專利名稱：礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及礦井監(jiān)控的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置。
背景技術(shù)：
[0002]當前我國的煤礦安全生產(chǎn)形式十分嚴峻。隨著開采深度的不斷延伸，各煤礦的煤層瓦斯含量呈上升趨勢，部分低瓦斯礦井延伸至高瓦斯區(qū)，由此造成礦井高產(chǎn)高效與高瓦斯涌出量的矛盾越來越突出，瓦斯事故成為影響煤礦安全生產(chǎn)的主要事故。[0003]在含有甲烷等爆炸性氣體的礦井中，安全問題是重中之重，礦井中環(huán)境復(fù)雜多變， 需要對多種環(huán)境進行檢測，目前，礦井中的環(huán)境監(jiān)測儀器多數(shù)只能單一的監(jiān)測某一種環(huán)境參數(shù)，不能對多種環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)測，并通過線纜的方式傳送數(shù)據(jù)，使得監(jiān)測儀器的放置區(qū)域受到很大的限制，而且，這些監(jiān)測儀器不能對救援人員的生命體征參數(shù)進行監(jiān)測；給煤礦安全和生產(chǎn)管理及救援的工作造成潛在的危險性，不能對井下環(huán)境進行綜合分析和科學(xué)判斷，以確保煤礦救援工作的順利進行。實用新型內(nèi)容[0004]本實用新型的目的在于提供一種礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，用于含有甲烷等爆炸性氣體的礦井，通過對井下關(guān)鍵生產(chǎn)場所環(huán)境參數(shù)，如甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度和井內(nèi)溫度，以及救援人員生命體征信息，如體表溫度、心率、呼吸頻率、速度、加速度以及身體姿態(tài)進行監(jiān)測，以便對井下環(huán)境進行綜合分析和科學(xué)判斷，確保煤礦救援工作的順利進行。[0005]為達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下[0006]一種礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，該裝置包括地面部分和井下部分，地面部分包括無線接收裝置和信號處理設(shè)備；井下部分包括信號檢測采集部分和無線中繼裝置； 其中，信號檢測采集部分對參數(shù)進行檢測、采集、轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號通過無線中繼裝置和無線接收裝置傳輸?shù)叫盘柼幚碓O(shè)備，信號處理設(shè)備對接收到的信號分析處理后，完成地面部分與地下設(shè)備及人員的信息傳輸及命令發(fā)送，實現(xiàn)對井下環(huán)境及人員的安全監(jiān)測。[0007]進一步，信號檢測采集部分包括前置數(shù)據(jù)采集裝置和多數(shù)據(jù)采集儀，多數(shù)據(jù)采集儀與無線中繼裝置的連接方式包括跳頻PSHH連接。。[0008]進一步，前置數(shù)據(jù)采集裝置包括傳感器、視頻采集裝置和語音裝置，前置數(shù)據(jù)采集裝置的檢測信號與多數(shù)據(jù)采集儀建立無線連接。[0009]進一步，傳感器包括生命體征參數(shù)傳感器和環(huán)境參數(shù)傳感器，生命體征參數(shù)傳感器的檢測參數(shù)與多數(shù)據(jù)采集儀的傳輸方式包括藍牙，環(huán)境參數(shù)傳感器的檢測參數(shù)與多數(shù)據(jù)采集儀的傳輸方式包括RS-485通訊方式。[0010]進一步，生命體征參數(shù)傳感器檢測的體征參數(shù)包括體表溫度、心率、呼吸頻率、速度、加速度以及身體姿態(tài)。[0011]進一步，環(huán)境參數(shù)傳感器檢測的環(huán)境參數(shù)包括甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度以及井內(nèi)溫度。[0012]進一步，視頻采集裝置的輸出信號包括實時采集的井下的圖像信息。[0013]進一步，語音裝置傳輸信號的方式包括雙工語音通信方式，可實現(xiàn)與地面部分進行實時通話。[0014]進一步，信號處理設(shè)備包括監(jiān)控主機、監(jiān)視器和報警器。