Спосіб функціонування пристрою активації і радіомаяка при пошуку постраждалих під завалами

Реферат: Спосіб функціонування пристрою активації і радіомаяка при пошуку постраждалих під завалами належить до області забезпечення безпеки робіт в гірничій промисловості і може використовуватися для визначення місцеположення персоналу під завалами в шахтах. Новим у способі пошуку постраждалих під завалами є оснащення всього персоналу шахти радіомаяками, що вбудовуються в акумуляторний блок шахтарського ліхтаря, і організація пошукової групи, яку забезпечують пристроєм активації радіомаяків і пристроями пошуку. При цьому пристрій активації збуджує змінне низькочастотне магнітне поле зі змінною, впродовж деякого короткого проміжку часу, частотою, заданої потужності і заданим кодом випромінювання, наприклад випромінювання-пауза-випромінювання. Це кодоване змінне магнітне поле уловлюють котушкою з феромагнітним сердечником радіомаяка персоналу шахти і при першому ж перевищенні прийнятим і підсиленим сигналом деякого порогового рівня, запускають таймер радіомаяка, який відраховує часові інтервали випромінювання-паузавипромінювання і подає відповідний сигнал на вхід пристрою декодування, куди також подають сигнал з виходу порогового пристрою. При збігу коду передачі з прийнятим кодом збуджують змінне низькочастотне магнітне поле з іншою частотою і здійснюють пошук радіомаяка. Ймовірність помилкового спрацьовування радіомаяка досить низька, оскільки ймовірність появи імпульсної завади з тими ж часовими, амплітудними і частотними характеристиками, що і у кодованого сигналу пристрою активації, практично дорівнює нулю. Непродуктивна витрата енергії акумуляторної батареї шахтарського ліхтаря, обумовлена помилковим спрацьовуванням радіомаяка, практично відсутня. UA 101883 C2 (12) UA 101883 C2 UA 101883 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до області забезпечення безпеки робіт у гірничій промисловості й може використовуватися для визначення місцеположення персоналу під завалами в шахтах. Відомі способи автоматизованого визначення місцеположення персоналу, наприклад "Уніфікована телекомунікаційна система УТАС", яка містить: кабель, сервер системи позиціонування, програмне забезпечення системи (У книзі "Способи і засоби створення безпечних і здорових умов праці у вугільних шахтах", збірка наукових праць МАКНІЇ Макіївка, 2005 р. - с. 323-333) або "Система автоматизованого табельного обліку і визначення місцеположення персоналу і техніки на шахтах і копальнях в комплексі "Талнах", яка містить: контролери, зчитувачі системи позиціонування, випромінюючий кабель, сервер системи позиціонування, програмне забезпечення системи (У журналі "Устаткування для підприємств ПЕК" №8, М, 2006 р., опубл. 10.08.2006). Проте, позиціонування об'єктів (персоналу і транспортних засобів), за цими системами, здійснюється з точністю, обумовленою дискретністю встановлення зчитувачів системи позиціонування і реально складає 100-200 м. Крім того, система працює тільки в межах прямої видимості об'єкта позиціонування і зчитувача і практично непридатна у разі виникнення обвалу гірської породи, що є непереборною перешкодою для радіосигналів з прийнятими в описаних системах довжинами хвиль. Найбільш близькими до винаходу є способи функціонування пристрою активації і радіомаяка, описані в патентах України № 94533, Б. № 9 від 10.05.2011 і № 94553, Б. № 9 від 10.05.2011. За цими способами визначення місцеположення персоналу шахти під завалами, кожного працівника шахти забезпечують радіомаяком, а пошукову групу забезпечують пристроєм активації радіомаяків і пристроями пошуку. При цьому до складу пристрою активації вводять: перший генератор першої низької частоти, першу передавальну нерухому котушку