專利名稱：遠(yuǎn)程多點(diǎn)無線控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
總的來說，本發(fā)明涉及在地下礦中傳送數(shù)據(jù)的方法，更為具體地說，是涉及數(shù)字編碼無線電信號(hào)的數(shù)字串傳送數(shù)據(jù)的方法。該方法的信號(hào)是利用發(fā)射機(jī)和接收機(jī)借助于電短路式的磁偶極天線對(duì)公用導(dǎo)體及天然波導(dǎo)的礦層的感應(yīng)偶合予以傳送的。
在“利用中頻技術(shù)和現(xiàn)有的礦中導(dǎo)體的控制與監(jiān)測(cè)”(IEEE工業(yè)應(yīng)用學(xué)報(bào)，IA-21卷1985年7/8月，第1091頁(yè)，Dobroski和Stolarczyk著)一文中簡(jiǎn)要地描述了一個(gè)基本的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)遙測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用了經(jīng)由現(xiàn)存于礦中的電導(dǎo)體自動(dòng)傳送數(shù)字編碼中頻無線電信號(hào)的短脈沖串。該論文教導(dǎo)了利用線路偶合器作為將信號(hào)偶合到本地線路的裝置，但對(duì)數(shù)據(jù)收集用的傳感器則沒有描述。當(dāng)從多個(gè)傳感器產(chǎn)生的同時(shí)發(fā)送或使用多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器在地面與礦下遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間通信時(shí)避免數(shù)據(jù)沖突的方法也沒有描述。此外輪詢技術(shù)也未予以描述。
多點(diǎn)無線數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)的一些特征在題為“遠(yuǎn)程及近程多點(diǎn)無線傳感器數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)”的一篇有產(chǎn)權(quán)的技術(shù)建議書中有更完整的描述。該建議書由L·Stolarczyk及J·Jackson在1986年11月7日提出。該建議書中公開了高及低磁距發(fā)射機(jī)的應(yīng)用，自動(dòng)脈沖串發(fā)送技術(shù)，睡眠定時(shí)器接口電路的應(yīng)用以及使用諧振環(huán)形天線對(duì)公用導(dǎo)體及天然波導(dǎo)方式作感應(yīng)偶合技術(shù)。然而沒有描述輪詢技術(shù)。
在美國(guó)專利US4753484(1988年6月28日授權(quán)給L·G·Stolarczyk)中描述了使用煤巖傳感器遠(yuǎn)程控制一個(gè)切煤機(jī)。
在美國(guó)專利Re.32563題為“用于煤層結(jié)構(gòu)測(cè)繪的連續(xù)波中頻信號(hào)發(fā)送方法”(授權(quán)給stolarczyk，下稱Stolarczyk’563)中描述了使用諧振環(huán)形天線激勵(lì)煤層傳輸模式。在Stolarczyk’563中使用了中頻無線電波來產(chǎn)生煤層中出現(xiàn)的地質(zhì)變異的圖象。
在美國(guó)專利US4742305，題為“地質(zhì)巖層中變異的重直圖象構(gòu)成方法“(授權(quán)給L·G·Stolarczyk)中將Stolarczyk’563中的技術(shù)擴(kuò)展到包含垂直平面的圖象并且進(jìn)一步地描述了利用諧振環(huán)形天線激勵(lì)電波在天然煤層傳輸?shù)哪Ｊ健?br> 在磁偶極天線附近，由于波阻抗為虛數(shù)，故能量損耗很小這一事實(shí)描述在“天線理論”一書中(J·R·wait著McGarawHill圖書公司，第24章，編輯為R·E·Collin和F·S·Zucker，1969年)。
在公用導(dǎo)體感應(yīng)電流及電場(chǎng)之間的關(guān)系描述在“時(shí)間-諧波電磁場(chǎng)”(R·F·Harrington著，McGrawHill圖書公司，1961年，第234頁(yè))一書中。
從而，本發(fā)明的目的在于提供一種由礦物介質(zhì)傳送數(shù)據(jù)的可靠方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種由礦物介質(zhì)自動(dòng)傳送數(shù)據(jù)的方法，該方法可以延長(zhǎng)傳感器和發(fā)射機(jī)電池的壽命。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種由礦物介質(zhì)自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǎ摲椒ɡ脝蝹€(gè)接收機(jī)能夠監(jiān)測(cè)多個(gè)傳感器。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種由礦物介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)的方法，該方法中監(jiān)測(cè)點(diǎn)能夠移動(dòng)或快速改變。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種由礦物介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)的方法，該方法消除了傳輸電纜發(fā)生故障的危險(xiǎn)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種自動(dòng)調(diào)節(jié)切煤機(jī)切削邊緣位置的方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供自動(dòng)改變縱壁礦中頂部支撐位置的方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供由鉆桿頭部傳輸數(shù)據(jù)的方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供在自然礦物介質(zhì)中向采礦設(shè)備和從采礦設(shè)備作輪詢數(shù)據(jù)傳送的方法。
本發(fā)明的另一目的在于使用感應(yīng)偶合轉(zhuǎn)發(fā)器在地面計(jì)算機(jī)與地下礦總體中遠(yuǎn)程監(jiān)視點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的方法。
本發(fā)明的另一目的在于由一傳感器向采礦機(jī)械發(fā)送實(shí)時(shí)煤層厚度數(shù)據(jù)的方法。
簡(jiǎn)要地說，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括多個(gè)數(shù)據(jù)傳輸單元，它們包括與低磁距發(fā)射機(jī)(LMMT)或與高磁距發(fā)射機(jī)(HMMT)相連接的監(jiān)測(cè)傳感器。該數(shù)據(jù)傳輸單元受一個(gè)微計(jì)算機(jī)及一個(gè)睡眠定時(shí)接口的控制，該接口自動(dòng)地和周期性地操作傳感器及發(fā)射機(jī)并起動(dòng)低中頻無線電信號(hào)的多個(gè)短持續(xù)期脈沖串的發(fā)射。在輪詢系統(tǒng)中，睡眠定時(shí)器接口被一個(gè)響應(yīng)指定識(shí)別碼的接收機(jī)代替。