[0015]進一步，監(jiān)控主機的職能包括指揮并掃視通訊收集到的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，并與預(yù)先置入內(nèi)存的標準數(shù)值進行比較，提取其中越警的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析處理并通過報警器發(fā)出聲音警報，并通過監(jiān)視器顯示監(jiān)測結(jié)果。[0016]進一步，無線接收裝置和所述的無線中繼裝置之間以及中繼裝置之間采用的傳輸方式包括802. Ilb無線局域網(wǎng)連接。[0017]本實用新型公開一種礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，該裝置包括地面部分和井下部分，地面部分包括無線接收裝置和信號處理設(shè)備；井下部分包括信號檢測采集部分和無線中繼裝置；其中，信號檢測采集部分對參數(shù)進行檢測、采集、轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號通過無線中繼裝置和無線接收裝置傳輸?shù)叫盘柼幚碓O(shè)備，信號處理設(shè)備對接收到的信號分析處理后，完成地面部分與地下設(shè)備及人員的信息傳輸及命令發(fā)送。該裝置簡單易用，輕便易攜帶，可由救援人員攜帶至礦井下，短時間內(nèi)迅速無線自組網(wǎng)，將井下的環(huán)境數(shù)據(jù)、圖像信息、 語音數(shù)據(jù)、救援人員生命體征數(shù)據(jù)傳至地面指揮中心，實現(xiàn)實時對井下環(huán)境及人員的安全監(jiān)測。


[0018]下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。[0019]圖1為本實用新型礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置原理框圖；[0020]圖2為本實用新型礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置工作示意圖。
具體實施方式
[0021]圖1為本實用新型礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置原理框圖。如圖1所示，該裝置由兩部分組成，地面部分和井下部分，井下部分包括信號檢測采集部分和無線中繼裝置，地面部分包括無線接收裝置和信號處理設(shè)備，其中，信號檢測采集部分可以被救援人員隨身攜帶到井下，包括前置數(shù)據(jù)采集裝置和多數(shù)據(jù)采集儀；信號處理設(shè)備包括監(jiān)控主機、監(jiān)視器和報警器。無線中繼裝置和無線接收裝置實現(xiàn)對整個礦井區(qū)的信號全覆蓋。信號檢測采集部分對參數(shù)進行檢測、采集、轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號通過無線中繼裝置和無線接收裝置傳輸?shù)叫盘柼幚碓O(shè)備，信號處理設(shè)備對接收到的信號分析處理后，完成地面部分與地下設(shè)備及人員的信息傳輸及命令發(fā)送。[0022]圖2為本實用新型礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置工作示意圖。如圖2所示[0023]礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置包括地面部分和井下部分；[0024]地面部分，由監(jiān)控主機、無線接收器、打印機、監(jiān)視器和報警器組成。[0025]井下部分，由無線便攜多數(shù)據(jù)采集儀、環(huán)境參數(shù)傳感器、生命體征參數(shù)傳感器、無線中繼器、視頻采集裝置和語音裝置組成。[0026]井下部分的無線便攜多數(shù)據(jù)采集儀作為井下信息收集處理的基本單元，前置采集裝置包括環(huán)境參數(shù)傳感器、生命體征參數(shù)傳感器、視頻采集裝置和語音裝置，前置采集裝置與多數(shù)據(jù)采集儀建立無線連接，多數(shù)據(jù)采集儀將采集的信息通過無線中繼器、無線接收器傳輸給地面部分進行集中處理，共同完成對井下環(huán)境及救援人員的安全監(jiān)測。