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國(guó)外地下通訊設(shè)備介紹
國(guó)外才有一些地下通訊設(shè)備陸續(xù)在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)始應(yīng)用,現(xiàn)根據(jù)它們所使用的頻率和傳
輸模式的不同,分別予以簡(jiǎn)要介紹。
。薄⒌皖l感應(yīng)通訊原理。早在1948年就提出了這種理論,經(jīng)過(guò)30多年,正式產(chǎn)品才出來(lái),它使用的頻率在60~130 KHz范圍內(nèi),比較成功產(chǎn)品有:(1)日本的TST.XA331-FMK-1系統(tǒng),它是采用單線傳輸方式借助專門(mén)敷設(shè)的單根導(dǎo)線與巷道壁之間形成的感應(yīng)場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線感應(yīng)通信的;(2)西德的FM60/130系統(tǒng),它采用的雙線傳輸方式,借助專門(mén)敷設(shè)的兩條導(dǎo)線,經(jīng)終端匹配電阻形成的感應(yīng)場(chǎng)來(lái)進(jìn)行單工通信的。我國(guó)在80年代中期由天津煤炭專用設(shè)備廠引進(jìn)過(guò)西德FH公司的FM60/130感應(yīng)通信系統(tǒng)。
2、中頻無(wú)線通信系統(tǒng)。它采用的頻率大都在300~600KHz范圍內(nèi),它不需敷設(shè)專用導(dǎo)線來(lái)作電波傳播介質(zhì)。它是依靠地下巷道中原有的動(dòng)力電纜、軌道、鋼管等導(dǎo)體的感應(yīng)作用來(lái)傳播話音。這種系統(tǒng)不需要基地臺(tái)來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)信息,兩個(gè)移動(dòng)的手機(jī)最遠(yuǎn)通信距離大約在1-1.5公里。比較完善的產(chǎn)品有法國(guó)CEACHAR公司開(kāi)發(fā)的X-Y電話,西德FH公司FM430/290系統(tǒng),美國(guó)MSA公司1680型中頻無(wú)線通信系統(tǒng)和南非SC1000型為邊帶調(diào)制之外,其他的均為窄帶調(diào)頻方式。我國(guó)在“七五”期間,也曾設(shè)立國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目,進(jìn)行這方面的研究,并在1991年通過(guò)國(guó)家鑒定。它采用的頻率為500 KHz背心式環(huán)形天線在窄帶調(diào)頻,異頻單工方式,在有拐彎的巷道中,兩手機(jī)最遠(yuǎn)通信距離為1.2公里以上,穿透煤層有效通信距離大于70米,穿透巖層有效通信距離大于58米。1993年8月,煤科總院常州自動(dòng)化研究所與錦州煤炭通信器材廠合作研制的KTY3型礦用無(wú)線電電話機(jī)通過(guò)鑒定。它采用的頻率為455~512KHz同頻單工工作方式、窄帶調(diào)頻、磁棒天線。機(jī)電部36所與淮南無(wú)線電一廠合作開(kāi)發(fā)KT2007中頻地下無(wú)線電通信裝置,在1992年12月通過(guò)鑒定。它采用的頻率為400~630 KHz,調(diào)制方式為單邊帶,背帶環(huán)形天線,通信距離在1公里左右,也具有穿透煤層和巖層的通信能力。
。场O低頻通信系統(tǒng)。它采用頻率為30 Hz以下,并選用包含信息量很少的通信方式,例如將“話”改成“人工報(bào)”,即密碼慢速報(bào)的方式,進(jìn)行通行。1979年3月,《美國(guó)武裝部隊(duì)》報(bào)導(dǎo),蘇聯(lián)有一個(gè)正在工作中的極低頻,低通信率系統(tǒng)至少已經(jīng)工作了2年時(shí)間。另外美國(guó)1980年《信號(hào)》報(bào)導(dǎo),蘇聯(lián)最近進(jìn)行了利用極低頻通信系統(tǒng)的地下傳播試驗(yàn)。試驗(yàn)的代號(hào)為“伏爾加”,它使用了800 KV、幾兆瓦的伏爾加-頓巴斯直流輸電線,該輸電線長(zhǎng)480km,實(shí)驗(yàn)時(shí),交替地轉(zhuǎn)換2條線的極性,以產(chǎn)生穿入地層20km以上的極低頻信號(hào),極性的轉(zhuǎn)換是在伏爾加城的分站進(jìn)行的,移動(dòng)接收點(diǎn)接收180km以外的地層內(nèi)部反射回來(lái)的信號(hào),在1小時(shí)內(nèi)大約能夠傳送75個(gè)字。