由傳感器采集的數(shù)據(jù)利用一個(gè)微計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，由這一微計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)串行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)碼流給最小相移鍵控(MSK)調(diào)制解調(diào)器，用于對(duì)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的載波信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制(FM)。該調(diào)頻FM無線電信號(hào)利用電短路磁偶及天線，例如一種諧振環(huán)形天線或一種鐵氧體磁棒天線，使發(fā)射機(jī)與中心接收機(jī)對(duì)公用導(dǎo)體進(jìn)行感應(yīng)偶合，而被傳送到中心接收機(jī)。此外，電短路式磁偶極天線激勵(lì)現(xiàn)存的天然礦介質(zhì)，如煤礦中的天然波導(dǎo)方式。在一個(gè)自動(dòng)傳輸系統(tǒng)中的中心接收機(jī)上，或在輪詢系統(tǒng)中的基站接收機(jī)上，該已調(diào)FM無線電信號(hào)被解調(diào)并將數(shù)據(jù)輸出。借助于校核接收到的位的數(shù)目和位的奇偶性及要求數(shù)據(jù)的重復(fù)率用與中心接收機(jī)相連的微計(jì)算機(jī)的一個(gè)算法程序驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性。而后該數(shù)據(jù)傳送給控制與監(jiān)視計(jì)算機(jī)以作進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。
在一個(gè)自動(dòng)傳輸系統(tǒng)中，與發(fā)射機(jī)相連的微計(jì)算機(jī)的算法程序保證在各隨機(jī)的時(shí)間間隔中將產(chǎn)生多個(gè)數(shù)據(jù)脈沖串的發(fā)射。這就減少了在中心接收機(jī)上發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的可能性以及允許一個(gè)接收機(jī)監(jiān)測(cè)多個(gè)傳感器。
傳感器能用來監(jiān)測(cè)天然礦介質(zhì)中的機(jī)械的，地質(zhì)的或環(huán)境的參數(shù)。例如，一氧化碳或甲烷氣的濃度，縱壁頂部支撐壓力或是原煤厚度均能被監(jiān)測(cè)出來。關(guān)于原煤厚度的數(shù)據(jù)可以直接發(fā)送給切煤機(jī)，并且可用來自動(dòng)改變機(jī)器切削邊緣位置或者改變縱壁支撐的位置。將原煤厚度傳感器安裝在切削刀鼓上時(shí)，可以獲得位置的實(shí)時(shí)控制。在另一應(yīng)用中，數(shù)據(jù)傳輸單元位于鉆桿的內(nèi)部并且利用對(duì)鉆桿的感應(yīng)使數(shù)據(jù)從鉆頭發(fā)送到中心接收機(jī)。
為了在地面控制及監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)及礦中遠(yuǎn)程位置之間獲得全礦范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)通信，使用了多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器與礦中公用導(dǎo)體進(jìn)行感應(yīng)偶合。這些轉(zhuǎn)發(fā)器用低頻載波信號(hào)(F3)傳送信息，該低頻載波信號(hào)的衰減率低?；净蜻h(yuǎn)程監(jiān)測(cè)點(diǎn)用頻率F2傳送信號(hào)，它使轉(zhuǎn)發(fā)器再以頻率F3轉(zhuǎn)發(fā)這一信號(hào)。一個(gè)單獨(dú)的轉(zhuǎn)發(fā)器接收F3信號(hào)并以頻率F1再發(fā)射，該頻率F1能被礦中設(shè)備接收。于是控制數(shù)據(jù)能從地面控制與監(jiān)視計(jì)算機(jī)發(fā)送，經(jīng)過轉(zhuǎn)發(fā)器網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)程控制點(diǎn)。同樣，傳感器數(shù)據(jù)也能從遠(yuǎn)程點(diǎn)經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)器網(wǎng)絡(luò)傳送回到地面控制與監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于使用了多個(gè)隨機(jī)的數(shù)據(jù)脈沖串發(fā)射，降低了接收機(jī)中的數(shù)據(jù)沖突。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是由于使用了睡眠定時(shí)器及短脈沖串無線電信號(hào)技術(shù)延長(zhǎng)了發(fā)射機(jī)中電池的壽命。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是可以用一個(gè)中心接收機(jī)監(jiān)測(cè)多個(gè)傳感器。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是使用短路式磁偶極天線，該天線可以引起導(dǎo)體方式及自然波導(dǎo)方式的傳輸。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是減少了傳輸電纜故障的危害。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)能從一個(gè)鉆頭發(fā)送給中心接收機(jī)。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是礦用設(shè)備的位置能夠受地面計(jì)算機(jī)的控制或自動(dòng)地改變。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)發(fā)器網(wǎng)絡(luò)能應(yīng)用現(xiàn)有的礦中電導(dǎo)體用于對(duì)控制與監(jiān)測(cè)信號(hào)的傳輸。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是可以使用輪詢系統(tǒng)控制和監(jiān)測(cè)在地下礦中遠(yuǎn)程點(diǎn)上的設(shè)備。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)?shí)時(shí)的煤層厚度數(shù)據(jù)發(fā)送給礦用機(jī)械或控制和監(jiān)控位置。
本發(fā)明的這些和另外的目的與優(yōu)點(diǎn)無疑對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了以下的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述以后將是十分明顯的。其優(yōu)選實(shí)施例在以下的說明書附圖中進(jìn)行了說明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸單元的柜圖;
圖2是根據(jù)本發(fā)明的多點(diǎn)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的頂方向視圖;
圖3是本發(fā)明的煤層探測(cè)器的側(cè)面圖;
圖4是一個(gè)縱壁防護(hù)板的頂部視圖;
