專利名稱：具有自動(dòng)斷尾和恢復(fù)功能的雙向中繼器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其是涉及一種應(yīng)用于漏泄通信系統(tǒng)的雙向中繼器及其控制方法。
背景技術(shù)：
漏泄通信系統(tǒng)目前仍為國(guó)內(nèi)外礦山井下無線通信的基本手段。它是將一條外導(dǎo)體開口的特殊的同軸電纜一漏泄電纜代替天線，將電磁波引向井下巷道，從而實(shí)現(xiàn)地面井下一體化的超短波調(diào)頻通信，即井下無線對(duì)講系統(tǒng)。漏泄通信系統(tǒng)一旦在某礦山組建，由于 其操作簡(jiǎn)單便捷、聲音清晰洪亮、沒有任何延時(shí)、沒有通信盲區(qū)等特點(diǎn)，往往很快成為井下運(yùn)輸調(diào)度、井筒聯(lián)絡(luò)、設(shè)備檢修、安全檢查等各部門不可或缺的通信手段。在漏泄通信系統(tǒng)中，凡漏泄電纜所到之處，即該系統(tǒng)的通信覆蓋范圍。為使系統(tǒng)通信能覆蓋全礦，需要不斷延伸漏泄電纜的長(zhǎng)度。由于射頻信號(hào)在電纜中遠(yuǎn)距離傳輸將帶來?yè)p耗，為彌補(bǔ)這種傳輸損耗，要求每隔一定距離插入一個(gè)中繼放大器。一個(gè)基本雙向中繼放大器的電路組成如圖I所示，包括下行放大器，上行放大器，定向耦合器I，定向耦合器II以及為放大器供電的上行穩(wěn)壓器和下行穩(wěn)壓器。上行穩(wěn)壓器與上行放大器連接，下行穩(wěn)壓器與下行放大器連接；定向耦合器I與下行放大器輸入端及上行放大器輸出端連接，定向耦合器II及上行放大器輸入端和下行放大器輸出端連接，雙向中繼器的輸入與輸出端之間包括直流供電通道。其中，下行放大器用于放大從基地臺(tái)到井下手持機(jī)的下行信號(hào)，上行放大器用于放大從手持機(jī)到基地臺(tái)的上行信號(hào)，兩個(gè)定向耦合器使兩路放大電路既能同時(shí)工作又互不影響。為便于隔離，上下鏈路的工作頻率相隔了17MHz O來自基臺(tái)的射頻信號(hào)通過漏泄電纜從A端進(jìn)入中繼器，經(jīng)過定向耦合器II耦合到下行放大器輸入端，放大后經(jīng)定向耦合器I從B端耦合到漏泄電纜，引向巷道遠(yuǎn)端。而由B端來的上行信號(hào)則經(jīng)定向耦合器I耦合到上行放大器輸入端，放大后經(jīng)定向耦合器II從A端通過漏泄電纜送往基臺(tái)。從而完成了同時(shí)放大上、下行兩路不同頻率的信號(hào)的功能。圖中虛線部分是其直流供電通道，通過兩個(gè)扼流電感與交流通道相互隔離，實(shí)線部分為射頻通道。為提高上下鏈路的隔離度，上下行放大器分別由兩個(gè)穩(wěn)壓器供電。實(shí)際操作中，很多礦山經(jīng)常因放炮等原因造成電纜內(nèi)外導(dǎo)體短路，短路后由于所有中繼器同時(shí)失去工作電壓，要查清那一段電纜發(fā)生故障十分費(fèi)時(shí)費(fèi)力，維護(hù)部門將因此承受很大的檢修壓力，而一旦系統(tǒng)癱瘓，將嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，甚至導(dǎo)致局部停工。中繼放大器為有源通信設(shè)備，需要直流供電。為避免對(duì)井下每個(gè)中繼器單獨(dú)供電所帶來的繁瑣，在漏泄通信系統(tǒng)中，中繼放大器通常都利用電纜的芯線和屏蔽層實(shí)現(xiàn)直流串聯(lián)供電。這種供電方式大大降低了系統(tǒng)的成本，但在另一方面，這種供電方式也帶來系統(tǒng)一處電纜發(fā)生短路故障，就會(huì)造成全網(wǎng)因斷電而癱瘓的困擾