[0027]井下部分的環(huán)境參數(shù)傳感器和生命體征參數(shù)傳感器將各種需要監(jiān)測、監(jiān)控的信號轉(zhuǎn)化為電信號傳遞給無線數(shù)據(jù)采集儀，由數(shù)據(jù)采集儀完成信息采集功能，其中，環(huán)境參數(shù)傳感器采集井下的環(huán)境參數(shù)，如，甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度以及井內(nèi)溫度；生命體征參數(shù)傳感器采集救援人員生命體征參數(shù)，如，體表溫度、心率、呼吸頻率、速度、加速度以及身體姿態(tài)；視頻采集裝置、語音裝置與無線中繼器建立無線連接，視頻采集裝置實時采集井下的圖像信息，語音裝置采用雙工語音通信的方式和地面進行實時通話。[0028]地面部分是整個監(jiān)控系統(tǒng)的信息處理中心，監(jiān)控主機包含專用監(jiān)測管理軟件，其專用監(jiān)測管理軟件指揮并掃視通訊收集到的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，并與預(yù)先置入內(nèi)存的標準數(shù)值進行比較，提取其中越警的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析處理并通過報警器發(fā)出聲音警報；軟件可以按照用戶的使用要求，自選時間間隔進行數(shù)據(jù)存儲，定期生成數(shù)據(jù)庫文件和一些日志文件； 通過監(jiān)視器、打印機等外部設(shè)備輸出完整、精確的監(jiān)測結(jié)果。[0029]地面與井下是通過無線中繼站與無線接收器之間的無線通訊方式，完成地面部分與地下設(shè)備及人員的信息傳輸及命令發(fā)送。[0030]其中，無線接收器和無線中繼器之間以及中繼器之間采用的傳輸方式是802. Ilb 無線局域網(wǎng)連接，中繼器與采集儀之間采用的傳輸方式是跳頻FSHH連接，采集儀與環(huán)境參數(shù)傳感器之間采用的傳輸方式是RS-485通訊方式，采集儀與生命體征參數(shù)傳感器之間采用的傳輸方式是藍牙。[0031]其中，F(xiàn)HSS，跳頻技術(shù)(Frequency-HoppingSpread Spectrum)在同步、且同時的情況下，接受兩端以特定型式的窄頻載波來傳送訊號，對于一個非特定的接受器，rass所產(chǎn)生的跳動訊號對它而言，只算是脈沖噪聲。rass所展開的訊號可依特別設(shè)計來規(guī)避噪聲或 One-to-Many的非重復(fù)的頻道，并且這些跳頻訊號必須遵守FCC(美國聯(lián)邦通訊委員會)的要求，使用75個以上的跳頻訊號、且跳頻至下一個頻率的最大時間間隔(Dwell Time)為 400ms ο[0032]跳頻(frequency hopping)是一種利用載波跳變實現(xiàn)頻譜展寬的擴頻技術(shù)，其方法是把一個寬頻段分成若干個頻率間隔(稱為頻道，或頻隙)，由一個偽隨機序列控制發(fā)射機在某一特定的駐留時間所發(fā)送信號的載波頻率。[0033]當接收機的本地振蕩信號頻率與接收機輸入信號的頻率按同一規(guī)律同步跳變，那么，經(jīng)過變頻以后，將得到一個固定的中頻信號即把原來的頻率跳變解除，這一過程稱解跳或去跳。[0034]跳頻可分為慢跳頻和快跳頻。慢跳頻是指跳頻速率低于信息比特率，即每跳可傳輸連續(xù)幾個信息比特?？焯l是指跳頻速率高于信息比特率，即一個信息比特需要多跳來傳輸。跳頻還可分為單通道跳頻和雙通道跳頻。[0035]跳頻通信原理發(fā)送端在時鐘控制下，偽碼發(fā)生器產(chǎn)生偽隨機序列去控制頻率合成至生成跳頻載波系列，稱做跳頻圖案。接收端的預(yù)調(diào)制濾波器是一種中心頻率隨信號跳頻式樣而同步跳變的窄帶濾波器(通頻帶允許所需信號通過)，目的在于增加接收機的時間選擇性，減少強干擾對接收機可能弓I起的阻塞現(xiàn)象。[0036]接收的跳頻載波序列若與本地產(chǎn)生的跳頻序列圖案一致，則經(jīng)混頻后可得到一個固定的中頻信號，再經(jīng)解調(diào)獲得輸出。若外來跳頻圖案與本地圖案不一致，則得不到一個固定的中頻信號，解調(diào)后只是一些噪聲而得不到有用的輸出。因此時間同步是跳頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。[0037]調(diào)制方式可根據(jù)跳頻信號的特征進行選擇。在跳頻系統(tǒng)中不宜采用對相位要求嚴格的調(diào)制方式。因為在跳頻通信系統(tǒng)中，接收機的本地載波要做到與外來信號的載波在相位上保持相干是很困難的。因此，宜用非相干檢測方式。頻率合成器是跳頻通信系統(tǒng)的重要組成部分。頻率合成器的性能將制約跳頻速率。對頻率合成器的要求是跳頻速率快、雜散電平低和功耗小。