BR102019007691A2

BR102019007691A2 - sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos e método de rastreamento e localização

Info

Publication number: BR102019007691A2
Application number: BR102019007691-7A
Authority: BR
Inventors: Adoniran Judson De Barros Braga; Leonardo Aguayo; André Noll Barreto; Wilson MIOLA; Luis Guilherme Uzeda Garcia
Original assignee: Vale S.A; Fundação Universidade De Brasilia - Fub
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2020-10-27
Also published as: SE2050434A1; US20200371265A1; US11119243B2; SE544337C2; CA3077932A1; CL2020001013A1; AU2020202583A1

Abstract

A presente invenção se refere a um sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos aplicado em processos de extração e transporte de minério em lavras a céu aberto ou minas subterrâneas, permitindo localizar espacialmente um ou mais sensores (1) que transmitem sinais magnéticos por meio de um ou mais coletores (2) que realizam uma leitura e processamento destes sinais.
A presente invenção também se refere a um método de rastreamento e localização que faz uso do sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos, compreendendo as etapas necessárias para realizar o rastreamento e determinar a localização dos sensores (1).

Description

SISTEMA DE RASTREAMENTO E LOCALIZAÇÃO ESPACIAL DE SENSORES MAGNÉTICOS E MÉTODO DE RASTREAMENTO E LOCALIZAÇÃO

Campo da Invenção

[001] A presente invenção refere-se a um sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos soterrados e/ou abaixo do solo em operações de extração de minério e método de rastreamento e localização que faz uso do referido sistema.

Antecedentes da Invenção

[002] Sistemas de rastreamento e localização espacial são amplamente conhecidos e utilizados para realizar o monitoramento de objetos, equipamentos e pessoas, utilizando-se de equipamentos físicos e meios de transmissão e capitação de sinais para realizar esse tipo de rastreamento.

[003] Estes sistemas são compostos, de maneira simplificada, por sensores/transmissores e coletores/receptores, de modo que os sensores emitem um sinal que é recebido e processado pelos coletores que, de acordo com o sinal recebido, são capazes de realizar um processamento deste sinal para determinar a sua localização.

[004] Estes sinais emitidos pelos sensores e recebidos pelos coletores podem ser sinais elétricos, magnéticos, infravermelho e outros, sendo adotado e selecionado conforme a aplicação especifica do sistema de rastreamento e localização espacial.

[005] O uso destes sistemas de rastreamento e localização é relativamente simples em ambientes e situações em que o sinal emitido pelo sensor não encontra barreiras ou obstáculos para alcançar o coletor, entretanto, quando há barreiras entre estes elementos, faz-se necessário utilizar-se dessa barreira como um meio condutor, aumentando, assim, a complexidade do sistema.

[006] Essa problemática é especialmente encontrada na aplicação destes sistemas de rastreamento e localização espaciais em operações de extração mineral, tanto em métodos de lavra a céu aberto quanto em minas subterrâneas, operações estas em que os elementos de interesse que se desejam rastrear/localizar - pessoas, equipamentos e materiais - encontram-se soterrados ou abaixo do solo.

[007] Portanto, é de grande importância o desenvolvimento de sistemas e meios de transmissão de sinais que sobreponham essa barreira criada pelo solo para garantir uma localização precisa de equipamentos, materiais e pessoas na extração de minério em lavras a céu aberto e minas subterrâneas.

[008] No estado da técnica, uma das soluções para sobrepor esta barreira criada pelo solo consiste na transmissão sem fio através do solo, comumente denominada de transmissão através da terra - em inglês TTE (Throug-The-Earth).

[009] Uma característica da transmissão através da terra é a grande atenuação de sinais em frequências abaixo de 30 Hz ou acima de 30 kHz para profundidades da ordem de centenas de metros, limitando tanto o alcance da comunicação entre transmissor e receptor, quanto a taxa de transmissão dos dados entre esses elementos.

[010] Nos sistemas do estado da técnica que fazem uso do TTE, o sensor/transmissor localizado em solo pode contar com uma antena de grandes dimensões ou com amplificadores de potência, de modo a maximizar a quantidade de energia a ser transmitida pelo campo magnético gerado por este sensor.

[011] Entretanto, como o sensor/transmissor localizado no subsolo opera, tipicamente, em condições de espaço restritivas e consumo de energia limitado, há uma grande dificuldade na transmissão de sinal do subsolo para a superfície.

[012] Essa dificuldade deriva do fato de que as características do solo, tais como condutividade e permeabilidade, influem diretamente na transmissão dos dados entre o sensor e o coletor, de modo que, os sistemas de rastreamento e localização do estado da técnica não consideram variações típicas destes parâmetros, criando assim atenuações imprecisas da localização dos sensores.