發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種具有自動(dòng)斷尾和恢復(fù)功能的雙向中繼器，通過持續(xù)監(jiān)測(cè)輸出電壓判斷后續(xù)電纜是否短路，從而控制電子開關(guān)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷開后續(xù)電纜及自動(dòng)恢復(fù)功能，并驅(qū)動(dòng)故障報(bào)警指示，以達(dá)到弱化電纜短路故障的效果。本發(fā)明所稱斷尾即為中繼器斷開后續(xù)故障電纜連接。通過斷尾操作，能夠保證故障點(diǎn)前面的中繼器和其他分支的網(wǎng)絡(luò)正常工作。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案
包括上行放大器，下行放大器，定向耦合器I，定向耦合器II，與上行放大器連接的上行穩(wěn)壓器和與下行放大器連接的下行穩(wěn)壓器，所述定向耦合器I與下行放大器輸入端及上行放大器輸出端連接，所述定向耦合器II及上行放大器輸入端和下行放大器輸出端連接，雙向中繼器的輸入與輸出端之間包括直流供電通道，還包括輸出電壓取樣電路，CPU,場(chǎng)效應(yīng)管，控制電路以及為CPU連接的穩(wěn)壓器，輸出電壓取樣電路與中繼器輸出端連接，所述場(chǎng)效應(yīng)管設(shè)置在中繼器的直流通道中，所述CPU與輸出電壓取樣電路連接，CPU與場(chǎng)效應(yīng)管之間通過控制電路連接。作為改進(jìn)，還包括輸入電壓取樣電路，所述輸入電壓取樣電路與CPU連接。作為改進(jìn)，還包括與上行放大器輸出端連接的上行電平檢測(cè)電路，以及與下行放大器輸出端連接的下行電平檢測(cè)電路，所述上行電平檢測(cè)電路和下行電平檢測(cè)電路分別與CPU相連接。作為改進(jìn)，還包括與CPU相連的LED指示燈。作為優(yōu)選，所述LED指示燈包括故障指示燈，電源指示燈，上行電平指示燈和下行電平指示燈。作為改進(jìn)，還包括與定向耦合器II連接的可變衰減器。一種具有自動(dòng)斷尾和恢復(fù)功能的雙向中繼器的控制方法，其特征在于包括以下步驟
(1)CPU通過輸出取樣電路監(jiān)測(cè)輸出直流電壓，當(dāng)輸出直流電壓<斷尾臨界值時(shí)，則轉(zhuǎn)入步驟(2)，當(dāng)輸出直流電壓彡斷開臨界值時(shí)，則轉(zhuǎn)入步驟(5);
(2)CPU發(fā)出信號(hào)切斷電子開關(guān)，點(diǎn)亮中繼器面板上的故障指示燈；
(3)CPU監(jiān)測(cè)輸出電壓，當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟(4)，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟(3)；
(4)CPU發(fā)出信號(hào)接通電子開關(guān)，熄滅中繼器面板上的故障指示燈；
(5 )CPU通過輸入取樣電路監(jiān)測(cè)輸入直流電壓，當(dāng)輸入電壓 < 中繼器最低允許工作電壓時(shí)，電源指示燈閃爍，當(dāng)輸入電壓>中繼器最低允許工作電壓時(shí)，電源指示燈常亮；
(6)CPU通過上、下行電平檢測(cè)電路獲得上、下行射頻電平；當(dāng)下行射頻電平>閾值時(shí)，中繼器面板上的下行電平指示燈亮起；當(dāng)上行射頻電平>閾值時(shí)，中繼器面板上的上行電平指不燈売起。 本發(fā)明提供的雙向中繼器與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果
I.能夠在電纜某處發(fā)生短路后，自動(dòng)斷開故障點(diǎn)之后的電纜，保證前續(xù)中繼器和其他分支網(wǎng)絡(luò)正常工作，并能通過亮起中繼器面板上的LED故障指示燈對(duì)發(fā)生故障的電纜加以指示；還能在電纜修復(fù)好之后自動(dòng)接通原故障點(diǎn)之后的電纜，恢復(fù)整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2.能夠監(jiān)測(cè)中繼器的供電電壓，并通過亮滅相應(yīng)指示燈對(duì)供電電壓狀況加以指
