一種用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波導(dǎo)通信裝置與方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波導(dǎo)通信裝置和方法,在信號(hào)發(fā)送線圈和信號(hào)接收線圈之間設(shè)置波導(dǎo)中繼線圈作為中繼節(jié)點(diǎn);信號(hào)發(fā)送線圈、波導(dǎo)中繼線圈以及信號(hào)接收線圈埋設(shè)于地下,且纏繞于地下管道上形成磁性波導(dǎo)傳輸通道;用磁感應(yīng)無(wú)線通信代替了傳統(tǒng)的電磁波無(wú)線通信,在地下環(huán)境中用于管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè),提高了信息傳播可靠性;采用磁感應(yīng)波導(dǎo)中繼的方法降低了信息傳播路徑損耗,延長(zhǎng)了通信距離,實(shí)現(xiàn)300m距離的穩(wěn)定通信;中繼設(shè)備由閉合諧振線圈構(gòu)成,不需要供電和信號(hào)處理,可以降低通信系統(tǒng)能耗;通信收發(fā)線圈共用一個(gè)磁感應(yīng)波導(dǎo)傳輸信道,可實(shí)現(xiàn)半雙工通信,便于信息的雙向傳輸。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波導(dǎo)通信裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于地下無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波 導(dǎo)通信裝置與方法
【背景技術(shù)】
[0002] 管道運(yùn)輸關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和公共安全,具有運(yùn)量大、不受氣候和地面其他因素 限制、可連續(xù)作業(yè)以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。近些年,隨著各種管道部署增多、管齡增長(zhǎng),由于環(huán)境 腐蝕、人為破壞等原因,管網(wǎng)設(shè)施老化、變形、破損等問(wèn)題日益嚴(yán)重,威脅到國(guó)家公共安全及 人民財(cái)產(chǎn)安全。因此,地下管網(wǎng)的日常維護(hù)、安全監(jiān)測(cè)顯得非常重要。隨著工業(yè)信息化的不 斷發(fā)展,國(guó)家對(duì)管道安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的要求也不斷提高,對(duì)適用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的無(wú)線 通信網(wǎng)絡(luò)提出了日益迫切的需求。
[0003] 近年來(lái),為了滿足地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的要求,提出采用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)地下管網(wǎng) 施行無(wú)人實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)具有成本低、低功耗、無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。但是傳統(tǒng)的 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)多采用電磁波無(wú)線通信技術(shù),在管網(wǎng)所處地下環(huán)境中,電磁波通信路徑損耗 高、信道不穩(wěn)定、通信距離短,無(wú)法建立有效的通信網(wǎng)絡(luò)。
[0004] 由于電磁波無(wú)線通信技術(shù)在地下環(huán)境中傳輸存在上述問(wèn)題,人們開(kāi)始研究磁感應(yīng) 無(wú)線通信技術(shù)。磁感應(yīng)(Magnetic Induction)通信通過(guò)磁場(chǎng)親合傳輸信號(hào),不同傳輸媒介 的磁導(dǎo)率基本一致,因此磁感應(yīng)通信在地下環(huán)境中信道穩(wěn)定,不存在多路徑損耗。通過(guò)波導(dǎo) 中繼的方法延長(zhǎng)了磁感應(yīng)無(wú)線通信距離,使之適用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對(duì)地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)通信目前存在的問(wèn)題,本發(fā)明提供一種用于地下管網(wǎng)安全 監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波導(dǎo)通信裝置與方法,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、信道穩(wěn)定、功耗低,能夠適應(yīng)地下復(fù)雜多 變的環(huán)境,實(shí)現(xiàn)地下管網(wǎng)安全狀態(tài)實(shí)時(shí)可靠的監(jiān)測(cè)。