圖5是本發(fā)明的在鉆探裝置上作測(cè)量的側(cè)視圖;
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)電導(dǎo)體與一個(gè)環(huán)形天線的正確定位圖;
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)輪詢數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的示意圖;
圖8是一個(gè)遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測(cè)單元的方柜圖;
圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)穿孔式采礦的控制系統(tǒng)示意圖。
圖1表示一個(gè)自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸單元12的電子組件的柜圖。該數(shù)據(jù)傳輸單元包括一個(gè)發(fā)射器16，一個(gè)微計(jì)算機(jī)印刷電路(MPC)模塊20，一個(gè)傳感器24，一個(gè)睡眠定時(shí)器28，一個(gè)電池32及一個(gè)短路磁偶極天線36。
發(fā)射器16是一個(gè)包括接收單元的調(diào)頻(FM)發(fā)射器。典型地，該傳輸單元12能夠監(jiān)測(cè)八個(gè)模擬量信道。
MPC模塊20包括一個(gè)最小相移鍵控(MSK)調(diào)制調(diào)解器(modem)40，一個(gè)微計(jì)算機(jī)44，一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器48，一個(gè)復(fù)用器52及一個(gè)RS-232端口56。
微計(jì)算機(jī)44可以是具有2k字節(jié)的可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)的標(biāo)準(zhǔn)8位CMOS微計(jì)算機(jī)。
磁偶極無線36與發(fā)射器16形成電連接，并且可以是一種短路磁偶極天線，例如鐵氧體磁棒天線或諧振環(huán)狀天線。
傳感器24與睡眠定時(shí)器接口28形成電連接并且其功能為產(chǎn)生相應(yīng)于規(guī)定操作的數(shù)據(jù)。例如，該傳感器24可以是一個(gè)機(jī)械參量傳感器，一個(gè)地質(zhì)傳感器，一個(gè)環(huán)境傳感器，或原煤層傳感器。若作為一個(gè)機(jī)械參量傳感器的話，該傳感器24例如至少可以測(cè)量一組普通機(jī)械參量，例如流體壓力、電機(jī)電流、傾斜角，間距或偏離角。若作為一個(gè)域質(zhì)傳感器，該傳感器24至少可以測(cè)量一組普通地質(zhì)參數(shù)，例如，應(yīng)力、壓力或力。若作為一個(gè)環(huán)境傳感器，該傳感器24至少可以測(cè)量一組普通環(huán)境參數(shù)，例如，一氧化碳或甲烷氣的濃度，空氣的速度或灰塵的濃度。若作為原煤傳感器，該傳感器24可以測(cè)量煤、天然堿或鉀堿層的厚度并且可以為任何幾種類型的煤巖傳感器，諸如水平傳感器，該傳感器測(cè)量天線電導(dǎo)或測(cè)量背景幅射的一種傳感器。
傳感器24，發(fā)射器16，睡眠定時(shí)器接口28及MPC模塊20均由電池32供電，該電池可以是一種特性上安全的電池。睡眠定時(shí)器接口28用于來自傳感器24和發(fā)射器16的電狀態(tài)信號(hào)并且周期性地將電源接通到傳感器24上。
圖2表示用總標(biāo)號(hào)80標(biāo)出的多點(diǎn)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)諸如地下煤、天然堿或鉀堿礦層的天然資源媒界中的狀態(tài)。系統(tǒng)80中包括多個(gè)低磁矩(LMM)自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸單元88及多個(gè)高磁矩(HMM)數(shù)據(jù)傳輸單元92。LMM單元88包括數(shù)據(jù)發(fā)射單元12的所有組件。其中發(fā)射器16工作在低磁矩上，如為0.1ATM2(每平方米安匝數(shù))并且其天線36包括一個(gè)鐵氧體磁棒天線94。該LMM單元88位于多個(gè)縱壁防護(hù)板96的附近，例如在防護(hù)板96的下方或頂部。每個(gè)LMM單元88利用其天線36在鄰近的電導(dǎo)體98中感應(yīng)出電流來，電導(dǎo)體98例如可以是公用導(dǎo)體，諸如交流供電電纜，金屬纜線，電話或其他通訊電纜，水管或傳送帶結(jié)構(gòu)。
HMM單元92包括數(shù)據(jù)傳輸單元12的所有組件，其中發(fā)射器16工作在高磁矩上，如為2.5ATM2并且其天線36包括一個(gè)短路磁偶極天線，例如為30寸垂直諧振環(huán)形天線100。HMM單元92利用天線100與電導(dǎo)體98及自然波導(dǎo)方式形成感應(yīng)偶合，下文還要討論。
中心接收單元102利用天線106與一個(gè)架設(shè)的室內(nèi)電纜104產(chǎn)生感應(yīng)偶合。天線106可以是一個(gè)電短路磁偶極天線，如為30寸垂直諧振環(huán)形天線100。該中心接收單元102包括一個(gè)調(diào)頻(FM)接收機(jī)108，一個(gè)最小相移鍵控(MSK)調(diào)制解調(diào)器(modem)110，一個(gè)微計(jì)算機(jī)112及多個(gè)用于與諸如數(shù)據(jù)記錄器這樣的與微計(jì)算機(jī)公共連接的電部件進(jìn)行通訊用的輸出/輸入端口114。一般來說，該微計(jì)算機(jī)包括具有32k字節(jié)的固定型可編程隨機(jī)存儲(chǔ)器的標(biāo)準(zhǔn)8位微計(jì)算機(jī)。
一個(gè)包含LMM單元88及以原煤傳感器119形式出現(xiàn)的傳感器24的原礦層探測(cè)器118被設(shè)置在煤礦床84的附近并且可以安裝在一個(gè)切煤機(jī)124上，例如一個(gè)縱壁直立槽式截煤機(jī)的擋煤罩120上或者變程臂122上。有一個(gè)機(jī)器自動(dòng)控制單元(MACU)125與機(jī)器124的控制系統(tǒng)形成電連接。
當(dāng)縱壁防護(hù)板96進(jìn)入煤礦床84中時(shí)，多條鋼纜126可以在這些縱壁防護(hù)板96之間放松。一個(gè)或多個(gè)LMM單元88可容納在一個(gè)金屬外殼128中并且可用天線94與鋼纜126形成磁偶合。鋼纜126與電導(dǎo)體98及架設(shè)的室內(nèi)電纜104形成電連接以提供對(duì)中心接收單元102的可供選擇的通信路經(jīng)。金屬外殼128保護(hù)LMM單元88免于遭到破壞。
圖3表示探測(cè)器118更為詳細(xì)。探測(cè)器118位于切煤機(jī)12的切刀鼓130的附近，并且與變程臂在轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)132形成連接。位于探測(cè)器118底部的平衡錘134使探測(cè)器118近乎垂直定向地懸于轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)132的周圍。在這個(gè)實(shí)施例中，煤巖傳感器119是如美國(guó)專利US4753484(授權(quán)給L·G·Stolarczyk，公告日為1988年6月28日)中描述的測(cè)量電導(dǎo)的并在商業(yè)上稱之為居位傳感器。一種原礦層的厚度，例如煤、鉀堿或天然堿的厚度可以利用探測(cè)器118來測(cè)量。如前所述，LMM單元88包括數(shù)據(jù)傳輸單元12及鐵氧體磁棒天線94。
