способ функционирования устройства активации и радиомаяка при поиске пострадавших под завалами

Формула изобретения

Способ функционирования устройства активации и радиомаяка при поиске пострадавших под завалами, включающий генерирование непрерывных низкочастотных колебаний с фиксированной частотой ₁ или изменяющейся по линейному закону частотой от ₁ - до ₁ + в течение некоторого короткого промежутка времени t₁, излучение через первую катушку с ферромагнитным сердечником устройства активации переменного низкочастотного магнитного поля, улавливание с помощью второй катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка переменного низкочастотного магнитного поля, узкополосное усиление получаемого на приемных клеммах катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка сигнала с низкой частотой ₁ (или в диапазоне частот от ₁ - до ₁ + ), выпрямление этого усиленного сигнала, сравнение уровня усиленного сигнала с некоторым пороговым уровнем, генерирование непрерывных низкочастотных колебаний с частотой ₂ в течение некоторого продолжительного промежутка времени t₂ и излучение в течение этого промежутка времени t₂ переменного магнитного поля с частотой ₂ путем возбуждения той же второй неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка непрерывными низкочастотными колебаниями с частотой ₂, отличающийся тем, что, с целью снижения вероятности ложного срабатывания радиомаяка, генерирование и излучение устройством активации непрерывных низкочастотных колебаний, а также прием и обработку сигналов радиомаяком осуществляют, используя простейшую кодировку сигнала устройства активации с последующим декодированием в радиомаяке принятого сигнала, например, в течение некоторого короткого промежутка времени t₁ осуществляют излучение и прием низкочастотных колебаний, затем в течение некоторого короткого промежутка времени t₃ излучения сигналов устройством активации не производят, затем вновь, в течение короткого промежутка времени t₄ осуществляют излучение и прием низкочастотных колебаний, причем эти временные интервалы t₁, t₃, и t₄, с целью упрощения конструкции устройства активации и радиомаяка, в простейшем случае делают равными другу t₁ = t₃ = t₄, при этом в радиомаяке оценивают уровни принимаемых сигналов и начинают отсчитывать временные интервалы, которые должны быть равны t₁, t₃, и t₄, начиная с первого превышения уровня принимаемого сигнала некоторой пороговой величины, при этом решение о срабатывании радиомаяка принимают, анализируя уровни принимаемого сигнала в строго фиксированные моменты времени в течение указанных временных интервалов t₁, t₃, и t₄, при этом активацию радиомаяка осуществляют при совпадении кода передачи с принимаемым кодом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение принадлежит к области обеспечения безопасности работ в горной промышленности и может использоваться для определения местоположения персонала под завалами в шахтах.

Известны способы автоматизированного определения местоположения персонала, например "Унифицированная телекоммуникационная система УTAC" которая содержит кабель, сервер системы позиционирования, программное обеспечение системы (В книге "Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах", сборник научных трудов МакНИИ Макеевка, 2005 г. - с. 323-333) или "Система автоматизированного табельного учета и определения местоположения персонала и техники на шахтах и рудниках в комплексе "ТАЛНАХ", которая содержит: контроллеры, считыватели системы позиционирования, излучающий кабель, сервер системы позиционирования, программное обеспечение системы (В журнале "Оборудование для предприятий ТЭК" № 8, М., 2006 г., опубл. 10.08.2006). Однако позиционирование объектов (персонала и транспортных средств) по этим системам осуществляется с точностью, обусловленной дискретностью установки считывателей системы позиционирования и реально составляет 100 - 200 м. Кроме того, система работает только в пределах прямой видимости объекта позиционирования и считывателя и практически непригодна в случае возникновения обвала горной породы, являющегося непреодолимым препятствием для радиосигналов с принятыми в описанных системах длинами волн.

Наиболее близкими к предполагаемому изобретению относятся способы функционирования устройства активации и радиомаяка, описанные в патентах Украины № 94533, № 9 от 10.05.2011 и № 94553, № 9 от 10.05.2011.

