RU2438186C1 - Alarm system signalling maximal concentration of methane in atmosphere - Google Patents
Alarm system signalling maximal concentration of methane in atmosphere Download PDFInfo
- Publication number
- RU2438186C1 RU2438186C1 RU2010125805/08A RU2010125805A RU2438186C1 RU 2438186 C1 RU2438186 C1 RU 2438186C1 RU 2010125805/08 A RU2010125805/08 A RU 2010125805/08A RU 2010125805 A RU2010125805 A RU 2010125805A RU 2438186 C1 RU2438186 C1 RU 2438186C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- phase
- amplifier
- methane
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемая система относится к средствам контроля рудничной атмосферы, а именно к системам и устройствам, сигнализирующим о достижении предельно допустимой концентрации метана в атмосфере.The proposed system relates to means for controlling the mine atmosphere, and in particular to systems and devices that signal the achievement of the maximum permissible concentration of methane in the atmosphere.
Известны системы и устройства сигнализации о степени взрывоопасности газовоздушной смеси (авт. свид. СССР №№978171, 1500797, 1744625; патенты РФ №№2056631, 2091781, 2094794, 2096776, 2130178, 2131601, 2161823, 2171468; патенты США №№4028057, 4134818, 4193069, 4476096, 5104513; патенты Великобритании №№1378291, 2288873; Карпов Е.Ф. и др. Автоматическая газовая защита и контроль рудничной атмосферы. - М.: Недра, 1984, с.101-109 и другие).Known alarm systems and devices for the degree of explosiveness of the gas-air mixture (ed. Certificate of the USSR No. 978171, 1500797, 1744625; RF patents No. 2056531, 2091781, 2094794, 2096776, 2130178, 2131601, 2161823, 2171468; US patents No. 4028057, 4134818, 4193069, 4476096, 5104513; UK patents Nos. 1378291, 2288873; Karpov E.F. et al. Automatic gas protection and control of the mine atmosphere. - M .: Nedra, 1984, pp. 101-109 and others).
Из известных систем и устройств наиболее близким к предлагаемой системе является «Сигнализатор метана» (патент РФ №2131601, G01N 27/16, 1998), который и выбран в качестве базового объекта.Of the known systems and devices, the closest to the proposed system is the "Methane Detector" (RF patent No. 2131601, G01N 27/16, 1998), which is selected as the base object.
Известный сигнализатор метана содержит мостовую измерительную схему, усилитель постоянного тока, аналого-цифровой преобразователь, арифметико-логическое устройство, запоминающее устройство и аккумуляторную батарею.The known methane detector comprises a bridge measuring circuit, a DC amplifier, an analog-to-digital converter, an arithmetic logic device, a storage device and a battery.
Известное устройство формирует предупреждающий сигнал об аварийной и взрывоопасной ситуации при достижении предельно допустимой концентрации метана в атмосфере, но не обеспечивает передачи тревожной информации на диспетчерский пункт для принятия соответствующих мер, что снижает безопасность шахтеров.The known device generates a warning signal about an emergency and explosive situation when reaching the maximum permissible concentration of methane in the atmosphere, but does not provide alarm information to the control center for taking appropriate measures, which reduces the safety of miners.
Технической задачей изобретения является повышение безопасности шахтеров путем оперативной передачи тревожной информации на диспетчерский пункт для принятия соответствующих мер.An object of the invention is to increase the safety of miners by quickly transmitting alarming information to a control room to take appropriate measures.