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3.能夠監(jiān)測(cè)上、下行射頻電平，并通過亮滅相應(yīng)指示燈對(duì)上、下行射頻電平狀況加以指示。4.能靈活適應(yīng)不同的漏泄電纜長(zhǎng)度。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中的雙向中繼器的結(jié)構(gòu)示意 圖2為具有斷開故障點(diǎn)功能的雙向中繼器的的結(jié)構(gòu)示意 圖3為兩個(gè)雙向中繼器在漏泄通信系統(tǒng)中的連接 圖4為增加監(jiān)測(cè)輸入電壓功能的雙向中繼器的的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為增加監(jiān)測(cè)上下行射頻電平功能的雙向中繼器的的結(jié)構(gòu)示意 圖6為本發(fā)明提供的雙向中繼器的控制流程圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)理解下述具體實(shí)施方式
僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。如圖2所示，本發(fā)明提供的具有自動(dòng)斷尾和恢復(fù)功能的雙向中繼器，在基本雙向中繼器的基礎(chǔ)上，增加了與雙向中繼器輸出端相連的輸出電壓取樣電路以及一片控制板?？刂瓢宓暮诵钠骷且黄珻PU，它內(nèi)含A/D變換器、模擬比較器以及與CPU連接的穩(wěn)壓器等資源，輸出電壓取樣電路能夠獲得中繼器輸出端的電壓并傳送給CPU，穩(wěn)壓器與上行放大器連接并為CPU供電。圖中實(shí)線為交流通道，虛線為直流通道。要使得電纜短路時(shí)，不影響后續(xù)網(wǎng)絡(luò)，則中繼器的供電電源必須具有短路保護(hù)和自恢復(fù)功能。由于中繼器要求能通過IA以上的直流電流以供后續(xù)中繼器工作，所以要切斷后續(xù)電路通常考慮采用繼電器。繼電器的吸合需要一定的能量，而串聯(lián)供電的中繼器則要求功耗越小越好。否則，電流的增大將導(dǎo)致漏泄電纜上直流壓降過快，以致最后面的中繼器因欠壓而不能正常工作。超低導(dǎo)通電阻的場(chǎng)效應(yīng)管解決了上述矛盾它的高輸入阻抗決定了其導(dǎo)通不需消耗電能，而其極低的導(dǎo)通電阻(小于20πιΩ )決定了其導(dǎo)通時(shí)不會(huì)產(chǎn)生明顯的電壓降。(通過IA電流時(shí)壓降不超過20mV)。因此本發(fā)明還在中繼器直流通道內(nèi)設(shè)置了一個(gè)導(dǎo)通電阻極低的場(chǎng)效應(yīng)管作為電子開關(guān)，在本文中，也可稱為斷尾開關(guān)。電子開關(guān)通過控制電路連接CPU，CPU根據(jù)獲得的中繼器輸出端電壓發(fā)送相應(yīng)信號(hào)給控制電路用以控制場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通、截止，實(shí)現(xiàn)中繼器后續(xù)電纜短路時(shí)的自動(dòng)斷開功能。控制電路為三極管或其他業(yè)內(nèi)常規(guī)簡(jiǎn)單控制元件。本發(fā)明提供的中繼器在斷開后續(xù)電纜的基礎(chǔ)上，通過場(chǎng)效應(yīng)管保證其前面的中繼器和其他分支的網(wǎng)絡(luò)正常工作。作為優(yōu)選，中繼器面板上設(shè)置一個(gè)與CPU連接的LED故障指示燈，在電子開關(guān)截止時(shí)CPU控制故障指示燈亮起，導(dǎo)通時(shí)CPU控制故障指示燈熄滅，用于指示故障點(diǎn)的位置。