。础⒌叵聼o(wú)線電漏泄通信系統(tǒng)。它采用的頻率大都在35~80MHz或140~180 MHz,屬于高頻段。1956年12月,美國(guó)科學(xué)家N.MONK和H.S.WINBIGL發(fā)表了一項(xiàng)技術(shù)公告,說(shuō)明了鐵路列車進(jìn)入隧道后維持甚高頻通信取得成功的事例,并對(duì)無(wú)線電漏泄傳輸技術(shù)作了首次介紹。從1956年至1966年的十年間,此項(xiàng)技術(shù)沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的改變,直至1966年世界各國(guó)采礦界才開(kāi)始重視此項(xiàng)技術(shù),并對(duì)它進(jìn)行研究。在理論上,美國(guó)的J.R..WAIT和D.A.HILL等教授對(duì)井下漏泄場(chǎng)電磁波傳播規(guī)律及特點(diǎn)進(jìn)行了多方面的研究,完成了在不同幾何條件下許多電磁場(chǎng)波動(dòng)方程的數(shù)值解,對(duì)圓形和矩形隧道中單線波模、雙線波模和波導(dǎo)波模的衰減進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)。準(zhǔn)靜態(tài)分析法,幾何光學(xué)模擬法也成功地應(yīng)用到對(duì)井下場(chǎng)電磁波傳播的計(jì)算中。比利時(shí)的DELOGNE教授首次研發(fā)成功波模轉(zhuǎn)換器技術(shù)。
1966年英國(guó)國(guó)家煤炭局(NCB)和SURREY大學(xué)對(duì)漏泄通信原理進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)表明:井下無(wú)線電漏泄通信技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)地下無(wú)線電通信,特別是地下移動(dòng)通信是可行的。漏泄通信的傳輸體是同軸漏泄電纜,它是人們專門(mén)設(shè)計(jì)的一種同軸漏泄電纜,以穿孔,開(kāi)槽或疏編等方法,斷續(xù)或連續(xù)且規(guī)則地破壞電纜屏蔽層的完整性,以期在電纜徑向長(zhǎng)度的周圍,通過(guò)泄漏作用獲得均勻連續(xù)的電磁場(chǎng),我們稱這種同軸電纜為“漏泄電纜”。漏泄場(chǎng)的強(qiáng)度取決于漏泄電纜的屏蔽層結(jié)構(gòu). 漏泄通信的根本所在是在地下巷道中敷設(shè)一條射頻同軸電纜(即漏泄電纜)。漏泄電纜起到長(zhǎng)天線的傳輸作用,又在其周圍形成一個(gè)連續(xù)均勻的電磁場(chǎng)。利用這種“漏泄場(chǎng)”的場(chǎng)強(qiáng)在巷道中的存在,就可以沿漏泄電纜實(shí)現(xiàn)無(wú)線電收發(fā)信機(jī)與漏泄電纜饋體之間,兩個(gè)可逆方向相等效的電磁場(chǎng)能量交換,來(lái)實(shí)現(xiàn)地下無(wú)線電雙向移動(dòng)通信。這樣就可以使移動(dòng)臺(tái)與固定臺(tái),移動(dòng)臺(tái)與移動(dòng)臺(tái)之間無(wú)線電波,復(fù)雜的遠(yuǎn)距
離傳播問(wèn)題,轉(zhuǎn)化為移動(dòng)臺(tái)與漏泄電纜之間簡(jiǎn)單的近距離傳播問(wèn)題。