頻率合成器進行頻率跳變時，一般有2個階段一個是過渡期(暫態(tài)時間)，一個是滯留期(穩(wěn)態(tài)時間)。要求過渡期盡量的要短，以實現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換。[0038]本實施例的具體可考核指標[0039]監(jiān)測主機[0040]1)便攜式電腦，額定工作電壓AC220V，電源波動范圍-10% +10%[0041]2) CPU Intel奔騰IV處理器，主頻2. OGHz以上[0042]3)內(nèi)存512Mb[0043]4)硬盤80G以上(雙硬盤)[0044]5)顯卡標準VGA，16位真彩色[0045]6)顯示器分辨率1024*768[0046]無線接收器[0047]1)防爆型式礦用本質(zhì)安全型；[0048]2)防爆標志[Exib] I ；[0049]3)額定工作電壓DC 12V，電源波動范圍士 10%，單體電池連續(xù)工作時間2小時以上；[0050]4)與計算機通訊[0051]a)傳輸方式以太網(wǎng)接口，RJ45[0052]b)最大傳輸距離為50m[0053]c)最大傳輸速率100Mbps[0054]5)與礦用無線中繼站KJ30-ZW通訊[0055]a)傳輸方式802. lib[0056]b)最大傳輸距離為500m[0057]c)最大傳輸速率54Mbps[0058]礦用無線中繼站[0059]最大中繼器級數(shù)12級[0060]1)防爆型式礦用本質(zhì)安全型；[0061]2)防爆標志=ExibI ；[0062]3)額定工作電壓DC 12V，電源波動范圍士 10%，單體電池連續(xù)工作時間2小時以上；[0063]4)中繼器與中繼器，接收器之間的[0064]a)傳輸方式802. lib[0065]b)最大傳輸速率54Mbps ；[0066]c)最大傳輸距離500m ；[0067]5)中繼器與采集儀之間的傳輸方式[0068]a)傳輸方式fHSS[0069]b)最大傳輸速率800Kbps ；[0070]c)最大傳輸距離5000m ；[0071]無線便攜多數(shù)據(jù)采集儀[0072]系統(tǒng)接入的采集儀數(shù)量為16臺[0073]1)防爆型式礦用本質(zhì)安全型；[0074]2)防爆標志=ExibI ；[0075]3)額定工作電壓DC 12V，電源波動范圍士 10%，單體電池連續(xù)工作時間2小時以上；[0076]4)采集儀與中繼器之間[0077]a)傳輸方式fHSS[0078]b)最大傳輸速率800Kbps ；[0079]c)最大傳輸距離5000m ；[0080]5)采集儀與環(huán)境參數(shù)傳感器[0081]a)傳輸方式RS485[0082]b)最大傳輸速率57. 6Kbps ；[0083]c)最大傳輸距離10m;[0084]6)采集儀與生命體征參數(shù)傳感器[0085]a)傳輸方式藍牙[0086]b)最大傳輸速率1Mbps ；[0087]c)最大傳輸距離3m ；[0088]本實用新型公開一種礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，該裝置包括地面部分和井下部分，地面部分包括無線接收裝置和信號處理設(shè)備；井下部分包括信號檢測采集部分和無線中繼裝置；其中，信號檢測采集部分對有效參數(shù)進行檢測、采集、轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號通過無線中繼裝置和無線接收裝置傳輸?shù)叫盘柼幚碓O(shè)備，信號處理設(shè)備對接收到的信號分析處理后，完成地面部分與地下設(shè)備及人員的信息傳輸及命令發(fā)送。該裝置簡單易用，輕便易攜帶，可由救援人員攜帶至礦井下，短時間內(nèi)迅速無線自組網(wǎng)，將井下的環(huán)境數(shù)據(jù)，圖像信息，救援人員生命體征數(shù)據(jù)傳至地面指揮中心，實現(xiàn)實時對井下環(huán)境及人員的安全監(jiān)測。權(quán)利要求1.