Поставленная задача решается тем, что система сигнализации о достижении предельно допустимой концентрации метана в атмосфере, включающая, в соответствии с ближайшим аналогом, сигнализатор метана, содержащий последовательно включенные мостовую схему, в два плеча которой включены активный термокаталитический и компенсационный элементы датчика метана, аналоговый коммутатор, второй вход которого соединен с выходом аккумуляторной батареи, а третий - с третьим выходом арифметико-логического устройства, аналого-цифровой преобразователь, арифметико-логическое устройство, второй вход которого через запоминающее устройство соединен с его вторым выходом, и индикатор порогового уровня метана, при этом к четвертому выходу арифметико-логического устройства последовательно подключены цифроаналоговый преобразователь и усилитель постоянного тока, выход которого соединен со входом мостовой измерительной схемы и с четвертым входом аналогового коммутатора, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена ключом, считывателем, идентификационными метками, установленными с соответствующим шагом на потолке штрека, ретрансляторами, установленными в штреке на расстоянии прямой радиовидимости друг от друга, и диспетчерским пунктом, причем выход аккумуляторной батареи через ключ, второй вход которого соединен с первым выходом арифметико-логического устройства, подключен к считывателю, который выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первого усилителя мощности, фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, линии задержки, сумматора, второй вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, фазового манипулятора и второго усилителя мощности, выход которого соединен со вторым входом дуплексера, к выходу задающего генератора последовательно подключены перемножитель, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и узкополосный фильтр, выход которого соединен со вторым входом фазового манипулятора, сигнализатор метана и считыватель размещены на подвижном объекте с возможностью перемещения по штреку, каждая идентификационная метка выполнена в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей, встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, связанными с микрополосковой антенной, диспетчерский пункт выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого через гетеродин соединен с выходом блока поиска, усилителя промежуточной частоты, удвоителя фазы, второго анализатора спектра, блока сравнения, второй вход которого через первый анализатор спектра соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, порогового блока, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, ключа, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, фазового детектора и блока регистрации, к выходу удвоителя фазы последовательно подключены первый узкополосный фильтр, делитель фазы на два и второй узкополосный фильтр, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора, управляющий вход блока поиска соединен с выходом порогового блока, один из ретрансляторов и диспетчерский пункт установлены у выхода и входа в шахту соответственно.The problem is solved in that the alarm system about reaching the maximum permissible concentration of methane in the atmosphere, including, in accordance with the closest analogue, a methane detector containing a series-connected bridge circuit, two arms of which include active thermocatalytic and compensation elements of the methane sensor, an analog switch, the second input of which is connected to the output of the battery, and the third to the third output of the arithmetic-logic device, an analog-to-digital converter, and a rhyme-logic device, the second input of which is connected via a storage device to its second output, and a threshold indicator of methane, while a digital-to-analog converter and a DC amplifier are connected to the fourth output of the arithmetic-logic device, the output of which is connected to the input of the bridge measuring circuit and with the fourth input of the analog switch, differs from the nearest analogue in that it is equipped with a key, a reader, identification tags installed with a corresponding step on the ceiling of the drift, repeaters installed in the drift at a distance of direct radio visibility from each other, and a control room, and the output of the battery through a key, the second input of which is connected to the first output of the arithmetic-logic device, is connected to the reader, which is made in the form serially connected master oscillator, duplexer, the input-output of which is connected to the transceiver antenna, the first power amplifier, phase detector, the second input of which is connected to the output house of the master oscillator, delay line, adder, the second input of which is connected to the output of the pseudo-random sequence generator, phase manipulator and the second power amplifier, the output of which is connected to the second input of the duplexer, a multiplier is connected to the output of the master oscillator, the second input of which is connected to the output of the master oscillator , and a narrow-band filter, the output of which is connected to the second input of the phase manipulator, the methane detector and the reader are placed on a moving object with In order to move along the drift, each identification mark is made in the form of a piezocrystal with an aluminum thin-film interdigital transducer deposited on its surface connected to a microstrip antenna and a set of reflectors, an interdigital transducer contains two comb electrode systems, the electrodes of each of the combs are connected to each other another bus connected with a microstrip antenna, the control room is made in the form of series-connected receiving antenna, high-frequency amplifier you, a mixer, the second input of which is connected through the local oscillator to the output of the search unit, the intermediate frequency amplifier, the phase doubler, the second spectrum analyzer, the comparison unit, the second input of which is connected through the first spectrum analyzer to the output of the intermediate frequency amplifier, the threshold block, the second input of which the delay line is connected to its output, a key, the second input of which is connected to the output of the intermediate frequency amplifier, phase detector and registration unit, are connected to the output of the phase doubler in series the first narrow-band filter, the phase divider into two and the second narrow-band filter, the output of which is connected to the second input of the phase detector, the control input of the search unit is connected to the output of the threshold block, one of the relays and the control room are installed at the output and entrance to the mine, respectively.
