一种基于光纤自动收放装置的矿用移动设备通信系统的制作方法

本发明涉及煤矿井下通信技术领域，尤其是一种基于光纤自动收放装置的矿用移动设备通信系统。

背景技术：

随着科学技术的进步，煤矿机械化、自动化程度不断提高，通信技术在煤矿生产中的地位显得越来越重要，已成为煤矿实现科学管理、提高劳动生产率、防止事故灾害、降低百万吨死亡率的必要手段。煤矿通信系统正在向集视频、图像和数据传输“三合一”的综合信息网方向发展。但煤矿井下通信由于受通信设备技术、特殊环境条件等问题的制约，还存在许多问题。由于井下环境较差，潮湿、粉尘严重，且在狭小的巷道空间内布有铁道、管道、支架、电缆等金属构件，所以，无论是专用信道还是借用信道，其特性都会受到较大的影响，使信道特性变坏或不稳定。井下用电设备配置量大，启动频繁，对信道形成的电气干扰的噪声频谱宽、电平高。煤矿井下环境复杂，井下通信设备必须具备本质安全性或防爆性，优先采用本质安全型，符合国家标准和《煤矿安全规程》要求，以适合在含爆炸性气体的场合使用。以上这些都对井下通信设备的运行构成较大的影响，这就要求运行于井下的通信设备在性能上必须能适应较差的信道条件和较强的干扰，并且要具备防爆性。因此，进一步研究更有效的井下通信方式和手段，进一步研制更可靠、合理、能适应井下复杂环境的通信装备仍然是当前迫切的任务。

目前煤矿井下的通信技术主要有载波通信技术、感应通信技术、蓝牙通信技术和光纤通信技术等。载波通信是煤矿应用较早的一种通信方式，由于矿井载波通信的借用信道多数是动力电缆或机车的架线等，这些信道分支多，线路上设备起动频繁，造成信道参数随时间和地点的变化很大，因而通信质量不理想。感应通信技术是利用普通的金属导体，如电线、电缆、钢轨等，与移动电台之间的电磁感应的一种通信方式，而煤矿井下在低频段的电磁噪声较大，通信质量并不理想。蓝牙通信技术是一种短距离通信方式，通信距离上的不足限制了蓝牙通信技术在煤矿井下的应用。由于光纤通信容量大、中继距离远、防爆性能好、抗干扰能力强，光纤通信技术在煤矿井下应用越来越广泛。

目前煤矿井下设备的通信方式以有线通信为主，而有线通信以光纤通信为主。随着煤矿机械化、自动化程度不断提高，越来越多的移动设备被应用到煤矿井下。矿用移动设备一般需要具备长距离的作业的能力，因此需要较长距离的光纤来保证通信。由于矿用移动设备需要满足必要的防爆要求，致使自身质量过大，长距离的光纤也具有相当大的重量，特别是小型的矿用移动设备，很难具备足够的动力来拖拉光纤。即使矿用移动设备具备足够的动力来拖拉光纤，在拖拉过程中，光纤将承受巨大的拉力以及和地面接触产生的摩擦力，容易造成光纤断裂破坏，影响设备正常通信。一般的光纤释放装置只能自主释放光纤，需要人为地回收光纤，这样不仅浪费了人力，而且矿用移动设备后退时，如果不能及时的人为抬起或者回收光纤，矿用移动设备很容易碾压在光纤上，使光纤破坏。因此，矿用移动设备光纤的释放与回收问题，是光纤通信技术在矿用移动设备上应用的一个重要科学难题。