圖4更詳細(xì)地描繪了縱壁防護(hù)板96。一個(gè)水平液壓臂136在機(jī)械上將縱臂防護(hù)板96與一個(gè)板槽傳送線138(panline)連接起來。垂直液壓臂140在機(jī)械上連接于防護(hù)板底基142及防護(hù)板頂部支撐板146之間。一個(gè)頂部支撐板自動(dòng)控制單元(RSACV)148安裝在防護(hù)板96上。RSACV148及MACU125包含的電子部件與在中心接收單元102中所包含的那些部件相同。明確地說，一個(gè)微計(jì)算機(jī)、一個(gè)收發(fā)機(jī)、一個(gè)最小相移鍵控調(diào)制解調(diào)器，一個(gè)輸入輸出端口及一個(gè)天線，更為詳細(xì)地如圖8中所示。
圖5表示在鉆探設(shè)備上的測(cè)量裝置，鉆探設(shè)備用總標(biāo)號(hào)170表示，這種測(cè)量裝置是多點(diǎn)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)80的一個(gè)另外的實(shí)施例。在鉆探設(shè)備170中，HMM單元92放置在一個(gè)導(dǎo)電鉆桿172的內(nèi)部，例如是使用在長(zhǎng)孔鉆探工作中的那類電鉆桿的內(nèi)部，并在鉆孔電機(jī)174的附近。在鉆桿172的表面上磨進(jìn)一個(gè)凹口176，用于放置與HMM單元92有電連接的天線100。在這個(gè)實(shí)施例中，該天線100可為30吋的諧振環(huán)狀天線并且應(yīng)位于相對(duì)于鉆桿軸向中心線的子午面中(見圖6)。大約在為3/16寸的距離“t”上使天線100與鉆桿172的表面隔開。天線100可以圍上一種保護(hù)材料，如一種燒結(jié)陶瓷材料。在鉆探設(shè)備170中，傳感器24典型地應(yīng)是地質(zhì)傳感器的形式。
中心接收單元102放置在一個(gè)充有空氣的室178中，該室接近于鉆桿172上與鉆探電機(jī)174相對(duì)放置的另一端處。該鉆桿可以是用于鉆入地質(zhì)媒介180，如媒或巖石的任何類型的導(dǎo)電鉆桿。鉆桿172的定向沒有要求，可以是垂直的、水平的或是一定角度的。
圖6表示垂直磁偶極天線182相對(duì)導(dǎo)電體184的適當(dāng)取向。利用笛卡爾直角坐標(biāo)系(X、Y、Z)定向，則使天線182放置在水平X-Y平面中而垂直的磁矩M沿Z軸取向。利用球面坐標(biāo)系(Q，φ，r)，則用于來描述電磁場(chǎng)分量Eφ、Hr及HQ的總的取向。
一個(gè)子午平面186包括磁場(chǎng)分量Hr與HQ，而電場(chǎng)Eφ總是在φ方向上垂直于該子午面186的。當(dāng)一個(gè)電導(dǎo)體184的縱軸位于與Eφ相同的方向時(shí)，則被天線182在導(dǎo)體184中感應(yīng)出的電流值為最大。
圖7表示一個(gè)輪詢數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)中總標(biāo)號(hào)190表示，該系統(tǒng)是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。在系統(tǒng)190中，多個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制單元192位于一個(gè)礦道194中。每個(gè)控制單元192包括一個(gè)天線193。該控制單元192可以安裝在多個(gè)礦用機(jī)械上196上，這些礦用機(jī)械可以是切煤機(jī)124或縱壁防護(hù)板96。多個(gè)連接轉(zhuǎn)發(fā)器197及多個(gè)偵聽轉(zhuǎn)發(fā)器198機(jī)械上接近地安裝在公用導(dǎo)體200附近，并且也位于礦道194中。收發(fā)機(jī)201能夠發(fā)射頻率F4的信號(hào)并接收頻率F5的信號(hào)，它可以安裝在機(jī)械196上。公用導(dǎo)體200可以是由表面區(qū)域202穿過礦道194的任意電導(dǎo)體。例如導(dǎo)體200可以是上述電導(dǎo)體98中的任何一種。連接轉(zhuǎn)發(fā)器197包括一個(gè)接收機(jī)204，一個(gè)接收天線206，一個(gè)發(fā)射機(jī)208及一個(gè)發(fā)射天線210。相似地，偵聽轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)198包括一個(gè)接收機(jī)212，一個(gè)接收天線214、一個(gè)發(fā)射機(jī)216及一個(gè)發(fā)射天線218。接收天線206及214和發(fā)射天線210及218是短路式磁偶極天線，例如為天線36，并且提供對(duì)公用導(dǎo)體200的感應(yīng)偶合。天線206、214、210及218可以是具有夾持在保護(hù)塑料板中間的線圈，以形成環(huán)形的環(huán)狀天線。發(fā)射機(jī)208及216和接收機(jī)204及212能夠重復(fù)地發(fā)射與接收低頻至中頻范圍的信號(hào)。發(fā)射機(jī)208發(fā)射具有低頻范圍的頻率F3的信號(hào)(“發(fā)射頻率F3”縮寫為“T3”)，而發(fā)射機(jī)216發(fā)射具有頻率為F1的信號(hào)(縮寫為“T1”)，并且F1不等于F3。接收機(jī)204能夠接收具有頻率F2的信號(hào)(縮寫為“R2”)，F(xiàn)2不等于F1或F3。接收機(jī)212能夠接收具有頻率為F3的信號(hào)(縮寫為“R3”)。
在地面區(qū)域202上，一個(gè)控制與監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)220經(jīng)過一個(gè)端口224、例如一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS232端口連接到一個(gè)遠(yuǎn)程音響單元222上。單元222包括一個(gè)微計(jì)算機(jī)印刷電路(MPC)模塊226，例如為前述的MPC模塊20及一個(gè)音頻線路對(duì)驅(qū)動(dòng)器228。驅(qū)動(dòng)器228具有能與一個(gè)基站230雙向通信的接收與發(fā)射的能力。基站230包括一個(gè)音頻驅(qū)動(dòng)器232，驅(qū)動(dòng)器232與驅(qū)動(dòng)器228形成電連接;一個(gè)MPC模塊234，一個(gè)收發(fā)機(jī)236及一個(gè)天線238。該天線238是一個(gè)短路式磁偶極天線，它使收發(fā)機(jī)236與公用導(dǎo)體200形成感應(yīng)偶合。收發(fā)機(jī)236能夠接收頻率F1及發(fā)射頻率F2。MPC模塊234包括與MPC模塊20相同的結(jié)構(gòu)。
多個(gè)無源轉(zhuǎn)發(fā)器240放置在礦道194中。這些轉(zhuǎn)發(fā)器240包括一個(gè)諧振天線241，一個(gè)電容器242，一個(gè)UHF發(fā)射機(jī)244及一個(gè)UHF天線246。
