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 УТАС" 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 "ТАЛ-НАХ", 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 близким к предполагаемому изобретению относится "Способ поиска пострадавших под завалами", описанный в заявке на патент Украины а200905262 от 26.05.2009, положительное решение по которой вынесено 3.02.2010.
По этому способу 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 неподвижную катушку с ферромагнитным сердечником. В состав радиомаяка вводят: неподвижные вторую и третью катушки с ферромагнитными сердечниками, узкополосный усилитель первой низкой частоты, детектор несущей, пороговое устройство, второй генератор второй низкой частоты. В состав трех поисковых устройств, по две единицы в каждый, вводят: неподвижные катушки с ферромагнитными сердечниками, расположенные в одной горизонтальной плоскости, продольные оси которых взаимно перпендикулярны, узкополосные усилители сигналов второй низкой частоты, выпрямители, схемы возведения сигналов в квадрат, кроме этого в состав поисковых устройств по одной единице в каждый вводят: сумматоры двух сигналов, схемы извлечения квадратного корня и измерители уровня.
По описанному способу задача решается благодаря тому, что первоначально генерируют непрерывные низкочастотные колебания с частотой f1, причем эти колебания подают на клеммы первой неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником и излучают тем самым переменное магнитное поле с частотой f1. Первую катушку с ферромагнитным сердечником располагают в непосредственной близости от предполагаемого объекта поиска. Переменное магнитное поле с частотой f1, излученное первой катушкой с электромагнитным сердечником, улавливают второй неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую устанавливают в радиомаяке объекта поиска. Сигнал, снимаемый с клемм второй катушки с ферромагнитным сердечником, усиливают в узкой полосе частот, выпрямляют и оценивают его уровень. При превышении выпрямленного сигнала постоянного тока некоторого порогового уровня начинают генерировать непрерывные низкочастотные колебания с частотой f2, которые подают на клеммы третьей неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником, которую так же располагают в радиомаяке объекта поиска, и излучают тем самым переменное магнитное поле с частотой f2. Излученное третьей неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают четвертой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в первом поисковом устройстве. Это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают пятой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в этом же первом поисковом устройстве. Продольные оси четвертой и пятой катушек располагают перпендикулярно друг относительно друга в горизонтальной плоскости. Далее это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают шестой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают во втором поисковом устройстве. Это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают седьмой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в этом же втором поисковом устройстве. Продольные оси шестой и седьмой катушек располагают перпендикулярно друг относительно друга в горизонтальной плоскости. Далее это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают восьмой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в третьем поисковом устройстве. Это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают девятой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в этом же третьем поисковом устройстве. Продольные оси восьмой и девятой катушек располагают перпендикулярно друг относительно друга в горизонтальной плоскости. Сами поисковые устройства располагают друг относительно друга на некотором известном расстоянии, причем поисковые устройства располагают не на одной линии, причем каждую пару взаимно перпендикулярных катушек поисковых устройств ориентируют на плоскости произвольно.
В каждом из трех поисковых устройств производят узкополосное усиление принимаемых неподвижными катушками низкочастотных сигналов. В каждом поисковом устройстве оба принятые и усиленные сигналы переменного тока возводят в квадрат, затем возведенные в квадрат сигналы складывают вместе и из полученной суммы извлекают квадратный корень, в результате чего получают сигнал постоянного тока, уровень которого соответствует максимальному уровню принимаемого низкочастотного сигнала от радиомаяка объекта поиска. В каждом из трех поисковых устройств осуществляют измерение уровня этого сигнала, после чего в каждом их трех поисковых устройств эти измеренные уровни сигналов по калибровочным номограммам переводят в расстояния до объекта поиска, при этом получают три расстояния до объекта поиска от каждого их трех поисковых устройств. Далее решают обычную тригонометрическую задачу и от каждого из поисковых устройств получают однозначно азимут объекта поиска, при этом используют один из полученных азимутов и расстояние до объекта поиска для осуществления спасательных мероприятий от того поискового устройства, от которого производить спасательные мероприятия наиболее эффективно.
