Система сканирующего теплового контроля Российский патент 2017 года по МПК E21F17/18 G01J5/60 

Изобретение относится к средствам безопасности при ведении подземных горных работ, а именно к устройствам контроля температуры объектов внутри шахт.

В настоящее время большое значение придается контролю температуры поверхностей предметов, находящихся внутри шахты, а конкретно к динамике изменения их температуры во времени в привязке к положению предметов в пространстве.

Известна искробезопасная система связи и слежения (Патент США №7688196, дата публикации 30.03.2010), включающая WI-FI систему связи. Система может содержать фотокамеры, тепловизоры, температурные сенсоры. Процессор также может иметь одну из следующих возможностей: возможность вносить изменения в системы связи, хранить записи, мониторинг входа/выхода персонала шахты, шифровка сообщений. Кроме искробезопасной системы связи и мониторинга система может быть использована в качестве аварийно-спасательной системы связи.

Недостатками известной системы являются сложность создания картины распределения температуры внутри шахтной выработки, высокая сложность создания и поддержания самой системы.

Наиболее близким аналогом к заявляемой системе является система позиционирования и контроля температуры на базе беспроводной сенсорной сети (Патент Китая 203444360, дата публикации 14.02.2014), в которой раскрыта система позиционирования и регулирования температуры на основе беспроводной сенсорной сети, при этом система содержит множество датчиков и контрольных групп узлов. Каждый узел зондирования соответствует одной базовой станции. Базовые станции соединены, соответственно, с наземной частью системы. Каждый узел зондирования и контроля состоит из множества датчиков и контрольных систем. Данные с мест расположения узлов зондирования передаются на наземную часть через базовые станции и в непрерывном времени происходит контроль и обработка данных на наземной части оборудования. Система является модульной.

Основными недостатками известного аналога также являются сложность создания картины распределения температуры внутри шахтной выработки, высокая сложность создания и поддержания самой системы.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение перечисленных недостатков для достижения таких технических результатов, как повышение технологичности и надежности определения картины внутришахтного распределения температуры в привязке к конкретным координатам, технологичность создания системы.

Поставленная цель достигается следующим образом: система сканирующего теплового контроля, включающая как минимум один тепловой регистратор, блок первичной обработки данных, блок передачи данных, антенну, сеть передачи данных, головной компьютеризированный обрабатывающий центр, при этом в качестве теплового регистратора применен бесконтактный тепловой регистратор, установленный на внутришахтном подвижном транспортном средстве так, что место установки позволяет ему иметь необходимый угол обзора для мониторинга заданных зон и дополнительно содержит модуль определения местоположения с фиксацией его абсолютной координаты с заданной точностью; причем итоговая картина распределения температуры поверхностей объектов внутри шахтного ствола формируется в узле обработки информации на основе совместного анализа координат и данных температуры, полученных от модуля определения своего местоположения, причем головной компьютерный центр обеспечивает возможность наблюдения, сбора статистических данных и анализа изменения этой картины во времени, а также выдачи в автоматическом режиме сигнала о соответствии величины данных изменений заданному пороговому уровню для конкретных зон или объектов в шахте.

Система сканирующего теплового контроля, в частности, может характеризоваться тем, что в качестве бесконтактного теплового регистратора применен тепловизор.

Система сканирующего теплового контроля, в частности, может характеризоваться тем, что в системе для определения местоположения применен метод rssi.

Система сканирующего теплового контроля, в частности, может характеризоваться тем, что в системе для определения местоположения применен метод TDOA.

Система сканирующего теплового контроля, в частности, может характеризоваться тем, что в системе для определения местоположения применен комплексный метод по нескольким параметрам.

Система сканирующего теплового контроля, в частности, может характеризоваться тем, что в качестве внутришахтного подвижного транспортного средства используется дизелевоз, на кабине которого установлен тепловизор.

Система сканирующего теплового контроля, в частности, может характеризоваться тем, что в качестве внутришахтного подвижного транспортного средства используется комбайн, на кабине которого установлен тепловизор.

Система сканирующего теплового контроля, в частности, может характеризоваться тем, что в качестве внутришахтного подвижного транспортного средства используется колесная погрузо-доставочная техника, на кабине которой установлен тепловизор.

Система сканирующего теплового контроля, в частности, может характеризоваться тем, что в качестве блока передачи данных применено Wi-Fi приемо-передающее устройство.