圖8更詳細(xì)地描述了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制單元192。作為短路式磁偶極天線的天線193與能夠發(fā)射具有頻率F2信號(hào)及接收具有頻率F1信號(hào)的收發(fā)機(jī)248形成電連接。收發(fā)機(jī)248連接到微計(jì)算機(jī)印制電路(MPC)模塊249上，例如一個(gè)MPC模塊20。MPC單元249與多個(gè)輸出電路250(縮寫為“O”)及多個(gè)輸入電路252(縮寫為“I”)相連接。超高頻(UHF)接收機(jī)254與輸入電路252相連接。外部系統(tǒng)，例如一個(gè)傳感器256或者一個(gè)機(jī)械控制系統(tǒng)258可連接到輸入電路252上。傳感器256可以是前述的有關(guān)傳感器24的任一種類型。機(jī)械控制系統(tǒng)258可以是一種繼電的或電動(dòng)液壓控制系統(tǒng)，如為機(jī)械124的控制系統(tǒng)或是縱壁防護(hù)板96的電動(dòng)液壓控制系統(tǒng)。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制單元192其功能如圖2中所示的MACU125或如圖4中所示的RSACU148。輸出電路250連接到一個(gè)接口單元259上，后者又與機(jī)械控制系統(tǒng)258相連接。
圖9表示一個(gè)穿孔或礦道系統(tǒng)，用總標(biāo)號(hào)260表示，它是一個(gè)圖7所示的輪詢數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)190的另一實(shí)施例。在系統(tǒng)260中與圖7相同的部件利用同樣的標(biāo)號(hào)，只是用撇號(hào)以示區(qū)別。在系統(tǒng)260中多個(gè)原煤肋262被留在礦山頂部煤層264中以支撐頂部巖層部分266。這些煤肋262的厚度為“t”，該厚度足以能夠支撐頂部巖層部分266。一般地說，厚度為40吋就足以了。切煤機(jī)196’的殼體可以安裝煤層厚度傳感器268，它安裝在切煤機(jī)196’的表面上，或者在切煤機(jī)196’的切刀鼓上安裝煤層厚度傳感器270。傳感器268及270可以是如前在優(yōu)選實(shí)施例中所述的原煤傳感器119，它是在美國(guó)專利US4753484(1988年6月28日授于L·G·Stolarczyk)所述的那種測(cè)量電導(dǎo)的傳感器。對(duì)于安裝在切刀鼓上的傳感器270，傳感器體安裝在切刀鼓內(nèi)或其表面上，而其天線安裝在容納切刀鼓272的切齒的縫隙274中。切刀鼓272可以是譬如屬于連續(xù)采礦機(jī)械或者是屬于縱壁直立槽式剪煤機(jī)上的切刀鼓。將傳感器270安裝在切刀鼓272上可以實(shí)現(xiàn)底部或頂部煤層、天然堿層或鉀堿層原礦厚度的實(shí)時(shí)測(cè)量。由于使用了傳感器268或270及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制單元192’，采礦機(jī)械196’可以從路面276或另外的安全區(qū)域進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。使用傳感器268及270就可以使煤肋262的厚度“t”保持在適當(dāng)?shù)闹瞪?，以保證對(duì)頂部巖層部分266的可靠支撐。
現(xiàn)在可以來解釋多點(diǎn)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)80及鉆探裝置170的測(cè)量以及輪詢數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)190的功能。參照?qǐng)D1，在預(yù)編程的時(shí)間間隔上，睡眠定時(shí)器接口28使電能從電池32供給發(fā)射機(jī)16，微計(jì)算機(jī)模塊20及傳感器24。由傳感器24采集到的數(shù)據(jù)，無論是模擬量的電流、電壓或繼電器觸點(diǎn)位置等均由模數(shù)轉(zhuǎn)換器48轉(zhuǎn)換成一種數(shù)字格式。然后發(fā)射機(jī)被啟動(dòng)(鍵控)并且向MSKmodem40發(fā)出一個(gè)串行的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)碼流，它們用作為發(fā)射機(jī)16的調(diào)制信號(hào)。該已調(diào)信號(hào)然后發(fā)射到中心接收單元102。
由傳感器24采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式是利用將模擬信號(hào)由傳感器24經(jīng)復(fù)用器52連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器48的輸入端來完成的。被轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)送到微計(jì)算機(jī)44，在這里信號(hào)被修正并儲(chǔ)存在RAM中用于以后的發(fā)射。串行的數(shù)據(jù)被發(fā)送到MSKmodem40，并且MSKmodem輸出的信號(hào)將一個(gè)低頻或中頻(MF)范圍的載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻(FM)。例如用1200Hz的音頻音調(diào)信號(hào)表示數(shù)字信號(hào)的邏輯“1”，而用1800Hz的音頻音調(diào)信號(hào)表示邏輯“0”。所產(chǎn)生的兩種頻率的MSK調(diào)制信號(hào)提供給窄帶FM發(fā)射機(jī)16，以便發(fā)射給中心接收單元102。
每次由發(fā)射機(jī)16發(fā)射包含32個(gè)或更多的數(shù)據(jù)位。每個(gè)數(shù)據(jù)字分成三個(gè)字段一個(gè)前序字段，一個(gè)位起動(dòng)字段及一個(gè)包含標(biāo)志及數(shù)據(jù)的字段。
為了使中心接收單元102在一個(gè)短的時(shí)間周期中從若干個(gè)傳感器接收數(shù)據(jù)，需要一個(gè)數(shù)據(jù)接收方案以防止數(shù)據(jù)的沖突(碰撞)。在優(yōu)選實(shí)施例的數(shù)據(jù)接收方案中，發(fā)射機(jī)16僅在發(fā)射一個(gè)數(shù)據(jù)字所需的時(shí)間中工作。而后發(fā)射機(jī)16停止工作一個(gè)短的隨機(jī)的時(shí)間周期，它通過微計(jì)算機(jī)44的程序由隨機(jī)數(shù)發(fā)生器決定，然后該數(shù)據(jù)字的發(fā)射可以被重復(fù)進(jìn)行。這一序列可以重復(fù)“N”次，這時(shí)由于相同的數(shù)據(jù)的多次發(fā)射從而改善了位誤差率(BER)。例如在一次脈沖串發(fā)射(PB)中，如果BER為在32位中有一位差錯(cuò)(1/32)，則在下次重復(fù)后BER則為(1/32)·(1/32)＝1/1024。一般來說，BER＝(PB)N。每個(gè)數(shù)據(jù)字的前序字段用于對(duì)中心接收單元102中的微處理機(jī)112中數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解碼算法程序中的定時(shí)脈沖進(jìn)行觸發(fā)與同步。該算法程序使用以下差錯(cuò)檢查策略校核每個(gè)32位字的有效性(也即保證檢驗(yàn)數(shù)據(jù)字脈沖串的同步接收)1，在數(shù)據(jù)字被認(rèn)為有效以前，脈沖串中的第一個(gè)數(shù)據(jù)字至少必須跟隨一個(gè)相同的數(shù)據(jù)字;
2，該數(shù)據(jù)字后不跟隨數(shù)據(jù)位;以及3，接收到的數(shù)據(jù)字場(chǎng)的奇偶性必須與發(fā)射的奇偶檢驗(yàn)位一致。