技术实现要素：

发明目的：为了克服矿用移动设备通信技术存在的不足，本发明提供一种基于光纤自动收放装置的矿用移动设备通信系统，用于解决光纤的释放与回收问题，确保矿用移动设备井下通信质量。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种基于光纤自动收放装置的矿用移动设备通信系统，包括控制主箱体和置于控制主箱体内的光纤通信系统，所述控制主箱体包括防爆壳体和置于防爆壳体上端的壳体盖板，防爆壳体和壳体盖板形成一个封闭的空间，防爆壳体侧面设有隔爆喇叭口，壳体盖板上设有光纤自动收放装置，光纤自动收放装置包括光纤盘底座、光纤盘、绕线装置和光纤盘端盖，光纤盘底部通过光纤盘底座与壳体盖板固定，光纤盘顶部设有光纤盘端盖，光纤盘侧面设有光纤出线孔，绕线装置包括绕线盘、光纤固定支架、光纤滑环和单向离合器，绕线盘置于光纤盘内，绕线盘中部设有绕线盘空腔，绕线盘空腔侧面设有绕线盘光纤孔，绕线盘底部设有单向离合器，单向离合器与驱动系统的驱动轴相连，绕线盘顶部设有绕线盘支撑架，光纤滑环下端通过光纤固定支架与绕线盘支撑架相连，光纤滑环上端通过光纤盘端盖上的光纤通孔。

进一步的，所述光纤出线孔设有导向装置，导向装置包括两根双向往复滚珠丝杠，双向往复滚珠丝杠上设有导向轮。

进一步的，所述驱动系统置于控制主箱体内，驱动系统包括电机、减速器、驱动轴和电机驱动器，电机驱动器连接电机，电机通过减速器与驱动轴下端相连，驱动轴上端穿过壳体盖板与单向离合器相连。

进一步的，所述光纤通信系统包括控制板、串口转网口模块、光纤收发器、数据采集卡，控制板连接电机驱动器，数据采集卡通过串口转网口模块与光纤收发器相连。

进一步的，所述光纤盘端盖外缘的伸出支架与光纤盘侧面的螺纹通孔通过螺栓相连。

进一步的，所述光纤盘端盖上表面设有光纤导管。

有益效果：本发明提供的基于光纤自动收放装置的矿用移动设备通信系统，通过光纤自动收放装置，实现光纤的自动释放与回收，通过通信系统实现矿用移动设备和上位机的信息交互；本发明的矿用移动设备通信系统能够满足井下通信的严格要求，确保矿用移动设备井下通信质量。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为光纤盘的局部剖面图；

图3为导向装置示意图。

图中：1-防爆壳体，2-电机，3-减速器，4-壳体盖板，5-光纤盘，6-导向轮，7-绕线盘，8-光纤固定支架，9-光纤滑环，10-光纤盘端盖，11-光纤通孔，12-光纤导管，13-伸出支架，14-绕线盘支架，15-螺纹通孔，16-电机驱动器，17-控制板，18-串口转网口模块，19-光纤收发器，20-数据采集卡，21-隔爆喇叭口，22-驱动轴，23-光纤盘底座，24-单向离合器，25-绕线盘光纤孔，26-绕线盘空腔，27-双向往复滚珠丝杠，28-光纤出线孔。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1至3所示，本发明的一种基于光纤自动收放装置的矿用移动设备通信系统，包括控制主箱体和置于控制主箱体内的光纤通信系统，还包括光纤自动收放装置、驱动系统和导向装置。

所述控制主箱体包括防爆壳体1和置于防爆壳体1上端的壳体盖板4，防爆壳体1和壳体盖板4形成一个封闭的空间，用于存放各类设备，防爆壳体1侧面设有隔爆喇叭口21，光纤通过隔爆喇叭口21将防爆壳体1内部的设备与外部的设备相连接。

壳体盖板4上设有光纤自动收放装置，光纤自动收放装置包括光纤盘底座23、光纤盘5、绕线装置和光纤盘端盖10。光纤盘5底部通过光纤盘底座23与壳体盖板4固定，光纤盘5顶部设有光纤盘端盖10，所述光纤盘端盖10外缘的伸出支架13与光纤盘5侧面的螺纹通孔15通过螺栓相连，光纤盘5和光纤盘端盖10之间便于拆卸，光纤盘端盖10上表面设有光纤导管12，便于固定光纤，光纤盘5侧面设有光纤出线孔28。绕线装置包括绕线盘7、光纤固定支架8、光纤滑环9和单向离合器24，绕线盘7置于光纤盘5内，绕线盘7中部设有绕线盘空腔26，绕线盘空腔26侧面设有绕线盘光纤孔25，绕线盘7底部设有单向离合器24，单向离合器24与驱动系统的驱动轴22相连，绕线盘7顶部设有绕线盘支撑架14，光纤滑环9下端通过光纤固定支架8与绕线盘支撑架14相连，光纤滑环9上端通过光纤盘端盖10上的光纤通孔11。