На Фиг. 1 схематически изображена блок-схема заявленной системы сканирующего теплового контроля, на Фиг. 2 представлен пример внутришахтного транспортного средства, в частности, монорельсового с закреплением движителей на крыше, где цифрами обозначены:

1. бесконтактный тепловой регистратор (тепловизор)

2. модуль теплового регистратора

3. блок первичной обработки данных

4. блок передачи данных

5. антенна блока передачи данных

6. сеть передачи данных

7. головной компьютеризированный обрабатывающий центр

8. модуль определения местоположения с фиксацией его абсолютной координаты

9. внутришахтное подвижное транспортное средство

Представленная на Фиг. 1 система сканирующего теплового контроля устроена следующим образом.

Бесконтактный тепловой регистратор 1, совмещенный с модулем теплового регистратора 2, соединяется с блоком первичной обработки данных 3, соединяющийся с блоком передачи данных 4. Антенна блока передачи данных 5 через сеть передачи данных 6 отправляет данные на головной компьютеризированный обрабатывающий центр 7. В системе также имеется модуль определения местоположения с фиксацией его абсолютной координаты 8. Тепловизор 1 может располагаться на внутришахтном подвижном транспортном средстве 9.

Представленная на Фиг. 1 система сканирующего теплового контроля действует следующим образом.

Бесконтактный тепловой регистратор 1, в качестве которого может быть использован, например, тепловизор, устанавливается на кабину подвижного транспортного средства, находящегося внутри шахтной выработки. В качестве транспортного средства могут быть использованы, например, дизелевоз, комбайн, колесная погрузо-доставочная техника. Перемещаясь по шахте, в режиме реального времени тепловой регистратор 1, расположенный внутри модуля теплового регистратора 2, собирает данные о внутришахтной температуре. Таким образом, получаем картину распределения внутришахтной температуры в реальном времени, что дает возможность вовремя среагировать на нежелательные изменения данного параметра, поскольку шахта является объектом повышенной опасности. В качестве обеспечения наиболее надежной работы системы и для увеличения точности измеряемых параметров в системе возможно использование неограниченного количества бесконтактных тепловых регистраторов. Кроме того, использование в качестве подвижного транспортного средства уже имеющейся в выработках техники позволяет без особого труда наладить сеть тепловизионных систем для мониторинга внутришахтной температуры.

В данной системе в качестве бесконтактного теплового регистратора построения изображения в ИК-диапазоне предпочтительно используется тепловизор. Зачастую исследование пространственных распределений температуры по одной или двум координатам требует сканирования поверхности объекта, которое осуществляют либо механическим (оптико-механическим), либо электронным способом. Оптико-механические системы имеют невысокое быстродействие, требуют систем охлаждения до криогенных температур, чтобы снизить влияние шумов, их сложно сделать автономными. Электронное сканирование производится с помощью фотоприемников (матриц), такие системы позволяют одновременно наблюдать быстроменяющиеся тепловые события. Наиболее доступными по цене являются тепловизоры, например, на неохлаждаемых пироэлектрических и микроболометрических приемниках. Соответственно, отличаются типы применяемых матриц.

В качестве получения итоговой картины распределения внутришахтной температуры могут быть применены два метода. Первый метод заключается в том, что модуль определения местоположения 8 любым из методов (например, rssi, TDOA, комплексный метод по нескольким параметрам) вычисляет местоположение объекта автономно и затем полученные данные, после прохождения блока первичной обработки данных 3, с помощью блока передачи данных 4, например Wi-Fi, через антенну 5 по сети передачи данных 6 передаются на головной компьютеризированный обрабатывающий центр 7 на поверхности, где данные будут сопоставляться с данными по температуре. Однако в данном случае нагрузка на модуль определения местоположения 8 возрастает, поскольку возникает необходимость загрузки в данный модуль карты всей внутришахтной поверхности, а также с целью уменьшения дискретности поступаемых данных необходимо постоянно отправлять значение текущих координат, что в свою очередь увеличивает нагрузку на каналы передачи информации. Второй метод заключается в вычислении параметра (в зависимости от метода параметр или набор параметров могут отличаться) модулем определения местоположения 8, затем полученные данные, после прохождения блока первичной обработки данных 3 и с помощью блока передачи данных 4, через антенну 5 по сети передачи данных 6 передаются на головной компьютеризированный обрабатывающий центр 7, который, в свою очередь, зная карту всей внутришахтной поверхности, вычисляет местоположение объекта. Таким образом, осуществляется поддержка со стороны серверной части системы. При превышении порогового уровня температуры система автоматически формирует сигнал о выходе контролируемого параметра за допустимые рамки. И в итоге получается пространственная картина распределения температуры на поверхности горных выработок и предметах, расположенных в них.