實(shí)際應(yīng)用中，漏泄通信系統(tǒng)中的雙向中繼器為多個(gè)，接下來以兩個(gè)相鄰的中繼器在漏泄電纜發(fā)生短路故障時(shí)的工作狀態(tài)為例說明在漏泄電纜發(fā)生短路故障時(shí)，中繼器通過電子開關(guān)斷開、恢復(fù)的過程。如圖3所示的兩個(gè)相鄰的中繼器Z1、Z2，當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，中繼器Z1、Z2的電子開關(guān)均處于導(dǎo)通狀態(tài)，主干線始端直流電壓為18V，每過一個(gè)中繼器，直流電壓會(huì)因電纜上的直流壓降而有所降低。但不低于12V (中繼器最低允許工作電壓)。若中繼 器Z2后續(xù)電纜于C處發(fā)生短路時(shí)，系統(tǒng)整條主干線直流電壓將被拉到0V。供電電源處于短路保護(hù)狀態(tài)。此時(shí)，Z1、Z2等所有中繼器均被斷電，它們的電子開關(guān)均進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。由于供電電源具有自恢復(fù)功能，當(dāng)中繼器Zl、Z2的電子開關(guān)截止后，短路點(diǎn)已被隔離，于是供電電源恢復(fù)供電。當(dāng)中繼器Zl加電時(shí)，Z2尚未加電，Z2的電子開關(guān)也未導(dǎo)通。因而Zl之后的負(fù)荷相當(dāng)于開路。其輸出電壓取樣電路獲得的電壓接近18V，于是由CPU控制將電子開關(guān)接通，將18V電壓送到中繼器Z2。當(dāng)中繼器Z2加電時(shí)，由于其后續(xù)電纜A處仍處于短路狀態(tài)，所以Z2的輸出電壓取樣電路獲得的是OV電壓，于是CPU控制其電子開關(guān)保持截止?fàn)顟B(tài)。并點(diǎn)亮其故障指示燈，指示出中繼器Z2之后的電纜發(fā)生了故障。 這樣，故障點(diǎn)C之后的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)斷電而停止工作，而C點(diǎn)之前的中繼器Z2截止，Zl及Zl之前的通信電纜則仍保持正常工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了電纜短路故障的弱化。中繼器Z2處于斷尾保護(hù)狀態(tài)后，CPU將繼續(xù)監(jiān)測(cè)其輸出電壓。一旦發(fā)現(xiàn)電壓升高，即短路故障排除，將立即通過控制電路接通電子開關(guān)，恢復(fù)全系統(tǒng)的正常工作。作為一種改進(jìn)方案，本發(fā)明還可在中繼器的輸入端連接輸入電壓取樣電路，如圖4所示，所述輸入電壓取樣電路還與CPU連接，以使CPU監(jiān)測(cè)輸入直流供電電壓正?；蚯穳?，并可進(jìn)一步通過與CPU連接的電源指示燈對(duì)供電電壓狀況加以指示。作為改進(jìn)，還可在中繼器中增加分別與CPU連接的上、下行電平檢測(cè)電路用于檢測(cè)上下行信號(hào)電平，并通過中繼器面板上的LED指示燈顯示上述內(nèi)容。如圖5所示，與上行放大器輸出端相連的上行電平檢測(cè)電路為CPU中的A/D變換器提供與上行信號(hào)強(qiáng)度相關(guān)的直流電壓，當(dāng)測(cè)得上行射頻電平>某一設(shè)定好的閾值時(shí)，通過點(diǎn)亮與CPU連接的上行電平指示燈指示上行射頻信號(hào)的強(qiáng)度；與下行放大器輸出端相連的下行電平檢測(cè)電路為CPU中的A/D變換器提供與下行信號(hào)強(qiáng)度相關(guān)的直流電壓，當(dāng)測(cè)得下行射頻電平>閾值某一設(shè)定好的閾值時(shí)，通過點(diǎn)亮與CPU連接的下行電平指示燈指示下行射頻信號(hào)的強(qiáng)度。