По этим способам определения местоположения персонала шахты под завалами, каждого работника шахты снабжают радиомаяком, а поисковую группу снабжают устройством активации радиомаяков и устройствами поиска. При этом, в состав устройства активации вводят: первый генератор первой низкой частоты, первую передающую неподвижную катушку с ферромагнитным сердечником. В состав радиомаяка вводят: вторую неподвижную катушку с ферромагнитным сердечником, узкополосный усилитель первой низкой частоты, детектор несущей, пороговое устройство, второй генератор второй низкой частоты. Состав поисковых устройств варьируется в зависимости от решаемых задач.

По описанным способам задача решается благодаря тому, что первоначально генерируют непрерывные низкочастотные колебания с фиксированной частотой ₁ или изменяющейся по линейному закону от величины ₁ - до величины ₁ + (полагают, что ) в течение некоторого короткого промежутка времени t₁, причем величину девиации частоты выбирают заведомо большей, нежели возможные отклонения частоты настройки узкополосного усилителя радиомаяка от номинального значения ₁. Эти отклонения частоты, возникающие как на стадии изготовления радиомаяка, так и возникающие в процессе его эксплуатации за счет влияния дестабилизирующих факторов, например температуры, на частоту настройки узкополосного усилителя, выполненного, например, в простейшем случае, на базе одиночного кварцевого резонатора. При этом низкочастотные колебания с фиксированной или изменяющейся частотой подают на клеммы первой неподвижной передающей катушки с ферромагнитным сердечником и излучают тем самым переменное магнитное поле с указанной частотой в течение короткого промежутка времени t₁. Первую катушку с ферромагнитным сердечником устройства активации располагают в непосредственной близости от предполагаемого объекта поиска. Излученное переменное магнитное поле с указанной улавливают второй неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую устанавливают в радиомаяке объекта поиска, после чего сигнал, снимаемый с клемм приема второй катушки с ферромагнитным сердечником усиливают в узкой полосе частот, выпрямляют и оценивают его уровень, причем при превышении выпрямленного сигнала постоянного тока некоторого порогового уровня с помощью второго низкочастотного генератора в течение некоторого продолжительного промежутка времени t₂ генерируют непрерывные низкочастотные колебания с частотой ₂, которые подают на клеммы возбуждения той же второй неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка и излучают, тем самым, переменное магнитное поле с частотой ₂ в течение продолжительного промежутка времени t₂. При этом отключают в радиомаяке тракт усиления и обработки сигналов с частотой ₁ (или в диапазоне частот от ₁ - до ₁ + ) на продолжительный промежуток времени t₂. При этом непрерывные низкочастотные сигналы, которые вырабатывают первым и вторым низкочастотными генераторами делают близкими по частоте, чем обеспечивают возможность работы второй неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником одинаково эффективно на обеих частотах ₁ и ₂. Во время излучения переменного магнитного поля с частотой ₂ осуществляют поисковые мероприятия. По истечении продолжительного промежутка времени t₂ вновь в течение короткого промежутка времени t₁, устройством активации излучают переменное магнитное поле с частотой ₁ (или с изменяющейся частотой в диапазоне от ₁ - до ₁ + ), а затем в течение продолжительного промежутка времени t₂ вновь излучают переменное магнитное поле с частотой t₂ и осуществляют поисковые мероприятия и так продолжают до тех пор, пока все поисковые мероприятия не будут завершены в полном объеме.

Однако описанные способы обладают одним существенным недостатком. Наличие импульсной помехи, возникающей, например, при нормальной работе шахтного оборудования, может вызвать ложное срабатывание радиомаяка. При этом радиомаяк в течение продолжительного промежутка времени t₂ начинает излучать переменное магнитное поле с частотой ₂. Само по себе это излучение не сказывается на нормальной работе персонала и оборудования шахты, но приводит к дополнительному разряду аккумуляторной батареи шахтерского фонаря, куда собственно и установлен радиомаяк. В то же время крайне необходимо обеспечить регламентируемое время работы фонаря в течение всей рабочей смены и непроизводительный расход энергии аккумуляторной батареи фонаря может иметь нежелательные последствия.