Однако описанный способ поиска людей под завалами имеет некоторый недостаток, связанный с тем, что предугадать в каком положении в пространстве окажется вторая неподвижная катушка с ферромагнитным сердечником радиомаяка, не представляется возможным. Наиболее вероятным является положение, при котором ось этой катушки с ферромагнитным сердечником располагается в горизонтальной плоскости. При этом отклонение оси этой катушки от горизонта в пределах ±30° не приводит к существенным ошибкам определения дальности до объекта поиска, учитывая, к тому же, кубическую зависимость уровня принимаемого сигнала от расстояния. Однако при стремлении этого угла к 90°, которое тоже имеет определенную вероятность при возникновении чрезвычайной ситуации, ошибка в определении дальности становится недопустимо большой. Это влечет за собой снижение эффективности поиска людей.
В тоже время крайне необходимо эффективно решать задачу определения азимута объекта Поиска и расстояния до него с высокой точностью, т.е. производить поиск людей, находящихся под завалами горных пород. Большая смертность среди персонала угольных шахт обусловлена именно тем, что при существующем положении дел быстро и точно отыскать пострадавших людей не представляется возможным.
В основу изобретения поставлена задача определения азимута и расстояния до объекта поиска, человека, находящегося в толще горных пород. Она решается благодаря тому, что первоначально генерируют непрерывные низкочастотные колебания с частотой f1, причем эти колебания подают на клеммы первой неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником и излучают тем самым переменное магнитное поле с частотой f1, при этом первую катушку с ферромагнитным сердечником располагают в непосредственной близости от предполагаемого объекта поиска, при этом переменное магнитное поле с частотой f1 улавливают второй неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую устанавливают в радиомаяке объекта поиска, после чего сигнал, снимаемый с клемм 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 начинают генерировать непрерывные низкочастотные колебания с частотой f2, которые подают на клеммы третьей неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником, которую также располагают в радиомаяке объекта поиска, и излучают тем самым переменное магнитное поле с частотой f2, при этом непрерывные низкочастотные сигналы, которые вырабатывают первым и вторым низкочастотными генераторами делают различными по частоте, чем обеспечивают развязку низкочастотных усилительных трактов радиомаяка и поискового устройства, при этом переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают четвертой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в первом поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают пятой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в этом же первом поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают шестой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в этом же первом поисковом устройстве, причем продольные оси четвертой, пятой и шестой катушек первого поискового устройства располагают перпендикулярно друг относительно друга при произвольной их ориентации в пространстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают седьмой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают во втором поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают восьмой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в этом же втором поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают девятой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в этом же втором поисковом устройстве, причем продольные оси седьмой, восьмой и девятой катушек второго поискового устройства располагают перпендикулярно друг относительно друга при произвольной их ориентации в пространстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают десятой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в третьем поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают одиннадцатой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в этом же третьем поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают двенадцатой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в этом же третьем поисковом устройстве, причем продольные оси десятой, одиннадцатой и двенадцатой катушек третьего поискового устройства располагают перпендикулярно друг относительно друга при произвольной их ориентации в пространстве, причем сами поисковые устройства располагают друг относительно друга на некотором известном расстоянии, причем поисковые устройства располагают не на одной линии, при этом в каждом из трех поисковых устройств производят узкополосное усиление принимаемых неподвижными катушками низкочастотных сигналов, при этом в каждом поисковом устройстве все три принятые и усиленные сигналы переменного тока возводят в квадрат, затем возведенные в квадрат сигналы все три складывают вместе и из полученной суммы извлекают квадратный корень, в результате чего получают сигнал постоянного тока, уровень которого соответствует максимальному уровню принимаемого низкочастотного сигнала от радиомаяка объекта поиска, независящий от положения в пространстве третьей катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка объекта поиска, при этом в каждом из трех поисковых устройств осуществляют измерение уровня этого сигнала, после чего в каждом их трех поисковых устройств эти измеренные уровни сигналов по калибровочным номограммам переводят в расстояния до объекта поиска, при этом получают три расстояния до объекта поиска от каждого их трех поисковых устройств, после чего решают обычную тригонометрическую задачу и от каждого из поисковых устройств получают однозначно азимут объекта поиска, при этом используют один из полученных азимутов и расстояние до объекта поиска для осуществления спасательных мероприятий от того поискового устройства, от которого производить спасательные мероприятия наиболее эффективно.
Сравнение предполагаемого изобретения с уже известными способами и прототипом показывает, что заявляемый способ проявляет новые технические свойства, заключающиеся в возможности с высокой точностью однозначного и быстрого определения азимута и дальности объекта поиска, находящегося в завале горных пород в пределах рабочих расстояний, которые реально в шахтах составляют 50 - 100 м.