[0006] 本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng) 波導(dǎo)通信裝置,在地下管網(wǎng)所處環(huán)境中通過(guò)收發(fā)線圈之間磁感應(yīng)耦合的方式實(shí)現(xiàn)信息的傳 遞,包括信號(hào)發(fā)射端和接收端;所述發(fā)射端包括按信號(hào)傳輸順序依次連接的差分相位調(diào)制 器、功率放大器以及信號(hào)發(fā)送線圈;所述接收端包括按信號(hào)傳輸順序依次連接的信號(hào)接收 線圈、接收濾波器、自動(dòng)增益控制放大器及差分相位解調(diào)器;在信號(hào)發(fā)送線圈和信號(hào)接收線 圈之間設(shè)置波導(dǎo)中繼線圈作為中繼節(jié)點(diǎn);所述信號(hào)發(fā)送線圈、波導(dǎo)中繼線圈以及信號(hào)接收 線圈埋設(shè)于地下,且纏繞于地下管道上形成磁性波導(dǎo)傳輸通道;該裝置還包括信息采集傳 感器,所述傳感器與信號(hào)收、發(fā)線圈連接,用于獲取地下管網(wǎng)的信息。
[0007] 所述信號(hào)發(fā)送線圈和信號(hào)接收線圈為結(jié)構(gòu)相同的通信線圈,每個(gè)通信線圈既能夠 發(fā)送數(shù)據(jù)又能夠接收數(shù)據(jù);所述通信線圈沿管道的長(zhǎng)度至少設(shè)置一組,相鄰兩個(gè)通信線圈 之間設(shè)置均勻分布的中繼線圈構(gòu)成一個(gè)通信單元,共用一個(gè)磁感應(yīng)波導(dǎo)傳輸通道,實(shí)現(xiàn)半 雙工通信。
[0008] 位于磁性波導(dǎo)傳輸通道兩端的通信線圈分別與設(shè)置在管道內(nèi)的內(nèi)部傳感器連接, 構(gòu)成數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn),用于獲取管道內(nèi)部信息;位于磁性波導(dǎo)傳輸通道中間的通信線圈與設(shè)置在 管道外的外部傳感器連接,構(gòu)成傳感器節(jié)點(diǎn),用于獲取管道外部信息。
[0009] 通信線圈由導(dǎo)體線圈和諧振電容構(gòu)成,直接纏繞在管道外部,導(dǎo)體線圈半徑r根據(jù) 管道半徑V調(diào)整,即,線圈匝數(shù)為5-10匝,諧振電容值C由線圈實(shí)測(cè)電感值L和信號(hào)頻 率f共同決定,其計(jì)算公式為
[0010] 波導(dǎo)中繼線圈由導(dǎo)體線圈和諧振電容構(gòu)成,中繼線圈是一個(gè)無(wú)源閉合的回路,均 勻的分布在收、發(fā)線圈之間,中繼線圈相鄰間隔可變。
[0011] 所述中繼線圈相鄰間隔5m,當(dāng)管道為金屬管時(shí),中繼線圈間隔加大。
[0012] 該裝置通過(guò)收發(fā)線圈之間磁感應(yīng)耦合的方式完成信息的傳遞,數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)差分 相位調(diào)制以正弦波的形式加載到發(fā)送線圈上,設(shè)發(fā)送線圈信號(hào)為正弦電流I = I〇e1wt,其 中,1〇是信號(hào)幅值,《是信號(hào)角頻率,co=2Jif,f是系統(tǒng)工作頻率,該正弦電流激發(fā)第一中繼 節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生相同相位特征的正弦電流h,第一中繼節(jié)點(diǎn)再激發(fā)第二中繼線圈產(chǎn)生正弦電流1 2, 如此下去,這些中繼線圈在地下環(huán)境里形成磁感應(yīng)波導(dǎo),引導(dǎo)磁信號(hào)不斷向下傳遞,直到接 收線圈激發(fā)產(chǎn)生正弦電流I n,經(jīng)過(guò)差分相位解調(diào)還原出原始信號(hào)。
[0013] -種用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波導(dǎo)通信方法,將通信收、發(fā)線圈與傳感器 相連,傳感器負(fù)責(zé)采集與管道相關(guān)的信息,作為傳輸信號(hào)主要來(lái)源,為了降低能耗,采取主 從請(qǐng)求應(yīng)答的通信模式,數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)為主通信節(jié)點(diǎn),傳感器節(jié)點(diǎn)為從通信節(jié)點(diǎn),包括以下步 驟:
[0014] 步驟一,數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)通過(guò)磁感應(yīng)波導(dǎo)傳輸通道向傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令;