В основу изобретения поставлена задача снижения вероятности ложного срабатывания радиомаяка, приводящего к непроизводительному расходу энергии аккумуляторной батареи шахтерского фонаря.

Она решается благодаря тому, что по способу функционирования устройства активации и радиомаяка при поиске пострадавших под завалами, включающему генерирование непрерывных низкочастотных колебаний с фиксированной частотой ₁ или изменяющейся по линейному закону частотой от ₁ - до ₁ + в течение некоторого короткого промежутка времени t₁, излучение через первую катушку с ферромагнитным сердечником устройства активации переменного низкочастотного магнитного поля, улавливание с помощью второй катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка переменного низкочастотного магнитного поля, узкополосное усиление получаемого на приемных клеммах катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка сигнала с низкой частотой ₁ (или в диапазоне частот от ₁ - до ₁ + ), выпрямление этого усиленного сигнала, сравнение уровня усиленного сигнала с некоторым пороговым уровнем, генерирование непрерывных низкочастотных колебаний с частотой ₂ в течение некоторого продолжительного промежутка времени t₂ и излучение в течение этого промежутка времени t₂ переменного магнитного поля с частотой ₂ путем возбуждения той же второй неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка непрерывными низкочастотными колебаниями с частотой ₂, отличающийся тем, что, с целью снижения вероятности ложного срабатывания радиомаяка, генерирование и излучение устройством активации непрерывных низкочастотных колебаний, а также прием и обработку сигналов радиомаяком осуществляют, используя простейшую кодировку сигнала устройства активации с последующим декодированием в радиомаяке принятого сигнала, например, в течение некоторого короткого промежутка времени t₁, осуществляют излучение и прием низкочастотных колебаний, затем в течение некоторого короткого промежутка времени t₃ излучения сигналов устройством активации не производят, затем вновь, в течение короткого промежутка времени t₄ осуществляют излучение и прием низкочастотных колебаний, причем эти временные интервалы t₁, t₃, и t₄, с целью упрощения конструкции устройства активации и радиомаяка, в простейшем случае делают равными другу t₁ = t₃ = t₄, при этом в радиомаяке оценивают уровни принимаемых сигналов и начинают отсчитывать временные интервалы, которые должны быть равны t₁, t₃, и t₄, начиная с первого превышения уровня принимаемого сигнала некоторой пороговой величины, при этом решение о срабатывании радиомаяка принимают, анализируя уровни принимаемого сигнала в строго фиксированные моменты времени в течение указанных временных интервалов t₁, t₃, и t₄, при этом активацию радиомаяка осуществляют при совпадении кода передачи с принимаемым кодом.

Сравнение предполагаемого изобретения с уже известными способами и прототипом показывает, что заявляемый способ проявляет новые технические свойства, заключающиеся в существенном снижении вероятности ложного срабатывания радиомаяка.

Эти свойства предполагаемого изобретения являются новыми, так как в способе-прототипе, в силу присущего ему недостатка, заключающегося в генерировании непрерывных низкочастотных колебаний с фиксированной частотой ₁ или изменяющейся по линейному закону частотой от ₁ - до ₁ + в течение некоторого короткого промежутка времени t₁, вероятность ложного срабатывания радиомаяка достаточно велика. Присутствие импульсной помехи, появление которой имеет место при нормальной работе технологического оборудования шахты, может вызвать превышение уровня принимаемого радиомаяком сигнала некоторой пороговой величины и привести к ложному срабатыванию радиомаяка. Это приводит к непроизводительному расходу энергии аккумуляторной батареи фонаря, куда собственно и установлен радиомаяк.