[013] Além disso, os sistemas de rastreamento e localização do estado da técnica, quando aplicados em operações de extração de minério, seja em lavra a céu aberto ou em mina subterrânea, não possuem uma configuração ou protocolo para atingir uma frequência ótima de transmissão, fazendo com que a localização de alguns sensores não seja precisamente obtida.

[014] Não obstante, os sistemas de rastreamento e localização do estado da técnica não são capazes de realizar uma classificação do material em que os sensores se encontram soterrados, sendo capazes apenas de determinar, de maneira imprecisa, a localização do sensor quando este encontra-se soterrado ou abaixo do solo.

[015] Ainda no estado da técnica, há também alguns documentos de patente que revelam a aplicação de sistemas de rastreamento e localização em operações de extração de minério, sendo um desses o documento WO2012013838, que revela um sistema de controle para realização do recolhimento de materiais gerados pela detonação em lavras a céu aberto.

[016] Tal sistema permite que o usuário de uma escavadeira identifique zonas com minério útil e zonas com material estéril, evitando assim uma mistura entre esses dois materiais. O referido sistema do documento WO2012013838 é composto por sensores, uma antena e uma escavadeira.

[017] Os sensores aplicados em WO2012013838 são encapsulados em estruturas resistentes, dispostos em furos para a inserção de explosivos realizados em bancadas de lavras a céu aberto. Tais sensores são configurados para resistir aos impactos da detonação da bancada, e emitir um sinal para permitir a identificação do material na zona em que está localizado.

[018] A referida antena é instalada na extremidade do braço da escavadeira, sendo essa configurada para captar o sinal emitido pelos sensores. Esse sinal é então processado pela escavadeira gerando um alerta para o operador do equipamento, avisando-o que a zona de minério útil está próxima.

[019] Desse modo, ao ser alertado pelo sinal captado, o operador é capaz de realizar o recolhimento desse material e colocá-lo em um caminhão distinto do caminhão de material estéril.

[020] Entretanto, o documento WO2012013838 permite apenas a utilização de escavadeiras para realizar o rastreamento dos sensores, não possibilitando a utilização de outros meios com maior velocidade para realizar a localização destes sensores, limitando inclusive a área em que os sensores podem ser aplicados e localizados.

[021] Além disso, o documento WO2012013838 não revela nenhum tipo de protocolo de comunicação ou meio para alcançar uma frequência ótima de transmissão entre os sensores e coletor, aumentando substancialmente a imprecisão na localização destes sensores e possibilitando erros significativos no recolhimento do material.

[022] Outro documento do estado da técnica é o pedido de patente de invenção estadunidense US2015281881, que revela um sistema para marcação e monitoramento em operações de mineração em lavras a céu aberto. Tal sistema permite a inserção de marcadores no solo antes da detonação, possibilitando o rastreamento desses marcadores após a detonação para a localização do material de interesse na mina.

[023] O sistema é composto por diversos marcadores, uma base, um computador e um operador. Os marcadores consistem em dispositivos portáteis depositados no solo antes da detonação da mina, sendo esses configurados para emitir sinais. Tais marcadores também podem conter diversos tipos de sensores como GPS, temperatura, dentre outros.

[024] A base consiste em uma antena fixa, configurada para captar os sinais emitidos pelos marcadores. Tal base é conectada a um computador, sendo esse utilizado para processar os sinais captados pela base.

[025] Com o processamento desses sinais capturados, o sistema é capaz de realizar um rastreamento dos marcadores, exibindo um mapa tridimensional com a localização desses marcadores. Tal localização permite distinguir as zonas com material de interesse na mina que está sendo processada.

[026] Entretanto, o pedido de patente de invenção estadunidense US2015281881 não permite a utilização de coletores/antenas móveis, sendo estes fixados em bases imóveis, limitando a área de rastreamento e localização do sistema e restringindo significativamente a sua aplicação em lavras a céu aberto.

[027] Além disso, o pedido de patente de invenção estadunidense US2015281881 não compreende nenhum tipo de meio ou protocolo de comunicação para determinar e alcançar a ótima frequência de transmissão de sinal entre o coletor e o sensor, aumentando substancialmente a imprecisão da localização dos sensores e podendo gerar perdas e prejuízos.

[028] Ainda no estado da técnica, outro documento é a patente de invenção estadunidense US4710708, que revela um sistema e um método para determinar a localização de objetos em operações de furação, mineração, petrolíferas e outras. Tal método consiste basicamente na emissão e captação de campos magnéticos de baixa frequência, realizados por meio de transmissores e receptores.

[029] Tais transmissores e receptores podem tratar-se de equipamentos com um, dois ou três eixos de emissão, variando de acordo com a aplicação desses. Em uma das configurações, recomendada para a mineração, são aplicados pelo menos dois transmissores de três eixos e um receptor de um eixo.

