Спосіб дистанційного виявлення персоналу у поглинаючих та екрануючих середовищах

Реферат: Спосіб дистанційного виявлення персоналу у поглинаючих та екрануючих середовищах включає випромінення магнітних сигналів обертаючим навколо власної осі симетрії магнітним диполем, реєстрацію векторним магнітометром. UA 73220 U (12) UA 73220 U UA 73220 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до пошуково-рятувальних засобів і може бути використана для дистанційного пошуку людей, потерпілих під завалами в гірничих виробках, під сніговими та гірськими лавинами, уламками будинків та споруд, перебуваючих в тунелях, печерах, водних середовищах, герметичних металевих конструкціях. Відомі технології дистанційного виявлення персоналу під завалами в гірничих виробках, які базуються на принципах електромагнітної локації (Hind, D.J… Applications of Radio Frequency Identification Systems in the Mining Industry// Mining Systems, 1995 July, p.219-225). Суть цих технологій полягає в випромінюванні електромагнітних сигналів розшукуваним об'єктом та реєстрації їх спеціальним високочутливим приймачем. Основним недоліком способів, які базуються на цих технологіях є суттєва залежність дальності пошуку від електричних властивостей навколишнього середовища. Це пов'язано з тим, що в провідному середовищі виникають токи, які перешкоджають проникненню електромагнітного поля вглиб середовища. Явище затухання електромагнітного поля по мірі його проникнення від межі між провідним і непровідним середовищами вглиб провідного називається скін-ефектом. Внаслідок скін-ефекту електромагнітне поле розподіляється переважно в поверхневому шарі провідного середовища, який називається скін-шаром. На товщині скін-шару амплітуда електромагнітної хвилі зменшується приблизно в 3 рази. Товщина скін-шару залежить від електропровідності середовища та частоти електромагнітної хвилі:    0 f 1 / 2 , де μ - відносна магнітна проникність, μ0 - магнітна константа, f - частота хвилі, σ електропровідність середовища. -8 Наприклад, для міді питомий електричний опір  = 1.710 ом•м. На частоті f=60 Гц  = 8 мм, на частоті 10 кГц  = 0.1 мм. Питомий електричний опір вугілля може змінюватися в дуже -5 4 3 6 широких межах від 10 до 10 омм, гірничих порід від 10 до 10 омм. Тому, в гірничих виробках  може змінюватись від декількох до сотень метрів. Таким чином, для електромагнітної локації дальність пошуку принципово обмежена. В залежності від вологості гірничих порід, сортів вугілля вона коливається в дуже широких межах. Сучасні виробники пошукової апаратури декларують максимальну дальність пошуку 30-40 м, однак очевидно, що ці відстані не можуть бути гарантованими. Серед сучасних систем навігацій відомі системи магнітного позиціювання (М. Желамский. Электромагнитное позиционирование.// Электроника: НТБ, 2007. - №3. - С. 96). Типова система магнітного позиціювання містить закріплений у реперній точці випромінювач низькочастотного магнітного поля та приймач магнітного поля, розташований в позиційованому об'єкті. В відзнаку від електромагнітного поля магнітне поле практично не залежить від електричних властивостей середовища розповсюдження. Напруженість магнітного поля в залежності від відстані зменшується згідно з формулою:   2 0  / 4 R 3 , де Μ - магнітний момент, R - відстань. Таким чином, дальність розповсюдження магнітного поля та відстань його реєстрації визначаються тільки потужністю випромінювача та порогом чутливості приймача. Перші зразки систем магнітного позиціювання були створені в 70-х роках минулого століття для систем посадки літаків. В подальшому цей напрямок активно розвивався і залишається актуальним до цього часу. Крім магнітних систем посадки літаків магнітне позиціювання використовується в інвазивній медицині, біомеханіці, анімації, системах віртуальної та доповненої реальності. Як найближчий аналог по технічній суті до заявлюваного способу, вибрано спосіб підземної навігації USA, № 4710708, GO1B 7/14, Develco, San Jose, Calif. 