БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ С ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИМ МОДУЛЕМ Российский патент 2024 года по МПК B64D47/00 B64U20/00 G08C17/00 

Изобретение относится к устройствам радиотелеметрии и может быть использована в составе беспилотного летательного аппарата для дистанционного контроля технического состояния оборудования на опасных производственных объектах, главным образом, криогенных резервуаров, цистерн, трубопроводов, а также другого оборудования с теплоизоляцией различных типов.

В процессе бездренажного хранения в закрытых сосудах криогенных продуктов (жидкого азота, жидкого кислорода, сжиженного природного газа и др.) теплопритоки через вакуумную изоляцию приводят к росту давления в резервуаре или цистерне. Во время длительного хранения, когда по разным причинам долгое время отсутствует отбор из сосуда жидкого продукта на потребление, это может привести к потерям из-за автоматического сброса излишков газа через предохранительные устройства. Это, в свою очередь, обуславливает высокий уровень риска возникновения аварийной, в том числе взрывопожароопасной ситуации. При этом уровень потерь напрямую зависит от технического состояния сосуда, главным образом, от уровня вакуума в теплоизоляционной полости резервуара или цистерны.

В том случае, если речь идет о хранении криогенных продуктов при постоянном давлении в крупнотоннажных изотермических резервуарах с перлитной теплоизоляцией, к повышенным потерям могут приводить локальное нарушение теплоизоляции (со временем осыпается перлит). К дополнительным потерям или к нарушению производственных процессов также приводит нарушение целостности вакуумной теплоизоляции криогенных трубопроводов.

При этом проведение соответствующей диагностики теплоизоляции является затруднительным из-за отсутствия в подавляющем большинстве случаев стационарных датчиков давления вакуума. В этих случаях применяется визуальный осмотр наружной поверхности оборудования на наличие обмерзания, а также проведение более точной и эффективной диагностики с помощью тепловизора. Однако проведение диагностики в большинстве случаев крайне затруднительно из-за крупных габаритов резервуаров, а также из-за расположения участков криогенных трубопроводов в труднодоступных для осмотра местах (на эстакадах, на большой высоте, в ограниченном пространстве и пр.). Количество объектов для мониторинга может достигать нескольких десятков в рамках одного предприятия, или нескольких сотен в рамках одного промышленного кластера.

С учетом вышесказанного актуальным является проведение регулярной диагностики технического состояния оборудования при помощи беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), благодаря которым появляется возможность проводить дистанционный осмотр участков поверхности оборудования, расположенных в труднодоступных местах.

Из уровня техники известен наиболее близкий аналог - техническое решение по патенту на полезную модель RU №182090. В нем модуль телеметрии оборудован блоком питания, GPS ресивером, блоком хранения данных, устройством передачи данных по каналам сотовой или спутниковой связи на пункт управления. При этом отсутствует возможность применения БЛА для контроля технического состояния криогенных систем с различными типами теплоизоляции. В частности, для корректного распознавания изображений наружного обледенения поверхности оборудования, полученных БПЛА с помощью камеры, необходимо дополнительно контролировать текущие значения температуры и влажности окружающей среды, а также сопоставлять полученные данные с учетом климатических условий, зависящих от текущей даты и текущих значений GPS координат объекта. Как уже было сказано, отсутствие регулярной диагностики теплоизоляции криогенных систем может привести к повышенным потерям криопродуктов, возникновению взрывопожароопасной ситуации и аварийной остановке производственных процессов.

Технической задачей заявляемого изобретения является получение, обработка, хранение и передача данных на наземный пульт мониторинга при проведении дистанционного мониторинга состояния криогенного оборудования с помощью беспилотного летательного аппарата.

Решение технической задачи достигается тем, что Беспилотный летательный аппарат с телеметрическим модулем содержит телеметрический модуль, который состоит из корпуса, выполненного в форме прямоугольного параллелепипеда со скругленными углами, в котором жестко закреплены и связаны с помощью системной шины: модуль приема-передачи данных, GPS/ГЛОНАСС ресивер, блок управления и индикации, блок питания, считыватель меток радиочастотной идентификации, блок хранения данных, USB-порт, порт подключения видеокамеры, порт подключения тепловизора, порт подключения модуля инерциальной навигации, датчик температуры воздуха, датчик влажности воздуха и микропроцессор, выполненный с возможностью обработки информации, полученной от видеокамеры и тепловизора через соответствующие порты, от датчиков температуры и влажности, GPS/ГЛОНАСС ресивера, считывателя меток радиочастотной идентификации, причем корпус выполнен в пылезащитном, влагозащитном пожаровзрывобезопасном исполнении и оборудован двухрежимным индикатором исправности, встроенным заподлицо внешней поверхности корпуса и соединенным с микропроцессором, причем корпус беспилотного летательного аппарата выполнен из негорючего химически инертного материала и оборудован меткой радиочастотной идентификации.

