Способ беспроводной передачи телеметрической информации в подземных горных выработках

 

Изобретение относится к горному делу и позволяет повысить надежность передачи телеметрической информации о деформации массива горных пород за счет снижения влияния индустриальных помех. Осуществляется излучение в пространство выработки /В/ сигналов радиопередатчиков, расположенных в подлежащей контролю области В. Эти сигналы принимаются радиоприемниками /РП/ 1-11, сформированными в группы /Г/ 1-2-3, 4-5, 6-7, 7-8, 9-10, 10-11, 7-10. Путем регулирования уровня срабатывания пороговых устройств РП 1-11 и выбора их местоположения относительно друг друга формируют общие зоны уверенного приема сигналов о деформации горных пород, охватывающие подлежащие контролю области В и непересекающиеся между собой зоны влияния помех в каждой Г. Осуществляют прием всеми РП сигналов о деформации горных пород в каждой Г. Регистрируют в каждой Г только те сигналы, которые одновременно приняты большинством РП, входящих в Г. Анализ принятых сигналов осуществляется в блоке 12 выносного приема, который имеет проводную связь с РП 1-11, а регистрация проводится в регистраторе 13. Применение способа позволяет удешевить радиотелеметрическую аппаратуру при осуществлении беспроводного контроля состояния подземной горной В. 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (51) 4 Е 21 С 39/00

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ б о 00

0 0

0 0 0

000

0 о

0

0 0 о 0

00

0 0 0

0 0 О о 0

Р

0 0 0

0 0 0

000

Ооо оо о о д о 0> ооо о о

van

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4311366/23-03 (22) 30,09.87 (46) 30.09.89. Бюл. N - 36 (71) Московский горный институт и Научно-производственное объединение

"Сибцветметавтоматика" (72) M.Ì. Манукян, В.Ф. Петров, В.М. Митронин и А.И. Россиев (53) 622.831. 53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1 198203, кл . Е 21 С 39/00, 1984 . (54) СПОСОБ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ

ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ В ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ (57) Изобретение относится к горному делу и позволяет повысить надежность передачи телеметрической информации о деформации массива горных пород за счет снижения влияния индустриальных помех. Осуществляется излучение в пространство выработки (В).сигналов радиопередатчиков, расположенных в подлежащей контролю области В. Эти сигналы принимаются радиоприемниками

2 (РП) 1-11, сформированными в группы (Г) 1-2-3, 4-5, 6-7, 7-8, 9-10, 10-11 7-10, Путем регулирования уровня срабатывания пороговых устройств РП 1-11 и выбора их местоположения относительно друг друга Форми руют общие зоны уверенного приема сигналов о деформации горных пород, охватывающие подлежащие контролю области В и непересекающиеся между собой зоны виляния помех в каждой Г.

Осуществляют прием всеми РП сигналов о деформации горных пород в каждой

Г. Регистрируют в каждой Г только те сигналы, которые одновременно приняты большинством РП, входящих в Г.

Анализ принятых сигналов осуществляется в блоке 12 выносного приема,который имеет проводную связь с РП

1-11, а регистрация проводится в.регистраторе 13. Применение способа

-позволяет удешевить радиотелеметрическую аппаратуру при осуществлении беспроводного контроля состояния под-. земной горной В. 7 ил.

3 151139

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использо вано в системах контроля состояния массива горных пород.

Цель изобретения —, повышение надежн ос ти передачи телеметрич ес кой информации в подземных горных выработках за счет снижения влияния индустриальных электромагнитных помех.

На фиг, 1 показано размещение группы радиоприемников в подземной горной выработке; на фиг. 2 — форми рование общей эоны уверенного приема группой из трех радиоприемников; на, фиг . 3 — структурная схема измерительного устройства с радиопередатчиком; на фиг. 4 — структурная схема радиоприемного устройства; на фиг.5 ,,7 — фрагменты функциональных схем 20 ! блоков выносного приема.

Способ беспроводной передачи те,леметрической: информации в подземной горной выработке заключается в следующем. 25

В горной выработке размещают группы радиоприемников (РП), в каждой из которых, например, по 2 или 3 РП. На фиг, 1 показаны семь групп, образованных с помощью одиннадцати РП. I 30 группа образована t,2 и 3 РП, II группа — 4 и 5 РП, III группа — 7 и

6 РП, IV группа — 7 и 8 РП, Ч группа—

:9 и 10,,РП, VI группа — 10 и 11 РП и VII группа — 7 и 10 РП. РП 7 и 10 входят одновременно в три группы.