1987. Згідно з цим способом для позиціювання інструмента, який знаходиться під землею, та запобігання його зіткнення з підземною перешкодою під землею розташовується випромінююча антена в вигляді соленоїду з феромагнітною серцевиною. Антена може функціонувати безпосередньо під час проведення робіт і живитися від акумулятора. Частота магнітних сигналів, випромінюваних антеною знаходиться в діапазоні 1-1000 Гц. Приймачем магнітних сигналів служить одно- або трикомпонентний магнітометр. Для визначення місця положення випромінювача використовують один рухомий або три стаціонарних магнітометра. До недоліків відомого способу слід віднести наступне: - неоптимальний діапазон частот магнітного поля 1-1000 Гц. Цей діапазон повністю перетинає діапазони частот найбільш сильних магнітних перешкод: міський шум (0,5-50 Гц), мережеві перешкоди (50 Гц, 60 Гц та їх гармоніки), атмосферні шуми (2-1000 Гц.); 1 UA 73220 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - складність у визначенні місця знаходження випромінювача сигналу: необхідність переміщення приймача або наявність трьох стаціонарних приймачів; - громіздкість та велике енергоспоживання випромінювача сигналів: зростання кількості витків котушки соленоїду та сили споживаного току для отримання необхідної амплітуди магнітних сигналів і, як наслідок, зростання ваги всього пристрою. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу виявлення людей в поглинаючих та екрануючих середовищах шляхом випромінювання магнітних сигналів обертаючим магнітним диполем та їх реєстрацію векторним магнітометром, також спрощення процесу пошуку, що дозволить збільшити дальність та швидкість пошуку. Поставлена задача вирішується тим, що в способі дистанційного виявлення людей, який включає випромінювання магнітного сигналу та його реєстрацію приймачем, відповідно до корисної моделі, випромінюють магнітні сигнали в діапазоні частот 0,1-1 Гц розташованим в екіпіровці обертаючим навколо власної осі симетрії магнітним диполем, а приймають векторним магнітометром, чутливий елемент якого виконано на феритовій плівці, з переважним напрямком чутливості до магнітного поля в площині плівки; для економії ресурсу аккумулятора випромінювача його вмикають дистанційно зондуючим магнітним імпульсом. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляються, та технічним результатом обґрунтовується наступним чином. Суттєва ознака, пов'язана з випромінюванням магнітних сигналів в діапазоні 0.1-1 Гц необхідна для зменшення впливу на сигнал електричних властивостей навколишнього середовища та магнітних шумів. На відміну від найближчого аналогу, в діапазоні 0.1-1 Гц відсутні мережні перешкоди та атмосферні шуми. Ця дія забезпечує зростання дальності пошуку. Суттєва ознака, пов'язана з тим, що сигнали випромінюють обертаючим магнітним диполем, необхідна для зменшення розмірів, ваги та енергоспоживання випромінювача сигналу, тому що, для отримання низькочастотного магнітного поля шляхом обертання постійного магніту необхідно значно менші затрати електричної енергії ніж для отримання такого ж поля за допомогою соленоїда. Суттєва ознака пов'язана з використанням як первинного перетворювача феритової плівки, яка має переважний напрямок чутливості до магнітного поля в площині плівки, необхідний для спрощення визначення азимута випромінювача сигнала. На відміну від найближчого аналога, де необхідно переміщення магнітометра або наявність трьох стаціонарних магнітометрів, в корисній моделі напрямок сигнала визначається за рахунок обертання на 360° плівкового перетворювача. Суттєва ознака пов'язана з тим, що випромінювач сигнала включають зондуючим магнітним імпульсом необхідна для економії витрати енергії акумуляторів та збільшення часу роботи випромінювача. Пропонований спосіб реалізується наступним чином. Випромінювач, який являє собою герметичний контейнер з розмірами 553 см та вагою 150 г, закріплюється в одежі або екіпіровці людини. В контейнері знаходяться магнітний диполь, мікродвигун, магнітний сенсор, та електронна плата управління. Живлення здійснюється від власного джерела або від рудничного