1970年,英國(guó)首先將井下無(wú)線電漏泄通信系統(tǒng)投入使用,該系統(tǒng)稱為986系統(tǒng),工作范圍長(zhǎng)達(dá)9km。1973年,英國(guó)DAC公司將有線電話系統(tǒng)的中繼技術(shù)引入井下漏泄通信系統(tǒng)中,使無(wú)線電漏泄傳輸技術(shù)有了一個(gè)突破性進(jìn)展。該系統(tǒng)稱為“戴茜”鏈結(jié)構(gòu)系統(tǒng),它安裝在WEARMOUTH礦井中。1978年又研制成功一套被稱為ARIANDNE系統(tǒng)的井下無(wú)線電漏泄通信系統(tǒng),該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了有分支網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)雙向傳輸,僅保留一條漏泄電纜和單向中繼器,不要輔助的電話線。1983年英國(guó)采礦開(kāi)發(fā)研究院(MRDE)推出了一種新式的MRD83400型礦井無(wú)線電漏泄通信系統(tǒng),工作范圍長(zhǎng)達(dá)18km。在該系統(tǒng)中采用專門(mén)設(shè)計(jì)的雙向中繼放大器,并將它串接在漏泄電纜中,對(duì)兩個(gè)方向的增益。該系統(tǒng)具有初始
數(shù)字傳輸?shù)墓δ堋?BR>
在80年代,比利時(shí)也有相似的漏泄通信系統(tǒng)研發(fā)成功并投入使用。
我國(guó)在1986年得到國(guó)家的大力支持,將井下無(wú)線電漏泄通信技術(shù)列入國(guó)家“七五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目,雖然起步較晚,但能充分認(rèn)識(shí)國(guó)外各種系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),準(zhǔn)備充分,起點(diǎn)高,于1989年由撫順煤研所完成了KT6型礦井無(wú)線電漏泄通信系統(tǒng)的研制任務(wù)。同年10月在開(kāi)灤礦務(wù)局通過(guò)國(guó)家鑒定,達(dá)到了80年代國(guó)際先進(jìn)水平。其工作頻率為35-49MHz,窄帶調(diào)頻制每個(gè)分支路通話范圍達(dá)10km,各支路覆蓋通話距離可達(dá)40km。
1978年英國(guó)提出了建立礦井無(wú)線電高速信息公路的概念,設(shè)想基于無(wú)線電漏泄傳輸技術(shù),建立一種可以兼容通信-信號(hào)-控制的時(shí)分多路數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線電系統(tǒng),但由于種種原因?qū)嵸|(zhì)性進(jìn)展不大。直到90年代中期,加拿大的愛(ài)儀公司和澳大利亞的礦通公司才先后推出具有高速信息公路功能的井下漏泄通信系統(tǒng)。這些系統(tǒng)采用的頻率在145-180MHz范圍內(nèi),該系統(tǒng)可提供32個(gè)話音和數(shù)據(jù)傳輸信道,以及提供16個(gè)圖象視頻單向傳輸頻道,數(shù)據(jù)傳輸速率為1200~19200bit/s,并能傳輸人員和設(shè)備跟蹤信息,具有尋呼遙控和緊急預(yù)告功能。我國(guó)在1997年也開(kāi)始這方面的研制工作并取得了較大的進(jìn)展,但還沒(méi)有正式產(chǎn)品問(wèn)世。
上述的這些通信設(shè)備和系統(tǒng),都只能解決地下短距離(幾十公里以內(nèi))通信問(wèn)題,要真正解決地下相隔幾百公里以外的通信問(wèn)題還要依賴微中子通信技術(shù)的發(fā)展,國(guó)外美、英、俄正在開(kāi)展這方面理論和實(shí)驗(yàn)的研究。微中子體積非常微小,具有很強(qiáng)的穿透能力,可以在瞬間穿透整個(gè)地球的地層,但微中子發(fā)生器的體積很龐大,以及一些信息調(diào)制技術(shù)難題,有待解決,所以距實(shí)用階段還有很長(zhǎng)的一段路要走。
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