Эти свойства предполагаемого изобретения являются новыми, так как в способе-прототипе, в силу присущего ему недостатка, заключающегося в большой ошибке определения дальности объекта поиска, а затем и азимута объекта поиска, при отклонении продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка объекта поиска от горизонтально положения на угол больше чем 30°, проводить спасательные операции по поиску людей под обвалами горных пород в шахтах представляется не достаточно эффективным. По заявляемому способу отклонение продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка объекта поиска от горизонтально положения на произвольный угол вплоть до 90° не приводит к появлению ошибок определения дальности.
В предлагаемом способе поиска людей под завалами горных пород каждого человека из числа персонала шахты снабжают радиомаяком. В случае аварии поиск пострадавших осуществляет специальная группа спасателей, которую снабжают поисковым оборудованием, состоящим из четырех частей. Поисковое оборудование состоит из устройства активации радиомаяков и трех поисковых устройств. Устройство активации предназначено для излучения переменного магнитного поля с частотой f1. Состоит устройство активации из генератора непрерывных низкочастотных колебаний с частотой f1 требуемой мощности и неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником. Располагают устройство активации в непосредственной близости от места проведения спасательных мероприятий. Мощность излучения переменного магнитного поля должна быть достаточной для того, чтобы это переменное магнитное поле можно было бы принять радиомаяками, находящимися в зоне проведения спасательных мероприятий. В каждом из радиомаяков это переменное магнитное поле принимают, усиливают и оценивают его уровень. При превышении этого уровня некоторого порогового значения в радиомаяке включают генератор непрерывных низкочастотных колебаний с частотой f2, т.е. осуществляют активацию радиомаяка. При этом непрерывные низкочастотные сигналы, которые вырабатывают первым и вторым низкочастотными генераторами делают различными по частоте, чем обеспечивают развязку низкочастотных усилительных трактов радиомаяка и поискового устройства.
Эти колебания подают на клеммы неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником, которую располагают в радиомаяке, и излучают тем самым переменное магнитное поле с частотой f2. Это переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают девятью неподвижными катушками с ферромагнитными сердечниками трех поисковых устройств, в каждом своей тройкой катушек, продольные оси которых взаимно перпендикулярны. Принятые неподвижными катушками поисковых устройств сигналы усиливают в узкой полосе частот, выпрямляют и возводят полученные сигналы постоянного тока в квадрат. После этого возведенные в квадрат сигналы по три в каждом поисковом устройстве складывают между собой. При этом в каждом из поисковых устройств усиливают, возводят в квадрат и складывают вместе сигналы, принятые от трех неподвижных катушек, продольные оси которых взаимно перпендикулярны. После этого из полученной суммы извлекают квадратный корень, и полученные сигналы подают на измерители уровня каждого из поисковых устройств. При этом азимут объекта поиска не измеряют, поскольку в ближней зоне излучающей катушки с ферромагнитным сердечником этого сделать невозможно, поскольку совершенно невозможно предугадать в каком положении окажется излучающая катушка радиомаяка. При этом само положение излучающей катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка не имеет значения. Её продольная ось может отклоняться от горизонтальной плоскости на произвольный угол. При этом само положение в пространстве приемных катушек поискового устройства, продольные оси которых взаимно перпендикулярны, не имеет значение. Поскольку уровень принятого сигнала однозначно связан с расстоянием до источника излучения известной зависимостью, которую предварительно снимают и запоминают, то по измеренным уровням сигналов в каждом из поисковых устройств определяют три расстояния до радиомаяка от каждого из трех поисковых устройств соответственно. Поскольку взаимное расположение всех трех поисковых устройств известно, известны расстояния между ними и их азимуты друг относительно друга, то по полученным трем расстояниям от поисковых устройств до объекта поиска решают обычную тригонометрическую задачу и получают три азимута объекта поиска от каждого из трех поисковых устройств соответственно. Для проведения спасательных мероприятий выбирают тот азимут и то расстояние до объекта поиска от того поискового устройства, от которого производить эти спасательные мероприятия наиболее эффективно.
Указанный способ поиска пострадавших под завалами можно реализовать с помощью устройства, приведенного на фиг.1.
