有线自供电矿井应急通信与定位系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种有线自供电矿井应急通信与定位系统。该系统包括无线节点设备和电能转换设备，电能转换设备通过有线方式为无线节点设备供电，电能转换设备无需外接电源；无线节点设备一般情况处于省电状态，当矿井下发生灾害事故时，无线节点设备组成应急无线通信网络，为井下无线终端设备提供通信服务。该系统能够避免在灾害发生时由于通信、供电电缆的损坏而导致井上与井下的通信中断，保证在井下灾害发生后，可以为井下被困人员和救援人员提供可靠的通信和定位服务，同时可为视频和传感器设备提供数据链路通信服务。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种有线自供电矿井应急通信与定位系统，该系统涉及无线通信技术、电能采集转换技术、无线充电技术等领域。
技术介绍
煤炭是我国主要能源，约占一次能源70％。煤炭行业是高危行业，瓦斯、水灾、火灾、顶板、煤尘等事故困扰着煤矿安全生产。井下通讯联络系统是煤矿“六大安全避险系统”之一，是煤矿安全生产的重要保障。现有井下通讯联络系统主要包括有线调度系统、移动通信系统、广播系统、救灾系统、透地通信系统。当井下发生瓦斯突出、瓦斯爆炸、冲击地压、冒顶、水灾、火灾等事故时，会对井下巷道内的各种通信设备、通信线缆、供电线缆造成破坏，所以有线调度系统、移动通信系统、广播系统易受灾害事故影响无法使用。救灾通信系统由灾后救援人员携带的无线通信系统，可在灾后一定范围内实现通信，但对于救援人员无法到达的区域仍无法通信。透地通信系统是基于低频透地通信技术的通信系统，事故影响小，抗灾能力强，但透地通信的发送设备和发送天线体积大成本高，所以透地通信一般采用单向广播通信方式，井下人员只能接收井上的信息，不能发送信息，只有在井下有限数量的硐室才可配有发射设备，发生事故后井上仍无法获知不在硐室内的井下人员情况，所以透地通信系统也无法满足矿井应急通信需要。为保证井下人员的生命安全并解决以上问题，需要新的应急无线通信系统，能够避免在灾害发生时由于通信、供电电缆的损坏而导致井上与井下的通信中断，保证在井下灾害发生后，可以为井下被困人员和救援人员提供可靠的通信和定位服务，同时可为视频和传感器设备提供数据链路通信服务。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种有线自供电矿井应急通信与定位系统。在井下间隔一定距离安装无线节点设备，无线节点设备采用无线多跳通信方式组成应急无线通信网络，井下的无线移动终端设备由无线节点设备接入应急无线通信网络实现与井上的通信；无线节点设备默认处于省电工作状态，无线移动终端设备设有紧急呼叫按钮，用于激活通信区域内的路由装置，并组成应急无线通信网络为系统提供无线应急通信与定位服务；系统支持由无线移动终端设备发起的应急通信，也支持由井上的通信设备发起的应急通信；无线节点设备内置蓄电池，由电能转换设备对其有线充电；电能转换设备可将井下环境中的能量转换为电能通过电线为无线节点设备充电。1.所述系统进一步包括：无线节点设备和电能转换设备底部紧贴安装平面固定，无线节点设备外壳包括顶部和底部，外壳剖面应具有以下特征，侧面呈流线型，顶部没有锐角或 直角，底部与顶部交界角为锐角；顶部材料采用没有无线信号屏蔽作用的耐高温隔热材料；底部材料采用具有良好导热特性的材料；无线节点设备外壳具有防水功能。2.所述系统进一步包括：电能转换设备为风电转换器，将风能转换为电能。3.所述系统进一步包括：电能转换设备为电磁场能转换器，将附近供电线缆发出的电磁场能转换为电能。4.所述系统进一步包括：电能转换设备为光电转换器，将光能转换为电能。5.所述系统进一步包括：电能转换设备为振动能/电能转换器，将振动能转换为电能。6.所述系统进一步包括：电能转换设备为声电转换器，将环境声音能量转换为电能。7.所述系统进一步包括：电能转换设备为温度差/电能转换器，将环境温度差转换为电能。8.所述系统进一步包括：电能转换设备为射频电磁场能转换器，将临近的无线移动终端设备发射的射频电磁辐射能转换为电能。9.所述系统进一步包括：电能转换设备包括风电转换器、电磁场能转换器、光电转换器、振动能/电能转换器、声电转换器、温度差/电能转换器、射频电磁场能转换器中的一种或多种转换器。10.所述系统进一步包括：无线移动终端设备包括手机、定位卡、具有无线通信功能的矿灯、具有无线通信功能的便携仪器和其它具有无线通信功能的设备。11.所述系统进一步包括：无线节点设备安装于巷道侧壁或顶部和井筒壁，也可安装于巷道侧壁或顶部和井筒壁牢固的且在巷道使用期内永久性保留的附属设施上。12.所述系统进一步包括：电能转换设备应安装于便于电能转换设备获取能量的位置。附图说明图1有线自供电矿井应急通信与定位系统实施示意图1。图2有线自供电矿井应急通信与定位系统实施示意图2。图3电能转换设备与无线节点设备安装示意图。图4电能转换设备与无线节点设备安装和剖面结构示意图。图5电能转换设备原理组成示意图。图6无线节点设备原理组成示意图。图7电磁波能转换器原理示意图。