一种隧道内使用的超外差式长波通信设备的制作方法

本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种隧道内使用的超外差式长波通信设备。

背景技术：

隧道内情况的监测，一直是工程领域重点关注的对象，包括施工过程中的结构，以及投入使用后隧道的应力状态、隧道内发生自然灾害等。目前，对隧道内情况的监测，一般采用的是预埋各种传感器和图像采集设备进行数据的收集，再将这些收集到的数据传输到监测控制中心，供相关机构处理、分析。

目前的现有技术，对于数据传输可以采用有线或无线的方式进行通信。如果采用有线方式通信，需要预埋线缆，而且线缆如果失效后极不便于维修；而如果采用无线方式通信，目前用于信号无线传输的4g以及蓝牙等方式都是高频信号，而高频信号因波长较短，会被泥土、岩石等障碍物阻碍其传播，对于一些长度稍长的隧道，在隧道中某一点采集到的数据就不能有效传输出隧道。

所以需要一种能将隧道内某一点采集到的数据，在传输过程中可以绕过泥土、岩石等障碍物，而有效传输到隧道外的通信方式。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种隧道内使用的超外差式长波通信设备，以解决现有技术中存在的使用高频信号进行无线通信，高频信号因波长较短，会被泥土、岩石等障碍物阻碍其传播，无法将隧道内某一点采集到的数据有效传输到隧道外的技术问题。

本实用新型采用的技术方案是一种隧道内使用的超外差式长波通信设备，包括：长波发射模块、长波接收模块和高频信号收发装置，其中长波发射模块可以接收隧道内其它设备采集到的数据；

长波发射模块包括依顺次相连接的编码器、调制器、第一混频器、功率放大器和发射天线；长波发射模块还包括波形发生器和第一本地振荡器，波形发生器与调制器相连接，第一本地振荡器与第一混频器相连接；

长波接收模块包括依顺次相连接的接收天线、前端放大器、第二混频器、中频放大器和解调器；长波接收模块还包括第二本地振荡器，第二本地振荡器与第二混频器相连接；

高频信号收发装置和长波接收模块相连接。

进一步的，第一混频器输出的发射信号频率为40khz-100khz。

进一步的，长波发射模块还包括第一滤波器，第一滤波器连接在第一混频器和功率放大器之间。

进一步的，长波接收模块还包括第二滤波器，第二滤波器连接在接收天线和前端放大器之间。

进一步的，第一滤波器为lc滤波器。

进一步的，第二滤波器为lc滤波器。

由上述技术方案可知，本实用新型的有益技术效果如下：

1.在隧道内的某一点使用超外差式长波通信方式进行信号传输，发射信号的频率为40khz-100khz，发射信号的波长为3-7.5千米，所以本技术方案利用电磁波的衍射原理，可以绕过隧道内的各种障碍物，在隧道内的有效传输距离可达到3-7.5千米，能满足大部分隧道的使用需求，包括短隧道、中隧道、长隧道等。

2.在长波发射模块和长波接收模块分别使用lc滤波器进行滤波，可以提升通信设备的选频特性，滤掉低频干扰信号，获得更好的通信效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型的通信方式原理框图。

图2为本实用新型的一种长波发射模块电原理框图。

图3为本实用新型的一种长波接收模块电原理框图。

图4为本实用新型的另一种长波发射模块电原理框图。

图5为本实用新型的另一种长波接收模块电原理框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

本实用新型提供一种隧道内使用的超外差式长波通信设备，如图1所示，包括：长波发射模块和长波接收模块，其中长波发射模块可以接收隧道内采集设备采集到的数据；

如图2所示，长波发射模块包括依顺次相连接的编码器、调制器、第一混频器、功率放大器和发射天线；长波发射模块还包括波形发生器和第一本地振荡器，波形发生器与调制器相连接，第一本地振荡器与第一混频器相连接；

如图3所示，长波接收模块包括依顺次相连接的接收天线、前端放大器、第二混频器、中频放大器和解调器；长波接收模块还包括第二本地振荡器，第二本地振荡器与第二混频器相连接；