РП 7 входит в группы III IV и VII, а РП 10 — в группы V, VI u VII (местоположение радиоприемников на чертеже условно обозначено крестиками). 10

В области. выработки, подлежащей контролю (незаштрихованная косой штриховкой внутренняя часть на фиг.1), 1 устанавливают автономные и измерительные устройства (места установки 45 измерительных устройств на фиг, 1 не показаны) . В состав измерительных устройств входит преобразователь контролируемого параметра, например преобразователь деформаций массива горных пород в электрический сигнал, и радиопередатчик.

Путем регулирования уровня срабатывания пороговых устройств радиоприемников 1-11 и выбора их местоположе55 ния относительно друг друга формируют общие зоны уверенного приема полезных сигналов, охватывающие области, подлежащие контролю, и непересео

1 кающиеся между собой зоны влияния помех (ЗВП) в каждой группе.

Общая зона уверенного приема группы РП представляет собой общую часть зон уверенного приема каждого иэ РП, входящих в зону группы. Например, на фиг ° 2 для группы I включающей три

РП 1, 2 и 3, зоны уверенного приема для каждого из радиоприемников ограничены отрезками окружностей, проведенных радиусами R,, R и R> соответственно, а их зоны влияния помех ограничены отрезками окружностей с. радиусами r„, rz и r соответственно. Общая зона уверенного приема, получающаяся для данной группы, обозначена на фиг, 2 перекрещивающейся штриховкой.

Радиусы зон уверенного приема определяются мощностью полезного сигнала, излучаемого радиопередатчиками, и установленными уровнями срабатывания пороговых устройств РП, Радиусы зон влияния помех определяются мощностью сигналов помехи, излучаемой оборудованием, работающим вблизи РП, и уровнями срабатывания пороговых устройств РП.

Определение зоны уверенного приема и зоны влияния помех для каждого

РП осуществляют экспериментальным или расчетным путем, Для определения зоны уверенного приема экспериментальным путем наиболее целесообразно использовать имитатор полезного сигнала, представляющий собой, например, радиопередающее устройство, излучающее электромагнитный сигнал, аналогичный полезному сигналу, мощность которого немного меньше мощности полезного сигнала. Находясь вблизи от. места расположения выносного радио приемника включают имитатор и убеждаются, что его сигнал уверенно принимается радиоприемником, т.е. превышается установленный уровень срабатывания порогового устройства. Для сигнализации об:этом можно использовать световые или звуковые сигнализаторы, включающиеся при срабатывании порогового устройства.

По мере удаления имитатор полезного сигнала от места расположения выносного радиоприемника в различных направлениях фиксируют момент исчезновения уверенной связи имитатора с данным радиоприемником и таким образом определяют границу зоны уверен—

1511390

5 ного приема. Для определения общей зоны уверенного приема нескольких радиоприемников, образующих одну группу, определяют зоны уверенного прие- . ма каждого выносного радиоприемника и выделяют общую часть, при расположении в которой сигнал имитатора уверенно принимается всеми радиоприемниками. Величина общей воны уверенного приема группы радиоприемников всегда меньше или равна зоне уверенного приема одного радиоприемника.

Для определения зоны влияния помех экспериментальным путем необходим имитатор помех, который представляет собой, например, радиопередающее устройство, излучающее широкополосный электромагнитный сигнал, мощность которого равна мощности сигнала от наиболее опасного источника помех. В качестве задающего генератора такого радиопередатчика может быть использован генератор коротких прямоугольных радиоимпульсов с частотой заполнения, равной несущей частоте радиопередатчика полезных сигналов и длительностью, меньшей длительности полезных сигналов. Причем моменты появления радиоимпульсов во времени и их длительности изменяются случайным образом. Имея в наличии подобный имитатор помех и производя такие же манипуляции, как и при определении зоны уверенного приема, можно определить зону влияния помех для каждого из выносных радиоприемников, входящих в группу.