з феромагнітним сердечником. До складу радіомаяка вводять: другу нерухому котушку з феромагнітним сердечником, вузькосмуговий підсилювач першої низької частоти, детектор несучої, пороговий пристрій, другий генератор другої низької частоти. Склад пошукових пристроїв варіюється залежно від вирішуваних задач. За описаними способами задача вирішується завдяки тому, що спочатку генерують безперервні низькочастотні коливання з фіксованою частотою f 1 або такими, що змінюються за лінійним законом від величини f1 - Δf до величини f1 + Δf, (вважають, що f1 >> Δf), протягом деякого короткого проміжку часу Δt1, причому, величину девіації частоти Δf вибирають свідомо більшою, ніж можливі відхилення частоти налаштування вузькосмугового підсилювача радіомаяка від номінального значення f1. Ці відхилення частоти, що виникають як на стадії виготовлення радіомаяка, так і ті, що виникають у процесі його експлуатації за рахунок впливу дестабілізуючих факторів, наприклад температури, на частоту налаштування вузькосмугового підсилювача, виконаного, наприклад, у простому випадку, на базі одиночного кварцового резонатора. При цьому низькочастотні коливання з фіксованою або такою, що змінюється частотою подають на клеми першої нерухомої передавальної котушки з феромагнітним сердечником і випромінюють тим самим змінне магнітне поле з вказаною частотою упродовж короткого проміжку часу Δt1. Першу котушку з феромагнітним сердечником пристрою активації розташовують у безпосередній близькості від об'єкта пошуку. Випромінюване змінне магнітне поле уловлюють вказаною другою нерухомою котушкою з феромагнітним сердечником, яку встановлюють у радіомаяку об'єкта пошуку, після чого сигнал, що знімається з клем прийому другої котушки з феромагнітним сердечником, підсилюють у вузькій смузі частот, випрямляють і оцінюють його рівень, причому при перевищенні випрямленим сигналом постійного струму деякого порогового рівня за допомогою другого низькочастотного генератора протягом деякого тривалого проміжку часу Δt2 генерують безперервні низькочастотні коливання з частотою f2, які подають на клеми збудження тієї ж другої нерухомої котушки з феромагнітним сердечником радіомаяка і випромінюють, тим самим, змінне магнітне поле з частотою f 2 упродовж тривалого проміжку часу Δt2. При цьому вимикають у радіомаяку тракт підсилення й обробки сигналів з частотою f 1 (або в діапазоні частот від f1 - Δf до f1 + Δf) на тривалий проміжок часу Δt2. При цьому безперервні низькочастотні сигнали, які виробляються першим і другим низькочастотними генераторами, роблять близькими за частотою, чим забезпечують можливість роботи другої нерухомої котушки з феромагнітним сердечником однаково ефективно на обох частотах f 1 і f2. Під час випромінювання змінного магнітного поля з частотою f 2 здійснюють пошукові заходи. Після закінчення тривалого проміжку часу Δt2 знов упродовж короткого проміжку часу Δt1 пристроєм активації випромінюють змінне магнітне поле з частотою f 1 (або з частотою, що змінюється в діапазоні від f1 - Δf до f1 + Δf), а потім упродовж тривалого проміжку часу Δt2 знов 1 UA 101883 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 випромінюють змінне магнітне поле з частотою f 2 і здійснюють пошукові заходи і так продовжують доти, поки всі пошукові заходи не будуть завершені в повному об'ємі. Проте, описані способи мають один суттєвий недолік: наявність імпульсної завади, що виникає, наприклад, при нормальній роботі шахтного обладнання, може викликати помилкове спрацьовування радіомаяка. При цьому радіомаяк упродовж тривалого проміжку часу Δt2 починає випромінювати змінне магнітне поле з частотою f 2. Само по собі це випромінювання не позначається на нормальній роботі персоналу і обладнання шахти, але