Схематическое изображение одного из штреков шахты показано на фиг.1, где введены следующие обозначения: 26 - штрек шахты, 27 - проход в шахту (шурф), 23 - подвижный объект, 24.i - идентификационные метки, размещенные на потолке штрека, 25.j - ретрансляторы, установленные в штреке 26 на расстоянии прямой радиовидимости друг от друга. У входа и выхода шахты установлены диспетчерский пункт 32 и 25.m ретранслятор (i=1, 2, …, n, j=1, 2, …, m).A schematic illustration of one of the mine drifts is shown in Fig. 1, where the following notation is introduced: 26 - mine drift, 27 - shaft passage (pit), 23 - movable object, 24.i - identification marks placed on the drift ceiling, 25. j - repeaters installed in the
Структурная схема сигнализатора метана 23.1 и считывателя 23.2, установленных на подвижном объекте 23, представлена на фиг.2. Функциональная схема идентификационной метки изображена на фиг.3. Структурная схема диспетчерского пункта представлена на фиг.4.The structural diagram of a methane detector 23.1 and a reader 23.2 mounted on a
Сигнализатор 23.1 метана содержит последовательно включенные мостовую измерительную схему 1, в два плеча которой включены активный термокаталический и компенсационный элементы датчика метана, аналоговый коммутатор 2, второй вход которого соединен с выходом аккумуляторной батареи 4, а третий - с третьим выходом арифметико-логического устройства 5, аналого-цифровой преобразователь 6, арифметико-логическое устройство 5, второй вход которого через запоминающее устройство 8 соединен с его вторым выходом, индикатор 9 порогового уровня метана, при этом к четвертому выходу арифметико-логического устройства 5 последовательно подключены цифроаналоговый преобразователь 7 и усилитель 3 постоянного тока, выход которого соединен со входом мостовой измерительной схемы 1 и с четвертым входом аналогового коммутатора 2. Выход аккумуляторной батареи 4 через ключ 10, второй вход которой соединен с первым выходом арифметико-логического устройства 5, подключен к считывателю 23.2, который выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора 11, дуплексера 12, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 13, первого усилителя 14 мощности, фазового детектора 15, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 11, линии задержки 16, сумматора 18, второй вход которого соединен с выходом генератора 17 псевдослучайной последовательности, фазового манипулятора 21 и второго усилителя 22 мощности, выход которого соединен со вторым входом дуплексера 12. К выходу задающего генератора 11 последовательно подключены перемножитель 19, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 11, и узкополосный фильтр 20, выход которого соединен со вторым входом фазового манипулятора 21.The methane detector 23.1 contains a series-connected
Сигнализатор 23.1 метана и считыватель 23.2 размещены на подвижном объекте 23.The methane detector 23.1 and the reader 23.2 are located on the
Идентификационная метка 24.i (i=1, 2, …, n) выполнена в виде пьезокристалла 25.i с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем (ВШП), связанным с микрополосковой антенной 26.i и набором отражателей 30.i. ВШП поверхностных акустических волн (ПАВ) содержит две гребенчатые системы электродов 27.i, шины 28.i и 29.i, которые соединяют электроды каждой из гребенок между собой. Шины 28.i и 29.i, в свою очередь, связаны с микрополосковой антенной 26.i.The identification mark 24.i (i = 1, 2, ..., n) is made in the form of a piezocrystal 25.i with an aluminum thin-film interdigital transducer (IDT) deposited on its surface connected to a microstrip antenna 26.i and a set of reflectors 30. i. The IDT of surface acoustic waves (SAW) contains two comb systems of electrodes 27.i, buses 28.i and 29.i, which connect the electrodes of each of the combs to each other. Tires 28.i and 29.i, in turn, are connected to the microstrip antenna 26.i.
Диспетчерский пункт 32 выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны 31, усилителя 33 высокой частоты, смесителя 36, второй вход которого через гетеродин 35 соединен с выходом блока 34 поиска, усилителя 37 промежуточной частоты, удвоителя 40 фазы, второго анализатора 41 спектра, блока 42 сравнения, второй вход которого через первый анализатор 39 спектра соединен с выходом усилителя 37 промежуточной частоты, порогового блока 43, второй вход которого через линию 44 задержки соединен с его выходом, ключа 45, второй вход которого соединен с выходом усилителя 37 промежуточной частоты, фазового детектора 49 и блока 50 регистрации. К выходу удвоителя 40 фазы последовательно подключены первый узкополосный фильтр 46, делитель 47 фазы на два и второй узкополосный фильтр 48, выход которого соединен со вторым входом фазового детектора 49. Анализаторы 39 и 41 спектра, удвоитель 39 фазы, блок 42 сравнения, пороговый блок 43 и линия задержки 44 образуют обнаружитель (селектор) 38 ФМн-сигналов. Диспетчерский пункт 32 устанавливается у входа в шахту. А один из ретрансляторов, например 25.m, у выхода из шахты (штрека).The
Предлагаемая система работает следующим образом.The proposed system works as follows.
