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 "ТАННАХ", 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 изобретение № а200810162 от 07.08.2008.
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 одному в каждый, вводят: подвижные катушки с ферромагнитными сердечниками, узкополосные усилители сигналов второй низкой частоты, выпрямители, измерители уровня.
По описанному способу с помощью первого генератора низкой частоты формируют низкочастотный гармонический сигнал с первой частотой, который подают на первую неподвижную катушку с ферромагнитным сердечником. Через эту первую катушку с ферромагнитным сердечником излучают в пространство переменное магнитное поле первой частоты. При этом первую катушку с ферромагнитным сердечником располагают в непосредственной близости от предполагаемого объекта поиска. Второй неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником радиомаяка это переменное магнитное поле первой частоты принимают и затем полученный низкочастотный гармонический сигнал с первой частотой усиливают с помощью узкополосного усилителя первой низкой частоты радиомаяка, после чего усиленный низкочастотный сигнал подают на детектор несущей, где этот сигнал переменного тока выпрямляют. Далее выпрямленный сигнал подают на пороговое устройство, где сравнивают напряжение выпрямленного сигнала с некоторым пороговым уровнем и при превышении уровня выпрямленного сигнала этого порогового уровня включают второй генератор низкой частоты, на выходе которого формируют низкочастотный гармонический сигнал со второй частотой, который подают на третью неподвижную катушку с ферромагнитным сердечником. Через эту третью неподвижную катушку с ферромагнитным сердечником радиомаяка излучают в пространство переменное магнитное поле второй низкой частоты. Причем четвертой подвижной катушкой с ферромагнитным сердечником первого поискового устройства это переменное магнитное поле второй низкой частоты принимают и затем полученный низкочастотный гармонический сигнал со второй частотой усиливают с помощью первого узкополосного усилителя второй низкой частоты первого поискового устройства и выпрямляют с помощью первого выпрямителя первого поискового устройства, после чего выпрямленный сигнал постоянного тока подают на первый измеритель уровня первого поискового устройства. Причем пятой подвижной катушкой с ферромагнитным сердечником второго поискового устройства это переменное магнитное поле второй низкой частоты принимают и затем полученный низкочастотный гармонический сигнал со второй частотой усиливают с помощью второго узкополосного усилителя второй низкой частоты второго поискового устройства и выпрямляют с помощью второго выпрямителя второго поискового устройства, после чего выпрямленный сигнал постоянного тока подают на второй измеритель уровня второго поискового устройства. Причем шестой подвижной катушкой с ферромагнитным сердечником третьего поискового устройства это переменное магнитное поле второй низкой частоты принимают и затем полученный низкочастотный гармонический сигнал со второй частотой усиливают с помощью третьего узкополосного усилителя второй низкой частоты третьего поискового устройства и выпрямляют с помощью третьего выпрямителя третьего поискового устройства, после чего выпрямленный сигнал постоянного тока подают на третий измеритель уровня третьего поискового устройства.
При этом гармонические низкочастотные сигналы, которые вырабатывают первым и вторым низкочастотными генераторами делают различными по частоте. Этим обеспечивают развязку низкочастотных усилительных трактов радиомаяка и поискового устройства. При этом сами поисковые устройства располагают друг относительно друга на некотором известном расстоянии, причем поисковые устройства располагают не на одной линии. При этом вращают подвижные катушки поисковых устройств и добиваются максимальных показаний измерителей уровня. При этом измеряют уровни принимаемых сигналов всеми тремя измерителями всех трех поисковых устройств. Далее по измеренным уровням сигналов и калибровочным номограммам определяют расстояния от радиомаяка до каждого из трех поисковых устройств и далее, решая обычную тригонометрическую задачу, определяют азимуты радиомаяка от каждого из трех поисковых устройств.
Однако описанный способ поиска людей под завалами имеет ряд существенных недостатков, приводящих к ошибкам определения дальности от поисковых устройств до радиомаяка и соответственно ошибкам определения азимутов объекта поиска.