Устройство поиска пострадавших под завалами состоит из устройства активации, радиомаяка и устройств поиска и содержит генераторы низкочастотных колебаний 1 и 2, неподвижные катушки с ферромагнитными сердечниками 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,11, 12, 13 и 14 узкополосные усилители низкочастотных сигналов 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 и 24, выпрямители 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33 и 34, пороговое устройство 35, схемы возведения сигналов в квадрат 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 и 44 сумматоры сигналов 45, 46 и 47, схемы извлечения квадратного корня 48,49 и 50, измерители уровня и 51, 52 и 53.
Выход генератора низкочастотных колебаний 1 соединен с выводами неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 3, выводы неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 4 соединены с входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 15, выход которого соединен с входом выпрямителя 25, выход которого соединен с входом порогового устройства 35, выход которого соединен с входом управления низкочастотного генератора 2, выход которого соединен с выводами неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 5, при этом выводы неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 6 соединены с входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 16, при этом выводы неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 7 соединены с входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 17, при этом выводы неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 8 соединены с входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 18, при этом выводы неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 9 соединены с входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 19, при этом выводы неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 10 соединены с входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 20, при этом выводы неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 11 соединены с входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 21, при этом выводы неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 12 соединены с входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 22, при этом выводы неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 13 соединены с входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 23, при этом выводы неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 14 соединены с входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 24, при этом выход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 16 соединен с входом выпрямителя 26, при этом выход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 17 соединен с входом выпрямителя 27, при этом выход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 18 соединен с входом выпрямителя 28, при этом выход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 19 соединен с входом выпрямителя 29, при этом выход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 20 соединен с входом выпрямителя 30, при этом выход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 21 соединен с входом выпрямителя 31, при этом выход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 22 соединен с входом выпрямителя 32, при этом выход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 23 соединен с входом выпрямителя 33, при этом выход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 24 соединен с входом выпрямителя 34, при этом выход выпрямителя 26 соединен с входом схемы возведения в квадрат 36, при этом выход выпрямителя 27 соединен с входом схемы возведения в квадрат 37, при этом выход выпрямителя 28 соединен с входом схемы возведения в квадрат 38, при этом выход выпрямителя 29 соединен с входом схемы возведения в квадрат 39, при этом выход выпрямителя 30 соединен с входом схемы возведения в квадрат 40, при этом выход выпрямителя 31 соединен с входом схемы возведения в квадрат 41, при этом выход выпрямителя 32 соединен с входом схемы возведения в квадрат 42, при этом выход выпрямителя 33 соединен с входом схемы возведения в квадрат 43, при этом выход выпрямителя 34 соединен с входом схемы возведения в квадрат 44, при этом выход схемы возведения в квадрат 36 соединен с первым входом сумматора сигналов 45, а выход схемы возведения в квадрат 37 соединен с вторым входом сумматора сигналов 45, а выход схемы возведения в квадрат 38 соединен с третьим входом сумматора сигналов 45, при этом выход схемы возведения в квадрат 39 соединен с первым входом сумматора сигналов 46, а выход схемы возведения в квадрат 40 соединен с вторым входом сумматора сигналов 46, а выход схемы возведения в квадрат 41 соединен с третьим входом сумматора сигналов 46, при этом выход схемы возведения в квадрат 42 соединен с первым входом сумматора сигналов 47, а выход схемы возведения в квадрат 43соединен с вторым входом сумматора сигналов 47, а выход схемы возведения в квадрат 44 соединен с третьим входом сумматора сигналов 47, при этом выход сумматора сигналов 45 соединен с входом схемы извлечения квадратного корня 48, при этом выход сумматора сигналов 46 соединен с входом схемы извлечения квадратного корня 49, при этом выход сумматора сигналов 47 соединен с входом схемы извлечения квадратного корня 50, при этом выход схемы извлечения квадратного корня 48 соединен с входом измерителя уровня 51, при этом выход схемы извлечения квадратного корня 49 соединен с входом измерителя уровня 52, при этом выход схемы извлечения квадратного корня 50 соединен с входом измерителя уровня 53.
Работает устройство, реализующее способ поиска пострадавших под завалами, следующим образом.