Составляется план штреков шахты, замеряются расстояния по этому плану между идентификационными метками 24.i (i=1, 2, …, n), которые должны служить отметками координат, и размещаются с соответствующим шагом на потолке штрека (фиг.1). Сигнализатор 23.1 метана и считыватель 23.1 размещаются на подвижном объекте 23, который имеет возможность передвигается по штреку шахты. В качестве подвижного объекта могут использоваться вагонетка, тележка, робот и т.п. В штреке 26 шахты размещаются также ретрансляторы 25.j (j=1, 2, …, m) на расстоянии прямой радиовидимости друг от друга.A plan of mine drifts is drawn up, distances according to this plan between identification marks 24.i (i = 1, 2, ..., n), which should serve as coordinate marks, are measured and placed with the appropriate step on the ceiling of the drift (Fig. 1). The methane detector 23.1 and the reader 23.1 are placed on a
После включения напряжения питания производится установка рабочего напряжения на мостовой измерительной схеме 1. Для этого при помощи арифметико-логического устройства 5 выставляется на цифроаналоговом преобразователе 7 код, соответствующий его минимальному выходному напряжению. Затем через аналоговый коммутатор 2 напряжение с выхода усилителя 3 постоянного тока подается на вход аналого-цифрового преобразователя 6. Если напряжение на входе мостовой измерительной схемы 1 оказывается ниже номинального значения, то с помощью цифроаналогового преобразователя 7 производят увеличение напряжения. Так продолжают до тех пор, пока напряжение на входе мостовой измерительной схемы 1 не достигнет номинального (рабочего) значения. Такой способ установки рабочего напряжения мостовой измерительной схемы 1 позволил исключить источники опорного напряжения и регулировочные элементы.After turning on the supply voltage, the operating voltage is set on the
При появлении метана в анализируемой газовой смеси происходит его каталитическое окисление на поверхности рабочего чувствительного элемента, что приводит к повышению температуры и увеличению сопротивления чувствительного элемента. При этом появляется сигнал разбаланса в мостовой измерительной схеме 1, значение которого пропорционально содержанию метана в анализируемом воздухе. Сигнал с выхода мостовой измерительной схемы 1 через аналоговый коммутатор 2 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 6. Значение сигнала, измеренное с выхода мостовой измерительной схемы 1, сравнивают со значением сигнала, соответствующим порогу срабатывания сигнализации, которое имеется в запоминающем устройстве 8 (получено при калибровке сигнализатора). Если сигнал с мостовой измерительной схемы 1 превышает значение сигнала, соответствующее пороговому уровню метана, то арифметико-логическое устройство 5 выдает предупреждающий сигнал на индикатор 9 порогового уровня.When methane appears in the analyzed gas mixture, its catalytic oxidation occurs on the surface of the working sensitive element, which leads to an increase in temperature and an increase in the resistance of the sensitive element. In this case, an unbalance signal appears in the
Этот же сигнал поступает на управляющий вход ключа 10, открывая его. В исходном состоянии ключ 10 всегда закрыт. При этом напряжение питания аккумуляторной батареи 4 через открытый ключ 10 поступает на считыватель 23.2.The same signal is fed to the control input of key 10, opening it. In the initial state, the key 10 is always closed. In this case, the supply voltage of the battery 4 through the public key 10 is supplied to the reader 23.2.
При этом задающим генератором 11 считывателя 23.2 формируется высокочастотное колебаниеAt the same time, the high-frequency oscillation is formed by the master oscillator 11 of the reader 23.2
u1(t)=U1·Cos(w1t+φ1), 0≤t≤T1,u 1 (t) = U 1 · Cos (w 1 t + φ 1 ), 0≤t≤T 1 ,
которое через дуплексер 12 поступает в антенну 13, излучается ею в эфир и облучает ближайшую идентификационную метку 24.i (i=1, 2, …, n). Высокочастотное гармоническое колебание u1(t) на частоте w1 улавливается микрополосковой антенной 26.i, настроенной на частоту w1, преобразуется встречно-штыревым преобразователем в акустическую волну, которая распространяется по поверхности пьезокристалла 25.i, отражается от набора отражателей 30.i и опять преобразуется в сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН)which through the duplexer 12 enters the
u2(t)=U2·Cos[w1t+(φк1(t)+φ1], 0≤t≤T1,u 2 (t) = U 2 · Cos [w 1 t + (φ к1 (t) + φ 1 ], 0≤t≤T 1 ,
где φк1(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M1(t), отображающим координаты идентификационной метки, причем φк1(t)=const при KτЭ<t<(к+1)τэ и может изменяться скачком при t=Кτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2, …, N-1);where φ к1 (t) = {0, π} is the manipulated component of the phase, which displays the law of phase manipulation in accordance with the modulating code M 1 (t), which displays the coordinates of the identification label, and φ к1 (t) = const for Kτ Э <t <(k + 1) τ e and can change abruptly at t = Кτ e , i.e. at the borders between elementary premises (K = 1, 2, ..., N-1);
τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T1(T1=N·τэ).τ e , N - the duration and number of chips that make up the signal of duration T 1 (T 1 = N · τ e ).