По предлагаемому способу функционирования устройства активации и радиомаяка при поиске пострадавших под завалами вероятность ложного срабатывания радиомаяка низка. Это связано с тем, что при излучении сигнала активации используют его простейшую кодировку, заменяя непрерывное излучение сигнала активации в течение некоторого короткого промежутка времени t₁, некоторой кодированной последовательностью, например, в простейшем случае следующего вида. Сначала в течение некоторого короткого промежутка времени t₁ осуществляют излучение устройством активации и прием радиомаяком низкочастотных колебаний. Затем в течение некоторого короткого промежутка времени t₃ излучения сигналов устройством активации не производят. После чего вновь в течение короткого промежутка времени t₄ осуществляют излучение и прием низкочастотных колебаний. Кодированная последовательность может быть произвольного вида, при этом временные интервалы t₁, t₃, и t₄ можно делать различными, можно добавить дополнительные импульсы излучения и паузы между ними также с различными длительностями. Все эти мероприятия приводят к дополнительному снижению вероятности ложного срабатывания радиомаяка. Однако с целью упрощения конструкции устройства активации и радиомаяка, в простейшем случае, можно использовать только три временных интервала: импульс-пауза-импульс, которые могут быть равны другу t₁ = t₃ = t₄. Вероятность появления импульсной помехи с теми же временными характеристиками достаточно мала, что практически исключает ложное срабатывание радиомаяка. Это, в свою очередь, не приводит к непроизводительному расходу энергии аккумуляторной батареи.

Указанный способ функционирования устройства активации и радиомаяка при поиске пострадавших под завалами можно реализовать с помощью устройства, приведенного на фиг.1.

Устройство состоит из устройства активации, радиомаяка и устройства поиска и содержит генераторы низкочастотных колебаний 1 и 2, неподвижные катушки с ферромагнитными сердечниками 3 и 4, узкополосный усилитель низкочастотных сигналов 5, выпрямитель 6, пороговое устройство 7, таймеры 8, 9 и 12, генератор линейно изменяющегося напряжения 10, поисковые устройства 11 и устройство декодирования 13. Генератор низкочастотных колебаний 1, таймер 8, генератор линейно изменяющегося напряжения 10 и неподвижная катушка с ферромагнитным сердечником 3 образуют устройство активации. Неподвижная катушка с ферромагнитным сердечником 4, узкополосный усилитель низкочастотных сигналов 5, выпрямитель 6, пороговое устройство 7, таймеры 9 и 12, генератор низкочастотных колебаний 2 и устройство декодирования 13 образуют радиомаяк.

Первый выход таймера 8 соединен с входом включения генератора низкочастотных колебаний 1, выход которого соединен с выводами неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 3, при этом второй выход таймера 8 соединен с запускающим входом генератора линейно изменяющегося напряжения 10, выход которого соединен с входом перестройки частоты генератора низкочастотных колебаний 1, при этом приемные выводы неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 4 соединены с сигнальным входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 5, выход которого соединен с входом выпрямителя 6, выход которого соединен с входом порогового устройства 7, выход которого соединен с первым входом устройства декодирования 13 и входом управления таймера 12, при этом выход таймера 12 соединен со вторым входом устройства декодирования 13, выход которого соединен с входом управления таймера 9, при этом выход таймера 9 соединен с входом управления низкочастотного генератора 2 и с входом управления узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 5, при этом выход низкочастотного генератора 2 соединен с выводами возбуждения неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 4.

Работает устройство, реализующее способ функционирования устройства активации и радиомаяка при поиске пострадавших под завалами следующим образом.