Во-первых, уровень низкочастотного сигнала, наводимый в приемной катушке с ферромагнитным сердечником поискового устройства при возбуждении катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка напряжением переменного тока низкой частоты не одинаков при со-осном и параллельном расположении возбуждающей и приемной катушек. Это обусловлено физикой формирования и приема переменного магнитного поля катушками с ферромагнитными сердечниками. Соответственно максимальные показания измерителя уровня поискового устройства, достигаемые при вращении его подвижной катушки с ферромагнитным сердечником, будут неодинаковы при одинаковом расстоянии между катушками с ферромагнитными сердечниками радиомаяка и поискового устройства, но разной ориентацией катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка. Разница в показаниях измерителя уровня при соосном и параллельном расположении катушек с ферромагнитными сердечниками будет невелика и к тому же, если учесть, что напряжение переменного тока, наводимое в приемной катушке с ферромагнитным сердечником переменным магнитным полем обратно пропорционально кубу расстояния меду возбуждающей и приемной катушками с ферромагнитными сердечниками, то реальная погрешность в определении дальности будет составлять корень кубический от погрешности измерителя уровня, но она будет.
Во-вторых, все приведенные выше рассуждения относительно взаимной ориентации катушек с ферромагнитными сердечниками радиомаяка и поискового устройства справедливы, если катушки располагаются в одной плоскости и одна из них вращается в этой плоскости. Предугадать же, в какой плоскости будет расположена катушка с ферромагнитным сердечником радиомаяка, не представляется возможным. Для решения этой проблемы необходимо либо предпринимать меры по ограничению возможных плоскостей, занимаемых катушкой с ферромагнитным сердечником радиомаяка, либо необходимо в поисковых устройствах вращать приемную катушку с ферромагнитным сердечником в двух плоскостях. И то и другое влечет за собой усложнение процедуры поиска, увеличение времени поиска, т.е. снижению его эффективности.
В тоже время крайне необходимо эффективно решать задачу определения азимута объекта поиска и расстояния до него с высокой точностью и достаточно быстро, 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 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 переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают четвертой подвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в первом поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают пятой подвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают во втором поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают шестой подвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в третьем поисковом устройстве, причем сами поисковые устройства располагают друг относительно друга на некотором известном расстоянии, причем поисковые устройства располагают произвольно, но при этом измеряют азимуты поисковых устройств друг относительно друга и некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли, при этом в каждом из трех поисковых устройств производят узкополосное усиление и выпрямление принимаемых подвижными катушками низкочастотных сигналов, причем в каждом из трех поисковых устройств выпрямленный сигнал постоянного тока подают на индикатор уровня сигнала, при этом в каждом из трех поисковых устройств вращают подвижные катушки с ферромагнитными сердечниками в горизонтальной плоскости вокруг оси, перпендикулярной продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником: в первом поисковом устройстве - четвертую катушку, во втором - пятую, в третьем - шестую, при этом добиваются появления на индикаторах уровня каждого из трех поисковых устройств либо минимальных, либо максимальных показаний, причем при высоких уровнях принимаемого сигнала добиваются появления на индикаторе уровня минимальных показаний, а при низких уровнях принимаемого сигнала добиваются появления на индикаторе уровня максимальных показаний, причем вращение катушки с ферромагнитным сердечником поискового устройства до появления минимальных показаний индикатора уровня принимаемого поисковым устройством сигнала является предпочтительным, при этом в каждом из трех поисковых устройств осуществляют измерение азимута поворота продольной оси подвижной катушки с ферромагнитным сердечником относительно некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли, при этом получают три угла поворота продольных осей катушек с ферромагнитным сердечником поисковых устройств относительно этого известного направления, каждый из которых однозначно связан с углом расположения продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка объекта поиска относительно этого же известного направления, причем для тех поисковых устройств, для которых вращение подвижной катушки с ферромагнитным сердечником производилось до появления максимума принимаемого сигнала, к измеренному углу положения продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником поискового устройства прибавляют 90°, после чего решают тригонометрическую задачу для трех треугольников, в которой известны по одной из сторон всех трех треугольников и относительные, но взаимосвязанные друг с другом углы при их вершинах, и от каждого из поисковых устройств получают однозначно истинные азимуты и дальности объекта поиска, при этом используют один из полученных азимутов и одну из полученных дальностей 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 присущих ему недостатков, заключающихся в определении дальности, а затем и азимута объекта поиска с некоторой ошибкой и заключающихся в достаточно сложной процедуре поиска, ведущей к увеличению времени поиска, проводить спасательные операции по поиску людей под обвалами горных пород в шахтах представляется не достаточно эффективным.