При этом внутренняя структура сформированного сложного ФМн-сигнала определяется топологией встречно-штыревого преобразователя, имеет индивидуальный характер и содержит информацию о местоположении идентификационной метки на потолке штрека. В качестве примера на фиг.3 показан фрагмент кода M1(t).In this case, the internal structure of the formed complex QPSK signal is determined by the topology of the interdigital transducer, has an individual character and contains information about the location of the identification mark on the ceiling of the drift. As an example, figure 3 shows a code fragment M 1 (t).
Сформированный сложный ФМн-сигнал излучается микрополосковой антенной 26. i в эфир, улавливается приемопередающей антенной 13 и через дуплексер 12 и усилитель 14 мощности поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 15, на второй (опорный) вход которого подается высокочастотное колебание u1(t) с выхода задающего генератора 11 в качестве опорного напряжения. На выходе фазового детектора 15 образуется низкочастотное напряжениеThe generated complex QPSK signal is emitted by the
uн1(t)=Uн1·Cosφк1(t), 0≤t≤T1,u н1 (t) = U н1 · Cosφ к1 (t), 0≤t≤T 1 ,
где Uн1=½U1·U2;where U н1 = ½U 1 · U 2 ;
пропорциональное модулирующему коду M1(t).proportional to the modulating code M 1 (t).
Это напряжение поступает на вход линии задержки 16, где задерживается на время τ3, равное длительности τ1 модулирующего кода M1(t), и поступает на первый вход сумматора 18. На второй вход последнего подается код M2(t) подвижного объекта 23 (вагонетка, тележка, робот и т.п.) с выхода генератора 17 псевдослучайной последовательности (ПСП) длительностью τ2. На выходе сумматора 18 образуется суммарный модулирующий код M∑(t)=M1(t)+M2(t), длительностью τ=τ1+τ2. Модулирующий суммарный код M1(t) поступает на первый вход фазового манипулятора 21.This voltage is supplied to the input of the delay line 16, where it is delayed by a time τ 3 equal to the duration τ 1 of the modulating code M 1 (t), and supplied to the first input of the adder 18. The code M 2 (t) of the moving
Высокочастотное колебание u1(t) с выхода задающего генератора 11 одновременно поступает на два входа перемножителя 19, на выходе которого образуется напряжениеHigh-frequency oscillation u 1 (t) from the output of the master oscillator 11 simultaneously arrives at two inputs of the multiplier 19, the output of which is generated
u3(t)=U3·Cos(w2t+φ2), 0≤t≤Т1,u 3 (t) = U 3 · Cos (w 2 t + φ 2 ), 0≤t≤T 1 ,
где U3=½U1 2;where U 3 = ½U 1 2 ;
w2=2w1; φ2=2φ1.w 2 = 2w 1 ; φ 2 = 2φ 1 .
Это напряжение подается на второй вход фазового манипулятора 21, на выходе которого формируется сложный ФМн-сигналThis voltage is supplied to the second input of the phase manipulator 21, at the output of which a complex PSK signal is formed
u4(t)=U4·Cos[w2t+φк2(t)+φ2], 0≤t≤Т1,u 4 (t) = U 4 · Cos [w 2 t + φ к2 (t) + φ 2 ], 0≤t≤T 1 ,
который через усилитель 22 мощности и дуплексер 12 поступает в приемопередающую антенну 13, излучается ею в эфир, последовательно переизлучается ретрансляторами 25.j (j=1, 2, …, m), улавливается приемной антенной 31 диспетчерского пункта 32, установленного на поверхности Земли, в непосредственной близости от входа шахты, и через усилитель 33 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 36, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 35 линейно-изменяющей частотыwhich through the power amplifier 22 and the duplexer 12 enters the
uг(t)=Uг·Cos(wгt+πγt2+φг), 0≤t≤Тп,u g (t) = U g Cos (w g t + πγt 2 + φ g ), 0≤t≤T p ,
где - скорость изменения частоты гетеродина;Where - rate of change of the local oscillator frequency;
Тп - период перестройки.T p - the period of perestroika.