在本系統(tǒng)中，如果在每個(gè)字中8位再加上數(shù)據(jù)的奇偶檢驗(yàn)位的話，可以利用5位單獨(dú)地來檢驗(yàn)識(shí)別多點(diǎn)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)80中的31個(gè)傳感器。使用31個(gè)傳感器及一個(gè)為60秒的監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔的話，則系統(tǒng)80將有百分之十四的占線時(shí)間，如下式(1)所示E(占線時(shí)間)＝ (NTN)/(T) ＝ ((5)(0，054秒)(31個(gè)傳感器))/(60秒) ＝0.139(1)其中n＝32位字重復(fù)數(shù);
T＝發(fā)射機(jī)的發(fā)射時(shí)間(秒);
N＝傳感器數(shù);
T＝取樣時(shí)間間隔;以及E＝系統(tǒng)占線時(shí)間百分比。
睡眠定時(shí)器接口電路28控制式(1)中的采樣時(shí)間間隔“T”。這是一個(gè)重要的參數(shù)，因?yàn)殡姵?2的壽命取決于采樣時(shí)間以及發(fā)射機(jī)的工作時(shí)間和電池容量。因此，如下表所示，電池32的壽命(單位天)在使用了本發(fā)明的隨機(jī)采樣技術(shù)后能夠大大地延長(zhǎng)。
高磁矩發(fā)射機(jī)用電池壽命(單位天)(發(fā)射機(jī)工作時(shí)間為300毫秒)電池的安一時(shí)容量采樣時(shí)間間隔2.5510.0每小時(shí)140628125624每分鐘234696連續(xù)0.10.20.4在采樣之間的隨機(jī)時(shí)間有助于阻止在同一時(shí)間上產(chǎn)生的傳感器發(fā)射中的沖突。于是，與隨后的每個(gè)發(fā)射脈沖產(chǎn)生沖突的可能性被減低到微不足道的數(shù)值。
多點(diǎn)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)80使用電導(dǎo)體98及架設(shè)的室內(nèi)電纜104作為信號(hào)分配網(wǎng)絡(luò)(公用系統(tǒng)方式)。信號(hào)也可通過天然波導(dǎo)方式傳輸。該天然波導(dǎo)是由天然礦物媒介，例如與巖層接界的上方或下方的煤層84構(gòu)成的，該巖層具有與天然礦物媒介不同的電導(dǎo)率。這種將含數(shù)據(jù)的無線電信號(hào)同時(shí)用公用系統(tǒng)和天然波導(dǎo)方式的傳輸在技術(shù)上與操作上優(yōu)越于使用導(dǎo)線對(duì)或同軸電纜的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，因?yàn)樵诤笠幌到y(tǒng)中經(jīng)常由于巖石下落、失火或機(jī)械運(yùn)動(dòng)的故障引起電纜的故障。
使用不同傳輸方式的多點(diǎn)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)80的工作范圍給出如下(系統(tǒng)80的工作范圍)/((無轉(zhuǎn)發(fā)器))
信號(hào)通路范圍高磁矩發(fā)射機(jī)經(jīng)過煤層500至1400英尺經(jīng)過交流供電電纜5000至8000英尺未屏蔽的對(duì)絞電纜10000至33000英尺傳送帶結(jié)構(gòu)大于18000英尺沿鉆桿大于5000英尺低磁矩發(fā)射機(jī)屏蔽的交流供電電纜15000英尺對(duì)于在圖5中所示的鉆探裝置170上的測(cè)量，其功能與無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)80相似。利用傳感器24在HMM單元92產(chǎn)生的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成串行的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)碼流，它們被用于對(duì)一個(gè)載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻。發(fā)射機(jī)16將該FM調(diào)頻信號(hào)傳送給天線100。由于天線100非常接近于鉆桿172的表面，因而保證了對(duì)鉆桿172的高效率磁偶合。與中心接收機(jī)單元102相連接的天線106用來接收沿鉆桿172傳播的FM電磁波信號(hào)。相反，信號(hào)也可以從中心接收機(jī)單元102及天線106傳送給天線100及HMM數(shù)據(jù)單元92。
多點(diǎn)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)80，輪詢數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)190及鉆探裝置170上的測(cè)量全都是采用短路磁偶天線來發(fā)射公用系統(tǒng)及天然波導(dǎo)方式的信號(hào)。磁偶極天線大大優(yōu)越于電偶極天線。這是因?yàn)楫?dāng)電偶極天線工作在低導(dǎo)電率的巖石介質(zhì)附近時(shí)，其輻射波阻抗的實(shí)部是非常大的，因此耗散掉很多的能量。利用磁偶極天線時(shí)，因?yàn)榇排紭O天線的波阻抗是虛數(shù)，從而只損耗很少能量。
磁偶極天線36必須定向得使磁偶極天線能夠激發(fā)波導(dǎo)方式電波的傳播或者激勵(lì)公用系統(tǒng)方式電流的流動(dòng)。在采用諧振環(huán)形天線100及106時(shí)，是將環(huán)182相對(duì)于導(dǎo)體186的取向來實(shí)現(xiàn)的，如圖6所示。在采用鐵氧體磁棒天線94時(shí)，磁棒的縱軸應(yīng)該平行于電導(dǎo)體186的縱軸進(jìn)行取向。
在“時(shí)間-諧波電磁場(chǎng)”(“Time-HarmonicElectromagneticFields”R.F.Harrington著，1961年McgrawHill圖書公司出版)一書的第234頁(yè)這樣描述當(dāng)電場(chǎng)“E”按照公用導(dǎo)體的軸被極化時(shí)，則在該導(dǎo)體中感應(yīng)的電流由式(2)給出I＝2πE/jωuln(ka)(2)其中u＝導(dǎo)磁率;
a＝導(dǎo)體半經(jīng);
k＝媒介電波傳播常數(shù);
j＝-1]]>;
ω＝無線電信號(hào)頻率(弧度/秒);
LN＝自然對(duì)數(shù);及E＝電場(chǎng)分量強(qiáng)度;(伏/米)。
因而當(dāng)實(shí)際的天線安裝得非常接近一個(gè)電導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體中產(chǎn)生了大的單線電流。
多點(diǎn)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)80對(duì)于獲得對(duì)一個(gè)煤礦系統(tǒng)中礦頂支撐系統(tǒng)的自動(dòng)控制是很有用處的。在這種煤礦系統(tǒng)中，例如使用了如圖4所示的縱壁防護(hù)板作頂部支撐。由煤層探測(cè)器118產(chǎn)生的數(shù)據(jù)作為第一信號(hào)發(fā)射給機(jī)械自動(dòng)控制單元125。第一信號(hào)包括煤礦層84厚度的信息，該信號(hào)并由切煤機(jī)124金屬體及變程臂122的感應(yīng)偶合而被傳送到控制單元125。對(duì)于這次數(shù)據(jù)作出響應(yīng)后，控制單元125操作機(jī)械124的電動(dòng)液壓系統(tǒng)，它可以改變機(jī)械124的機(jī)械功能。例如，變程臂122可以升起或降低或者機(jī)械124被指令向前或停止。此外，收發(fā)機(jī)152可以發(fā)射第二信號(hào)給頂部支撐自動(dòng)控制單元148。第二信號(hào)操作縱壁防護(hù)板96的電動(dòng)液壓系統(tǒng)。例如引起垂直液壓臂140提供升高的頂部支撐壓力。另一方面，利用操作水平液壓臂136，可使縱壁防護(hù)板96移近板槽傳送線138或者向后移遠(yuǎn)。