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. 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 тремя подвижными катушками с ферромагнитными сердечниками трех поисковых устройств, в каждом своей катушкой. При этом сами поисковые устройства располагают друг относительно друга на некотором известном расстоянии, причем поисковые устройства располагают произвольно, но при этом измеряют азимуты поисковых устройств друг относительно друга и некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли. Принятые поисковыми устройствами сигналы усиливают в узкой полосе частот, выпрямляют и подают на индикаторы уровня каждого из поисковых устройств. Далее осуществляют вращение подвижных катушек поисковых устройств горизонтальной плоскости вокруг оси, перпендикулярной продольной оси катушек с ферромагнитным сердечником и оценивают уровень принимаемого сигнала, при этом вращением катушек добиваются появления либо минимального, либо максимального уровня принимаемого сигнала для каждого из поисковых устройств. При этом при высоких уровнях принимаемого сигнала добиваются появления на индикаторе уровня минимальных показаний, а при низких уровнях принимаемого сигнала добиваются появления на индикаторе уровня максимальных показаний. При этом вращение катушки с ферромагнитным сердечником поискового устройства до появления минимальных показаний индикатора уровня принимаемого поисковым устройством сигнала является предпочтительным. При этом измеряют три угла поворота продольных осей катушек с ферромагнитным сердечником поисковых устройств относительно некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли. В общем случае эти измеренные углы поворота не равны истинным азимутам объекта поиска, но связанны с взаимной ориентацией катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка объекта поиска и катушек с ферромагнитными сердечниками поисковых устройств. При этом для тех поисковых устройств, для которых вращение подвижной катушки с ферромагнитным сердечником производилось до появления максимума принимаемого сигнала, к измеренному углу положения продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником поискового устройства прибавляют 90°. При этом само положение излучающей катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка не имеет значения. Продольная ось катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка может даже иметь наклон относительно плоскости проведения спасательных работ и соответственно плоскости вращения катушек с ферромагнитными сердечниками поисковых устройств. Уровень сигнала, принимаемого поисковьми устройствами, при этом не измеряется, находится только лишь минимум или максимум принимаемого сигнала. При этом измеряется угол поворота продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником вокруг оси вращения в каждом поисковом устройстве относительно некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли.
Поскольку взаимное расположение всех трех поисковых устройств известно, известны расстояния между ними и их азимуты друг относительно друга и некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли, то по полученным трем относительным углам расположения продольных осей катушек с ферромагнитными сердечниками поисковых устройств решают тригонометрическую задачу и получают три истинных азимута и три дальности 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 и 5 подвижные катушки с ферромагнитными сердечниками 6, 7 и 8, узкополосные усилители низкочастотных сигналов 9, 10, 11 и 12, выпрямители 13, 14, 15 и 16, пороговое устройство 17, индикаторы уровня 18, 19 и 20, измерители угла поворота продольных осей катушек с ферромагнитным сердечником поисковых устройств вокруг их осей вращения относительно некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли, 21, 22 и 23. При этом генератор низкочастотных колебаний 1 и неподвижная катушка с ферромагнитным сердечникам 3 составляют устройство активации радиомаяков. При этом неподвижные катушки с ферромагнитными сердечниками 4 и 5, узкополосный усилитель низкочастотных сигналов 9, выпрямитель 13, пороговое устройство 17 и генератор низкочастотных колебаний 2 составляют радиомаяк. При этом подвижная катушка с ферромагнитным сердечником 6, узкополосный усилитель низкочастотных сигналов 10, выпрямитель 14, индикатор уровня 18 и измеритель 21 угла поворота продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником вокруг ее оси вращения относительно некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли, составляют первое поисковое устройство. При этом подвижная катушка с ферромагнитным сердечником 7, узкополосный усилитель низкочастотных сигналов 11, выпрямитель 15, индикатор уровня 19 и измеритель 22 угла поворота продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником вокруг ее оси вращения относительно некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли, составляют второе поисковое устройство. При этом подвижная катушка с ферромагнитным сердечником 8, узкополосный усилитель низкочастотных сигналов 12, выпрямитель 16, индикатор уровня 20 и измеритель 23 угла поворота продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником вокруг ее оси вращения относительно некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли, составляют третье поисковое устройство.
