一種地下測量供電和通信裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種地下測量供電和通信裝置。本發明的技術要點是：它包括安裝于地面之上的地面供電系統和信號接收系統，安裝于地面之下的地下測控系統，以及連接地面供電系統和信號接收系統與地下測控系統之間的單根絕緣導線；地下測控系統安裝在一個絕緣防水封閉的外殼內，地下測控系統的接地端從外殼引出后接地，從外殼引出地下測控系統的另一接線端與所述單根絕緣導線地下端的線芯連接；地面供電系統包括一直流電源，該直流電源的正極接地，負極通過所述信號接收系統連接到單根絕緣導線地面端的線芯上。本發明原理簡單、成本低廉、實施容易、可靠性較高，適用于地下、水下、井下、井中小功率測控系統的長期供電和波特率不太高的數據通信。
【專利說明】一種地下測量供電和通信裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于地下測量系統【技術領域】，具體涉及一種地下測量供電和通信裝置。
【背景技術】
[0002]目前，地下測量系統通常采用電池供電，或經2根或多根電纜組成供電回路供電，另外還需要通信電纜或光纜進行通信。具體來說，需要地下測控系統長時間工作的時候，傳統方法主要存在以下幾方面的問題:
(1)采用電池供電時工作時間受電池容量限制，更換電池也不方便，難以保證長時間或長期的地下或水下測量系統的工作需要；
(2)采用輸電線連接地面直流電源對地下測量系統供電時，需要采用2根或多根供電電纜對地下測量裝置供電；
(3)測量所得數據從地下上傳到地面常常還需要另外增加通信電纜用于信號傳送，所需使用的電纜成倍增加；
(4)特別是在一些量大面廣的地下測量裝置或在對較深地下或水下的測量裝置供電和通信時，多條電纜的應用會使系統成本快速上升、可靠性降低、實用性變差。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于針對現有技術中存在的上述缺陷，提供一種原理簡單、成本低廉、實施容易、可靠性較高的地下測量供電和通信裝置。
[0004]本發明的目的是通過如下的技術方案來實現的:該地下測量供電和通信裝置，它包括安裝于地面之上的地面供電系統和信號接收系統，安裝于地面之下的地下測控系統，以及連接地面供電系統和信號接收系統與地下測控系統之間的單根絕緣導線；所述地下測控系統安裝在一個絕緣防水封閉的外殼內，地下測控系統的接地端從外殼引出后接地，從外殼引出地下測控系統的另一接線端與所述單根絕緣導線地下端的線芯連接；所述地面供電系統包括一直流電源，該直流電源的正極接地，負極通過所述信號接收系統連接到單根絕緣導線地面端的線芯上；所述地面直流電源正極輸出的電流，經大地傳導，連接到地下測控系統的接地端，經過地下測控系統的電路，連接到連接地下與地面的單根絕緣導線、信號接收系統，回到地面直流電源的負極，組成地面直流電源對地下測量系統供電和地下測量數據上傳的閉合回路。
[0005]具體地說，所述信號接收系統包括一個電流取樣電阻Rs，電流取樣電阻Rs串聯在直流電源的負極與單根絕緣導線地面接線端的供電回路上；同時，電流取樣電阻Rs與放大整形電路相連，放大整形電路與單片機相連，單片機分別與液晶顯示器、存儲器、通信電路相連接。
[0006]具體地說，所述地下測控系統包括一個調節電阻Rp、一個電容C與隔離穩壓電源輸入端的并聯電路，該并聯電路的下端與地下測控系統的接地端連接，該并聯電路的上端再與一個二極管D的陽極連接，該二極管的陰極連接到單根絕緣導線的線芯上；所述二極管D的兩端與信號驅動電路連接，信號驅動電路與單片機連接，單片機分別與各個傳感器連接；所述隔離穩壓電源的上端輸出端分別與信號驅動電路和單片機連接，用于提供信號驅動電路和單片機的工作電源。
[0007]更進一步，所述信號驅動電路包括信號輸入端的兩個電阻與二極管的并聯電路，兩個電阻與二極管并聯電路的輸出端分別連接到兩個互補場效應管的柵極，再在一個二極管的陰極相對于陽極加載由場效應放大后的正極性的信號電流輸出。