實(shí)際中，有多個(gè)縱壁防護(hù)板96，每個(gè)均接收由控制單元125發(fā)射來的相同的第二信號(hào)。然而在MSK解碼器信號(hào)中的ID位也可用來操作專門的縱壁防護(hù)板96。
在圖7中，輪詢數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)190在控制及監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)220及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及控制單元192之間利用多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器通過天線238、206、210、214、218及196對(duì)公用導(dǎo)體的感應(yīng)偶合進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。“輪詢系統(tǒng)”(Polledsystem)一詞是指當(dāng)在遠(yuǎn)程單元上接收到載有指定識(shí)別碼的信號(hào)時(shí)，該遠(yuǎn)程單元才進(jìn)行操作。計(jì)算機(jī)220產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)字，它經(jīng)過端口224傳送給MPC模塊226。音頻線路對(duì)驅(qū)動(dòng)器228將該信號(hào)傳送到基站音頻驅(qū)動(dòng)器232。無論是MPC模塊226還是MPC模塊234均可以用來將數(shù)字轉(zhuǎn)換成MSK調(diào)制信號(hào)，正如前面涉及到的多點(diǎn)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)80時(shí)所解釋的那樣。與公用導(dǎo)體200感應(yīng)偶合收發(fā)機(jī)236發(fā)射頻率為F2的MSK調(diào)制信號(hào)。連接轉(zhuǎn)發(fā)器197接收到該信號(hào)并同時(shí)再以頻率F3重新發(fā)送該信號(hào)，以使其分布在整個(gè)礦道194中。頻率F3設(shè)置在低頻范圍是因?yàn)榈皖l信號(hào)具有較小的衰減率，從而可以更有效地傳送到遠(yuǎn)距離。偵聽轉(zhuǎn)換器198接收F3信號(hào)并同時(shí)以頻率F1再將該信號(hào)發(fā)射出去，頻率F1被控制單元192更有效地接收。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及控制單元192用收發(fā)機(jī)248接收F1信號(hào)。MSK信號(hào)傳送給MPC249，在249中校驗(yàn)地址。如果該地址適合一個(gè)特定的控制單元192，則MPC249產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的輸出信號(hào)，該信號(hào)傳送給接口單元259，單元259控制機(jī)械控制系統(tǒng)258。在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)字指令的執(zhí)行中，MPC249可通過輸入電路252測(cè)量傳感器數(shù)據(jù)，并利用從收發(fā)機(jī)152以頻率F2發(fā)射的一個(gè)信號(hào)給連接轉(zhuǎn)發(fā)器197并經(jīng)由轉(zhuǎn)發(fā)器網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)對(duì)控制與監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)220的發(fā)回。此外，由F2信號(hào)形成的磁場(chǎng)可以由天線241接收并用來使無源轉(zhuǎn)發(fā)器240的電容242充電，然后轉(zhuǎn)發(fā)器240可使UHF發(fā)射機(jī)244將信號(hào)發(fā)射給礦194中另外的設(shè)備上。相似地，UHF發(fā)射機(jī)244能與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制單元192中的UHF接收機(jī)進(jìn)行通信，用于操作輸入電路252或輸出電路250，或者用于從收發(fā)機(jī)152發(fā)射一個(gè)信號(hào)。無源轉(zhuǎn)發(fā)器240用來確定礦194中運(yùn)動(dòng)設(shè)備的位置。例如，收發(fā)機(jī)201發(fā)射頻率為F4的信號(hào)，該信號(hào)可以為750KHz的信號(hào)，將其發(fā)射給轉(zhuǎn)發(fā)器240。F4信號(hào)將使電容242充電，這將引起發(fā)射機(jī)244發(fā)射UHF信號(hào)。
雖然本發(fā)明是根據(jù)所提供的優(yōu)選實(shí)施例描述的，但應(yīng)當(dāng)理解為這種公開發(fā)明不能被看成是對(duì)發(fā)明的一種限制。無疑，本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員閱讀了上述公開文本后，將會(huì)很容易地作出各種改進(jìn)和改型。從而，應(yīng)該將附于后面的權(quán)利要求書視為覆蓋本發(fā)明的精神和范圍的全部改進(jìn)和改型。
權(quán)利要求
1.一種遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)自然礦介質(zhì)中的狀態(tài)的方法，該方法包括將一個(gè)傳感器放置在要被監(jiān)測(cè)區(qū)域的附近；周期性地將電源供給一個(gè)傳感器的發(fā)射機(jī)及該傳感器；利用該傳感器采集數(shù)據(jù)以監(jiān)測(cè)待監(jiān)測(cè)區(qū)域的狀態(tài)；將該傳感器采集的上述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字；起動(dòng)一個(gè)傳感器發(fā)射機(jī)使其工作一段對(duì)發(fā)射上述數(shù)據(jù)字足夠長(zhǎng)的時(shí)間間隔；及在上述時(shí)間間隔中從該傳感器發(fā)射機(jī)將上述數(shù)據(jù)字發(fā)射給一個(gè)中心接收機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中發(fā)射所述數(shù)字字的步驟包括使用電短路磁偶極天線在一個(gè)電導(dǎo)體中感應(yīng)出電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中發(fā)射上述數(shù)字字的步驟包括使用短路磁偶極天線激勵(lì)一種自然波導(dǎo)的傳輸方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括下述步驟在發(fā)射所述數(shù)字字以后，停止該傳感器發(fā)射機(jī)的工作;及在一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間間隔上再起動(dòng)該傳感器發(fā)射機(jī)并再發(fā)射該數(shù)字字。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括步驟保證在上述中心接收機(jī)中接收到所述數(shù)字字的有效性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中保證上述數(shù)字字有效性的方法包括下述步驟檢驗(yàn)接收到的第一數(shù)字字至少與隨后的一個(gè)數(shù)字字相同;檢驗(yàn)所述的數(shù)字字包含一個(gè)預(yù)定的位數(shù);以及檢驗(yàn)第一個(gè)接收到的數(shù)字字與所述發(fā)射的數(shù)字字的奇偶校驗(yàn)性相同。
