煤礦井下救援定位系統(tǒng)研究

郭繼坤，馬鵬飛，趙肖東

(黑龍江科技大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，哈爾濱150022)

0 引言

目前，煤礦井下監(jiān)控、人員定位和通信系統(tǒng)采用有源通信方式。這種通信方式存在的問題是當(dāng)井下發(fā)生爆炸或透水等事故時(shí)，通信系統(tǒng)會(huì)遭到破壞。即使不被破壞，也將所有傳輸線路的電源切斷，以防止線路產(chǎn)生電火花引起新的災(zāi)難。從而給救援工作帶來(lái)很大的困難。

針對(duì)以上問題，筆者設(shè)計(jì)了基于雙Mach-Zehnder干涉儀結(jié)構(gòu)的礦井下救援定位系統(tǒng)，其位于井下部分的設(shè)施全部無(wú)源，無(wú)需供電。考慮災(zāi)情發(fā)生時(shí)，光纖被毀、折斷的可能性較大，因此將光纜埋在煤礦井下巷道下面，以確保系統(tǒng)更加安全、可靠。當(dāng)發(fā)生礦難井下通信系統(tǒng)中斷時(shí)，被困人員可挖開巷道，直接觸及附近光纜產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào)，通過對(duì)此振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理、分析，獲取井下人員的位置信息［1-3］。為了提高定位精度，筆者同時(shí)提出了一種基于小波閾值降噪的互相關(guān)時(shí)延估計(jì)算法，并對(duì)該算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。布設(shè)在井下光纜中的3條單模光纖構(gòu)成了雙Mach-Zehnder干涉儀的分布式光纖振動(dòng)傳感器，用于獲取人員敲擊的振動(dòng)信號(hào)，其中兩條單模光纖用于構(gòu)成傳感器的兩個(gè)傳感臂，第3條單模光纖用于信號(hào)的傳輸。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 System architecture

系統(tǒng)定位原理如圖2所示。光源發(fā)出的光經(jīng)耦合器C1后被分為兩束，井下傳感光纜檢測(cè)到被困人員敲擊的振動(dòng)信號(hào)后，沿方向1傳播的光波經(jīng)耦合器C3分光后在耦合器C4處發(fā)生干涉，干涉信號(hào)經(jīng)信號(hào)傳輸光纖F3達(dá)到耦合器C5，探測(cè)器D2檢測(cè)到此干涉信號(hào)y1(t)。……