світильника. Приймачем опоряджується пошуковорятувальна команда. Приймач являє собою герметичний контейнер з розмірами 20610 см та вагою 2 кг. В контейнері знаходяться векторний магнітометр, електронні плати управління та елементи живлення. Первинний перетворювач магнітометра виконано на феритовій плівці, наприклад, на плівці залізо-ітрієвого гранату, яка має переважний напрямок чутливості до магнітного поля в площині плівки, що дозволяє сформувати гостру діаграму напрямку первинного перетворювача. Обертаючи перетворювач на 360°, визначають напрямок випромінювання сигналу та відстань до його джерела по величині амплітуди прийнятого сигналу. На корпусі приймача знаходяться тумблер та індикатор ввімкнення приймача, гнізда для підключення навушників та комп'ютера. Крім того, команда рятувальників має портативний генератор зондуючих магнітних імпульсів. Процес пошуку здійснюється наступним чином. Рятівник вмикає генератор зондуючих магнітних імпульсів. За рахунок того, що у рятівників немає особливих обмежень на енергоспоживання та габарити апаратури, амплітуда цих імпульсів може бути достатньо великою для реєстрації їх на великій відстані звичайним (наприклад магніторезистивним) магнітним сенсором, який знаходиться у випромінювачі. Цей сенсор приймає зондуючий магнітний імпульс та за допомогою електронного реле запускає роботу випромінювача. Випромінювач працює встановлений проміжок часу (4-5 хвилин). Впродовж цього проміжку часу він випромінює магнітні сигнали, наприклад на частоті 0.5 Гц, після чого автоматично 2 UA 73220 U 5 10 15 20 вимикається. Приймач, який знаходиться у рятівника визначає напрямок випромінювання магнітного сигналу і тональним сигналом у навушниках вказує рятівнику напрямок на розшукуваний об'єкт. Відстань до розшукуваного об'єкту визначається по гучності аудіо сигналу у навушниках. При підключенні до приймача компьютера можлива візуалізація процессу пошуку на екрані монітора, обробка сигналів програмними засобами та архівація даних. У разі необхідності, описані вище дії, повторяются до успішного завершення пошукових робіт. Дальність виявлення визначається напруженістю магнітного поля на полюсах магнітного диполя, його розмірами та порогом чутливості магнітометра. При використанні постійних Nd магнітів з напруженістю магнітного поля на полюсах 0.3 Т, довжині диполя 5 см і порозі -9 чутливості магнітометра 10 Τ дальність виявлення досягає 40 метрів. При порозі чутливості 10 10 Τ ця відстань зростає до 80 метрів, а при використанні постійних магнітів з напруженістю 2-3 Τ досягає 160 метрів. Пропонований спосіб дозволяє суттєво збільшити дальність виявлення за рахунок використання для магнітної локації магнітних сигналів з частотою 0.1-1 Гц; зменшити габарити, вагу та енергоспоживання прикріпленого до об'єкту пошуку випромінювача сигналу за рахунок магнітного диполя що обертається; спростити процедуру пошуку за рахунок використовування первинного магнітного перетворювача, виконаного на базі феритової плівки з переважним напрямком чутливості до магнітного поля в площині плівки; збільшити ресурс роботи випромінювача магнітних сигналів за рахунок його дистанційного ввімкнення зондуючим магнітним імпульсом. Все разом дозволяє суттєво збільшити ефективність роботи пошуковорятувальних служб. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 1. Спосіб дистанційного виявлення персоналу у поглинаючих та екрануючих середовищах шляхом випромінювання магнітних сигналів та їх реєстрації приймачем, який відрізняється тим, що випромінюються магнітні сигнали у діапазоні 0,1-1 Гц обертаючим навколо власної осі симетрії магнітним диполем, що закріплений в екіпіровці людини, а їх реєстрація здійснюється векторним магнітометром, чутливий елемент якого виконано на феритовій плівці з переважним напрямком чутливості до магнітного поля в площині плівки. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що випромінювач магнітного сигналу вмикають дистанційно зондуючим магнітним імпульсом. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3