Следует отметить, что просмотр заданного диапазона частотой Df осуществляется с помощью блока 34 поиска, который периодически с периодом Тп по пилообразному закону перестраивает частоту гетеродина 35.It should be noted that viewing a given range with a frequency of D f is carried out using the
На выходе смесителя 36 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 37 выделяется напряжение промежуточной частотыAt the output of the
uup(t)=Uup·Cos[wupt+φк2(t)-πγt2+φuр], 0≤t≤Т1,u up (t) = U up · Cos [w up t + φ к2 (t) -πγt 2 + φ up ], 0≤t≤T 1 ,
где Uup=½U4·Uг;where U up = ½U 4 · U g ;
wup=wc-wг - промежуточная частота;w up = w c -w g is the intermediate frequency;
φuр=φс-φг,φ uр = φ с -φ g ,
которое представляет собой сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и линейной частотной модуляцией (ФМн-ЛЧМ).which is a complex signal with combined phase shift keying and linear frequency modulation (QPSK-LFM).
Напряжение uup(t) с выхода усилителя 37 промежуточной частоты поступает на вход обнаружителя 38, состоящего из удвоителя 40 фазы, анализаторов спектра 39 и 41, блока 42 сравнения, порогового блока 43 и линии 44 задержки.The voltage u up (t) from the output of the
На выходе удвоителя 39 фазы образуется напряжениеA voltage is generated at the output of the
u5(t)=U5·Cos(2wupt-2πγt2+2φuр), 0≤t≤T1,u 5 (t) = U 5 Cos (2w up t-2πγt 2 + 2φ up ), 0≤t≤T 1 ,
где U5=½Uпp 2,where U 5 = ½U for 2 ,
в котором манипуляция фазы уже отсутствует.in which phase manipulation is already absent.
Ширина спектра Δf2 второй гармоники сигнала определяется длительностью Т1 сигналаThe spectrum width Δf 2 of the second harmonic of the signal is determined by the duration T 1 of the signal
, ,
тогда как ширина спектра входного ФМн-сигнала определяется длительностью его элементарных посылокwhereas the width of the spectrum of the input QPSK signal is determined by the duration of its elementary premises
, ,
т.е. ширина спектра второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра входного сигналаthose. the spectrum width of the second harmonic of the signal is N times smaller than the spectrum width of the input signal
. .
Следовательно, при удвоении фазы ФМн-сигнала на два его ширина спектра «сворачивается» в N раз. Это обстоятельство и позволяет обнаружить и отселектировать ФМн-сигнал даже тогда, когда его мощность на входе приемника меньше мощности шумов и помех.Therefore, when the phase of the QPSK signal is doubled by two, its spectral width “folds” N times. This circumstance makes it possible to detect and select the QPSK signal even when its power at the receiver input is less than the power of noise and interference.
Ширина спектра Δfc входного ФМн-сигнала измеряется с помощью анализатора 39 спектра, а ширина спектра Δf2 второй гармоники сигнала - с помощью анализатора 41 спектра. Напряжения UI и UII, пропорциональные Δfc и Δf2 соответственно, с выходов анализаторов 39 и 41 спектра поступают на два входа блока 42 сравнения. Так как UI>>UII, то на выходе блока 42 сравнения образуется положительное напряжение, которое превышает пороговый уровень Uпор в пороговом блоке 43. Пороговое напряжение Uпop выбирается таким, чтобы его превышали случайные помехи. При превышении порогового уровня Uпop в пороговом блоке 43 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 45, открывая его. В исходном состоянии ключ 45 всегда закрыт. Постоянное напряжение с выхода порогового блока 43 одновременно поступает на управляющий вход блока 34 поиска, останавливая его, и на вход линии 44 задержки. При прекращении перестройки гетеродина 35 усилителем 37 выделяется следующее напряжениеThe width of the spectrum Δf c of the input QPSK signal is measured using the
Uup1(t)=Uup·Cos[wupt+φк2(t)+φuр], 0≤t≤Т1,U up1 (t) = U up · Cos [w up t + φ к2 (t) + φ up ], 0≤t≤T 1 ,