приводить до додаткового розряду акумуляторної батареї шахтарського ліхтаря, куди власне і встановлений радіомаяк. У той же час вкрай необхідно забезпечити час роботи ліхтаря упродовж усієї робочої зміни, що регламентується, і непродуктивна витрата енергії акумуляторної батареї ліхтаря може мати небажані наслідки. В основу винаходу поставлено задачу зниження ймовірності помилкового спрацьовування радіомаяка, що приводить до непродуктивної витрати енергії акумуляторної батареї шахтарського ліхтаря. Вона вирішується завдяки тому, що за способом функціонування пристрою активації і радіомаяка при пошуку постраждалих під завалами, що включає генерування безперервних низькочастотних коливань з фіксованою частотою f1 або частотою, що змінюється за лінійним законом, від f1 - Δf до f1+ Δf упродовж деякого короткого проміжку часу Δt1, випромінювання через першу котушку з феромагнітним сердечником пристрою активації змінного низькочастотного магнітного поля, уловлювання за допомогою другої котушки з феромагнітним сердечником радіомаяка змінного низькочастотного магнітного поля, вузькосмугове підсилення отримуваного на приймальних клемах котушки з феромагнітним сердечником радіомаяка сигналу з низькою частотою f1 (або в діапазоні частот від f 1 - Δf до f1 + Δf), випрямляння цього підсиленого сигналу, порівняння рівня підсиленого сигналу з деяким пороговим рівнем, генерування безперервних низькочастотних коливань з частотою f 2 упродовж деякого тривалого проміжку часу Δt2 і випромінювання впродовж цього проміжку часу Δt2 змінного магнітного поля з частотою f2 шляхом збудження тієї ж другої нерухомої котушкиз феромагнітним сердечником радіомаяка безперервними низькочастотними коливаннями з частотою f 2, що відрізняється тим, що, з метою зниження ймовірності помилкового спрацьовування радіомаяка, генерування і випромінювання пристроєм активації безперервних низькочастотних коливань, а також прийом і обробку сигналів радіомаяком здійснюють, використовуючи просте кодування сигналу пристрою активації з подальшим декодуванням у радіомаяку прийнятого сигналу, наприклад, упродовж деякого короткого проміжку часу Δt1, здійснюють випромінювання і прийом низькочастотних коливань, потім упродовж деякого короткого проміжку часу Δt3, випромінювання сигналів пристроєм активації не проводять, потім знов, упродовж короткого проміжку часу Δt 4 здійснюють випромінювання і прийом низькочастотних коливань, причому ці часові інтервали Δt 1, Δt3 і Δt4, з метою спрощення конструкції пристрою активації і радіомаяка, в простому випадку роблять рівними одне одному Δt1 = Δt3 = Δt4, при цьому в радіомаяку оцінюють рівні сигналів, що приймаються, і починають відраховувати часові інтервали, які мають бути рівні Δt 1, Δt3 і Δt4, починаючи з першого перевищення рівня сигналу, що приймається, деякої порогової величини, при цьому рішення про спрацьовування радіомаяка ухвалюють, аналізуючи рівні сигналив, що приймаються, в строго фіксовані моменти часу впродовж вказаних часових інтервалів Δt 1, Δt3 i Δt4, при цьому активацію радіомаяка здійснюють при збігу коду передачі з кодом, що приймається. Порівняння винаходу зі вже відомими способами і прототипом показує, що спосіб, який заявляється, виявляє нові технічні властивості, що полягають в істотному зниженні ймовірності помилкового спрацьовування радіомаяка. Ці властивості винаходу є новими, оскільки в способі-прототипі, через властивий йому недолік, що полягає в генеруванні безперервних низькочастотних коливань з фіксованою частотою f1, або частотою, що змінюється за лінійним законом від f1 - Δf до f1 + Δf упродовж деякого короткого проміжку часу Δt1, імовірність помилкового спрацьовування радіомаяка досить велика. Присутність імпульсної завади, поява