一种超声波载波信息通讯系统技术方案

本实用新型专利技术属煤矿井下通讯系统领域，尤其涉及一种煤矿井下超声波载波信息通讯系统，包括主叫控制部分、超声波能量传输系统及被叫控制部分；主叫控制部分包括模拟信号处理模块、A/D转换模块、数字/图像信息处理模块、FPGA模块及超声波功率放大器模块；所述被叫控制部分包括频率跟踪/数字解码模块、D/A转换模块、音频信号处理模块及数字/图像信息输出模块；本实用新型专利技术能够在井下发生事故后，在一切通讯手段失效后，不受爆炸、塌方等环境因素影响的超声波载波信息通讯系统。该系统不仅在爆炸、塌方等事故后能够满足井上、井下双向通讯，而且能自动传递氧气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、温度等传感器的数字信号。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属应急通讯系统领域，尤其涉及一种矿业超声波载波信息通讯系统。
技术介绍
目前，随着能源问题的突出，煤矿事故攀升，煤矿救援设备突显出来。煤矿发生事故后井上井下通讯问题已成为一个世界难题。瓦斯爆炸、塌方、水、火事故发生后，所有的通讯手段全部失去效力，在能源问题突出，矿难无法遏制的形式下，强化救援、救生设备的同时，井下事故后的通讯保障系统早已摆在煤炭、矿业、国家安全监管、煤炭科研部门面前。井下事故后的通讯困难在于有线系统的线路遭到破坏而信号中断，无线系统、小灵通系统的信号在巷道堵塞、中继站破坏、电源中断等任何一种情况下都会造成通讯系统瘫痪。时有线系统中断、无线信号无法传递的情况下，如何进行井上井下双向通讯问题一直困扰了科研部门几十年。解决井下事故后的通讯，已经想尽了一切办法，但是收效甚微。现在井下通讯手段有有线电话、无线电话、小灵通系统、读卡器人员井下定位系统等等，在正常生产中使用是没有问题的。一但发生事故，特别是瓦斯爆炸事故，上述设备难以抵御爆炸力的摧毁，使得通讯全部中断。在事故后的应急通信手段目前应用的如电磁感应通讯、长波通讯等。电磁感应通讯是依靠已经被事故后破坏的残余电缆，利用原有的通讯设备感应通讯，这种方法并不是100%可靠。长波通讯以美国为例，美国投入巨资，建立大功率长波通讯发射装置，虽然信号能够穿透到地下1000多米深处，但是在井下仅仅是单向接受，而不能向地上传递信息。恰恰相反，事故发生后，不是井下要了解井上的信息而是井上急切想知道井下的信息。另外建立大功率长波电台，地面上需要架设数十以至数百公里的天线才能够达到穿透到地下几百米深处的井下。因此，美国的大功率长波单向通讯也不是最佳解决办法。在井下事故发生后，一切通讯手段都瘫痪的情况下，井下情况不明，待救人员数量、位置，事故发生位置、井下各处的空气质量都是救援前必须了解清楚的事项，冒然救援有可能发生再次事故，花费时间了解井下情况则延误救援的宝贵时间，事故后的井下通讯一直是井下事故救援的首要问题。为了有效的降低煤矿井下发生灾害时的死亡人数，寻求解决一种能够抗御井下事故的通讯技术是目前世界各国都没有解决的问题。急需研制出具有有效抵御井下灾害事故对通讯系统的破坏，能够双向通讯的事故后通讯保障系统，这对我国煤矿生产安全将产生积极的作用。
技术实现思路
本技术旨在克服现有技术的不足之处而提供一种能够在矿业和其它行业突发事故后，在一切通讯手段失效后，不受爆炸、塌方等环境因素影响的超声波载波信息通讯系统。该系统不仅在爆炸、塌方等事故后能够满足井上、井下双向通讯，而且能自动传递氧气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、温度等传感器的数字信号和图片图像信号。为达到上述目的，本技术是这样实现的超声波载波信息通讯系统，其包括主叫控制部分、超声波能量传输系统及被叫控制部分；所述主叫控制部分包括模拟信号处理模块、A/D转换模块、数字/图像信息处理模块、FPGA模块及超声波功率放大器模块；所述模拟信号处理模块的输出端口经A/D转换模块与FPGA模块的输入端口相接；所述数字/图像信息处理模块的输出端口接FPGA模块的输入端口 ；所述FPGA模块的输出端口经超声波功率放大器模块与超声波能量传输系统的超声波发射传感器的端口相接；所述被叫控制部分包括频率跟踪/数字解码模块、D/A转换模块、音频信号处理模块及数字/图像信息输出模块；所述超声波能量传输系统的超声波接收传感器的端口接频率跟踪/数字解码模块的端口 ；所述频率跟踪/数字解码模块的输出端口一路接数字/图像信息输出模块，另一路经 D/A转换模块接音频信号处理模块的输入端口。作为一种优选方案，本技术所述超声波能量传输系统包括超声波传递介质、 超声波发射传感器及超声波接收传感器；所述超声波发射传感器与超声波接收传感器的端口分别与超声波传递介质的端口固定相接。作为另一种优选方案，本技术所述超声波传递介质可选择金属。进一步地，本技术所述超声波发射传感器包括发送端本体；在所述发送端本体的一端固接发送端超声波振子；在所述发送端本体的另一端固接超声波传递介质；所述超声波接收传感器包括接收端本体；在所述接收端本体的一端固接接收端超声波振子；在所述接收端本体的另一端固接超声波传递介质。更进一步地，本技术在所述发送端超声波振子及接收端超声波振子的端部依次分别固接发送端匹配器及接收端匹配器。