которое через открытый ключ 45 поступает на первый вход фазового детектора 49. На выходе удвоителя 40 фазы в этом случае образуется следующее напряжениеwhich through the
u6(t)=U5·Cos(2wupt+2φup), 0≤t≤Т1,u 6 (t) = U 5 Cos (2w up t + 2φ up ), 0≤t≤T 1 ,
которое выделяется узкополосным фильтром 46 и поступает на вход делителя 47 фазы на два, на выходе которого образуется напряжениеwhich is allocated by a narrow-
u7(t)=U5·Cos(wupt+φuр), 0≤t≤Т1,u 7 (t) = U 5 · Cos (w up t + φ up ), 0≤t≤T 1 ,
которое выделяется узкополосным фильтром 48 и поступает на второй (опорный) вход фазового детектора 49. На выходе фазового детектора 49 образуется низкочастотное напряжениеwhich is allocated by a narrow-
uн2(t)=Uн2·Соsφк2(t),u n2 (t) = U n2 ; Cosφ k2 (t),
где Uн2=½Uup·U5,where U Н2 = ½U up · U 5 ,
пропорциональное суммарному модулирующему коду M∑(t). Это напряжение фиксируется блоком 50 регистрации. Время задержки τ3 линии задержки 44 выбирается таким образом, чтобы можно было отселектировать и зафиксировать обнаруженный ФМн-сигнал.proportional to the total modulating code M ∑ (t). This voltage is detected by the
По окончании этого времени напряжение с выхода порогового блока 43 поступает на вход сброса и сбрасывает его содержимое на нулевой уровень. При этом ключ 45 закрывается, а блок 34 поиска включается, т.е. они возвращаются в свои исходные состояния.At the end of this time, the voltage from the output of the
При обнаружении очередного ФМн-сигнала на другой частоте, например, с другого штрека, работа диспетчерского пункта 32 происходит аналогичным образом.When the next QPSK signal is detected at a different frequency, for example, from a different drift, the operation of the
Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом и другими техническими решениями обеспечивает повышение безопасности шахтеров. Это достигается оперативной передачей тревожной информации на диспетчерский пункт для принятия соответствующих мер. Для этого используются сложные сигнала с фазовой манипуляцией, подвижные объекты, идентификационные метки и ретрансляторы.Thus, the proposed system in comparison with the prototype and other technical solutions provides increased safety for miners. This is achieved by promptly transmitting alarming information to the control room for appropriate action. For this, complex phase-shift signals, moving objects, identification tags and repeaters are used.
Основной особенностью идентификационных ПАВ-меток являются малые габариты, большой срок службы и отсутствие источников питания.The main feature of identification SAW tags are small dimensions, long service life and lack of power sources.
Сложные ФМн-сигналы обладают энергетической и структурной скрытностью.Complex QPSK signals have energetic and structural secrecy.
Энергетическая скрытность ФМн-сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработки, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскирован шумами и помехами. Причем энергия ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.The energy secrecy of the FMN signals is due to their high compressibility in time and spectrum with optimal processing, which reduces the instantaneous radiated power. As a result of this, a complex QPSK signal at the receiving point may be masked by noise and interference. Moreover, the energy of the QPSK signal is by no means small, it is simply distributed over the time-frequency domain so that at each point in this region the signal power is less than the power of noise and interference.
Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменения значений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемного устройства.The structural secrecy of complex QPSK signals is caused by a wide variety of their forms and significant ranges of parameter values, which makes it difficult to optimize or at least quasi-optimal processing of complex QPSK signals of an a priori unknown structure in order to increase the sensitivity of the receiving device.