此外，為了使本雙向中繼器能靈活適應(yīng)不同的漏泄電纜長(zhǎng)度，還在定向耦合器II與中繼器輸入端之間增加了可變衰減器。本發(fā)明提供的雙向中繼器工作時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)已有的中繼器基本功能，來自基臺(tái)的射頻信號(hào)通過漏泄電纜從A端進(jìn)入中繼器，經(jīng)過定向耦合器II耦合到下行放大器輸入端，放大后經(jīng)定向耦合器I從B端耦合到漏泄電纜，引向巷道遠(yuǎn)端。而由B端來的上行信號(hào)則經(jīng)定向耦合器I耦合到上行放大器輸入端，放大后經(jīng)定向耦合器II從A端通過漏泄電纜送往基臺(tái)。從而完成了同時(shí)放大上、下行兩路不同頻率的信號(hào)的功能。圖中虛線部分是其直流供電通道，通過兩個(gè)扼流電感與交流通道相互隔離，實(shí)線部分為射頻通道。如圖6所示，本雙向中繼器中CPU的總體控制過程如下
(1)CPU通過輸出取樣電路監(jiān)測(cè)輸出直流電壓，當(dāng)輸出直流電壓 < 斷開臨界值，則轉(zhuǎn)入步驟(2)，當(dāng)輸出直流電壓>斷開臨界值時(shí)，執(zhí)行步驟(5)，本例中斷開臨界值設(shè)為9V;
(2)CPU發(fā)出信號(hào)切斷電子開關(guān)，并點(diǎn)亮中繼器面板上的LED故障指示燈；(3)在電子開關(guān)斷開狀態(tài)下,CPU繼續(xù)監(jiān)測(cè)輸出電壓，當(dāng)輸出電壓升聞時(shí)，例如輸出電壓為IV時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟(4)，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟(3)；
(4)CPU發(fā)出信號(hào)立即接通電子開關(guān)，熄滅故障指示燈，恢復(fù)全系統(tǒng)的正常工作。(5) CPU通過輸入取樣電路監(jiān)測(cè)輸入直流電壓，當(dāng)輸入電壓< 12V時(shí)，中繼器面板上的電源指示燈閃爍，當(dāng)輸入電壓> 12V時(shí)，電源指示燈常亮。其中12V為中繼器最低允許工作電壓，該電壓值在CPU中預(yù)先設(shè)定。 (6)CPU通過上、下行電平檢測(cè)電路獲得上、下行射頻電平，當(dāng)下行射頻電平彡閾值時(shí)，中繼器面板上的下行電平指示燈亮起；當(dāng)上行射頻電平>閾值時(shí)，中繼器面板上的上行電平指不燈売起。
權(quán)利要求
1.一種具有自動(dòng)斷尾和恢復(fù)功能的雙向中繼器，包括上行放大器，下行放大器，定向耦合器I，定向耦合器II，與上行放大器連接的上行穩(wěn)壓器和與下行放大器連接的下行穩(wěn)壓器，所述定向耦合器I與下行放大器輸入端及上行放大器輸出端連接，所述定向耦合器II及上行放大器輸入端和下行放大器輸出端連接，雙向中繼器的輸入與輸出端之間包括直流供電通道，其特征在于還包括輸出電壓取樣電路，CPU，場(chǎng)效應(yīng)管，控制電路以及與CPU連接的穩(wěn)壓器，輸出電壓取樣電路與中繼器輸出端連接，所述場(chǎng)效應(yīng)管設(shè)置在中繼器的直流通道中，所述CPU與輸出電壓取樣電路連接，CPU與場(chǎng)效應(yīng)管之間通過控制電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有自動(dòng)斷尾和恢復(fù)功能的雙向中繼器，其特征在于還包括輸入電壓取樣電路，所述輸入電壓取樣電路與CPU連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有自動(dòng)斷尾和恢復(fù)功能的雙向中繼器，其特征在于