隧道通信施工技術(shù)論文(2)
隧道通信施工技術(shù)論文
隧道通信施工技術(shù)論文篇二
一種深井隧道通信系統(tǒng)
【摘要】 本文介紹一種借助井下隧道鋪設(shè)的泄漏感應(yīng)傳輸線(xiàn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)電通信的收發(fā)系統(tǒng),它可以廣泛應(yīng)用于井下聯(lián)絡(luò)和急救，具有很好的社會(huì)價(jià)值和市場(chǎng)前景。
井下作業(yè)常受到塌方、瓦斯爆炸以及迷失方向等威脅，井下通信對(duì)提高工效、保證安全是非常重要的。然而，井下通訊是封閉在地下局部環(huán)境中，地形復(fù)雜，因而電波傳播極其困難。主要原因是：礦井巷道的狹窄空間完全破壞了無(wú)線(xiàn)電波在地面自由空間的傳播規(guī)律，且巷道斷面多變、表面粗糙，巷道內(nèi)存在各種電纜線(xiàn)、金屬管路和各種金屬體機(jī)械設(shè)備等，進(jìn)一步改變了無(wú)線(xiàn)電波的傳播規(guī)律，致使無(wú)線(xiàn)電波在井巷中自由傳播的距離極為有限。以往的系統(tǒng)在使用中都存在不同程度的缺點(diǎn)和不足，主要表現(xiàn)為通信距離有限、噪音大、系統(tǒng)傳輸參數(shù)不穩(wěn)定等。采用無(wú)線(xiàn)電泄漏方式進(jìn)行通信的系統(tǒng)可以大大改善通信狀況。使用時(shí)持機(jī)人通過(guò)感應(yīng)電線(xiàn)通話(huà)，對(duì)講機(jī)與感應(yīng)線(xiàn)之間屬于無(wú)線(xiàn)通訊，感應(yīng)線(xiàn)感應(yīng)到的已調(diào)頻載波信號(hào)在感應(yīng)線(xiàn)中進(jìn)行有線(xiàn)傳輸，可以使通信距離達(dá)到3km以上。
系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)
實(shí)現(xiàn)井下通信的關(guān)鍵是解決電波傳播問(wèn)題。理論分析和試驗(yàn)表明：在中短波頻段，礦井隧道對(duì)電波的衰減最大，通信距離最近。在超短波頻段，通信距離隨著頻率升高而增加，電波傳播衰減逐漸減小，這是因?yàn)樵谠擃l段隧道可認(rèn)為是其波導(dǎo)型通道。而低頻段，由于頻率低，電纜的傳輸損耗小(2～4dB/km)，因而通信距離大。如果加接中繼器，通信距離可繼續(xù)擴(kuò)大，因此，低頻導(dǎo)引通信系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用、造價(jià)最低。綜合各種因素，我們把工作頻率設(shè)定在455kHz。電波借助敷設(shè)在井下的泄漏通信電纜在礦井中非自由空間進(jìn)行傳播。也就是說(shuō)，利用這種泄漏電磁場(chǎng)的存在，通過(guò)沿巷道敷設(shè)的泄漏電纜使無(wú)線(xiàn)電收發(fā)信機(jī)實(shí)現(xiàn)信息交換。因而泄漏電纜為礦井巷道等非自由空間的無(wú)線(xiàn)電傳播提供了一種類(lèi)似長(zhǎng)天線(xiàn)作用的專(zhuān)用媒介，構(gòu)成高傳輸質(zhì)量的礦井無(wú)線(xiàn)電傳輸通道，是礦井無(wú)線(xiàn)電泄漏通信系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，也是我們?cè)O(shè)計(jì)的井下通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。系統(tǒng)采用單頻半雙工體制，收發(fā)天線(xiàn)共用。由于調(diào)頻比調(diào)幅具有抗干擾性能好、傳送信息保真度高、機(jī)器設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因而在我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用調(diào)頻工作方式。該系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)是：455kHz中頻載波發(fā)生器和調(diào)頻調(diào)制器并不是由通常單一的振蕩器、調(diào)制器組成，而是利用MC2833單片F(xiàn)M(調(diào)頻)發(fā)射機(jī)子系統(tǒng)中的壓控振蕩器與10.7MHz晶體及相應(yīng)電感、電容組成的外圍電路產(chǎn)生10.7MHz的話(huà)音已調(diào)信號(hào)，送到MC3359射頻輸入端，而MC3359內(nèi)置振蕩器與外圍10.245MHz晶體及相應(yīng)電容組成的電路產(chǎn)生10.245MHz的信號(hào)，于是這兩個(gè)信號(hào)在MC3359內(nèi)置混頻器作用下產(chǎn)生以中頻(455kHz)為載波的已調(diào)信號(hào)?？紤]到系統(tǒng)中其它部分電路的功能與一般半雙工工作方式的電路基本類(lèi)似，故不贅述。整個(gè)系統(tǒng)的功能框圖如圖1所示。