якої має місце при нормальній роботі технологічного обладнання шахти, може викликати перевищення рівня сигналу, що приймається радіомаяком, деякої порогової величини і призвести до помилкового спрацьовування радіомаяка. Це призводить до непродуктивної витрати енергії акумуляторної батареї ліхтаря, куди власне і встановлений радіомаяк. За пропонованим способом функціонування пристрою активації і радіомаяка при пошуку постраждалих під завалами, ймовірність помилкового спрацьовування радіомаяка низька. Це пов'язано з тим, що при випромінюванні сигналу активації використовують його просте кодування, замінюючи безперервне випромінювання сигналу активації упродовж деякого 2 UA 101883 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 короткого проміжку часу Δt1 деякою кодованою послідовністю, наприклад, у простому випадку наступного вигляду. Спочатку впродовж деякого короткого проміжку часу Δt 1, здійснюють випромінювання пристроєм активації і прийом радіомаяком низькочастотних коливань. Потім упродовж деякого короткого проміжку часу Δt3 випромінювання сигналів пристроєм активації не проводять. Після чого знов упродовж короткого проміжку часу Δt4 здійснюють випромінювання і прийом низькочастотних коливань. Кодована послідовність може бути довільного вигляду, при цьому часові інтервали Δt1, Δt3 і Δt4 можна робити різними, можна додати додаткові імпульси випромінювання і паузи між ними також з різною тривалістю. Всі ці заходи призводять до додаткового зниження ймовірності помилкового спрацьовування радіомаяка. Проте, з метою спрощення конструкції пристрою активації і радіомаяка, в простому випадку, можна використовувати тільки три часові інтервали: імпульс-пауза-імпульс, які можуть дорівнювати одне одному Δt1 = Δt3 = Δt4. Імовірність появи імпульсної завади з тими ж часовими характеристиками достатньо мала, що практично виключає помилкове спрацьовування радіомаяка. Це, у свою чергу, не приводить до непродуктивної витрати енергії акумуляторної батареї. Вказаний спосіб функціонування пристрою активації і радіомаяка при пошуку постраждалих під завалами можна реалізувати за допомогою пристрою, приведеного на фіг.1. Пристрій складається з пристрою активації, радіомаяка і пристрою пошуку і містить генератори низькочастотних коливань 1 і 2, нерухомі котушки з феромагнітними сердечниками 3 і 4, вузькосмуговий підсилювач низькочастотних сигналів 5, випрямляч 6, пороговий пристрій 7, таймери 8, 9 і 12, генератор лінійно змінюваної напруги 10, пошукові пристрої 11 і пристрій декодування 13. Генератор низькочастотних коливань 1, таймер 8, генератор лінійно змінюваної напруги 10 і нерухома котушка з феромагнітним сердечником З утворюють пристрій активації. Нерухома котушка з феромагнітним сердечником 4, вузькосмуговий підсилювач низькочастотних сигналів 5, випрямляч 6, пороговий пристрій 7, таймери 9 і 12, генератор низькочастотних коливань 2 і пристрій декодування 13 утворюють радіомаяк. Перший вихід таймера 8 з'єднаний зі входом вмикання генератора низькочастотних коливань 1, вихід якого з'єднаний з виводами нерухомої котушки з феромагнітним сердечником 3, при цьому другий вихід таймера 8 з'єднаний із запускаючим входом генератора лінійно змінюваної напруги 10, вихід якого з'єднаний зі входом перестроювання частоти генератора низькочастотних коливань 1, при цьому приймальні виводи нерухомої котушки з феромагнітним сердечником 4 з'єднані з сигнальним входом вузькосмугового підсилювача низькочастотних сигналів 5, вихід якого з'єднаний зі входом випрямляча 6, вихід якого з'єднаний зі входом порогового пристрою 7, вихід якого з'єднаний з першим входом пристрою декодування 13 і входом управління таймера 12, при цьому вихід таймера 12 з'єднаний з другим входом пристрою