Видеокамера искробезопасная машинного зрения Российский патент 2024 года по МПК H04N7/18 H02H9/02 H04N23/52 E21F17/00 

Область техники

Изобретение относится к горной автоматике, в частности к искробезопасным видеокамерам машинного зрения, и может быть использовано для передачи обрабатываемой информации и изображения по цифровым каналам волоконно-оптических линий связи, G.SHDSL и беспроводному каналу связи Wi-Fi, для детектирования качества осланцевания горных выработок с возможностью установки на подвижные механизмы (дизель-гидравлические локомотивы, вагоны и т.д.).

Уровень техники

Из уровня техники известны различные искробезопасные видеокамеры для горнодобывающей промышленности. Основных подхода обеспечения искробезопасности два: помещение камеры во взрывозащитную оболочку (РВ) без специальных требований к электронной составляющей. Такой подход приводит к большим габаритам корпуса, а также требует изготовления корпуса из материалов большой толщины для сдерживания взрыва, что кратно увеличивает итоговый вес изделия. Вторым подходом является ограничение энергии в электрических цепях камеры и использование корпуса особовзрывобезопасного типа (РО), что позволяет использовать корпус меньших размеров и толщин, а также минимизировать итоговый вес изделия.

Как прототип выбрана видеокамера CN 203492107 U (опубл. 19.03.2014 г., МПК H04N 5/225; H04N 7/18), содержащая корпус и ядро видеокамеры. Корпус изготовлен путем сварки нержавеющей стали, на задней крышке корпуса расположены два раструба. Ядро видеокамеры состоит из модуля питания, оптоволоконного приемопередатчика, платы кодирования сетевого видео и камеры. Камера, плата кодирования сетевого видео, оптоволоконный приемопередатчик и модуль питания подключаются друг за другом и размещаются вместе в искробезопасном корпусе. Модуль питания напрямую подает питание на оптоволоконный приемопередатчик и плату кодирования сетевого видео, а затем плата кодирования сетевого видео подает питание на камеру через соединительную линию. Плата кодирования сетевого видео с низким энергопотреблением и хорошей стабильностью обеспечивает качество изображения при эффективном снижении нагрузки на полосу пропускания сети.

Недостатками прототипа следует считать отсутствие ограничительных и пусковых цепей, которые бы обеспечивали стабильный и плавный пуск, который не будет вызывать ложные срабатывания защит искробезопасных источников питания, а также то, что система не способна за счет внутренних цепей компенсации не способна самостоятельно компенсировать даже кратковременные снижения входного напряжения.

Из CN 212628074 U (опубл. 26.02.2021 г., МПК G08B 5/36; H04N 5/225; H04N 5/232) известна искробезопасная камера для горных работ, содержащая модуль камеры, объектив, модуль питания, преобразователь и интерфейс; кабель питания и кабель передачи данных интегрированы в интерфейс; кабель питания подключен к модулю питания, а модуль питания также соответственно соединен с модулем камеры и преобразователем; кабель передачи данных соединяется с модулем камеры через преобразователь. Модуль камеры также соединяется с объективом.

Также из CN 218514431 U (опубл. 21.02.2023 г., МПК H04N 23/50; H04N 23/55) известна беспроводная видеокамера шахтного искробезопасного типа, содержащая корпус беспроводной видеокамеры и соединительную рамку, при этом один конец корпуса беспроводной видеокамеры снабжен линзой, а линза снабжена съемной защитной внешней трубкой; защитное кольцо расположено на верхнем конце соединительной рамы, и защитное кольцо разъемно соединено с корпусом беспроводной камеры посредством защитной оболочки; с одной стороны защитного кольца расположен дугообразный защитный навес для защиты линзы, с другой стороны защитного кольца расположена съемная дугообразная соединительная пластина, причем дугообразный защитный навес разъемно соединен с втулочное кольцо через дугообразную соединительную пластину.

Если говорить о искробезопасных цепях в составе устройств, то в патенте на изобретение РФ №2251190 (опубл. 27.04.2005, МПК Н02Н 9/02; G05F 1/569) раскрыта обратная связь интегрированного источника тока и элемент ограничения тока. Использование такой цепи в качестве самостоятельного ограничения тока запрещено ГОСТ 31610.11-2014. Но такая схема имеет место в качестве стабилизатора импульсных токов потребляющего устройства. Существенным недостатком системы является пороговый принцип работы блока ограничения тока (202 на фиг. 2): система будет срабатывать только при превышении тока установочного значения без возможности регулировки тока. Вторым недостатком является использование стабилитрона Z1 на фиг. 2. Использование стабилитрона ограничено ГОСТ 31610.11-2014 и ограничено не более чем 2/3 мощности этого стабилитрона.

