有编码意义的300Hz-500Hz的方波，其中一组为连续的方波，另一组为用于作为调制信号的方波。因此编码方式采用的是ASK编码方式，有方波信号代表I，无信号代表O。同时stm32单片机通过解读人机接口即TFT屏所传递的信息，来产生不同的信号波。stm32单片机产生的两组方波通过调制电路模块的乘法器相乘从而产生被调制的信号。此时输出的信号为间断性的方波。
[0029]从调制电路模块出来的方波进入驱动模块。驱动模块采用IR2110驱动芯片，将乘法器输出的5V信号转换为12V信号，最为驱动MOS管的驱动信号。H桥开关芯片采用IRFP250M0S 管。
[0030]发射机为磁性源发射机，信号通过大面积发射线圈发射出去，穿过岩层。接受传感器采用感应式磁传感器即磁棒。将传感器与配谐电容相并联，以发射频率为谐振频率。谐振接收滤除了发射方波信号中的谐波分量，只有基波正弦波信号噪声进入接收系统。为尽可能的降低信号中的噪声，初级放大器选用超低噪声芯片AD797作为放大器。放大倍数控制在10-20倍。由于噪声信号中50Hz工频干扰信号尤为严重，谐振带通滤波器难以将工频干扰滤除，因此将50Hz工频干扰特别处理。50Hz陷波器是利用模拟电感法设计的50Hz陷波器。
[0031]为了保证不论输入到AD芯片的模拟信号幅度差异不大，利用可控增益放大器设计了自动增益控制电路，可控增益放大器中选用的是AD630。同时由于AD芯片无法转换负值电压，在采样模块部分设计了模拟加法器，将输入信号与固定稳定直流电压相加，从而形成直流耦合。克服AD转换器无法转换负值电压的缺陷。模拟量转换为数字量存入到接收主控模块内，接收主控模块同样采用stm32作为主控芯片。接收主控模块将采集的信号利用数字相敏检波器的方法完成数字滤波。同时进行信号的解码工作。解读出不同的信息之后将相关信息通过接收人机接口即指示灯和显示屏表达出来，完成预警指示功能。同时接收到信息的人也可以通过人机TFT取消预警。
[0032]接收机需要接收者随身携带，因此具备小巧方便的特点。
[0033]整个接收系统除了传感器部分与人机接口部分均被装入20cm*15cm*5cm的盒内，显示灯镶嵌在盒顶部，当预警信息到时，指示灯闪烁，提醒使用者查看信息，同时盒上设计有接收装置开关，开启或关闭接收系统；信息确认开关确认收到信息，指示灯停止闪烁。传感器盒与装置盒相互独立避免电磁干扰。
[0034]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种超低频矿井无线应急通信装置，其特征在于，该装置包括发射机与接收机: 所述发射机由发射主控模块分别连接发射人机接口与调制电路模块，所述调制电路模块经一驱动模块、H桥路与发射线圈相连，一吸收电路与H桥路相连，发射线圈与谐振电容相连接构成桥路连接有直流电源供电； 所述接收机包括传感器经初级放大器、50Hz陷波器、可控增益放大器、采样模块与接收主控模块相连，接受主控模块与接收人机接口和预警装置连接； 所述发射机通过发射线圈发射的信号通过接受机的传感器接受。
2.如权利要求1所述的超低频矿井无线应急通信装置，其特征在于， 其中发射人机接口由具有触摸屏功能的液晶TFT屏构成。
3.如权利要求1所述的超低频矿井无线应急通信装置，其特征在于， 所述发射主控模块和接受主控模块均选用32位控制器stm32。
4.如权利要求1所述的超低频矿井无线应急通信装置，其特征在于， 所述驱动模块由带隔离作用的IR2110驱动芯片产生驱动信号。
5.如权利要求1所述的超低频矿井无线应急通信装置，其特征在于， 所述H桥路由IRFP250构成桥式逆变电路。
6.如权利要求1所述的超低频矿井无线应急通信装置，其特征在于，所述发射线圈采用100m*100m单匝大线圈、50m*50m多匝线圈，或25m*25m多匝线圈，并且串联谐振电容和阻尼吸收电阻。
7.如权利要求1所述的超低频矿井无线应急通信装置，其特征在于， 所述传感器选用感应式磁传感器。
8.如权利要求1所述的超低频矿井无线应急通信装置，其特征在于，初级放大器选用超低噪声运算放大器AD797。
9.如权利要求1所述的超低频矿井无线应急通信装置，其特征在于，在初级放大器和50Hz陷波器之间设置低通滤波器模块，选用5阶巴特沃兹低通滤波器。
10.如权利要求1所述的超低频矿井无线应急通信装置，其特征在于，采样模块需用24位高精度AD转换芯片ADS1256。
【专利摘要】本实用新型是一种超低频矿井无线应急通信装置。该装置包括发射机与接收机：发射机由发射主控模块分别连接发射人机接口与调制电路模块，调制电路模块经一驱动模块、H桥路与发射线圈相连，一吸收电路与H桥路相连，发射线圈与谐振电容相连接构成；H桥路连接有直流电源供电。接收机包括传感器经初级放大器、50Hz陷波器、可控增益放大器、采样模块与接收主控模块相连，接受主控模块与接收人机接口和预警装置连接；发射机通过发射线圈发射的信号通过接受机的传感器接受。本新型发射线圈采用电容电感串联，减小负载的电感性，能有效提高发射功率。本新型采用超低频作为信号发射频率，具有能够穿透岩层的能力。具有模块体积小，提高便携性的优点。
【IPC分类】H04B1-04, E21F17-18, H04B1-16
【公开号】CN204539125
【申请号】CN201520240746
【发明人】程德福, 杨巍, 蔡珊珊, 陈嘉仪
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月21日