При этом 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 9, выход которого соединен с входом выпрямителя 13, выход которого соединен с входом порогового устройства 17, выход которого соединен с входом управления низкочастотного генератора 2, выход которого соединен с выводами неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 5, при этом выводы подвижной катушки с ферромагнитным сердечником 6 соединены с входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 10, а ось вращения катушки с ферромагнитным сердечником 6 соединена с измерителем 21 угла поворота продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником вокруг этой оси вращения относительно некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли, при этом выводы подвижной катушки с ферромагнитным сердечником 7 соединены с входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 11, а ось вращения катушки с ферромагнитным сердечником 7 соединена с измерителем 22 угла поворота продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником вокруг этой оси вращения относительно некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли, при этом выводы подвижной катушки с ферромагнитным сердечником 8 соединены с входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 12, а ось вращения катушки с ферромагнитным сердечником 8 соединена с измерителем 23 угла поворота продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником вокруг этой оси вращения относительно некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли, при этом выход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 10 соединен с входом выпрямителя 14, при этом выход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 11 соединен с входом выпрямителя 15, при этом выход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 12 соединен с входом выпрямителя 16, при этом выход выпрямителя 14 соединен с входом индикатора уровня 18, при этом выход выпрямителя 15 соединен с входом индикатора уровня 19, при этом выход выпрямителя 16 соединен с входом индикатора уровня 20.
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 9, который также входит в состав радиомаяка, где принятый сигнал усиливают в узкой полосе частот, отделяя его от индустриальных помех, и подают на выпрямитель 13, входящий в состав радиомаяка. Выпрямленный сигнал подают на вход порогового устройства 17, 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 произвольной интенсивности. Это переменное низкочастотное магнитное поле с частотой f2 улавливают подвижными катушками с ферромагнитными сердечниками 6, 7 и 8, входящими в состав трех поисковых устройств.
Сигнал, наведенный на выводах приемной подвижной катушки с ферромагнитным сердечником поискового устройства связан с углом поворота продольной оси этой катушки с ферромагнитным сердечником относительно продольной оси расположения катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка объекта поиска. Если провести линию, проходящую через поисковое устройство и радиомаяк, и при этом если один угол отклонения продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником, например, радиомаяка относительно этой линии будет равен α, а другой угол отклонения продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником, соответственно поискового устройства, относительно этой же линии будет равен 180°-α, то в этом случае сигнал, принимаемый катушкой с ферромагнитным сердечником поискового устройства, будет иметь максимальный уровень. С другой стороны сигнал, принимаемый катушкой с ферромагнитным сердечником поискового устройства, будет иметь минимальный уровень, если один из углов будет равен α, a другой будет равен 90°-α.
Принимаемый подвижными катушками с ферромагнитными сердечниками поисковых устройств сигналы имеют малый уровень и присутствуют 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 каждом из поисковых устройств производят узкополосное усиление принятого сигнала и отделение его от индустриальных помех с помощью узкополосных низкочастотных усилителей 10, 11 и 12.
Для оценки уровня принятого сигнала в поисковых устройствах производят его выпрямление с помощью выпрямителей 14, 15 и 16.
Принятые, усиленные и выпрямленные сигналы подают на входы индикаторов уровня 18, 19 и 20, входящих в состав трех поисковых устройств.