[0008]本發明的工作原理及過程是:本發明的地面裝置(地面供電系統和信號接收系統)和地下裝置(地下測控系統)之間利用共地導電通路和I根絕緣導線(單根絕緣導線)組成連接地面裝置與地下裝置的供電和通信回路；電流從地面直流電源正極出發經大地傳導，由地下裝置接地端引入到地下裝置內部并與地下裝置的調節電阻Rp、電容C、隔離穩壓電源輸入端三者并聯的電路串聯，再經二極管D、連接地下與地面的單根絕緣導線、電流取樣電阻Rs后連接到地面電源負極，形成地下測控系統的供電及用于信號上傳的通信回路，電流流經地下測控裝置的Rp、C、隔離穩壓電源輸入端三者并聯的電路引起的電壓降，經隔離穩壓電源穩壓后對地下測量裝置供電。調節電阻Rp用于調節調節電阻Rp、電容C與隔離穩壓電源輸入端三者并聯電路的交流特性和直流特性，減小電容C和隔離穩壓電源的輸入端對通信信號相位的影響，對單根絕緣導線地下供電與通信回路中的最小直流電流起調節作用。當Rp與隔離穩壓電源等效輸入電阻并聯的電阻大于地面與地下之間的單導線供電回路其他各個部分串聯電阻時，直流電源電壓大部分降落在Rp與隔離穩壓電源等效輸入電阻并聯的電路上，這樣對地下裝置供電的效率較高，地下裝置的隔離穩壓電源可以穩壓輸出供地下測量裝置工作的電源。地下測量裝置獲得的溫度、壓力等數據，經單片機編碼輸出單極性數字信號，再經信號驅動電路驅動后，在二極管D的陰極對陽極加載正極性數字信號電流，形成疊加在的地下測量裝置供電回路上的信號電流，地面裝置電路中串聯在地面至地下供電回路上的電流取樣電阻Rs，對回路電流采樣，經放大整形和單片機信號處理后得到地下測量裝置上傳的測量數據信息，供存儲、顯示或者經(有線或無線)網絡傳送出去。本發明廣泛適用于地下、水下、井下、井中小功率測控系統的長期供電和波特率不太高的數據通信。
[0009]本發明的有益效果在于:
(1)本發明僅采用I根絕緣導線，并利用大地的傳導形成閉合回路，對地下測量裝置供電，同時可將地下測量裝置獲取的數據傳送到地面上來；
(2)本發明避免了地下測量裝置采用電池供電時供電時間短、更換不方便等的諸多局限，提供了一種可行的長時間供電方法，地面電路的維護簡便；
(3)本發明共用I根供電導線，由地下測量裝置向地面傳送數據，避免了常規有線通信需要2根或多根電纜傳輸數據的不足，原理簡單，成本低廉。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明實施例的整體原理結構框圖。
[0011]圖2為本發明實施例的信號驅動電路原理圖。
[0012]圖3為本發明實施例的地下測量裝置上傳數據時的輸出波形示意圖。【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的描述。
[0014]參見圖1，本實施例包括安裝于地面之上的地面供電系統和信號接收系統，安裝于地面之下的地下測控系統，以及連接地面供電系統和信號接收系統與地下測控系統之間的單根絕緣導線I。從圖1中可見，地面供電系統包括直流電源3，直流電源3的正極接地，負極通過信號接收系統連接到單根絕緣導線I上端的線芯2上；信號接收系統包括電流取樣電阻Rs，電流取樣電阻Rs的上端連接在直流電源3的負極上，下端連接到單根絕緣導線I上端的線芯2上；同時，電流取樣電阻Rs與放大整形電路相連，放大整形電路與單片機相連，單片機分別與液晶顯示器、存儲器、通信電路相連接。從圖1中還可見，地下測控系統包括調節電阻Rp、電容C與隔離穩壓電源輸入端的并聯電路，該并聯電路的下端與地下測控系統的接地端連接，該并聯電路的上端再與二極管D的陽極連接，二極管D的陰極連接到單根絕緣導線I下端的線芯2上；二極管D的兩端與信號驅動電路連接，信號驅動電路與單片機連接，單片機分別與傳感器I至傳感器η連接；隔離穩壓電源的上端輸出端分別與信號驅動電路和單片機連接；地下測控系統安裝在一個絕緣防水封閉的外殼內，地下測控系統的接地端從外殼引出后接地，各傳感器與單片機和信號電驅動電路組成地下測量裝置。地面直流電源3正極輸出的電流，經大地傳導，連接到地下測控系統的接地端，經過地下測控系統的電路，連接到地面地下的單根絕緣導線1、信號接收系統，回到地面直流電源3的負極，組成地面直流電源3對地下測量系統供電和地下測量數據上傳的閉合回路。