Известным способом запускают таймер 8. Таймер 8 отсчитывает первоначально временной интервал t₁, затем временной интервал t₃, затем временной интервал t₄. Во время временного интервала t₁, таймер 8 включает генератор низкочастотных колебаний 1 на некоторый короткий промежуток времени t₁, по истечении которого он его выключает и оставляет выключенным во время интервала времени t₃. Затем таймер 8 вновь включает генератор низкочастотных колебаний 1 на некоторый короткий промежуток времени t₄, по истечении которого он его выключает. Одновременно с этим таймер 8 в начале каждого временного интервалов (для упрощения конструкции и для временного интервала t₃) запускает генератор линейно изменяющегося напряжения 10, выходное напряжение которого подают на вход перестройки частоты генератора низкочастотных колебаний 1. Генератор низкочастотных колебаний 1 в течение временных интервалов t₁, и t₄ формирует низкочастотные колебания с частотой, изменяющейся в пределах от ₁ - до ₁ + требуемой мощности, которые возбуждают с помощью неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 3 переменное низкочастотное магнитное поле с изменяемой частотой. Это переменное низкочастотное магнитное поле с изменяемой частотой улавливают неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником 4, которая входит в состав радиомаяка. Сигнал с приемных выводов этой неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 4 подают на сигнальный вход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 5, который также входит в состав радиомаяка, где принятый сигнал усиливают в узкой полосе частот, отделяя его от индустриальных помех. Частота настройки узкополосного усилителя может изменяться в пределах ₁ ± , причем она может быть установлена в этих пределах как на стадии изготовления, так и может изменяться в этих же пределах в процессе эксплуатации. Гарантированно, изменяющееся во времени значение частоты генератора низкочастотных колебаний 1 устройства активации в течение временного интервала t₁, принимает значение, попадающее в полосу пропускания узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 5. Усиленный сигнал подают на выпрямитель 6, входящий в состав радиомаяка. Выпрямленный сигнал подают на вход порогового устройства 7, входящего в состав радиомаяка. При превышении принятого, усиленного и выпрямленного сигнала некоторого порогового уровня пороговое устройство срабатывает и запускает таймер 12, который отсчитывает первоначально временной интервал t₁, затем временной интервал t₃, затем временной интервал t₄. Сигнал с выхода порогового устройства одновременно подают на первый вход устройства декодирования 13, на второй вход которого подают сигнал с выхода таймера 12. Если на выходе порогового устройства в течение промежутков времени t₁, затем t₃, затем t₄ присутствует сначала активный уровень, затем неактивный, затем вновь активный, затем и далее вновь неактивный, то устройство декодирования срабатывает и запускает таймер 9, который на некоторый продолжительный промежуток времени t₂ включает генератор непрерывных низкочастотных колебаний 2, входящий в состав радиомаяка, и выключает узкополосный усилитель низкочастотных сигналов 5. Этот генератор непрерывных низкочастотных колебаний 2 возбуждает с помощью той же неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 4, входящей в состав радиомаяка, переменное низкочастотное магнитное поле с частотой ₂ заданной интенсивности. Это переменное низкочастотное магнитное поле с частотой ₂ в течение длительного промежутка времени t₂ улавливают катушками поисковых устройств 11 и осуществляют поисковые мероприятия согласно способам, описанным в патентах Украины № 86558, № 87642, № 90071 и № 90072. По завершении промежутка времени t₂ таймер 9 выключает генератор непрерывных низкочастотных колебаний 2 и вновь включает узкополосный усилитель низкочастотных сигналов 5. Если за временной интервал t₂ не удается завершить поисковые мероприятия, вновь запускают таймер 8 и процесс повторяют до тех пор, пока не завершат поисковые мероприятия в полном объеме.

Народнохозяйственный эффект от использования предполагаемого изобретения связан с повышением вероятности активации радиомаяка по сигналу устройства активации и снижением вероятности ложного срабатывания радиомаяка. При этом срок непрерывной работы фонаря при нормальных условиях труда шахтера практически не зависит от присутствия в корпусе фонаря радиомаяка, поскольку непроизводительный расход энергии аккумуляторной батареи фонаря, обусловленный ложным срабатыванием радиомаяка, практически отсутствует. Появляется возможность эффективно проводить спасательные мероприятия на любом временном отрезке рабочей смены шахтера и обеспечить сохранение жизни людей в лучшем случае, в худшем случае имеется возможность отыскать тела людей уже погибших в результате аварии.