如图1所示，高频信号收发装置和长波接收模块相连接。

下面就实施例1的工作原理做详细说明：

对于隧道中任意位置的某一点采集到的数据，包括各种传感器采集到的数据、图像采集器拍摄到的图像等，将这些数据信号传输到长波发射模块中，先将这些数据信号使用编码器进行编码，编码后的信号便于传输；再将经过编码后的数据信号送入调制器中；波形发生器生成一个载波信号，载波信号和编码后的数据信号通过调制器进行调制后，生成一调制信号，该调制信号带有需要传输的信息；该调制信号和第一本地振荡器产生的第一本振信号通过第一混频器进行混频后，生成一个发射信号，该发射信号为一长波信号，其波长与隧道的长度近似；该发射信号使用功率放大器将信号的能量进行放大后，使用发射天线发射出去。

将长波接收模块设置在靠近隧道出口的某处，比如可以靠近隧道出口5-10米，此位置可以较好的与外界高频信号进行通信，也可以避免雨淋。

对于通过隧道内发射模块发出的发射信号，长波接收模块使用接收天线进行接收，将接收后的信号输入到前端放大器进行放大；再将放大后的信号与第二本地振荡器产生的本振信号通过第二混频器进行混频后，生成一个中频信号；该中频信号经过中频放大器放大后，再使用解调器进行解调，就可以得到从长波发射模块传输过来的数据。

对波形发生器进行设定，使其产生的载波信号和第一本振信号经第一混频器混频后，输出的发射信号频率为40khz-100khz，电磁波的速度为3×10⁸米，则发射信号的波长为3-7.5千米，所以本技术方案中的超外差式长波通信设备利用电磁波的衍射原理，在传输过程中可以绕过尺寸小于其波长的各种障碍物，在隧道内的有效传输距离可达到3-7.5千米。

在现有岩土工程中，对于隧道的长度定义如下：特长隧道全长3000米以上，长隧道全长1000m至3000m(含)，中隧道全长500m以上至1000m(含)，短隧道全长500m及以下。所以对于大部分隧道来讲，本技术方案中的超外差式长波通信设备可以实现以下技术效果，在隧道内任意一点采集到的数据，通过长波发射模块进行发射通信，位于隧道口附近的长波接收模块都可以接收到数据。而处在隧道口位置，就可以较好的接收到外界的高频信号，比如4g网络信号。如图1所示，在长波接收模块的后级，可以连接一个高频信号收发装置，这样通过长波接收模块进行一次中继传输后，就可以将隧道里任意一点采集到的数据，有效传输到外部4g网络中，进而传输到远程的监测控制中心。

在使用长波接收模块作为中继时，将长波接收模块的输出信号作为基带信号，送入高频信号收发装置进行调制，实现信号的频谱搬移。

本技术方案中，使用超外差式进行信号的发射、接收，可以去掉载波信号附近不需要的无用信号，获得更稳定的通信效果，抗干扰能力更强。

在实施例1中，长波发射模块的波形发生器可选用icl8038集成函数信号发生器，本地振荡器可选用32.768khz晶振，功率放大器输出功率可选用5-10w。

实施例2

在实施例1的基础上进一步优化：

如图4所示，在长波发射模块的第一混频器和功率放大器之间增加连接一个第一滤波器，第一滤波器可以将信号传输链路中产生或引入的各种无用的信号进行滤除后，再使用功率放大器将有用信号进行方法，避免将无用信号放大后在长波接收模块处形成干扰。

如图5所示，在长波接收模块的接收天线和前端放大器之间增加连接一个第二滤波器，第二滤波器可以将接收天线接收到的各种无用信号进行过滤，减少后级电路在处理有用信号时的干扰。

第一滤波器和第二滤波器均选用高q值lc滤波器，其中固定电感的q值能达到60，这样的lc滤波器可以得到更低的插入损耗和更好的选频特性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。