Сложные ФМн-сигналы открывают большие возможности в технике передачи сообщений из штреков шахты на диспетчерский пункт. Они позволяют применять структурную селекцию. Это значит, что появляется возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени.Complex QPSK signals offer great opportunities in the technique of transmitting messages from mine drifts to a control room. They allow the use of structural selection. This means that it becomes possible to separate signals operating in the same frequency band and at the same time intervals.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010125805/08A RU2438186C1 (en) | 2010-06-23 | 2010-06-23 | Alarm system signalling maximal concentration of methane in atmosphere |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010125805/08A RU2438186C1 (en) | 2010-06-23 | 2010-06-23 | Alarm system signalling maximal concentration of methane in atmosphere |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2438186C1 true RU2438186C1 (en) | 2011-12-27 |
Family
ID=45782970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010125805/08A RU2438186C1 (en) | 2010-06-23 | 2010-06-23 | Alarm system signalling maximal concentration of methane in atmosphere |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2438186C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2537095C2 (en) * | 2013-04-23 | 2014-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Ди-Эс-Эр" | Method of electric energy accounting |
| RU2558006C2 (en) * | 2013-11-06 | 2015-07-27 | Открытое акционерное общество "Ангарская нефтехимическая компания" | Alerter of critical pre-explosive concentrations |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4028057A (en) * | 1976-04-29 | 1977-06-07 | Ambac Industries, Inc. | Gas analyzer |
| RU2013565C1 (en) * | 1991-06-17 | 1994-05-30 | Самарское специальное конструкторское бюро "Нефтехимавтоматика" | Automatic control device for methane and other combustible gases |
| RU2131601C1 (en) * | 1998-03-16 | 1999-06-10 | Михеев Евгений Николаевич | Methane alarm |
| RU57829U1 (en) * | 2006-05-31 | 2006-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Уральские технологические интеллектуальные системы" (ООО "УралТехИс") | EMERGENCY MINE ALERT SYSTEM |
| RU74962U1 (en) * | 2008-03-11 | 2008-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Шахтпожсервис" | SYSTEM OF AUTOMATIC CONTROL OF THE STATE OF THE ATMOSPHERE AND LOCALIZATION OF EXPLOSIONS AND FIRE IN MINING |
-
2010
- 2010-06-23 RU RU2010125805/08A patent/RU2438186C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4028057A (en) * | 1976-04-29 | 1977-06-07 | Ambac Industries, Inc. | Gas analyzer |
| RU2013565C1 (en) * | 1991-06-17 | 1994-05-30 | Самарское специальное конструкторское бюро "Нефтехимавтоматика" | Automatic control device for methane and other combustible gases |
| RU2131601C1 (en) * | 1998-03-16 | 1999-06-10 | Михеев Евгений Николаевич | Methane alarm |
| RU57829U1 (en) * | 2006-05-31 | 2006-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Уральские технологические интеллектуальные системы" (ООО "УралТехИс") | EMERGENCY MINE ALERT SYSTEM |
| RU74962U1 (en) * | 2008-03-11 | 2008-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Шахтпожсервис" | SYSTEM OF AUTOMATIC CONTROL OF THE STATE OF THE ATMOSPHERE AND LOCALIZATION OF EXPLOSIONS AND FIRE IN MINING |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2537095C2 (en) * | 2013-04-23 | 2014-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Ди-Эс-Эр" | Method of electric energy accounting |
| RU2558006C2 (en) * | 2013-11-06 | 2015-07-27 | Открытое акционерное общество "Ангарская нефтехимическая компания" | Alerter of critical pre-explosive concentrations |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104991247B (en) | Low-interception velocity measurement method and radar device | |
| RU2340002C1 (en) | Fire early detection method and device for implementing method | |
| US20120256783A1 (en) | Radar detection and location of radio frequency (rf) devices | |
| US4131889A (en) | Miniature doppler radar systems and microwave receivers suitable therefor | |
| RU2438186C1 (en) | Alarm system signalling maximal concentration of methane in atmosphere | |
| RU2411511C1 (en) | Device for monitoring concentration of dangerous gases | |
| RU2425396C1 (en) | Method of monitoring state of underground metropolitan structures and system for realising said method | |
| RU2559869C1 (en) | Method and system for radio-frequency identification and location of railway transport | |
| RU2434253C1 (en) | Method to detect location of filled bioobjects or their remains and device for its realisation | |
| RU2009139176A (en) | METHOD FOR EARLY FIRE DETECTION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| US12292463B2 (en) | Method and system for identifying external PIM sources | |
| RU2537804C2 (en) | Method for early detection of fire and device for its implementation | |
| RU2533299C2 (en) | Fire early detection method and device therefor | |
| RU2623988C1 (en) | Early fire detection method and device for its implementation | |
| RU2514130C2 (en) | Method of identifying objects | |
| RU2206902C1 (en) | Method of detection of men in distress | |
| RU2409865C1 (en) | Method of early fire detection and device for its realisation | |
| RU2717079C1 (en) | Method of monitoring condition of underground structures and system for its implementation | |
| RU2369418C1 (en) | Method for detection of dumped bioobjects or their remains location and device for their realisation | |
| RU2533086C1 (en) | Method of early fire detection and device for implementing method | |
| RU2586856C1 (en) | Method for early fire detection and device therefor | |
| RU2594342C1 (en) | Method of monitoring changes in integral gas medium composition | |
| RU2571148C1 (en) | Method of detecting, identifying and determining vehicle speed | |
| RU2426148C1 (en) | Telemetry system for identification of objects | |
| RU2535302C1 (en) | Short-range location system for detection of objects |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170624 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20181109 |