另外，本技术所述超声波传递介质根据需要可选择圆柱型，其横截面的直径为 4mm 70mmo本技术所述发送端超声波振子所发射的超声波为纵波；所述接收端超声波振子所接收的超声波为纵波。本技术系统采用能够抵御爆炸、塌方、冒水、燃烧等强井下事故，即使扭曲、掩埋、高温、水浸不影响正常通讯的钢质材料为信号通道，传递超声波信号。在井下发生矿难事故后，在一切通讯装置瘫痪的情况下，本技术系统会发挥重要的应急通讯作用。本系统不仅在爆炸、塌方等事故后能够满足井上、井下双向通讯，而且能自动传递氧气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、温度等传感器的数字信号。以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步说明。附图说明图1为本技术整体结构示意图。图2为本技术发送端换能器结构示意图。图3为本技术接收端换能器结构示意图。图4为本技术的系统结构原理框图。图中1为超声波传递介质；2为超声波发射传感器；3为超声波接收传感器；401 为发送端超声波振子；402为接收端超声波振子；501为发送端本体；502为接收端本体； 601为发送端匹配器；602为接收端匹配器；701为振子极片；702为振子极片。具体实施方式如图所示，超声波载波信息通讯系统，其特征在于，包括主叫控制部分、超声波能量传输系统及被叫控制部分；所述主叫控制部分包括模拟信号处理模块、A/D转换模块、数字/图像信息处理模块、FPGA模块及超声波功率放大器模块；所述模拟信号处理模块的输出端口经A/D转换模块与FPGA模块的输入端口相接；所述数字/图像信息处理模块的输出端口接FPGA模块的输入端口 ；所述FPGA模块的输出端口经超声波功率放大器模块与超声波能量传输系统的超声波发射传感器的端口相接；所述被叫控制部分包括频率跟踪/数字解码模块、D/A转换模块、音频信号处理模块及数字/图像信息输出模块；所述超声波能量传输系统的超声波接收传感器的端口接频率跟踪/数字解码模块的端口 ；所述频率跟踪/ 数字解码模块的输出端口一路接数字/图像信息输出模块，另一路经D/A转换模块接音频信号处理模块的输入端口。模拟信号处理模块主要处理音频信号。A/D转换模块主要将音频信号转换成数字信号。数字/图像信息处理模块与仪表输出接口相匹配。FPGA模块为执行处理模拟信号、 数字信号、信号编码、压缩、解调、纠错、运算的系统。超声波功率放大器模块对载波信号提供推动功率。频率跟踪/数字解码模块具有接收超声波频率变化跟踪功能并可对接收的数字信号进行解码还原。D/A转换模块主要将解码还原的音频数字信号转换成模拟信号。音频信号处理模块对还原的音频信号进行放大。数字/图像信息输出模块将仪表信号数码显示，将图形/图像信号还原为可视信号。本技术所述超声波能量传输系统包括超声波传递介质1、超声波发射传感器 2及超声波接收传感器3 ；本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种超声波载波信息通讯系统，其特征在于，包括主叫控制部分、超声波能量传输系统及被叫控制部分；所述主叫控制部分包括模拟信号处理模块、Ａ／Ｄ转换模块、数字／图像信息处理模块、ＦＰＧＡ模块及超声波功率放大器模块；所述模拟信号处理模块的输出端口经Ａ／Ｄ转换模块与ＦＰＧＡ模块的输入端口相接；所述数字／图像信息处理模块的输出端口接ＦＰＧＡ模块的输入端口；所述ＦＰＧＡ模块的输出端口经超声波功率放大器模块与超声波能量传输系统的超声波发射传感器的端口相接；所述被叫控制部分包括频率跟踪／数字解码模块、Ｄ／Ａ转换模块、音频信号处理模块及数字／图像信息输出模块；所述超声波能量传输系统的超声波接收传感器的端口接频率跟踪／数字解码模块的端口；所述频率跟踪／数字解码模块的输出端口一路接数字／图像信息输出模块，另一路经Ｄ／Ａ转换模块接音频信号处理模块的输入端口。

【技术特征摘要】
1.一种超声波载波信息通讯系统，其特征在于，包括主叫控制部分、超声波能量传输系统及被叫控制部分；所述主叫控制部分包括模拟信号处理模块、A/D转换模块、数字/图像信息处理模块、 FPGA模块及超声波功率放大器模块；所述模拟信号处理模块的输出端口经A/D转换模块与 FPGA模块的输入端口相接；所述数字/图像信息处理模块的输出端口接FPGA模块的输入端口 ；所述FPGA模块的输出端口经超声波功率放大器模块与超声波能量传输系统的超声波发射传感器的端口相接；所述被叫控制部分包括频率跟踪/数字解码模块、D/A转换模块、音频信号处理模块及数字/图像信息输出模块；所述超声波能量传输系统的超声波接收传感器的端口接频率跟踪/数字解码模块的端口 ；所述频率跟踪/数字解码模块的输出端口一路接数字/图像信息输出模块，另一路经D/A转换模块接音频信号处理模块的输入端口。2.根据权利要求1所述的一种超声波载波信息通讯系统，其特征在于所述超声波能量传输系统包括超声波传递介质(1)、超声波发射传感器(2)及超声波接收传感器(3)；所述超声波发射传感器(2)与超声波接收传感器(3)的端口分别与超声波传递介质(1)的端口固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁崇礼，
申请(专利权)人：上海鹏燕矿业安全设备制造有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31