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的主要技術(shù)考慮：工作頻率選定455kHz;通信體制為調(diào)頻半雙工方式;信號(hào)傳輸方式為無(wú)線(xiàn)(手持機(jī)與井下泄漏電纜間)與有線(xiàn)(井下泄漏電纜傳輸)混合工作;發(fā)射機(jī)輸出功率不小于2W;手持機(jī)相互間能隨意通話(huà);接收效果盡量減少噪聲;采用0.5～0.8Ah、12V電源供電;對(duì)講機(jī)通過(guò)井下鋪設(shè)的泄漏電纜作為感應(yīng)傳輸線(xiàn)，使通訊距離能夠達(dá)到3km。
由于集成元件與分立器件比較起來(lái)具有性能穩(wěn)定、可靠性高、體積小、重量輕，而且價(jià)格比較便宜，因此在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法上我們首先選用集成元件。所選用的集成元件主要有：MC2833、MC3359、MC34119、455kHz陶瓷濾波器、10.7MHz晶體、10.245MHz晶體;選用的分立元件主要有：低噪聲晶體放大管3DG30G、晶體驅(qū)動(dòng)放大管3DK9H、晶體末級(jí)功放管C4382A、TTF-2-1中周、電位器、電阻電容，以及拾音器、揚(yáng)聲器等電聲轉(zhuǎn)換器。
MC2833是單片F(xiàn)M(調(diào)頻)發(fā)射機(jī)子系統(tǒng)，它包含一個(gè)話(huà)筒放大器、一個(gè)壓控振蕩器和兩個(gè)輔助晶體管。在其典型應(yīng)用電路中，我們將其進(jìn)行改造，使之產(chǎn)生10.7MHz的話(huà)音調(diào)制信號(hào)輸送給MC3359的混頻輸入端;MC3359是低功率的FM(調(diào)頻)/IF(中頻)接收機(jī)芯片，它包含振蕩器、混頻器、限幅放大器、AFC(自動(dòng)頻率控制)、正交鑒頻器、運(yùn)算放大器、靜噪電路、搜索控制和沉默開(kāi)關(guān)。同樣，我們對(duì)其外圍電路進(jìn)行改造，使它產(chǎn)生經(jīng)過(guò)初步放大的話(huà)音已調(diào)信號(hào)(載波455kHz)，然后送給下一級(jí)功放電路進(jìn)行放大。此外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了收發(fā)共用MC3359，不僅節(jié)省成本和減小體積，而且試驗(yàn)效果也不錯(cuò);MC34119是主要用于電話(huà)(例如揚(yáng)聲器話(huà)機(jī))上的低功率音頻放大器集成電路，具有可以在低電源電壓的條件(最低為2.0V)以最大的輸出擺動(dòng)差動(dòng)揚(yáng)聲器輸出，以及并不需要和揚(yáng)聲器相聯(lián)的耦合電容等一系列優(yōu)點(diǎn)。
考慮到末級(jí)功放輸出的功率可達(dá)2W以上，兩個(gè)末級(jí)功放管C4382A產(chǎn)生的熱量較多，所以需要對(duì)兩個(gè)管子散熱。為了有效散熱，我們特意制作了一個(gè)大鋁板，將兩個(gè)C4382A功放管安裝在這個(gè)大鋁板上，對(duì)其進(jìn)行散熱。同時(shí)，這個(gè)鋁板還起到了將兩個(gè)收發(fā)部分隔開(kāi)的目的。整個(gè)系統(tǒng)的電路原理圖如圖2所示。
試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)表明，該系統(tǒng)輸出功率達(dá)2.4W，效率達(dá)50%以上。接收機(jī)靈敏度可達(dá)2.2mV(-100dBm)，而且在無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，揚(yáng)聲器輸出的電流噪聲很小。在地面自由空間的通信距離可達(dá)100m，井下借助沿隧道鋪設(shè)的泄漏感應(yīng)電纜進(jìn)行通信，距離可達(dá)3km。
結(jié)束語(yǔ)
455kHz對(duì)講機(jī)系統(tǒng)不僅性能穩(wěn)定，工作可靠，而且生產(chǎn)成本低，容易實(shí)現(xiàn)。該項(xiàng)產(chǎn)品的問(wèn)世，不僅改善了井下通訊條件，而且有利于加強(qiáng)井下安全生產(chǎn)的管理，保證井下工人的人身安全。所以，這項(xiàng)技術(shù)具有很好的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。
看了“隧道通信施工技術(shù)論文”的人還看：