После формирования зон уверенного приема осуществпяют прием сигналов от радиопередатчиков измерительных устройств всеми радиоприемниками в каждой группе. При этом в каждой группе регистрации подвергается тольКо та информация, которая одновременно принята большинством радиоприемников, входящих в группу. Анализ принятых сигналов осуществляется в бло- ке t 2 выносного приема (БВП), который имеет. проводную связь со всеми радиоприемниками, а регистрация сигналев — в регистраторе 13.

Наиболее просто предлагаемый способ реалиэуется при передаче телеметрической информации в цифровом виде.

Для осуществления предлагаемого способа могут быть использованы различные измерительные устройства, являющиеся источниками телеметрической информации и снабженные радиопередатчиками для ее передачи. При использовании параметрического первичного преобразователя измерительное устройство содержит (фиг. 3) чувствительный элемент 14, преобразователь 15 параметра в аналоговый электрический сигнал, аналого-цифровой преобразователь 16 и радиопередатчик 17 цифровой информации. Радиопередатчик осуществляет передачу информации с помо», щью двоичных кодовых последовательностей, используя амплитудную, частотную или фазовую манипуляцию несущего сигнала для передачи двоичных сигналов "0" или "1". Простейшим об1 разом способ реализуется при ис40

Требуемое количество групп радиоприемников определяется размерами области, подлежащей контролю. Так, если в результате формирования непересекающихся ЗВП в пределах одной группы радиоприемников их общая зона уверенного приема не охватит полностью область, подл ежащую контролю, то необходимо использовать большее число групп выносных РП, распределенных по пространству выработки так, чтобы обеспечивалось полное перекрытие области, подлежащей контрою, их общими зонами уверенного приема.

Для определения зоны уверенного приема и зоны влияния помех расчетным путем необходимо знание пorонного коэффициента затухания для электромагнитных колебаний в подземной выоработке в выбранном диапазоне частот. пользовании в радиопередатчике 17 амплитуднои манипуляции несущего сиг нала . При этом при пер едач е символа "1" сигнал излучается, а при передаче символа "Он нет, т.е. используется режим с пассивнои паузои.

В качестве радиоприемников для осуществления предлагаемого способа могут быть использованы любые типы радиоприемников импульс ных сиг палов, согласованные по полосе частот и типу модуляции с радиосигналами, излучаемыми радиопередатчиками, и имеющие пороговое устройство с регулируемым уровнем срабатывания. На фиг. 4 изображена структурная схема такого радиоприемника для приема амплитудно-манипулированного сигнала с пассивной паузой. Принятый антенный электромагнитный сигнал (полезный или помеха) 1511390 предварительно фильтруется и усиливается главным трактом 18 радиоприемника (ГТП), В детекторе (Д) 19 осуществляется детектирование принятого сигнала. Фильтр 20 низких частот осуще5 ствляет окончательную фильтрацию сиг нала, после чего он поступает .на noIporosoe устройство 21 (ПУ) с регулируемым уровнем срабатывания. В ка-: честве порогового устройства 21 моет быть использован, например, компаратор. По сигналам с ПУ 21 с помо,щью формирователя, 22 импульсов (ФИ) формируются импульсы ВысокОГО УРОВ 15 ня (соответствуют приему символа "1") или низкого уровня (соответствуют приему символа "0") . Этими импульсауправляется передающая часть устойства 23 проводной связи (УПС), ко- 20 торая в простейшем случае может представлять из себя транзисторный ключ, замыкающий проводную линию связи типа

"токовая петля".

Для реализации предлагаемого спо- 25

ico6a .необходимо осуществить прием сигналов всеми радиоприемниками и их анализ по группам на предмет того, ревьплают или Не- превышают принятые сигналы пороговый уровень, т.е. при- 30

1 нят ли символ "О" или символ "1". Для осуществления такого анализа и приня. тия решения о наличии символа "О" или "1" используется блок.12 выносно го пРиема, куда поступает инфоРмапия йо проводным линиям связи со всех радиоприемников и. где осуществляется

Их объединение в группы.