Общим недостатком вышеуказанных технических решений является выполнение искробезопасности по типу взрывозащищенной оболочки, что влияет на габариты и массу устройства, кроме того, в данных источниках раскрыто применение искробезопасного выхода и независимого интерфейса питания, что не решает в полной мере проблемы ограничения максимально допустимых емкостей и индуктивностей внутри функциональных узлов до искробезопасных значений, ограничения максимального напряжения в функциональных узлах и запирания реактивной составляющей электрических цепей внутри устройства для его использования в условиях горных выработок опасных по газу и угольной пыли. Вместе с тем, общим недостатком у прототипа и аналогов является отсутствие системы компенсации изменения входного напряжения.

Раскрытие сущности изобретения

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении искробезопасности устройства и обеспечения применения изобретения в условиях горных выработок опасных по газу и угольной пыли, отвечающих требованиям искробезопасности уровня ia, улучшении качественных параметров потребления электрической энергии от источника питания.

Заявленный технический результат обеспечивает видеокамера искробезопасная машинного зрения, содержащая особовзрывобезопасный (РО) корпус из металлической оболочки, переднюю и заднюю крышку и отсек с кабельными вводами для подключения искробезопасных цепей, при этом внутри корпуса находятся модуль видеокамеры, видеосервер и вспомогательные платы, отличающаяся тем, что видеокамера искробезопасная машинного зрения содержит адаптивную систему электропитания, включающую в себя модуль плавного пуска, систему управления, заряжающий входной конденсатор С1, подключенный к модулю повышающего преобразователя, состоящего из индуктивности L, диода VD, транзисторного ключа VT и конденсатора С2, через резистор шунт, при этом модуль повышающего преобразователя параллельно подключен к нагрузке в виде модуля камеры и блоку АкБ, состоящего из ключевого транзистора VT2, искрозащитного резистора R_FIA и аккумулятора 12 В, а система управления в свою очередь отслеживает потребляемый ток на резисторе шунта и напряжение на выходе модуля повышающего преобразователя и дает команды модулю повышающего преобразователя о необходимом повышении напряжения согласно статной работе устройства, при этом система управления детектирует интеграл протекающего тока , показывающий среднее значение тока в цепи нагрузки и позволяющий компенсировать длительные отклонения входного тока от целевого значения, и производную от протекающего тока , позволяющую отслеживать скорость изменения тока и детектировать всплески потребляемого тока до их фактического развития в цепи, где t1, t2 - параметры времени, представляющие собой пределы интегрирования и показывающие, за какой период времени производится интегрирование значения протекающего тока, I_ВХ - значение протекающего тока.

Краткое описание чертежей

Заявляемое техническое решение поясняется изображением:

на чертеже - структурная схема силовой части изобретения с адаптивной системой электропитания.

Осуществление изобретения

Конструктивно видеокамера искробезопасная машинного зрения (далее - устройство) представляет собой особовзрывобезопасный корпус из металлической оболочки, внутри которого находятся аппаратные модули. Помимо металлической оболочки, корпус содержит переднюю и заднюю крышки, отсек с кабельными вводами для подключения искробезопасных цепей, а также внешнюю Wi-Fi антенну, установленную на верхней части корпуса. В переднюю крышку встроено смотровое окно.

Внутри корпуса находится набор электрической аппаратуры: модуль видеокамеры, видеосервер, адаптивная система электропитания, вспомогательные платы и антенна 2,4 ГГц. Видеосервер предназначен для анализа видеоданных в режиме реального времени согласно заранее определенным алгоритмам.

Обеспечение искробезопасности устройства достигается путем ограничения максимально допустимых емкостей и индуктивностей внутри функциональных узлов до искробезопасных значений, ограничения максимального напряжения в функциональных узлах, запирание реактивной составляющей электрических цепей внутри устройства.

Ограничение емкостей и индуктивностей ведется путем контроля параметров устанавливаемых компонентов и недопущением превышения данных параметров в ключевых точках схемы.

Ограничение напряжения происходит в том числе с помощью адаптивной системы электропитания, удовлетворяющей условиям ГОСТ 31610.11-2011.