Далее осуществляют вращение подвижных катушек с ферромагнитным сердечником поисковых устройств в горизонтальной плоскости вокруг оси, перпендикулярной их продольной оси и производят оценку уровня принимаемого сигнала и измерение угла поворота продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником относительно некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли. При этом вращением подвижных катушек с ферромагнитными сердечниками поисковых устройств добиваются минимальных или максимальных показаний индикаторов уровня принимаемых сигналов. При этом точность позиционирования подвижной катушки с ферромагнитным сердечником поискового устройства по минимуму принимаемого сигнала будет выше, чем точность позиционирования этой катушки с ферромагнитным сердечником по максимуму принимаемого сигнала. Этот факт очевиден в силу того, что градиент уровня сигнала, наводимого в приемной катушке с ферромагнитным сердечником по углу поворота продольной оси этой катушки относительно продольной оси возбуждающей катушки с ферромагнитным сердечником максимален в области минимума сигнала и равен нулю в области максимума. Тем не менее, представляется возможным позиционировать подвижную катушку с ферромагнитным сердечником по максимуму принимаемого сигнала при приеме сигналов радиомаяков, удаленных на значительные расстояния. Общий уровень сигнала от этих маяков достаточно мал. Если при этом позиционировать катушку с ферромагнитным сердечником по минимуму принимаемого сигнала, то сам этот принимаемый сигнал может оказаться ниже уровня шумов в широком секторе углов поворота продольной оси подвижной катушки с ферромагнитным сердечником поискового устройства. Можно при этом, например, использовать позиционирование подвижной катушки с ферромагнитным сердечником в области максимума принимаемого сигнала по двухточечной равно-уровневой схеме. Точность позиционирования при этом будет ниже, чем в случае позиционирования по минимуму, зато будет обработана информация о местоположении удаленных радиомаяков и эти объекты поиска не будут потеряны. При этом для тех поисковых устройств, для которых вращение подвижной катушки с ферромагнитным сердечником производилось до появления максимума принимаемого сигнала, к измеренному углу положения продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником поискового устройства прибавляют 90°.
В результате получают три угла поворота продольных осей катушек с ферромагнитными сердечниками поисковых устройств относительно некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли, α1, α2 и α3. Эти три угла в общем случае не являются азимутами объекта поиска, они лишь имеют отношение к расположению продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка объекта поиска.
После того как получены углы поворота продольных осей подвижных катушек с ферромагнитными сердечниками поисковых устройств относительно некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли, приступают к вычислению истинных азимутов и дальностей объекта поиска относительно места расположения каждого из поисковых устройств. Для проведения таких вычислений необходимо знать расстояния между всеми поисковыми устройствами и азимуты от каждого из поисковых устройств на два других поисковых устройства относительно некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли. Формулы вычисления истинных азимутов и дальностей объекта поиска достаточно громоздки, но это обычная тригонометрическая задача. Например, если для упрощения формул вычисления расположить все три поисковых устройства на одной линии, совпадающей с некоторым известным направлением, например на Север магнитного поля Земли, а расстояния между первым и вторым поисковыми устройствами определить как b1, а расстояние между вторым и третьим поисковыми устройствами определить как b2, при этом расстояние между первым и третьим поисковыми устройствами будет определяться как b1+ b2, то предварительно вычисляют промежуточные углы φ1 и φ2, определяемые как
После этого определяют декартовые координаты объекта поиска относительно первого поискового устройства
После этого определяют полярные координаты объекта поиска от каждого из поисковых устройств, т.е. определяют дальности и истинные азимуты объекта поиска от каждого из поисковых устройств. В принятой системе координат истинный азимут будет отсчитываться от прямой, соединяющей все три поисковых устройства, т.е. от направления на Север магнитного поля Земли.
Дальности объекта поиска определяют по следующим формулам
где R1, R2 и R3 - дальности объекта поиска от первого, второго и третьего поисковых устройств соответственно.
Истинные азимуты β1, β2 и β3 объекта поиска соответственно от первого, второго и третьего поисковых устройств, определяют как
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.
Таким образом, получают координаты объекта поиска, человека, находящегося под завалом.