На фиг, 5 показана реализация схе. мы БВП 12, рассчитанная на обслужива- 40 йие четырех групп радиоприемников по два в каждой. Для каждого радиоприемника имеется своя приемная часть устРойства 23 проводной связи, которая

При использовании интерфейса типа 45

"токовая петля" представляет собой токовый пороговый элемент с формирователем импульсов, Для каждой группы радиоприемников имеется элемент

И 24 на два входа. На фиг. 5 показа50 ны устройства проводной связи и элемент И 24 только для одной группы радиоприемников, Сигналы с выходов

УПС 23, обслуживающих радиоприемники одной группы, поступают на входы эле55 мента И 24, обслуживающего данную группу, с выхода которого они проходят на элемент ИЛИ 25 на четыре входа (по числу групп).

На фиг. 6 показан вариант реализации схемы БВП 12, рассчитанный на обслуживание четырех групп по три радиоприемника в каждой, причем решение о приеме символа "1" или "О". одной группы радиоприемников принимается по сигналам от любых двух радиоприемников данной группы, т. е. осуществляется мажоритарный выбор, Как и в предыдущем случае, для каждого радиоприемника имеется своя приемная часть

УПС 23 и для каждой группы — по три элемента И 24 на два входа каждый.

На фиг. б показаны УПС 23 и элемент

И 24 только для одной группы. Сигналы с выходов каждого из УПС 23, обслуживающих радиоприемники одной группы, поступают на входы двух из трех элементов И 24, обслуживающих данную группу. С выходов элементов И 24 сигналы поступают на входы элемента

ИЛИ 25 на двенадцать входов (по три входа на каждую. группу), На фиг. 7 показан вариант реализации схемы БВП 12, рассчитанной на обслуживание четырех групп по три радиоприемника в каждой, причем решение о приеме символов "1" или "О" одной группы принимается по сигналам от всех трех радиоприемников данной группы, т.е. осуществляется тотальный выбор. Здесь также для каждого радиоприемника имеется своя приемная часть УПС 23 и для каждой группы— один элемент И 24 на три входа. На фиг. 7 показаны УПС 23 и элемент

И 24 только для одной группы. Сигналы с выходов УПС 23, обслуживающих приемники одной группы, поступают на три входа элемента И 24, обслуживающего данную группу. С выхода элемента

И 24 сиг налы п ос тупа ют на входы эл емента ИЛИ 25 на четыре входа (по числу групп) .

Для анализа эффективности способа (на примере простейшей асинхронной системы передачи информации,использующей амплитудную манипуляцию с пассивной паузой) выделим два режима работы.

Первый режим — режим ожидания стартового импульса или стартовой последовательности импульсов. В этом режиме превышение сигналом установ ленного порогового уровня U„o> воспринимается как стартовый импульс или начало стартовой последовательности.

9 1511390 10

Второй режим — режим приема, которьп» при реализации данного способа начинается только в том случае, если стартовый импульс (стартовая последо-. вательность) будет принят всеми или большинством приемников группы (в зависимости от выбранного способа принятия решения), В этом режиме отсутствие сигнала, превышающего U на входе радиоприемников, уже означает не режим ожидания, а прием символа

"0" (пассивная пауза). Наличие сигналов, превышающих U „ p на входах того количества радиоприемников, по ко-.15 торому принимается решение, означает прием символа "1".. Режим приема про, должается до момента прихода стопового импульса или стоповой последова.тельности, после чего опять начинает- Z0 ся режим ожидания очередного стартового импульса.

Рассмотрим группу из двух радиоприемников, для которой возможна только реализация тотального выбора (фиг. 5). В режиме ожидания сигнала помехи, превышающей Uä на входе одного из радиоприемников, не проходит на регистратор, т.е. устраняется вредное влияние источников помех, находя- ЗО щихся в ЗВН одного из радиоприемников. Одновременное наличие сигналов помех, превышающих Ь „ на входах обоих радиоприемников, приведет к. срабатыванию элемента И 24, в резуль35 тате чего помеха пройдет на вход ре-. гистратора и будет зарегистрирована как стартовый импульс. Таким образом, одновременное воздействие источников помех, находящихся в ЗВП обоих ради- 40 оприемников, здесь не устраняется.