一種礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，該裝置包括地面部分和井下部分，其特征在于，地面部分包括無線接收裝置和信號處理設(shè)備；井下部分包括信號檢測采集部分和無線中繼裝置；其中，信號檢測采集部分對信號進行檢測、采集、轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號通過無線中繼裝置和無線接收裝置傳輸?shù)叫盘柼幚碓O(shè)備，信號處理設(shè)備對接收到的信號分析處理后，完成地面部分與地下設(shè)備及人員的信息傳輸及命令發(fā)送，實現(xiàn)對井下環(huán)境及人員的安全監(jiān)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，其特征在于，所述信號檢測采集部分包括前置數(shù)據(jù)采集裝置和多數(shù)據(jù)采集儀，多數(shù)據(jù)采集儀與無線中繼裝置的連接方式包括跳頻PSHH連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，其特征在于，所述前置數(shù)據(jù)采集裝置包括傳感器、視頻采集裝置和語音裝置，前置數(shù)據(jù)采集裝置的檢測信號與多數(shù)據(jù)采集儀建立無線連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，其特征在于，所述傳感器包括生命體征參數(shù)傳感器和環(huán)境參數(shù)傳感器，其中，生命體征參數(shù)傳感器的檢測參數(shù)與多數(shù)據(jù)采集儀的傳輸方式包括藍牙，環(huán)境參數(shù)傳感器的檢測參數(shù)與多數(shù)據(jù)采集儀的傳輸方式包括RS-485通訊方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，其特征在于，所述生命體征參數(shù)傳感器檢測的體征參數(shù)包括體表溫度、心率、呼吸頻率、速度、加速度以及身體姿態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，其特征在于，所述環(huán)境參數(shù)傳感器檢測的環(huán)境參數(shù)包括甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度以及井內(nèi)溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，其特征在于，所述視頻采集裝置的輸出信號包括實時采集的井下的圖像信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，其特征在于，所述語音裝置傳輸信號的方式包括雙工語音通信方式，可實現(xiàn)與地面部分進行實時通話。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，其特征在于，所述信號處理設(shè)備包括監(jiān)控主機、監(jiān)視器和報警器；所述監(jiān)控主機用于指揮并掃視通訊收集到的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，并與預(yù)先置入內(nèi)存的標準數(shù)值進行比較，提取其中越警的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析處理并通過報警器發(fā)出聲音警報，并通過監(jiān)視器顯示監(jiān)測結(jié)果。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，其特征在于，所述的無線接收裝置和無線中繼裝置之間以及中繼裝置之間采用的連接方式包括802. Ilb無線局域網(wǎng)連接。
專利摘要本實用新型公開一種礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，該裝置包括地面部分和井下部分，地面部分包括無線接收裝置和信號處理設(shè)備；井下部分包括信號檢測采集部分和無線中繼裝置；其中，信號檢測采集部分對參數(shù)進行檢測、采集、轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號通過無線中繼裝置和無線接收裝置傳輸?shù)叫盘柼幚碓O(shè)備，信號處理設(shè)備對接收到的信號分析處理后，完成地面部分與地下設(shè)備及人員的信息傳輸及命令發(fā)送。該裝置簡單易用，輕便易攜帶，可由救援人員攜帶至礦井下，短時間內(nèi)迅速無線自組網(wǎng)，將井下的環(huán)境數(shù)據(jù)、圖像信息、語音數(shù)據(jù)、救援人員生命體征數(shù)據(jù)傳至地面指揮中心，實現(xiàn)實時對井下環(huán)境及人員的安全監(jiān)測。
文檔編號G08C17/02GK202300532SQ20112040675
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者姚永輝, 宋先明, 溫良, 王紅堯 申請人:煤炭科學(xué)研究總院