還包括與上行放大器輸出端連接的上行電平檢測(cè)電路，以及與下行放大器輸出端連接的下行電平檢測(cè)電路，所述上行電平檢測(cè)電路和下行電平檢測(cè)電路分別與CPU相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的具有自動(dòng)斷尾和恢復(fù)功能的雙向中繼器，其特征在于還包括與定向耦合器II連接的可變衰減器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的具有自動(dòng)斷尾和恢復(fù)功能的雙向中繼器，其特征在于還包括與CPU相連的LED指示燈。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有自動(dòng)斷尾和恢復(fù)功能的雙向中繼器，其特征在于所述LED指示燈包括故障指示燈，電源指示燈，上行電平指示燈和下行電平指示燈。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的具有自動(dòng)斷尾和恢復(fù)功能的雙向中繼器的控制方法，其特征在于包括以下步驟 (1)CPU通過輸出取樣電路監(jiān)測(cè)輸出直流電壓，當(dāng)輸出直流電壓<斷尾臨界值時(shí)，則轉(zhuǎn)入步驟(2)，當(dāng)輸出直流電壓彡斷開臨界值時(shí)，則轉(zhuǎn)入步驟(5); (2)CPU發(fā)出信號(hào)切斷電子開關(guān)，點(diǎn)亮中繼器面板上的故障指示燈； (3)CPU監(jiān)測(cè)輸出電壓，當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟(4)，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟(3)； (4)CPU發(fā)出信號(hào)接通電子開關(guān)，熄滅中繼器面板上的故障指示燈； (5 )CPU通過輸入取樣電路監(jiān)測(cè)輸入直流電壓，當(dāng)輸入電壓 < 中繼器最低允許工作電壓時(shí)，電源指示燈閃爍，當(dāng)輸入電壓>中繼器最低允許工作電壓時(shí)，電源指示燈常亮； (6)CPU通過上、下行電平檢測(cè)電路獲得上、下行射頻電平，當(dāng)下行射頻電平>閾值時(shí)，中繼器面板上的下行電平指示燈亮起；當(dāng)上行射頻電平>閾值時(shí)，中繼器面板上的上行電平指不燈売起。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有自動(dòng)斷尾和恢復(fù)功能的雙向中繼器及其控制方法，通過持續(xù)監(jiān)測(cè)輸出電壓判斷后續(xù)電纜是否短路，從而控制電子開關(guān)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷開后續(xù)電纜及自動(dòng)恢復(fù)功能，并驅(qū)動(dòng)故障報(bào)警指示，以達(dá)到弱化電纜短路故障的效果。本發(fā)明公開的雙向中繼器，包括上行放大器，下行放大器，定向耦合器Ⅰ，定向耦合器Ⅱ，與上行放大器連接的上行穩(wěn)壓器和與下行放大器連接的下行穩(wěn)壓器，所述定向耦合器Ⅰ與下行放大器輸入端及上行放大器輸出端連接，所述定向耦合器Ⅱ及上行放大器輸入端和下行放大器輸出端連接，雙向中繼器的輸入與輸出端之間包括直流供電通道，還包括輸出電壓取樣電路，CPU，場(chǎng)效應(yīng)管，控制電路以及與CPU連接的穩(wěn)壓器。
文檔編號(hào)H04B7/15GK102664672SQ20121011749
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者何煦春, 余波, 蘭寧, 唐永德, 姜軍, 沈繼三, 艾寧 申請(qǐng)人:南京礦通科技有限公司