Народнохозяйственный эффект от использования предполагаемого изобретения связан с появлением возможности быстро и точно определить координаты человека, находящегося под завалом горной породы. 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 подвижную катушку с ферромагнитным сердечником вращают только в одной плоскости, что существенно упрощает процедуру поиска и соответственно уменьшает время поиска. Когда речь идет о спасении жизней людей это обстоятельство является особенно важным.
Все вычислительные процедуры определения дальности и азимута объекта поиска, человека, находящегося под завалом горной породы, выполняют в реальном масштабе времени с помощью вычислительного устройства. Реализация вычислительного устройства не принципиальна, само устройство может даже находится на поверхности далеко за пределами зоны аварии. Данные в вычислительное устройство вводят при этом вручную, используя устную передачу информации и известные каналы связи.
Способ поиска пострадавших под завалами 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. Подвижными катушками с ферромагнитными сердечниками поисковых устройств это переменное низкочастотное магнитное поле принимают, усиливают полученные на выходах катушек электрические сигналы и подают их на индикаторы уровня. Вращая подвижные катушки с электромагнитными сердечниками, добиваются получения максимальных либо минимальных показаний индикатора уровня. При этом производят измерение угла поворота продольных осей катушек с ферромагнитными сердечниками относительно некоторого известного направления, например, на Север магнитного поля Земли. При известных расстояниях между самими поисковыми устройствами и известных азимутах самих поисковых устройств друг относительно друга и относительно некоторого известного направления, например, на Север магнитного поля Земли, по измеренным углам поворота продольных осей катушек с ферромагнитными сердечниками поисковых устройств, определяют дальности и истинные азимуты объекта поиска или радиомаяка 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 людей под завалами, 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 переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают четвертой подвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в первом поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают пятой подвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают во втором поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают шестой подвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в третьем поисковом устройстве, причем сами поисковые устройства располагают друг относительно друга на некотором известном расстоянии, причем поисковые устройства располагают произвольно, но при этом измеряют азимуты поисковых устройств друг относительно друга и некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли, при этом в каждом из трех поисковых устройств производят узкополосное усиление и выпрямление принимаемых подвижными катушками низкочастотных сигналов, причем в каждом из трех поисковых устройств выпрямленный сигнал постоянного тока подают на индикатор уровня сигнала, при этом в каждом из трех поисковых устройств вращают подвижные катушки с ферромагнитными сердечниками в горизонтальной плоскости вокруг оси, перпендикулярной продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником: в первом поисковом устройстве - четвертую катушку, во втором - пятую, в третьем - шестую, при этом добиваются появления на индикаторах уровня каждого из трех поисковых устройств либо минимальных, либо максимальных показаний, причем при высоких уровнях принимаемого сигнала добиваются появления на индикаторе уровня минимальных показаний, а при низких уровнях принимаемого сигнала добиваются появления на индикаторе уровня максимальных показаний, причем вращение катушки с ферромагнитным сердечником поискового устройства до появления минимальных показаний индикатора уровня принимаемого поисковым устройством сигнала является предпочтительным, при этом в каждом из трех поисковых устройств осуществляют измерение азимута поворота продольной оси подвижной катушки с ферромагнитным сердечником относительно некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли, при этом получают три угла поворота продольных осей катушек с ферромагнитным сердечником поисковых устройств относительно этого известного направления, каждый из которых однозначно связан с углом расположения продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка объекта поиска относительно этого же известного направления, причем для тех поисковых устройств, для которых вращение подвижной катушки с ферромагнитным сердечником производилось до появления максимума принимаемого сигнала, к измеренному углу положения продольной оси катушки с ферромагнитным сердечником поискового устройства прибавляют 90°, после чего решают тригонометрическую задачу для трех треугольников, в которой известны по одной из сторон всех трех треугольников и относительные, но взаимосвязанные друг с другом углы при их вершинах и от каждого из поисковых устройств получают однозначно истинные азимуты и дальности объекта поиска, при этом используют один из полученных азимутов и одну из полученных дальностей объекта поиска для осуществления спасательных мероприятий от того поискового устройства, от которого производить спасательные мероприятия наиболее эффективно.