[0015] 步驟二,傳感器節(jié)點(diǎn)收到請(qǐng)求命令后由休眠模式開(kāi)啟數(shù)據(jù)檢測(cè)模式,傳感器檢測(cè) 結(jié)果為數(shù)字信號(hào),通過(guò)差分相位調(diào)制轉(zhuǎn)換為磁感應(yīng)傳輸通道可傳輸?shù)恼也ㄐ盘?hào),經(jīng)過(guò)功 率放大器加載到信號(hào)發(fā)送線圈上,發(fā)送給數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn);
[0016] 步驟三,數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)通過(guò)信號(hào)接收線圈收到信號(hào)后經(jīng)接收濾波器濾除干擾信號(hào),經(jīng) 過(guò)自增益控制放大后差分相位解調(diào)還原出原始數(shù)字信號(hào),數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)將采集信號(hào)打包整理后 通過(guò)地表無(wú)線通信設(shè)備發(fā)送到管網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)中心。
[0017] 有益效果:本發(fā)明用磁感應(yīng)無(wú)線通信代替了傳統(tǒng)的電磁波無(wú)線通信,在地下環(huán)境 中用于管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè),提高了信息傳播可靠性;采用磁感應(yīng)波導(dǎo)中繼的方法降低了信息傳 播路徑損耗,延長(zhǎng)了通信距離,實(shí)現(xiàn)300m距離的穩(wěn)定通信;本發(fā)明涉及的通信裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單,安裝方便,可以節(jié)約管道安全監(jiān)測(cè)的硬件成本;中繼設(shè)備由閉合諧振線圈構(gòu)成,不需要 供電和信號(hào)處理,可以降低通信系統(tǒng)能耗;通信收發(fā)線圈共用一個(gè)磁感應(yīng)波導(dǎo)傳輸信道,可 實(shí)現(xiàn)半雙工通信,便于信息的雙向傳輸。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為一種用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波導(dǎo)通信裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖;
[0019] 圖2a為發(fā)送線圈和接收線圈的信號(hào)傳輸原理示意圖;
[0020]圖2b為加入波導(dǎo)中繼線圈的通信線圈傳輸原理示意圖;
[0021]圖3為一種用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波導(dǎo)通信方法示意圖。
[0022] 1.差分相位調(diào)制器,2.功率放大器,3.信號(hào)發(fā)送線圈,4.信號(hào)接收線圈,5.接收濾 波器、6 .自動(dòng)增益控制放大器,7 .差分相位解調(diào)器,8.中繼線圈,9 .管道,10 .內(nèi)部傳感器, 11.外部傳感器,12.數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn),13.傳感器節(jié)點(diǎn),14.無(wú)線通信設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方法作進(jìn)一步的說(shuō)明:
[0024] 如圖1所示,用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波導(dǎo)通信裝置,包括發(fā)射端:差分相 位調(diào)制器1、功率放大器2以及信號(hào)發(fā)送線圈3;接收端:信號(hào)接收線圈4、接收濾波器5、自動(dòng) 增益控制放大器6及差分相位解調(diào)器7。在收、發(fā)線圈之間引入了波導(dǎo)中繼線圈8作為中繼節(jié) 點(diǎn)。所述信號(hào)發(fā)送線圈3、波導(dǎo)中繼線圈8以及信號(hào)接收線圈4埋設(shè)于地下,且纏繞于地下管 道9上形成磁性波導(dǎo)傳輸通道。
[0025] 如圖2a所示,所述信號(hào)發(fā)送線圈3和信號(hào)接收線圈4為結(jié)構(gòu)相同的通信線圈,每個(gè) 通信線圈既能夠發(fā)送數(shù)據(jù)又能夠接收數(shù)據(jù);所述通信線圈沿管道的長(zhǎng)度至少設(shè)置一組,相 鄰兩個(gè)通信線圈之間設(shè)置均勻分布的中繼線圈8構(gòu)成一個(gè)通信單元,共用一個(gè)磁感應(yīng)波導(dǎo) 傳輸通道,實(shí)現(xiàn)半雙工通信。
