煤矿井下无线通信传输信号最佳频率选择

研究了频率对井下电磁波传输特性的影响，采用金属波导法分析了圆形、拱形及弯曲隧道中电磁波的传输特性并给出衰减率近似公式，得出主要结论：在圆形和拱形隧道中，频率越高，衰减率越小，越有利于电磁波的传播：在弯曲隧道中，频率越高，衰减率越大，不利于电磁波的传播；通过特性曲线与井下实验数据相比较得出在900MHz左右为井下无线通信系统传输信号最佳频段。     

传感器信号在下水道内传播的信道模型

为了揭示无线传感器信号在下水道内的传播规律,采用混合方法,把电磁波在下水道内的传播空间分为了近场区和远场区两个不同的区域,推导出了电磁波传播的信道模型。结果表明:下水道内的介电常数越大,衰减率越小;频率越高,电磁波衰减越小;半径越大,越有利于电磁波的传播。研究结果初步解决了信号在下水道内的传播规律,有助于污水流量计的进一步投入使用。     

无线调制技术在矿井空直巷道中的性能分析及比较

为建立高效的矿井无线通信系统,本文在研究了矿井巷道信道的衰落情况后,建立了矿井空直巷道信道下窄带和宽带信号误码率与传输距离之间的关系,研究了矿井空直巷道对通信频率分别为900 MHz1、800 MHz和2.4 GHz的窄带和宽带信号无线传输的影响.通过比较分析,得出这样的结论:与频率分别为900 MHz和1800 MHz的信号相比,2.4 GHz的信号能以较低的数据速率(几十kbit/s)覆盖更长的通信距离;此外,宽带信号大大提高了误码率性能,比窄带信号可多传几十米,更利于井下无线传输.     

煤岩介质中无线通信频率及衰减机制研究

为给矿井煤岩体介质中无线传感器网络技术开发提供理论依据,基于麦克斯韦方程,建立了煤岩体介质中电磁信号衰减模型,采用理论分析和数值计算方法,得到煤岩体介质中电磁波的合理通信频段、衰减系数及趋肤深度等参数。结果表明:煤岩体的电性参数、孔隙率、温度、湿度是影响电磁信号衰减的主要因素;为保证电磁波在煤岩体介质中良好的传输性,通信频率≤1MHz;在单一有耗煤岩体介质中,电磁信号衰减系数大小为无烟煤>褐煤>肥煤>焦煤>贫煤,石灰岩>泥岩>粗砂岩>砂岩>细砂岩;井下电磁信号传输的有耗媒质为多元混合介质,为保证趋肤深度δ≥5 m,通信频率需满足f≤0.21 MHz.研究结果对确定适用于采空区的WSN最佳通信频率具有重要的应用价值。     

230MHz电力无线通信信号在高层居民楼电竖井中的传播特性研究

针对授权的电力系统230 MHz频段,对高层居民楼电竖井内无线传播信道特性进行研究。在仿真软件中建立应用场景模型,提出射线追踪与室内几何散射模型相结合的方法,对无线信号传播路径、到达角、信号强度等进行仿真计算,分析无线信号通过不同数量楼层时的传播特性,并在实际居民楼中对无线信号传播特性进行试验。对比结果表明,仿真结果与实测结果具有很强的关联性,每层楼平均传播衰减8 d B,最大均方根时延扩展17.28 ns。传播特性研究结果为在高层居民楼电竖井中部署230 MHz电力无线通信网络并进行网络性能优化提供了参考。     

数字矿山综合无线局域网络

针对现代化煤矿生产和安全需求．在分析煤矿现有的监测、监控系统不足和无线电磁波在井下巷道的传播特性基础上，提出了集无线语音通信、无线视频监控、人员定位、环境监测、设备控制和生产管理等功能为一体的基于802．11标准的数字矿山综合无线局域网络。该网络具有传统煤矿监测、监控系统所无法比拟的优越性，提供了未来数字化矿山乃至无人作业工作面的可行性解决方案。     

煤矿井巷多径电波接收信号特性分析

为得到电磁波在煤矿井巷的传播特性,分析了矩形空直井巷内电磁波的多径传播规律。在帐篷定理模型基础上,推导出接收信号入射角求解公式及接收功率计算公式。仿真分析结果显示:载波频率从1 Hz增加到5 GHz时,信号损耗先增加后减小;通信距离增加导致接收功率衰减变大,且垂直极化波的衰减大于水平极化波;载波频率越低,时延扩展越大;通信距离增加导致时延扩展变大,且垂直极化波的时延扩展比水平极化波小。     

待发表文章摘要预报

空圆形隧道中电磁波的传播特性孙继平　石庆冬给出了空圆形隧道中电磁波传播的衰减率计算公式及波模方程 ,采用数值分析的方法求解了波模方程 ,得出的主要结论有 :采用传统的金属波导的处理方法在隧道的电导率较高时得到的电磁波衰减率是正确的 ;频率越高 ,空圆形隧道中电磁波的衰减率越小 ;隧道半径越大 ,越有利于电磁波的传播 ;对于ＴＥ波模 ,隧道的介电常数和磁导率的变化对电磁波衰减率变化的影响不大 ,对于ＴＭ波模 ,隧道的介电常数或磁导率越大 ,电磁波衰减率越大。ＨＣＢＫ系列程控防爆扩音对讲电话机的研制张　民　孙　虹　陈德增介…     

433 MHz/900 MHz楼内楼间无线信道模型

针对无线仪表控制系统中,中继站置于楼侧的情况,探讨了433 MHz和900 MHz无线信号在楼内楼间的传播特性.在给出了一组窄带信号在商业楼和住宅楼的测试结果并做出统计分析后,研究了收发信机间距离和相对位置,接收机所在房间的窗户大小,以及房屋结构,天线方向等因素对屋内信号强度分布的影响.证实了由对电磁波封闭效果极好的钢筋混凝土浇筑而成的现代建筑物中,屋内的信号主要是由窗户绕射进入的.     