На чертеже представлена структурная схема силовой части изобретения с адаптивной системой электропитания, которая работает следующим образом: на входе силовой части устройства установлен модуль плавного пуска (1), который плавно заряжает входной конденсатор С1, который через резистор шунт (2) подключен к модулю повышающего преобразователя (3), состоящего из индуктивности L, диода VD, транзисторного ключа VT и конденсатора С2, который подключен параллельно к нагрузке в виде модуля камеры (4) и блоку АкБ (5). Система управления (6) отслеживая потребляемый ток на резисторе шунта (2) и напряжении на выходе модуля повышающего преобразователя (3) дает команды модулю повышающего преобразователя (3) о необходимом повышении напряжения согласно статной работе устройства. В конечном итоге, результатом работы системы адаптивного электропитания является ровное потребление электрической энергии из сети и меньшая чувствительность к отклонениям входной сети в пределах искробезопасных параметров. В случаях, когда адаптивная система питания снижает напряжение или отключается совсем, то система управления (6) подключает блок АкБ (5), состоящий из ключевого транзистора VT2, искрозащитного резистора R_FIA и аккумулятора 12 В (7). Искрозащита сохраняется с помощью резистивного ограничения тока аккумулятора 12 В (7). В таком случае модуль камеры (4) продолжает работу необходимое время до стабилизации входного напряжения или до полного разряда аккумулятора 12 В (7).

При этом модуль повышающего преобразователя (3) в режиме обратной связи по входному току и выходному напряжению, стабилизирует внутреннее напряжение питающей шины в устройстве, но не допускает превышения входного тока.

Для корректировки входного тока и выходного напряжения системы адаптивного питания, система управления (6) детектирует интеграл и производную от протекающего тока.

- интеграл протекающего тока показывает среднее значение тока в цепи нагрузки и позволяет компенсировать длительные отклонения входного тока от целевого значения.

- производная от протекающего в цепи тока. Позволяет отслеживать скорость изменения тока и детектировать всплески потребляемого тока до их фактического развития в цепи.

Изобретение относится к горной автоматике. Видеокамера искробезопасная машинного зрения содержит особовзрывобезопасный корпус из металлической оболочки, переднюю и заднюю крышку и отсек с кабельными вводами для подключения искробезопасных цепей, адаптивную систему электропитания, включающую в себя модуль плавного пуска, систему управления, заряжающий входной конденсатор С1, подключенный к модулю повышающего преобразователя через резистор шунт. Внутри корпуса находятся модуль видеокамеры, видеосервер и вспомогательные платы. Модуль повышающего преобразователя параллельно подключен к нагрузке в виде модуля камеры и блоку аккумуляторной батареи, а система управления отслеживает потребляемый ток на резисторе шунта и напряжение на выходе модуля повышающего преобразователя и дает команды модулю повышающего преобразователя о необходимом повышении напряжения согласно статной работе устройства. Система управления детектирует интеграл протекающего тока и производную от протекающего тока . Технический результат - повышение искробезопасности устройства, обеспечение применения в условиях горных выработок опасных по газу и угольной пыли, отвечающих требованиям искробезопасности уровня ia, улучшение качественных параметров потребления электрической энергии от источника питания. 1 ил.

Видеокамера искробезопасная машинного зрения, содержащая особовзрывобезопасный (РО) корпус из металлической оболочки, переднюю и заднюю крышку и отсек с кабельными вводами для подключения искробезопасных цепей, при этом внутри корпуса находятся модуль видеокамеры, видеосервер и вспомогательные платы, отличающаяся тем, что видеокамера искробезопасная машинного зрения содержит адаптивную систему электропитания, включающую в себя модуль плавного пуска, систему управления, заряжающий входной конденсатор С1, подключенный к модулю повышающего преобразователя, состоящего из индуктивности L, диода VD, транзисторного ключа VT и конденсатора С2, через резистор шунт, при этом модуль повышающего преобразователя параллельно подключен к нагрузке в виде модуля камеры и блоку АкБ, состоящего из ключевого транзистора VT2, искрозащитного резистора R_FIA и аккумулятора 12 В, а система управления, в свою очередь, отслеживает потребляемый ток на резисторе шунта и напряжение на выходе модуля повышающего преобразователя и дает команды модулю повышающего преобразователя о необходимом повышении напряжения согласно статной работе устройства, при этом система управления детектирует интеграл протекающего тока , показывающий среднее значение тока в цепи нагрузки и позволяющий компенсировать длительные отклонения входного тока от целевого значения, и производную от протекающего тока , позволяющую отслеживать скорость изменения тока и детектировать всплески потребляемого тока до их фактического развития в цепи, где t1, t2 - параметры времени, представляющие собой пределы интегрирования и показывающие, за какой период времени производится интегрирование значения протекающего тока, I_ВХ - значение протекающего тока.