В режиме приема вредное влияние помехи может приводить как к .трансформации символа "1" в символ "О", так и наоборот, Вероятность трансфор- мации символов зависит от амплитудных и фазовых соотношений полезного сиг-. нала и помехи, а также от отношения

Unc /П„,„H Unop /П„„(где П„, — амплитуда йолезного сигнала на входе радиоприемника; U „»„— амплитуда соб50, ственных шумов радиоприемника). Для анализа примем, что в среднем вероятность трансформации "1" в "О" равна вероятности трансформации "0" в "1", т.е. P (О/1) =Р (1/0) . С учетом этого55 при воздействии источников помехи на вход одного радиоприемника в 507. случаев, когда "0" трансформируется в

1 1", получим правильную регистрацию символа "О", так как элемент И 24 не пропустит ложную единицу (здесь принято, что вероятность передачи символов "0» и "1" одинакова, т.е.

Р(о) =Р(1) . Чем больше Р (1/О) . тем луче осуществляют сп ос об .

Рассмотрим группу из трех радиоприемников. Здесь возможна реализация как тотального выбора, так и мажоритарного. При реализации мажоритарного выбора используются три элемента H 24 на два входа, причем вь»х»щ каждого радиоприемника соединяется с входами двух элементов И 24 (фиг. 6) . a режиме ожидания сигнал помехи, превышающий V „„ на входе одного радиоприемника, не пройдет на вход регистратора, а одновременное наличие таких сигналов на входах двух любых из трех радиоприемников приведет к срабатыванию соответствующего элемента И 24 и будет зарегистрирован символ "1", Таким образом, в режиме ожидания полностью устраняется вредное влияние источников помех, находящихся в ЗВП только одного приемника. В режиме приема картина аналогична.

При реализации тотального выбора используется один элемент И 24 на три входа (фиг. 7). Здесь в режиме ожидания наличие сигналов помехи, превьппающих U одновременно на входах двух любых из трех радиоприемников, не приведет к срабатыванию элемента

И 24. В режиме приема при передаче символа " 1" наличие на входе хотя бы одного радиоприемника сигнала помехи, способного трансформировать символ в "0", приведет к ложной регистрации символа "0". При передаче же символа "О" допустимо наличие символов помехи, превьппающих Б„„, одновременно на входах двух любых йз трех радиоприемников.

Аналогично для группы из четырех радиоприемников придем к следующим выводам. При мажоритарном выборе по трем радиоприемникам из четырех врежиме ожидания полностью устраняется вредное влияние помех на входах двух радиоприемников (источники помех одновременно находятся в ЗВП двух радиоприемников). В режиме приема полностью устраняется влияние помех на входе одного радиоприемника и не менее чем в 503 случаев (при трансфор1511390

l2 мации символа "0 в 1") дополнительно устраняется влияние помех на входе еще одного радиоприемника. При тотальном выборе в режиме ожидания полностью устраняется влияние помех на входах трех радиоприемников, а в режиме приема это происходит в 507 случаев, Обобщая сказанное на случай группы из К радиоприемников при выборе по

m радиоприемникам (m> К/2), в режиме ожидания полностью устраняется влия1 ние одновременно работающих источников помех, находящихся .в ЗВП (m-1) радиоприемников, В режиме прпема пол, ностью устраняется влияние одновре менно работающих источников помех, находящихся в ЗВП (К-m) радиоприемников, Дополнительно к этому в 50% случаев устраняется влияние одновременно работающих источников помех, находя— щихся в ЗВП (2m-К-1) радиоприемников.

i j

Предлагаемый способ позволяет удешевить радиотелеметрическую аппаратуру при осуществлении беспроводного контроля состояния подземной горной выработки.

Формулаизобретения

Способ беспроводной передачи телеметрической информации в подземных горных выработках, включающий излучение в пространство выработки сигналов радиопередатчиков, расположенных в подлежащей контролю области выработки, их прием и регистрацию принятой информации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности передачи за счет снижения влияний индустриальных помех, в подземной горной выработке группами радиоприемников формируют общие зоны уверенного приема полезных радиосигналов, охватывающие подлежащие контролю области выработки, и не пересе20 кающиеся между собой зоны влияния индустриальных электромагнитных помех и каждой группе посредством регулирования уровня срабатывания пороговых устройств радиоприемников и выбора их

25 местоположения относительно друг друга, и регистрируют в каждой группе только ту информацию, которая одновременно принята большинством радиоприемников, входящих в группу.

1 511390

Фиг. 4

Составитель А. Рыбаков

Редактор М. Петрова Техред И.Верее; Корректор О, Ципле

Заказ 5815/34 Тираж 449 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101