Для упрощения изготовления порты подключения видеокамеры, тепловизора и модуля инерциальной навигации объединены в единый порт подключения к локальной сети беспилотного летательного аппарата.

Технический результат, достигаемый совокупностью признаков заявляемого изобретения, заключается в снижении производственных потерь за счет превентивного информирования об изменении технического состояния теплоизоляции сосудов, трубопроводов и другого оборудования, путем передачи данных от беспилотного летательного аппарата на наземный пульт мониторинга. Это позволяет предотвратить утечки газа через предохранительные устройства, не допустить возникновения взрывопожароопасной ситуации, а также предотвратить аварийную остановку производственных процессов из-за снижения эффективности криогенных трубопроводов.

Компоненты заявляемого изобретения известны из уровня техники.

модуль приема-передачи данных может быть выполнен согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение WO №2016200978 А1;

GPS/ГЛОНАСС ресивер может быть выполнен согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение US №5923287А;

считыватель меток радиочастотной идентификации (RFID-меток) может быть выполнен согласно техническому решению, изложенному в патенте на изобретение US №9922306 В1;

Функционирование изобретения поясняется фигурой, на которой обозначены: 1 - системная шина; 2 - блок управления и индикации; 3 - модуль приема-передачи данных; 4 - GPS/ГЛОНАСС ресивер; 5 - блок питания; 6 - считыватель; 7 - датчик температуры; 8 - датчик влажности; 9 - микропроцессор; 10 - блок хранения данных; 11 - порт для подключения модуля инерциальной навигации; 12 - порт для подключения тепловизора; 13 - порт для подключения видеокамеры; 14 - USB - порт.

Блок 1 - системная шина выполнена в виде наружных и внутренних проводящих слоев на многослойной печатной плате и соединяет блоки устройства информационными связями через входы-выходы. Также по системной шине организовано питание блоков телеметрического модуля от блока питания.

Блок 2 - блок управления и индикации включает в себя микросхему, набор светодиодов и кнопки управления режимами работы.

Блок 3 - модуль приема-передачи данных представляет собой устройство, осуществляющее обмен информацией с сервером мониторинга и управления. Связь может осуществляться по каналам связи 3G, 4G (LTE).

Блок 4 - GPS/ГЛОНАСС ресивер - устройство для приема-передачи данных, объединяющее в себе GPS и ГЛОНАСС ресиверы, принимающее и обрабатывающее сигналы с навигационных спутников.

Блок 5 - блок питания представляет собой адаптер питания от аккумуляторов.

Блок 6 - считыватель представляет собой устройство, осуществляющее чтение информации от RPID-меток.

Блок 7 - датчик температуры воздуха на базе платинового термометра сопротивления.

Блок 8 - датчик влажности воздуха емкостного типа на термореактивном полимере.

Блок 9 - микропроцессор со специальным программным обеспечением предназначен для обработки изображений, поступающих от блоков наблюдения через порты 12, 13, с учетом текущей навигационной информации от блоков 2, 5 и информации от датчиков 7, 8.

Блок 10 - блок хранения данных представляет собой микрочип твердотельного накопителя информации, подключенного к системной шине. Позволяет осуществлять запись и резервное хранение обрабатываемой и передаваемой информации.

Блок 11 - порт подключения модуля инерциальной навигации.

Блок 12 - порт подключения тепловизора.

Блок 13 - порт подключения видеокамеры.

Блок 14 - USB - порт, служит для подключения съемного носителя и считывания информации с блока 10.

Названные компоненты заявляемого устройства соединены между собой сборочными операциями и находятся в функционально-конструктивном единстве. Устройство закрепляется на корпусе БПЛА без нарушения массоцентровочных характеристик.

Для безопасной эксплуатации беспилотного летательного аппарата его корпус выполняется из негорючего химически инертного материала.

Для упрощения хранения и поиска беспилотного летательного аппарата при приземлении его корпус оборудован меткой радиочастотной идентификации (RFTD-меткой).

Функционирование изобретения заключается в следующем.

Информационный обмен между блоками устройства осуществляется посредством системной шины 1. Также через системную шину производится питание всех блоков от блока питания 5.

При приближении БПЛА к объекту мониторинга на заданное расстояние производится считывание информации с RFTD-метки, предварительно размещенной на поверхности соответствующего объекта мониторинга, с помощью считывателя 6. Чтение информации от метки производится с целью идентификации конкретной единицы оборудования (сосуда, трубопровода и пр.) и облегчения последующего поиска места тепловой утечки.