В результате применения бесконтактных тепловых регистраторов на внутришахтном подвижном транспортном средстве достигаются заявленные выше технические результаты, а именно повышение технологичности и надежности определения картины внутришахтного распределения температуры в привязке к конкретным координатам, технологичность создания системы.

Промышленная применимость

Заявляемая система сканирующего теплового контроля с успехом может применяться на предприятиях горнодобывающей промышленности. Производство большинства блоков заявляемой системы осуществляется на базе промышленных предприятий РФ.

Изобретение относится к средствам безопасности при ведении подземных горных работ, а именно к устройствам контроля температуры объектов внутри шахт. Предложена система сканирующего теплового контроля, включающая как минимум один тепловой регистратор, блок первичной обработки данных, блок передачи данных, антенну, сеть передачи данных, головной компьютеризированный обрабатывающий центр. При этом в качестве теплового регистратора применен бесконтактный тепловой регистратор, установленный на внутришахтном подвижном транспортном средстве так, что место установки позволяет ему иметь необходимый угол обзора для мониторинга заданных зон. Система дополнительно содержит модуль определения местоположения с фиксацией его абсолютной координаты с заданной точностью. Итоговая картина распределения температуры поверхностей объектов внутри шахтного ствола формируется в узле обработки информации на основе совместного анализа данных о температуре и координат, полученных от модуля определения своего местоположения. Имеется возможность наблюдения, сбора статистических данных и анализа изменения этой картины во времени, а также выдачи в автоматическом режиме сигнала о соответствии величины данных изменений заданному пороговому уровню для конкретных зон/объектов в шахте. Технический результат - повышение технологичности и надежности определения картины внутришахтного распределения температуры в привязке к конкретным координатам, технологичность создания системы. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система сканирующего теплового контроля, включающая как минимум один тепловой регистратор, блок первичной обработки данных, блок передачи данных, антенну, сеть передачи данных, головной компьютеризированный обрабатывающий центр, отличающаяся тем, что в качестве теплового регистратора применен бесконтактный тепловой регистратор, установленный на внутришахтном подвижном транспортном средстве так, что место установки позволяет ему иметь необходимый угол обзора для мониторинга заданных зон и дополнительно содержит модуль определения местоположения с фиксацией его абсолютной координаты с заданной точностью; причем итоговая картина распределения температуры поверхностей объектов внутри шахтного ствола формируется в узле обработки информации на основе совместного анализа координат и данных температуры, полученных от модуля определения своего местоположения, причем головной компьютерный центр обеспечивает возможность наблюдения, сбора статистических данных и анализа изменения этой картины во времени, а также выдачи в автоматическом режиме сигнала о соответствии величины данных изменений заданному пороговому уровню для конкретных зон или объектов в шахте.

2. Система сканирующего теплового контроля по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве бесконтактного теплового регистратора применен тепловизор.

3. Система сканирующего теплового контроля по п. 1, отличающаяся тем, что в системе для определения местоположения применен метод rssi.

4. Система сканирующего теплового контроля по п. 1, отличающаяся тем, что в системе для определения местоположения применен метод TDOA.

5. Система сканирующего теплового контроля по п. 1, отличающаяся тем, что в системе для определения местоположения применен комплексный метод по нескольким параметрам.

6. Система сканирующего теплового контроля по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве внутришахтного подвижного транспортного средства используется дизелевоз, на кабине которого установлен тепловизор.

7. Система сканирующего теплового контроля по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве внутришахтного подвижного транспортного средства используется комбайн, на кабине которого установлен тепловизор.

8. Система сканирующего теплового контроля по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве внутришахтного подвижного транспортного средства используется колесная погрузо-доставочная техника, на кабине которой установлен тепловизор.

9. Система сканирующего теплового контроля по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве блока передачи данных применено Wi-Fi приемо-передающее устройство.