[0026] 通信線圈由導(dǎo)體線圈和諧振電容構(gòu)成,直接纏繞在管道外部,導(dǎo)體線圈半徑r根據(jù) 管道半徑V調(diào)整,即,線圈匝數(shù)為5-10匝,諧振電容值C由線圈實(shí)測(cè)電感值L和信號(hào)頻 率f共同決定,其計(jì)算公式為
[0027] 如圖2b所示,波導(dǎo)中繼線圈8由導(dǎo)體線圈和諧振電容構(gòu)成,中繼線圈8是一個(gè)無(wú)源 閉合的回路,均勻的分布在收、發(fā)線圈之間,中繼線圈8相鄰間隔可變。通過(guò)增加收、發(fā)線圈 之間的中繼線圈8可以改善通信性能,延長(zhǎng)通信距離,但是考慮成本及布置難度,不可能無(wú) 限的增加中繼數(shù)量,一般中繼距離取5m,通信距離可以達(dá)到300m。由于金屬管道本身具有磁 信號(hào)傳導(dǎo)作用,當(dāng)管道9為金屬管時(shí),中繼線圈8間隔加大。
[0028] 如圖3所示,位于磁性波導(dǎo)傳輸通道兩端的通信線圈分別與設(shè)置在管道9內(nèi)的內(nèi)部 傳感器10連接,構(gòu)成數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)12,用于獲取管道內(nèi)部信息;位于磁性波導(dǎo)傳輸通道中間的通 信線圈與設(shè)置在管道外的外部傳感器11連接,構(gòu)成傳感器節(jié)點(diǎn)13,用于獲取管道9外部信 息。
[0029] 信號(hào)源主要來(lái)自信息采集傳感器,傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)管道內(nèi)、外信息,檢測(cè)結(jié)果為數(shù) 字信號(hào),通過(guò)差分相位2DPSK調(diào)制的方式加載到載波上,載波選用10MHz的正弦波信號(hào)。本發(fā) 明所涉及的2DPSK信號(hào)調(diào)制、解調(diào)由可編程門(mén)陣列FPGA核心板及其周?chē)娐穼?shí)現(xiàn)。FPGA器件 具有功耗低、速度快,可以解決以往定制電路和可編程器件門(mén)電路的缺點(diǎn)。利用FPGA實(shí)現(xiàn)軟 件無(wú)線電功能,采用二進(jìn)制差分相位2DPSK調(diào)制的方式對(duì)數(shù)字信號(hào)調(diào)制,把信號(hào)調(diào)制到 10MHz的頻率范圍。為了提高發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度,調(diào)制后的信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器2放大后輸入 到信號(hào)發(fā)送線圈3。功率放大器2選用甲類(lèi)功放器件,該放大器一直工作在線性區(qū)域,輸出信 號(hào)質(zhì)量好,不會(huì)失真。
[0030] 信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到周?chē)h(huán)境的影響會(huì)引入噪聲信號(hào),接收時(shí)要通過(guò)接收濾波 器5進(jìn)行濾波處理。并且,接收端在信號(hào)解調(diào)之前需要通過(guò)自動(dòng)增益控制放大器6對(duì)信號(hào)進(jìn) 行放大處理,然后進(jìn)行差分相位解調(diào)還原出原始數(shù)字信號(hào)。接收濾波器5采用10MHZ的LC并 聯(lián)諧振選頻回路,濾除10MHZ以外的干擾信號(hào)。自動(dòng)增益控制放大器6采用兩級(jí)AD603構(gòu)成的 自動(dòng)增益控制(AGC)電路,AD603是美國(guó)AD公司推出的寬頻帶、低噪聲、低畸變、高增益精度 的壓控VGA芯片,輸出信號(hào)幅度可控。
[0031]如圖2a、2b所示,該裝置通過(guò)收發(fā)線圈之間磁感應(yīng)耦合的方式完成信息的傳遞,數(shù) 字信號(hào)經(jīng)過(guò)差分相位調(diào)制以正弦波的形式加載到信號(hào)發(fā)送線圈3上,設(shè)發(fā)送線圈信號(hào)為正 弦電流1 = 其中,1〇是信號(hào)幅值,《是信號(hào)角頻率,《=23if,f是系統(tǒng)工作頻率,該正 弦電流激發(fā)第一中繼節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生相同相位特征的正弦電流h,第一中繼節(jié)點(diǎn)再激發(fā)第二中繼 線圈產(chǎn)生正弦電流12,如此下去,這些中繼線圈8在地下環(huán)境里形成磁感應(yīng)波導(dǎo),引導(dǎo)磁信 號(hào)不斷向下傳遞,直到信號(hào)接收線圈4激發(fā)產(chǎn)生正弦電流I n,經(jīng)過(guò)差分相位解調(diào)還原出原始 信號(hào)。
[0032] 實(shí)施例
[0033] 下面結(jié)合實(shí)施例以及圖3對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一說(shuō)明。利用本發(fā)明的一種用于地下管網(wǎng) 安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波導(dǎo)通方法,對(duì)地下管道進(jìn)行監(jiān)測(cè),主要包括以下步驟:
[0034] 步驟一,磁性波導(dǎo)傳輸通道兩端的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)12與內(nèi)部傳感器10相連,利用內(nèi)部傳 感器10測(cè)量管道9內(nèi)部流體的壓力、流速等參數(shù),通過(guò)測(cè)量結(jié)果找出管道9發(fā)生泄漏等安全 問(wèn)題的可疑區(qū)域;如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)可疑區(qū)域則重復(fù)步驟一,否則通過(guò)磁感應(yīng)波導(dǎo)傳輸通道向 傳感器節(jié)點(diǎn)13發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令;
[0035]步驟二,傳感器節(jié)點(diǎn)13收到請(qǐng)求命令前處于休眠模式,收到請(qǐng)求命令后立即開(kāi)啟 數(shù)據(jù)檢測(cè)模式,利用外部傳感器11檢測(cè)管道9周?chē)臏囟?、濕度等環(huán)境信息,傳感器檢測(cè)結(jié) 果為數(shù)字信號(hào),通過(guò)差分相位調(diào)制2DPSK轉(zhuǎn)換為磁感應(yīng)波導(dǎo)傳輸通道可傳輸?shù)恼也ㄐ盘?hào), 經(jīng)過(guò)功率放大器加載到發(fā)送線圈上,發(fā)送給磁感應(yīng)波導(dǎo)傳輸通道兩端的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)12;
[0036]步驟三,數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)12通過(guò)信號(hào)接收線圈4收到信號(hào)后經(jīng)接收濾波器5濾除干擾信 號(hào),經(jīng)過(guò)自增益控制放大后差分相位2DPSK解調(diào)還原出原始數(shù)字信號(hào),數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)12將采集信 號(hào)打包整理后通過(guò)地表無(wú)線通信設(shè)備14發(fā)送到管網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)中心,管網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)中心根據(jù) 檢測(cè)結(jié)果判斷管網(wǎng)是否出現(xiàn)安全問(wèn)題并生成檢測(cè)報(bào)告,以便維修人員做出及時(shí)處理。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波導(dǎo)通信裝置,其特征在于,在地下管網(wǎng)所處 環(huán)境中通過(guò)收發(fā)線圈之間磁感應(yīng)耦合的方式實(shí)現(xiàn)信息的傳遞,包括信號(hào)發(fā)射端和接收端; 所述發(fā)射端包括按信號(hào)傳輸順序依次連接的差分相位調(diào)制器、功率放大器以及信號(hào)發(fā)送線 圈;所述接收端包括按信號(hào)傳輸順序依次連接的信號(hào)接收線圈、接收濾波器、自動(dòng)增益控制 放大器及差分相位解調(diào)器;在信號(hào)發(fā)送線圈和信號(hào)接收線圈之間設(shè)置波導(dǎo)中繼線圈作為中 繼節(jié)點(diǎn);所述信號(hào)發(fā)送線圈、波導(dǎo)中繼線圈以及信號(hào)接收線圈埋設(shè)于地下,且纏繞于地下管 道上形成磁性波導(dǎo)傳輸通道;該裝置還包括信息采集傳感器,所述傳感器與信號(hào)收、發(fā)線圈 連接,用于獲取地下管網(wǎng)的信息。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波導(dǎo)通信裝置,其特征 在于,所述信號(hào)發(fā)送線圈和信號(hào)接收線圈為結(jié)構(gòu)相同的通信線圈,每個(gè)通信線圈既能夠發(fā) 送數(shù)據(jù)又能夠接收數(shù)據(jù);所述通信線圈沿管道的長(zhǎng)度至少設(shè)置一組,相鄰兩個(gè)通信線圈之 間設(shè)置均勻分布的中繼線圈構(gòu)成一個(gè)通信單元,共用一個(gè)磁感應(yīng)波導(dǎo)傳輸通道,實(shí)現(xiàn)半雙 工通信。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波導(dǎo)通信裝置,其特征 在于,位于磁性波導(dǎo)傳輸通道兩端的通信線圈分別與設(shè)置在管道內(nèi)的內(nèi)部傳感器連接,構(gòu) 成數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn),用于獲取管道內(nèi)部信息;位于磁性波導(dǎo)傳輸通道中間的通信線圈與設(shè)置在管 道外的外部傳感器連接,構(gòu)成傳感器節(jié)點(diǎn),用于獲取管道外部信息。