В процессе полета БПЛА по заданному маршруту в микропроцессор 9 направляется поток изображений от тепловизора и видеокамеры. Данные от датчиков модуля инерциальной навигации поступают в микропроцессор через порт 11. Также в микропроцессор направляется информация от GPS/ГЛОНАСС ресивера 4 о текущих координатах, информация от модуля навигации о высоте полета, а также данные о текущих окружающих условиях: информация от датчика температуры окружающей среды 7 и датчика влажности наружного воздуха 8.

В микропроцессоре 9 производится обработка информации, поступающей от тепловизора и видеокамеры, соответственно, через порты 12 и 13. В процессе распознавания материалов производится отбор изображений, полученных от видеокамеры, на которых обнаружено локальное обледенение поверхности, с последующей записью в блок хранения данных 10. Также производится отбор изображений с распределением температуры поверхности оборудования, полученных от тепловизора, на которых обнаружены участки с температурой ниже минимально допустимой для заданного объекта с учетом мгновенного значения температуры и влажности окружающей среды, текущей даты и текущих GPS координат, определяющих соответствующие климатические условия.

Информация об обнаруженных тепловых утечках направляется в блок хранения данных 10, откуда при необходимости возможно осуществить перезапись на съемный носитель, подключаемый к устройству через USB-порт 14. В случае использования БПЛА в полуавтоматическом режиме информация в режиме реального времени направляется в диспетчерский центр мониторинга и управления посредством модуля приема-передачи данных 3. В блоке управления и индикации 2 также предусмотрена функция управления предварительным просмотром изображений, записанных в блок хранения данных.

Корпус выполнен в пылезащитном, влагозащитном пожаровзрывобезопасном исполнении и оборудован двухрежимным индикатором исправности, встроенным заподлицо внешней поверхности корпуса и соединенным с микропроцессором, который определяет сведение индикатора зеленым (все компоненты устройства исправны) или красным (в противном случае) цветом.

Применение изобретения не ограничивается областью криогенной техники. Предложенное устройство может быть использовано в составе БПЛА в любой предметной области, где необходимо обнаружение и определение точного местоположения тепловых утечек, фиксируемых при помощи тепловизора или видеокамеры.

Изобретение относится к устройствам радиотелеметрии для дистанционного контроля технического состояния оборудования. Беспилотный летательный аппарат содержит телеметрический модуль, который состоит из корпуса, в котором жестко закреплены и связаны с помощью системной шины: модуль приема-передачи данных, GPS/ГЛОНАСС ресивер, блок управления и индикации, блок питания, считыватель меток радиочастотной идентификации, блок хранения данных, USB-порт, порт подключения видеокамеры, порт подключения тепловизора, порт подключения модуля инерциальной навигации, датчик температуры воздуха, датчик влажности воздуха и микропроцессор. Корпус оборудован двухрежимным индикатором исправности, встроенным заподлицо с внешней поверхностью корпуса и соединенным с микропроцессором. Корпус БПЛА выполнен из негорючего химически инертного материала и оборудован меткой радиочастотной идентификации. Технический результат заключается в снижении производственных потерь за счет превентивного информирования об изменении технического состояния теплоизоляции оборудования. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Беспилотный летательный аппарат с телеметрическим модулем, характеризующийся тем, что содержит телеметрический модуль, который состоит из корпуса, выполненного в форме прямоугольного параллелепипеда со скругленными углами, в котором жестко закреплены и связаны с помощью системной шины: модуль приема-передачи данных, GPS/ГЛОНАСС ресивер, блок управления и индикации, блок питания, считыватель меток радиочастотной идентификации, блок хранения данных, USB-порт, порт подключения видеокамеры, порт подключения тепловизора, порт подключения модуля инерциальной навигации, датчик температуры воздуха, датчик влажности воздуха и микропроцессор, выполненный с возможностью обработки информации, полученной от видеокамеры и тепловизора через соответствующие порты, от датчиков температуры и влажности, GPS/ГЛОНАСС ресивера, считывателя меток радиочастотной идентификации, причем корпус выполнен в пылезащитном влагозащитном пожаровзрывобезопасном исполнении и оборудован двухрежимным индикатором исправности, встроенным заподлицо с внешней поверхностью корпуса и соединенным с микропроцессором, причем корпус беспилотного летательного аппарата выполнен из негорючего химически инертного материала и оборудован меткой радиочастотной идентификации.

2. Беспилотный летательный аппарат с телеметрическим модулем по п. 1, отличающийся тем, что порты подключения видеокамеры, тепловизора и модуля инерциальной навигации объединены в единый порт подключения к локальной сети беспилотного летательного аппарата.