декодування 13, вихід якого з'єднаний зі входом управління таймера 9, при цьому вихід таймера 9 з'єднаний зі входом управління низькочастотного генератора 2 та зі входом управління вузькосмугового підсилювача низькочастотних сигналів 5, при цьому вихід низькочастотного генератора 2 з'єднаний з виводами збудження нерухомої котушки з феромагнітним сердечником 4. Працює пристрій, що реалізує спосіб функціонування пристрою активації і радіомаяка при пошуку постраждалих під завалами, таким чином. Відомим способом запускають таймер 8. Таймер 8 відраховує спочатку часовий інтервал Δt1, потім часовий інтервал Δt3, потім часовий інтервал Δt4. Під час інтервалу Δt1, таймер 8 вмикає генератор низькочастотних коливань 1 на деякий короткий проміжок часу Δt 1, після закінчення якого він його вимикає і залишає вимкненим під час інтервалу Δt 3. Потім таймер 8 знов вмикає генератор низькочастотних коливань 1 на деякий короткий проміжок часу Δt 4, після закінчення якого він його вимикає. Одночасно з цим таймер 8 на початку кожного з часових інтервалів (для спрощення конструкції і для часового інтервалу Δt3) запускає генератор лінійно змінюваної напруги 10, вихідну напругу якого подають на вхід перестроювання частоти генератора низькочастотних коливань 1. Генератор низькочастотних коливань 1 упродовж часових інтервалів Δt1 і Δt4 формує низькочастотні коливання з частотою, що змінюється в межах від f1 - Δf до f1 + Δf необхідної потужності, надалі, за допомогою нерухомої котушки з феромагнітним сердечником 3, формують змінне низькочастотне магнітне поле зі змінною частотою. Це змінне низькочастотне магнітне поле зі змінною частотою уловлюють нерухомою котушкою з феромагнітним сердечником 4, яка входить до складу радіомаяка. Сигнал з приймальних виводів цієї нерухомої котушки з феромагнітним сердечником 4 подають на сигнальний вхід вузькосмугового підсилювача низькочастотних сигналів 5, який також входить до складу радіомаяка, де прийнятий сигнал підсилюють у вузькій смузі частот, відокремлюючи 3 UA 101883 C2 5 10 15 20 25 30 35 його від індустріальних завад. Частота налаштування вузькосмугового підсилювача може змінюватися в межах f1 ± Δf причому вона може бути встановлена в цих межах як на стадії виготовлення, так і може змінюватися в цих же межах у процесі експлуатації. Гарантовано, значення частоти генератора низькочастотних коливань 1 пристрою активації, що змінюється в часі, впродовж часового інтервалу Δt1, набуває значення, що потрапляє в смугу пропускання вузькосмугового підсилювача низькочастотних сигналів 5. Підсилений сигнал подають на випрямляч 6, що входить до складу радіомаяка. Випрямлений сигнал подають на вхід порогового пристрою 7, що входить до складу радіомаяка. При перевищенні прийнятим, підсиленим і випрямленим сигналом деякого порогового рівня, пороговий пристрій спрацьовує і запускає таймер 12, який відраховує спочатку часовий інтервал Δt 1, потім часовий інтервал Δt3, потім часовий інтервал Δt4. Сигнал з виходу порогового пристрою одночасно подають на перший вхід пристрою декодування 13, на другий вхід якого подають сигнал з виходу таймера 12. Якщо на виході порогового пристрою впродовж проміжків часу Δt 1, потім Δt3, потім Δt4 присутній спочатку активний рівень, потім неактивний, потім знов активний, потім і далі знов неактивний, той пристрій декодування спрацьовує і запускає таймер 9, який на деякий тривалий проміжок часу Δt2 вмикає генератор безперервних низькочастотних коливань 2, що входить до складу радіомаяка, і вимикає вузькосмуговий підсилювач низькочастотних сигналів 5. Цей генератор безперервних низькочастотних коливань 2 формує за допомогою тієї ж нерухомої котушки з феромагнітним сердечником 4, що входить до складу радіомаяка, змінне