所述光纤出线孔28设有导向装置，导向装置包括两根双向往复滚珠丝杠27，双向往复滚珠丝杠27上设有导向轮6。当光纤需要释放时，缠绕在绕线盘7上的光纤将会通过两个导向轮6输出，能够避免光纤输出时被破坏。同时，当回收光纤时，需要对光纤进行排线，否则光纤会在某一处缠绕，从而无法布满整个绕线盘7，造成空间浪费。回收光纤时，由于光纤和导向轮6之间存在摩擦力，导向轮6会随之转动(假定顺时针)，由于双向往复滚珠丝杠27的作用，导向轮6向上运动，当到达双向往复滚珠丝杠27行程最上端时，导向轮6将继续沿顺时针转动，但此时，导向轮6将向下运动。同样的，当导向轮6到达双向往复滚珠丝杠27行程最下端时，导向轮6又将会向上运动，以此实现往复运动，从而可以均匀布线。

所述驱动系统置于控制主箱体内，驱动系统包括电机2、减速器3、驱动轴22和电机驱动器16，电机驱动器16连接电机2，电机2通过减速器3与驱动轴22下端相连，驱动轴22上端穿过壳体盖板4与单向离合器24相连。电机驱动器16驱动电机2工作，电机2动力经过减速器2和驱动轴22输出，带动绕线盘7转动。

所述光纤通信系统包括控制板17、串口转网口模块18、光纤收发器19、数据采集卡20，控制板17连接电机驱动器16，数据采集卡20通过串口转网口模块18与光纤收发器19相连。控制板17主要用于发送和接收各类指令，并用于电机驱动器16。数据采集卡20将采集的信号，通过串口转网口模块18传递给光纤收发器19，光纤收发器19通过光纤，经由隔爆喇叭口21将信号传递出去。

光纤从隔爆喇叭口21引出后，将经过光纤导管12与光纤滑环9的上端相连接，光纤经过光纤滑环9，然后继续从光纤滑环9的下端引出，进入绕线盘空腔26。光纤进入绕线盘空腔26后，将由绕线盘光纤孔25引出，然后在绕线盘7上进行缠绕。当缠绕足够的光纤后，光纤将会经过导向轮6输入，最终将光纤与上位机相连接。当移动设备前进时，电机2不工作，驱动轴22不转动，由于单向离合器24处于解脱状态，即单向离合器24的外环速度比内环速度快，由于光纤的拉力，绕线盘7能够单向转动(例如顺时针方向)，绕在绕线盘7上的光纤，通过导向轮6伸出，从而实现自动释放光纤。当移动设备后退时，或者使用完毕后需要回收光纤时，电机2工作，驱动轴22转动，由于单向离合器24处于锁止状态，即单向离合器24的内环速度比外环速度快，此时绕线盘7随着驱动轴22一起转动，方向与释放光纤时绕线盘7转动的方向相反(例如逆时针方向)，此时，光纤盘5外面的光纤，通过导向轮6进入光纤盘5里，缠绕在绕线盘7上，实现光纤的自动回收。

本发明的基于光纤自动收放装置的矿用移动设备通信系统，针对煤矿井下环境复杂、信号干扰多等特点，采用光纤进行信息交互。针对矿用移动设备质量大、动力相对不足的特点，设计一种光纤自动收放装置，解决了矿用移动设备光纤的释放与回收问题。同时由于该装置能够自动回收光纤，避免了矿用移动设备后退时碾压光纤情况的出现。相对于手动回收光纤，该装置能够节省大量人力，提高了效率。利用本发明的矿用移动设备通信系统，能够保证煤矿井下矿用移动设备的通信质量，为矿用移动设备进行作业或者开展科研活动提供了可靠稳定的通信保障。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。