图8射频电磁波能转换器原理示意图。图9风电转换器结构示意图。图10光电转换器结构示意图。图11振动能/电能转换单元结构示意图。图12声电转换基本单元结构示意图。图13声能转换单元示意图。图14温差转换单元结构示意图。图15井下的无线移动终端设备发起通信的系统工作流程图。图16井上设备呼叫井下的无线移动终端设备通信的系统工作流程图。具体实施方式所述通信与定位系统的具体实施方式1如图1所示，组成包括：1.监控终端(101)，通过无线通信网络与井下无线移动终端设备(106)双向通信。2.交换机(102)，负责所有接入以太网的设备的数据交换，同时负责无线通信网络的建立与管理。3.电能转换设备(103)，包括风电转换、电磁场能转换、光电转换、振动能/电能转换、声电转换、温度差/电能转换、射频电磁场能转换中的一种或多种转换器；通过电线为无线节点设备(104)供电。4.无线节点设备(104)，负责组建无线通信网络；默认处于省电工作状态，可被无线移动终端设备(105)和相邻的其它设备激活进入正常工作状态，在通信完成后自动返回省电工作状态。5.无线移动终端设备(105)，包括手机、定位卡、具有无线通信功能的矿灯、具有无线通信功能的便携仪器和其它具有无线通信功能的设备，设有紧急呼叫按钮，用于激活通信区域内的处于省电状态的无线节点设备(104)。图2所示为所述通信与定位系统在斜井、平硐的实施方式示意图。图3为电能转换设备与无线节点设备在巷道中安装位置示意图，电能转换设备(103)与无线节点设备(104)相邻安装。图4为电能转换设备与无线节点设备安装和剖面结构示意图，包括：1.锚杆(401)，用于固定安装无线节点设备，深入巷道壁内部，使无线节点设备底部紧贴安装平面固定，事故发生时可有效防止无线节点设备脱落。2.无线节点设备外壳底部(402)，用于搭载和安装无线节点设备各部件，采用具有良好导热性能的材料，并具有防水功能，可将设备内部热量传导至底部接触的介质上进行传导散热。3.无线节点设备外壳顶部(403)，呈流线型，材料采用没有无线信号屏蔽作用的耐高温隔热材料，并具有防水功能。4.无线节点设备主板固定铜柱(404)，用于支撑和固定无线节点设备主板(203)，共4个，固定在无线节点设备底部。5.无线节点设备蓄电池(405)，安装在无线节点设备外壳底部。6.无线节点设备主板(406)，包括除天线外所有的无线节点设备组成元部件，安装在蓄电池上方，与蓄电池间隔一定的距离。7.无线节点设备通信天线(407)，FPC板型天线采用柔性专用转接线与主板上的IPX接口连接。8.线缆插座(408)，采用两芯航空插座。9.膨胀螺栓(409)，用于安装固定电能转换设备。10.供电连接电线(410)，采用两芯线缆，两端为航空插头，用于连接电能转换设备和无线节点设备。11.电能转换设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有线自供电矿井应急通信与定位系统，其特征在于：在井下间隔一定距离安装无线节点设备，无线节点设备采用无线多跳通信方式组成应急无线通信网络，井下的无线移动终端设备由无线节点设备接入应急无线通信网络实现与井上的通信；无线节点设备默认处于省电工作状态，无线移动终端设备设有紧急呼叫按钮，用于激活通信区域内的路由装置，并组成应急无线通信网络为系统提供无线应急通信与定位服务；无线节点设备内置蓄电池，由电能转换设备对其有线充电；电能转换设备可将井下环境中的能量转换为电能通过电线为无线节点设备充电。

【技术特征摘要】
1.一种有线自供电矿井应急通信与定位系统，其特征在于：在井下间隔一定距离安装无线节点设备，无线节点设备采用无线多跳通信方式组成应急无线通信网络，井下的无线移动终端设备由无线节点设备接入应急无线通信网络实现与井上的通信；无线节点设备默认处于省电工作状态，无线移动终端设备设有紧急呼叫按钮，用于激活通信区域内的路由装置，并组成应急无线通信网络为系统提供无线应急通信与定位服务；无线节点设备内置蓄电池，由电能转换设备对其有线充电；电能转换设备可将井下环境中的能量转换为电能通过电线为无线节点设备充电。2.如权利要求1所述的通信与定位系统，其特征在于：无线节点设备和电能转换设备底部紧贴安装平面固定，无线节点设备外壳包括顶部和底部，外壳剖面应具有以下特征，侧面呈流线型，顶部没有锐角或直角，底部与顶部交界角为锐角；顶部材料采用没有无线信号屏蔽作用的耐高温隔热材料；底部材料采用具有良好导热特性的材料；无线节点设备外壳具有防水功能。3.如权利要求1所述的通信与定位系统，其特征在于：电能转换设备为风电转换器，将风能转换为电能。4.如权利要求1所述的通信与定位系统，其特征在于：电能转换设备为电磁场能转换器，将附近供电线缆发出的电磁场能转换为电能。5.如权利要求1所述的通信与定位系统，其特征在于：电能转换设备为光电转换器，将光能转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙继平，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：新型
国别省市：北京;11