7.自動(dòng)調(diào)節(jié)采礦機(jī)械的采礦刀鼓位置的方法，該方法包括將一個(gè)原礦層探測(cè)器放置到采礦機(jī)刀鼓的附近;利用原礦層探測(cè)器采集數(shù)據(jù);將原礦層探測(cè)器采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字字;將該數(shù)字字從原礦層探測(cè)器發(fā)射到與上述采礦機(jī)相連接的自動(dòng)控制單元;響應(yīng)接收的上述數(shù)字字改變上述切刀鼓的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，進(jìn)一步包括下述步驟將信號(hào)從上述第一自動(dòng)控制單元發(fā)射到與一個(gè)頂部支撐防護(hù)板相連的第二自動(dòng)控制單元;及響應(yīng)上述信號(hào)改變上述頂部支撐防護(hù)板的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述頂部支撐防護(hù)板的位置變化包括改變垂直液壓臂中的液體壓力。
10.從一個(gè)鉆頭向一個(gè)控制單元傳輸數(shù)據(jù)的方法，該方法包括將一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸單元設(shè)置在一個(gè)鉆桿的內(nèi)部;使該數(shù)據(jù)傳輸單元對(duì)所述鉆桿感應(yīng)偶合;及從該數(shù)據(jù)傳輸單元向一個(gè)控制單元傳送多個(gè)數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，進(jìn)一步包括步驟在傳送前將多個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字字。
12.一種在整個(gè)礦中傳送數(shù)據(jù)的方法，該方法包括將多個(gè)第一轉(zhuǎn)發(fā)器與自地面設(shè)置到礦道中的一個(gè)電導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)偶合;將多個(gè)第二轉(zhuǎn)發(fā)器與上述電導(dǎo)體感應(yīng)偶合;將數(shù)據(jù)信號(hào)從一個(gè)基站以頻率F2發(fā)射給各第一轉(zhuǎn)發(fā)器中的一個(gè);再?gòu)脑摳鞯谝晦D(zhuǎn)發(fā)器中的一個(gè)以頻率F3轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)信號(hào)送給各第二轉(zhuǎn)發(fā)器中的一個(gè);及再?gòu)母鞯诙D(zhuǎn)發(fā)器中的一個(gè)以頻率F1將該數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制單元。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中該數(shù)據(jù)信號(hào)包括一個(gè)數(shù)字編碼字。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括下述步驟在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制單元中將數(shù)字編碼字解碼;及在接收該數(shù)字編碼字前校驗(yàn)該數(shù)字編碼字的地址特征。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，進(jìn)一步包括步驟在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制單元中利用數(shù)字編碼字起動(dòng)多個(gè)輸出電路。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，進(jìn)一步包括步驟利用多個(gè)輸出電路起動(dòng)一部機(jī)器中的電動(dòng)液壓式控制系統(tǒng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，進(jìn)一步包括步驟將一個(gè)輸入信號(hào)輸入到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制單元的輸入電路中;將該輸入信號(hào)以頻率F2發(fā)射給各第一轉(zhuǎn)發(fā)器中的一個(gè)上;將該輸入信號(hào)再?gòu)脑摰谝晦D(zhuǎn)發(fā)器中的一個(gè)以頻率F3轉(zhuǎn)發(fā)給第二轉(zhuǎn)發(fā)器中的一個(gè)上;及將該輸入信號(hào)再?gòu)脑摰诙D(zhuǎn)發(fā)器中的一個(gè)以頻率F1轉(zhuǎn)發(fā)給基站。
18.一種在礦中測(cè)量及煤肋厚度的方法，該方法包括以下步驟監(jiān)測(cè)在一個(gè)切煤機(jī)上的一個(gè)傳感器;及測(cè)量與該傳感器相連接的一個(gè)天線的導(dǎo)納。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中該傳感器安裝在切煤刀鼓上。
20.一種在礦中確定機(jī)器位置的方法，該方法包括以下步驟將多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)置在一個(gè)礦中;將一個(gè)收發(fā)器設(shè)置在一部分機(jī)器上;從該收發(fā)器向該轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)送第一信號(hào);及從該轉(zhuǎn)發(fā)器向一個(gè)監(jiān)測(cè)裝置發(fā)送第二信號(hào)。
全文摘要
一種在天然礦中，例如在縱壁或連續(xù)礦中遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)諸如一氧化碳或甲烷氣濃度，機(jī)械參數(shù)或原煤、天然堿、鉀堿礦層厚度的狀態(tài)參數(shù)的方法。可以通過一種自然波導(dǎo)通路或者通過利用對(duì)短路磁偶極天線的正確定向，使與發(fā)射機(jī)及中心接收機(jī)磁偶合的公用導(dǎo)體將數(shù)據(jù)傳送給中心接收機(jī)。該方法例如可以應(yīng)用在自動(dòng)控制多個(gè)縱壁頂部支撐位置或從縱壁的鉆頭沿鉆桿將數(shù)據(jù)發(fā)射到中心接收機(jī)。利用與一個(gè)公用導(dǎo)體感應(yīng)偶合的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)可以使遠(yuǎn)程位置與地面之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。利用轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)允許由地面計(jì)算機(jī)來操作礦中的采礦機(jī)械。
文檔編號(hào)E21F17/18GK1042214SQ8910759
公開日1990年5月16日 申請(qǐng)日期1989年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月2日
發(fā)明者拉里·G·斯托拉塞克 申請(qǐng)人:斯托拉爾公司