[0015]本發明為保證對地下測量裝置良好的供電效果，有以下幾項要求:(I)地面裝置、地下裝置應良好接地，使得整個地下裝置的單導線供電回路總電阻比較小，以獲得較大的對地下測量裝置供電的電流；(2)Rp與隔離穩壓電源輸入端并聯的等效電阻在整個單導線供電回路總電阻&中的占比應較大，以獲得較高的供電效率；(3)地下測量裝置應采用低功耗的電路設計方案進行設計，減少地下測量裝置工作時的電源消耗。
[0016]參見圖2，為本發明的地下測量裝置輸出數據信號時的矩形波驅動電路原理圖。單片機串口輸出數據信號的輸出電流小，驅動能力弱，經互補場效應管QA、QB進行電流放大后，在二極管D的陰極相對于陽極加載正極性的信號電流，當輸出的信號電平為高電平時，二極管D陰極電平比二極管陽極高3V左右，該電平與地面直流電源同相串聯，使單導線供電回路中的電流增加；輸出信號電平為低電平時，單導線供電回路中的電流僅由地面直流電源提供，電流較小，這樣地下測量裝置輸出數據信息的矩形電壓信號，轉變成疊加在單導線直流供電回路中的矩形電流信號。
[0017]參見圖3，為本發明的地下測量裝置上傳數據時的輸出波形示意圖。地下測量裝置的上傳信號經信號驅動電路驅動后，在二極管陰極得到正極性的信號輸出波形，用于上傳地下測量裝置檢測到的數據，波形輸出為高電平時，二極管D反向偏置截止，輸出的信號電平在地下測量裝置的單導線供電回路中與地面測量裝置的直流電源同相串聯，回路中電流增大；波形輸出為低電平時，地下測量裝置的單導線供電回路中的電流較小，電流取樣電阻Rs可以檢測到包含地下輸出數據的電流信號，并轉變成電壓信號輸出，供地面信號接收系統接收。
[0018]必須指出，上述實施例只是本發明的一種實現方式，不能據此限定本發明的保護的范圍，其他等同電路仍屬本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種地下測量供電和通信裝置，其特征在于:它包括安裝于地面之上的地面供電系統和信號接收系統，安裝于地面之下的地下測控系統，以及連接地面供電系統和信號接收系統與地下測控系統之間的單根絕緣導線；所述地下測控系統安裝在一個絕緣防水封閉的外殼內，地下測控系統的接地端從外殼引出后接地，從外殼引出地下測控系統的另一接線端與所述單根絕緣導線地下端的線芯連接；所述地面供電系統包括一直流電源，該直流電源的正極接地，負極通過所述信號接收系統連接到單根絕緣導線地面端的線芯上；所述地面直流電源正極輸出的電流，經大地傳導，連接到地下測控系統的接地端，經過地下測控系統的電路，連接到連接地下與地面的單根絕緣導線、信號接收系統，回到地面直流電源的負極，組成地面直流電源對地下測量系統供電和地下測量數據上傳的閉合回路。
2.根據權利要求1所述地下測量供電和通信裝置，其特征在于:所述信號接收系統包括一個電流取樣電阻Rs，電流取樣電阻Rs串聯在直流電源的負極與單根絕緣導線地面接線端的供電回路上；同時，電流取樣電阻Rs與放大整形電路相連，放大整形電路與單片機相連，單片機分別與液晶顯示器、存儲器、通信電路相連接。
3.根據權利要求1或2所述地下測量供電和通信裝置，其特征在于:所述地下測控系統包括一個調節電阻Rp、一個電容C與隔離穩壓電源輸入端的并聯電路，該并聯電路的下端與地下測控系統的接地端連接，該并聯電路的上端再與一個二極管D的陽極連接，該二極管的陰極連接到單根絕緣導線的線芯上；所述二極管D的兩端與信號驅動電路連接，信號驅動電路與單片機連接，單片機分別與各個傳感器連接；所述隔離穩壓電源的上端輸出端分別與信號驅動電路和單片機連接。
4.根據權利要求3所述地下測量供電和通信裝置，其特征在于:所述信號驅動電路包括信號輸入端的兩個電阻與二極管的并聯電路，兩個電阻與二極管并聯電路的輸出端分別連接到兩個互補場效應管的柵極，再在一個二極管的陰極相對于陽極加載由場效應放大后的正極性的信號電流輸出。
【文檔編號】G01D21/02GK103808367SQ201410070718
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月28日 優先權日:2014年2月28日
【發明者】付國紅, 朱德兵, 程輝 申請人:湖南科技大學