Генератор низкочастотных колебаний 1 формирует низкочастотные колебания с частотой f1 требуемой мощности, которые возбуждают с помощью неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 3 переменное низкочастотное магнитное поле с частотой f1. Это переменное низкочастотное магнитное поле улавливают неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником 4, которая входит в состав радиомаяка. Сигнал с выводов этой неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 4 подают на вход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 15, который также входит в состав радиомаяка, где принятый сигнал усиливают в узкой полосе частот, отделяя его от индустриальных помех, и подают на выпрямитель 25, входящий в состав радиомаяка. Выпрямленный сигнал подают на вход порогового устройства 35, входящего в состав радиомаяка. При превышении принятого, усиленного и выпрямленного сигнала некоторого порогового уровня пороговое устройство срабатывает и включает генератор непрерывных низкочастотных колебаний 2, входящий в состав радиомаяка. Этот генератор непрерывных низкочастотных колебаний возбуждает с помощью неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 5, входящей в состав радиомаяка, переменное низкочастотное магнитное поле с частотой f2 заданной интенсивности. Это переменное низкочастотное магнитное поле с частотой f2 улавливают неподвижными катушками с ферромагнитными сердечниками 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 и 14 входящими в состав трех поисковых устройств. Сигнал, наведенный на выводах i-той приемной неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником однозначно связан с расстоянием между приемной и передающей катушками следующей зависимостью
где Li - расстояние между катушками, м;
K - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность Вм3, зависящий от амплитуды напряжения возбуждения передающей катушки, частоты возбуждения, числа витков обоих катушек, их диаметра, длины и проницаемости ферромагнитных сердечников;
φ0 - начальная фаза низкочастотных колебаний;
θi - угол между проекцией на горизонтальную плоскость продольной оси передающей катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка 5 и проекцией на горизонтальную плоскость продольной оси i-той приемной катушки с ферромагнитным сердечником 6, 7, 8, 9, 10, 11,12, 13 или 14 одного из трех поисковых устройств;
γi - разность угла отклонения от горизонтальной плоскости продольной оси передающей катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка 5 и угла отклонения от горизонтальной плоскости продольной оси i-той приемной катушки с ферромагнитным сердечником 6, 7, 8,9,10,11,12,13 или 14 одного из трех поисковых устройств.
Этот сигнал имеет малый уровень и присутствует на фоне индустриальных помех, имеющих как магнитную, так и радиочастотную природы. Эти помехи в шахтах хоть и имеют пониженный уровень, но присутствуют в любом случае.
По этой причине в каждой из поисковых станций производят узкополосное усиление принятого сигнала и отделение его от индустриальных помех с помощью узкополосных низкочастотных усилителей 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 и 24, входящих в состав трех поисковых устройств.
Далее производят выпрямление усиленных сигналов с помощью выпрямителей 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33 и 34, входящих в состав трех поисковых устройств и получают на выходе г-того выпрямителя сигнал постоянного тока, соответствующий действующему напряжению сигнала переменного тока, подаваемого на его вход
где G - коэффициент усиления узкополосных усилителей.
Если рассматривать одно j-тое поисковое устройство как одно целое, в состав которого входят три неподвижные катушки с ферромагнитными сердечниками А, В и С, продольные оси которых взаимно перпендикулярны, и при этом расположить, например, катушки А и В в горизонтальной плоскости, а продольную ось катушки С расположить соответственно перпендикулярно горизонтальной плоскости, то для пары катушек А и В и соответствующей пары узкополосных усилителей и выпрямителей можно записать значения выпрямленных сигналов как
Здесь угол θj отсчитывается для одной из катушек j-того поискового устройства. Угол γ - это угол отклонения от горизонтальной плоскости продольной оси передающей катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка 5.
При этом для катушки С и соответствующего узкополосного усилителя и выпрямителя можно записать значение выпрямленного сигнала как
,
Коэффициенты усиления для всех узкополосных усилителей одинаковы Принятые, усиленные и выпрямленные сигналы подают на входы схем возведения в квадрат 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 и 44 и далее по три в каждом из поисковых устройств сигналы подают на сумматоры 45, 46 и 47. Сигналы с выходов сумматоров подают на входы схем извлечения квадратного корня 48,49 и 50.