空圆形隧道中电磁波的传播特性

给出了空圆形隧道中电磁波传播的衰减率计算公式及波模方程,采用数值分析的方法求解了波模方程,得出的主要结论有：采用传统的金属波导的处理方法在隧道的电导率较高时得到的电磁波衰减率是正确的：频率越高,空圆形隧道中的电磁波的衰减率越小;隧道半径越大,越有利于电磁波的传播;对于IE波模,隧道的介电常数和磁导率的变化对电磁波衰减率变化的影响不大,对于TM波模,隧道的介电常数或磁导率越大,电磁波衰减率越大。     

带有语音系统的煤矿瓦斯报警系统的设计

通过煤矿中采矿点的瓦斯传感器和单片机内设的A/D转换技术,实现对采矿点瓦斯气体浓度信息的采集以及信号的转换;再通过单片机内部进行数据处理;然后将处理好的数据与标准值比较,在通过LED数码管进行显示和ISD4004语音系统报值,当超过标准值时进行语音报警。而且采矿点的数据实时的由nRF905无线传输模块,传输到中继站的单片机中,最后通过RS232转RS485有线传输,传输到煤矿外的监控室中,从而有效的防止煤矿瓦斯爆炸事故的发生。     

轴向对称小夹角分支隧道中电磁波传输特性

采用弯曲柱面坐标系研究了轴向对称且夹角较小的分支隧道中电磁波传输特性,在分支隧道严格对称性的情况下,利用玻印亭定理从能量守恒的角度分析得到主隧道中电磁波能量平均地流入对称分支隧道中。根据空心介质波导衰减的定义,在隧道分支处不考虑隧道壁的劈型散射,得出分支隧道中的电磁波衰减与分支的轴向夹角的四次成正比例关系,并给出了电磁波低次模的实例计算和夹角与衰减常数的关系曲线。     

OFDM调制技术在矿井巷道中的通信性能仿真分析

基于所建立的Nakagami分布矿井巷道宽带统计分段信道模型,研究了在2.4 GHz和5.8 GHz这2个典型UHF频段下正交频分复用调制技术在矿井巷道中的宽带无线通信性能.在相同的信噪比下,当原始数据速率固定和矿井巷道信道环境相同时,载波频率为5.8 GHz时OFDM系统的误码率性能较载波频率为2.4 GHz时好;载波频率为2.4 GHz和5.8 GHz的OFDM系统都具有良好的抗脉冲干扰特性;多普勒频移对矿井巷道OFDM系统的误码率性能有严重影响,对载波频率为5.8 GHz系统误码率性能的影响较2.4 GHz时严重.     

隧道壁湿润引起电磁波衰减率变化的研究

矿井隧道壁湿润会引起电参数改变，从而使电磁波传播衰减率发生变化。当频率略高于隧道截止频率时利用微扰法可知：不论是矩形隧道还是圆形隧道，隧道壁潮湿使电磁波的衰减率降低。当频率远高于截止频率时，利用传统公式法可知：矩形隧道中隧道壁湿润引起衰减增大；圆形隧道中E模式衰减率因电容率的增大而减小，其它各模式则因电容率的增大而增大。     

2 GHz无线电波在煤矿井下隧道传播的研究

采用均匀间隔的延时抽头线模型对2GHz的无线电波在煤矿井下隧道传播的情况进行了研究。研究表明：对于宽带无线电信号，在煤矿井下隧道传播时均方根时延扩展是70ns，与实际测量值相符合。     

无线电波在三种不同土壤上的传播特性分析

介绍了无线电波在均匀土壤,不均匀土壤的传播特性,特别是无线电流途径三种不同土壤时的传播特性,分析了传播路径为“海－陆－海”、“陆－海－陆”的衰减因子变化情况,指出了路径对无线电皮传播特性将起着决定性的作用,并给出了传播路径的“海－陆－海”的2MHz电波传播的实测特性曲线。     

列车顶部对半椭圆形隧道中电磁波截止频率的影响

列车的存在改变了隧道的截面形状和尺寸,从而影响了电磁波的截止频率。本文在对列车-隧道导波问题进行物理建模的基础上,应用FEM法研究了列车的高度、位置以及半椭圆形隧道和列车顶部椭圆的偏心率的变化对半椭圆形隧道电磁波截止频率的影响。其结果对铁路隧道、公路隧道、煤矿井下巷道等有限空间的无线通信有重要的参考价值。     

煤矿掘进工作面不同声源位置下声场分布

煤矿掘进工作面噪声污染严重，影响井下作业人员身心健康与安全生产。为了解噪声源位置改变时煤矿掘进工作面声场分布情况，基于煤矿实例建立掘进工作面物理数学模型，采用数值模拟和实验验证相结合的方法，分析噪声分布特征及噪声源位置变化对声场的影响。研究结果表明：噪声源靠近壁面或地面时，工作面内声场分布较紊乱，产生的高噪声区域较广，不利于工作面的噪声衰减；当两个噪声源的相对距离在10 m以内时，声压级衰减曲线呈“W”型，当两声源相对距离超过10 m时，声压级衰减曲线呈“M”型；实验测试与数值模拟结果基本一致，验证了搭建的模型及模拟结果的可靠性。研究结果可为煤矿掘进工作面环境噪声的预测与控制提供了依据。