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波導(dǎo)通信裝置,其特征 在于,通信線圈由導(dǎo)體線圈和諧振電容構(gòu)成,直接纏繞在管道外部,導(dǎo)體線圈半徑r根據(jù)管 道半徑V調(diào)整,即,線圈匝數(shù)為5-10匝,諧振電容值C由線圈實(shí)測(cè)電感值L和信號(hào)頻率f 共同決定,5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波導(dǎo)通信裝置,其特 征在于,波導(dǎo)中繼線圈由導(dǎo)體線圈和諧振電容構(gòu)成,中繼線圈是一個(gè)無(wú)源閉合的回路,均勻 的分布在收、發(fā)線圈之間,中繼線圈相鄰間隔可變。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波導(dǎo)通信裝置,其特征 在于,所述中繼線圈相鄰間隔5m,當(dāng)管道為金屬管時(shí),中繼線圈間隔加大。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波導(dǎo)通信裝置,其特征 在于,該裝置通過(guò)收發(fā)線圈之間磁感應(yīng)耦合的方式完成信息的傳遞,數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)差分相 位調(diào)制以正弦波的形式加載到發(fā)送線圈上,設(shè)發(fā)送線圈信號(hào)為正弦電流I = Ioe1'其中,Io 是信號(hào)幅值,ω是信號(hào)角頻率,ω =23if,f是系統(tǒng)工作頻率,該正弦電流激發(fā)第一中繼節(jié)點(diǎn) 產(chǎn)生相同相位特征的正弦電流I1,第一中繼節(jié)點(diǎn)再激發(fā)第二中繼線圈產(chǎn)生正弦電流1 2,如此 下去,這些中繼線圈在地下環(huán)境里形成磁感應(yīng)波導(dǎo),引導(dǎo)磁信號(hào)不斷向下傳遞,直到接收線 圈激發(fā)產(chǎn)生正弦電流In,經(jīng)過(guò)差分相位解調(diào)還原出原始信號(hào)。8. -種用于地下管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)的磁感應(yīng)波導(dǎo)通信方法,其特征在于,將通信收、發(fā)線圈 與傳感器相連,傳感器負(fù)責(zé)采集與管道相關(guān)的信息,作為傳輸信號(hào)主要來(lái)源,為了降低能 耗,采取主從請(qǐng)求應(yīng)答的通信模式,數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)為主通信節(jié)點(diǎn),傳感器節(jié)點(diǎn)為從通信節(jié)點(diǎn),包 括以下步驟: 步驟一,數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)通過(guò)磁感應(yīng)波導(dǎo)傳輸通道向傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令; 步驟二,傳感器節(jié)點(diǎn)收到請(qǐng)求命令后由休眠模式開(kāi)啟數(shù)據(jù)檢測(cè)模式,傳感器檢測(cè)結(jié)果 為數(shù)字信號(hào),通過(guò)差分相位調(diào)制轉(zhuǎn)換為磁感應(yīng)傳輸通道可傳輸?shù)恼也ㄐ盘?hào),經(jīng)過(guò)功率放 大器加載到信號(hào)發(fā)送線圈上,發(fā)送給數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn); 步驟三,數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)通過(guò)信號(hào)接收線圈收到信號(hào)后經(jīng)接收濾波器濾除干擾信號(hào),經(jīng)過(guò)自 增益控制放大后差分相位解調(diào)還原出原始數(shù)字信號(hào),數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)將采集信號(hào)打包整理后通過(guò) 地表無(wú)線通信設(shè)備發(fā)送到管網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)中心。
【文檔編號(hào)】G08C17/04GK105931449SQ201610414345
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日
【發(fā)明人】孫彥景, 徐勝, 李松, 譚澤富, 施文娟, 王曉琳, 周公博, 徐永剛
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)