На выходе схемы извлечения квадратного корня j-того поискового устройства получаем сигнал
Как видно из приведенной формулы, сигнал на выходе схемы извлечения квадратного корня каждого из поисковых устройств принимает максимально возможное значение, зависящее исключительно от расстояния между j-тым поисковым устройством и радиомаяком Z; и не зависит от взаимной ориентации в пространстве продольных осей катушки радиомаяка и катушек поискового устройства. Причем сигнал принимает максимальное значение при любом угле отклонения от горизонтальной плоскости продольной оси передающей катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка 5, вплоть до 90° и при любом азимуте этой катушки. При этом по способу прототипу максимальный уровень принимаемого сигнала обеспечивался при горизонтальном, наиболее вероятном, расположении катушки радиомаяка с произвольным азимутом только. По заявляемому способу получают максимально возможный уровень принимаемого сигнала при любом положении в пространстве, как катушек поискового устройства, так и катушки радиомаяка. Очевидно, что нет необходимости располагать продольные оси двух из катушек поискового устройства исключительно в горизонтальной плоскости, а продольную ось третьей катушки перпендикулярно горизонтальной плоскости. Главное, чтобы продольные оси всех трех катушек каждого из поисковых устройств были взаимно перпендикулярны, при этом их ориентация в пространстве не имеет значения.
Далее сигналы с выходов схемы извлечения квадратного корня подают на входы измерителей уровня 51, 52 и 53, входящих в состав трех поисковых устройств.
По измеренным уровням принимаемых сигналов и по соответствующим номограммам определяют расстояния от каждой тройки неподвижных катушек поисковых устройств или от каждого из поисковых устройств до радиомаяка или объекта поиска.
Имея, таким образом, три определенных расстояния от каждого из трех поисковых устройств до объекта поиска соответственно, расстояния между поисковыми устройствами, которые известны заранее, азимуты каждого из поисковых устройств, друг относительно друга, которые также известны заранее, решают простую тригонометрическую задачу и получают, таким образом, три азимута объекта поиска от каждого из трех поисковых устройств соответственно.
Для проведения спасательных мероприятий выбирают тот азимут объекта поиска и, соответственно то расстояние до объекта поиска от того из поисковых устройств, от которого проводить спасательные мероприятия наиболее эффективно.
Народнохозяйственный эффект от использования предполагаемого изобретения связан с появлением возможности быстро и точно определить координаты человека, находящегося под завалом горной породы. При этом во время проведения спасательных работ ошибок в определении дальности объекта поиска не возникает. Это справедливо при любом положении катушки радиомаяка объекта поиска, т.е. появляется возможность точно определить координаты объекта поиска при любом положении радиомаяка и, соответственно, при любом положении тела пострадавшего. Единственная процедура, кроме вычислительных процедур, которую необходимо выполнить один раз - это разместить поисковые устройства произвольным образом и зафиксировать расстояния между ними и их азимуты друг относительно друга. Далее производят только измерения и вычисления. Этот процесс легко автоматизируют. При этом появляется возможность оперативно организовать спасательные мероприятия и обеспечить, тем самым, сохранение жизни людей в лучшем случае, в худшем случае имеется возможность отыскать тела людей уже погибших в результате аварии.
При проведении спасательных мероприятий в большинстве случаев место аварии известно. В этих случаях можно обойтись только двумя поисковыми устройствами. При определении азимутов объекта поиска от двух поисковых устройств описанным способом возникает принципиальная неопределенность в определении азимута. При этом необходимо выбрать азимут от поискового устройства на объект поиска один из двух. Один из азимутов будет указывать на место завала, другой указывать в противоположное направление. Выбрать нужный азимут в этом случае можно организационно.
Способ поиска пострадавших под завалами с учетом произвольной ориентации антенны радиомаяка относиться к области обеспечения безопасности работ в горной промышленности и может использоваться для определения местоположения персонала под завалами в шахтах.
Новым в способе поиска пострадавших под завалами является снабжение всего персонала шахты радиомаяками и организация поисковой группы, которую снабжают устройством активации радиомаяков и устройствами поиска в количестве трех штук.