низькочастотне магнітне поле з частотою f2 заданої інтенсивності. Це змінне низькочастотне магнітне поле з частотою /2 упродовж тривалого проміжку часу Δt2 уловлюють котушками пошукових пристроїв 11 і здійснюють пошукові заходи згідно до способів, описаних у патентах України № 86558, № 87642, № 90071 і № 90072. Після закінчення проміжку часу Δt2 таймер 9 вимикає генератор безперервних низькочастотних коливань 2 і знов вмикає вузькосмуговий підсилювач низькочастотних сигналів 5. Якщо за часовий інтервал Δt2 не вдається завершити пошукові заходи, знов запускають таймер 8, і процес повторюють до тих пір, поки не завершать пошукові заходи в повному об'ємі. Народногосподарський ефект від використання передбачуваного винаходу пов'язаний з підвищенням ймовірності активації радіомаяка за сигналом пристрою активації і зниженням ймовірності помилкового спрацьовування радіомаяка. При цьому термін безперервної роботи ліхтаря за нормальних умов праці шахтаря практично не залежить від присутності в корпусі ліхтаря радіомаяка, оскільки непродуктивна витрата енергії акумуляторної батареї ліхтаря, обумовлена помилковим спрацьовуванням радіомаяка, практично відсутня. З'являється можливість ефективно вживати рятувальні заходи на будь-якому часовому відрізку робочої зміни шахтаря і забезпечити збереження життя людей в кращому разі, у найгіршому випадку є можливість відшукати тіла людей, вже загиблих унаслідок аварії. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 55 60 Спосіб функціонування пристрою активації і радіомаяка при пошуку постраждалих під завалами, що включає генерування безперервних низькочастотних коливань з фіксованою частотою f1 або частотою, що змінюється за лінійним законом, від f1 -Δf до f1+Δf упродовж проміжку часу Δt1, випромінювання через першу котушку з феромагнітним сердечником пристрою активації змінного низькочастотного магнітного поля, уловлювання за допомогою другої котушки з феромагнітним сердечником радіомаяка змінного низькочастотного магнітного поля, вузькосмугове підсилення отримуваного на приймальних клемах другої котушки з феромагнітним сердечником радіомаяка сигналу з низькою частотою f1 або в діапазоні частот від f1-Δf до f1+Δf, випрямляння цього підсиленого сигналу, порівняння рівня підсиленого сигналу з пороговим рівнем, генерування безперервних низькочастотних коливань з частотою f2 упродовж проміжку часу Δt2 і випромінювання впродовж цього проміжку часу Δt2 змінного магнітного поля з частотою f2 шляхом збудження тієї ж другої котушки з феромагнітним сердечником радіомаяка безперервними низькочастотними коливаннями з частотою f2, який відрізняється тим, що генерування і випромінювання пристроєм активації безперервних низькочастотних коливань, а також прийом і обробку сигналів радіомаяком здійснюють, використовуючи кодування сигналу пристрою активації з подальшим декодуванням у радіомаяку прийнятого сигналу, упродовж проміжку часу Δt1, здійснюють випромінювання і прийом низькочастотних коливань, потім упродовж проміжку часу Δt3, випромінювання сигналів пристроєм активації не проводять, потім, упродовж проміжку часу Δt4 здійснюють випромінювання і прийом низькочастотних коливань, в радіомаяку оцінюють рівні сигналів, що 4 UA 101883 C2 5 приймаються, і починають відраховувати часові інтервали, які мають бути рівні Δt1, Δt3 і Δt4, починаючи з першого перевищення рівня сигналу, що приймається, деякої порогової величини, при цьому рішення про спрацьовування радіомаяка ухвалюють, аналізуючи рівні сигналу, що приймається, в фіксовані моменти часу впродовж вказаних часових інтервалів Δt1, Δt3 і Δt4, при цьому активацію радіомаяка здійснюють при збігу коду передачі з кодом, що приймається. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 5