Устройство активации возбуждает переменное низкочастотное магнитной поле с одной частотой и заданной мощности. Радиомаяком персонала шахты это переменное магнитное поле улавливают и при превышении этого поля некоторого порогового уровня радиомаяком возбуждают переменное низкочастотное магнитное поле с другой частотой. Девятью неподвижными катушками с ферромагнитными сердечниками трех поисковых устройств (по три в каждом) это переменное низкочастотное магнитное поле принимают, усиливают полученные на выходе катушек электрические сигналы и выпрямляют их, после чего выпрямленные сигналы возводят в квадрат и по три складывают в каждом из поисковых устройств. При этом продольные оси трех катушек в каждом из поисковых устройств располагают перпендикулярно друг относительно друга. После этого из суммарного сигнала извлекают квадратный корень и измеряют уровень полученного сигнала, который соответствует принятому переменному низкочастотному магнитному полю максимальной величины. Максимальный уровень принимаемого сигнала обеспечивается при этом при любом положении в пространстве катушки радиомаяка объекта поиска. По измеренным уровням сигнала с помощью предварительно снятых номограмм определяют расстояние от каждого из поисковых устройств до радиомаяка. При известных расстояниях между самими поисковыми устройствами и известных азимутах друг относительно друга самих поисковых устройств, определяют азимуты радиомаяка или объекта поиска от каждого из поисковых устройств. Выбирают тот азимут и расстояние до объекта поиска от того из поисковых устройств, от которого производить спасательные мероприятия наиболее эффективно.
Способ поиска пострадавших под завалами с учетом произвольной ориентации антенны радиомаяка, включающий излучение и прием непрерывных низкочастотных колебаний, отличающийся тем, что первоначально генерируют непрерывные низкочастотные колебания с частотой f1, причем эти колебания подают на клеммы первой неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником и излучают тем самым переменное магнитное поле с частотой f1, при этом первую катушку с ферромагнитным сердечником располагают в непосредственной близости от предполагаемого объекта поиска, при этом переменное магнитное поле с частотой f1 улавливают второй неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую устанавливают в радиомаяке объекта поиска, после чего сигнал, снимаемый с клемм 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 начинают генерировать непрерывные низкочастотные колебания с частотой f2, которые подают на клеммы третьей неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником, которую также располагают в радиомаяке объекта поиска, и излучают тем самым переменное магнитное поле с частотой f2, при этом непрерывные низкочастотные сигналы, которые вырабатывают первым и вторым низкочастотными генераторами делают различными по частоте, чем обеспечивают развязку низкочастотных усилительных трактов радиомаяка и поискового устройства, при этом переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают четвертой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в первом поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают пятой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в этом же первом поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают шестой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в этом же первом поисковом устройстве, причем продольные оси четвертой, пятой и шестой катушек первого поискового устройства располагают перпендикулярно друг относительно друга при произвольной их ориентации в пространстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают седьмой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают во втором поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают восьмой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в этом же втором поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают девятой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в этом же втором поисковом устройстве, причем продольные оси седьмой, восьмой и девятой катушек второго поискового устройства располагают перпендикулярно друг относительно друга при произвольной их ориентации в пространстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают десятой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в третьем поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают одиннадцатой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в этом же третьем поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают двенадцатой неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в этом же третьем поисковом устройстве, причем продольные оси десятой, одиннадцатой и двенадцатой катушек третьего поискового устройства располагают перпендикулярно друг относительно друга при произвольной их ориентации в пространстве, причем сами поисковые устройства располагают друг относительно друга на некотором известном расстоянии, причем поисковые устройства располагают не на одной линии, при этом в каждом из трех поисковых устройств производят узкополосное усиление принимаемых неподвижными катушками низкочастотных сигналов, при этом в каждом поисковом устройстве все три принятые и усиленные сигналы переменного тока возводят в квадрат, затем возведенные в квадрат сигналы все три складывают вместе и из полученной суммы извлекают квадратный корень, в результате чего получают сигнал постоянного тока, уровень которого соответствует максимальному уровню принимаемого низкочастотного сигнала от радиомаяка объекта поиска, независящий от положения в пространстве третьей катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка объекта поиска, при этом в каждом из трех поисковых устройств осуществляют измерение уровня этого сигнала, после чего в каждом их трех поисковых устройств эти измеренные уровни сигналов по калибровочным номограммам переводят в расстояния до объекта поиска, при этом получают три расстояния до объекта поиска от каждого их трех поисковых устройств, после чего решают обычную тригонометрическую задачу и от каждого из поисковых устройств получают однозначно азимут объекта поиска, при этом используют один из полученных азимутов и расстояние до объекта поиска для осуществления спасательных мероприятий от того поискового устройства, от которого производить спасательные мероприятия наиболее эффективно.