[030] Tanto os transmissores quanto os receptores podem ser dotados de medidores de inclinação, para definir a sua orientação durante a localização dos equipamentos. Os receptores são configurados para captar o campo magnético emitido pelos transmissores, e assim, processar esse campo para determinar a sua localização.

[031] Para determinar a localização do transmissor, o método faz uso de um algoritmo que leva em consideração coordenadas de localização de pontos de referência (outro transmissor com localização conhecida por exemplo), a frequência do campo recebido e a orientação (angulação) do transmissor ou receptor (depende da situação).

[032] Entretanto, a patente de invenção estadunidense US4710708 não revela nenhuma referência sobre as dimensões destes sensores, tampouco a resistência do encapsulamento destes, impossibilitando, assim, a sua aplicação em furos de detonação de lavras a céu aberto antes da explosão.

[033] Além disso, o documento US4710708 não revela nenhum meio ou protocolo de comunicação para a determinação da frequência ótima de operação do sistema, gerando uma significativa imprecisão na localização destes sensores e incorrendo em perdas e danos significativos.

[034] Não obstante, o documento US4710708 não revela a associação dos coletores/antenas em veículos ou equipamentos móveis, limitando, assim, o alcance destes coletores e a área de aplicação do sistema.

[035] Portanto, a presente invenção diferencia-se do estado da técnica, por ser um sistema de rastreamento e localização de sensores magnéticos que permite determinar a localização destes sensores magnéticos com precisão e amplo alcance mesmo quando os sensores magnéticos encontram-se soterrados ou abaixo do solo; definir uma frequência ótima de transmissão de sinais entre os elementos do sistema de rastreamento e localização, aumentando significativamente a precisão e evitando erros; e determinar o teor de concentração de minério na região rastreada ou localizada, aumentando a seletividade e a segurança em operações de extração e transporte de minério.

Objetivos da Invenção

[036] A presente invenção tem como objetivo proporcionar um sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos e um método de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos. O presente sistema de rastreamento e localização espacial tem o objetivo de realizar a localização e o rastreamento, com alta precisão e alcance, de sensores magnéticos soterrados e/ou abaixo do solo; de determinar a frequência ótima de transmissão de dados, entre os elementos do sistema, por meio de um protocolo de comunicação; e de aumentar a seletividade e a segurança em operações de extração e transporte de material mineral; além de permitir a implementação de método de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos.

Breve Descrição dos Desenhos

[037] A presente invenção é detalhadamente ilustrada com base nas respectivas figuras:

[038] Figura 1 - revela uma figura esquemática do coletor do sistema de rastreamento e localização espacial da presente invenção.

[039] Figura 2 - revela uma figura esquemática da montagem do coletor do sistema de rastreamento e localização espacial da presente invenção.

[040] Figura 3 - revela uma figura esquemática do sensor do sistema de rastreamento e localização espacial da presente invenção.

[041] Figura 4 - revela uma configuração construtiva da antena do sensor do sistema de rastreamento e localização espacial da presente invenção.

[042] Figura 5 - revela uma configuração construtiva da antena do sensor magnético do sistema de rastreamento e localização espacial da presente invenção.

[043] Figura 6 - revela o quadro de dados originário do coletor do sistema de rastreamento e localização espacial da presente invenção.

[044] Figura 7 - revela o quadro de dados originário do sensor do sistema de rastreamento e localização espacial da presente invenção.

[045] Figura 8 - revela um quadro com os procedimentos de transmissão de sinais dos elementos do sistema de rastreamento e localização espacial da presente invenção.

[046] Figura 9 - revela uma vista esquemática dos eixos de transmissão dos elementos do sistema de rastreamento e localização da presente invenção.

[047] Figura 10 - revela uma vista esquemática da aplicação do sistema de rastreamento e localização espacial da presente invenção.

Sumário da Invenção

[048] A presente invenção, em sua configuração preferencial, revela um sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos que compreende dois elementos físicos, os quais: uma pluralidade de sensores transmissores de campo magnético; e pelo menos um coletor leitor e processador de campo magnético.

[049] Os sensores magnéticos são comunicantes com o coletor por meio de um protocolo de comunicação composto por quadros de transmissão utilizados tanto nos sensores quanto no coletor, transmitindo estes quadros na direção do coletor para o sensor, seguida da transmissão inversa do sensor para o coletor para cada sensor compreendido pelo sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos.

[050] A presente invenção revela também um método de rastreamento e localização, que faz uso do sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos, que compreende as seguintes etapas: i. inserir um conjunto de sensores pilotos em localizações conhecidas na região que se deseja explorar; ii. transmitir um sinal de potência conhecida por cada um dos sensores pilotos de maneira sequencial; iii. medir e armazenar a potência emitida por cada um dos sensores pilotos por meio dos sensores; iv. medir e armazenar a potência emitida por cada um dos sensores pilotos por meio do coletor; v. enviar as potências de cada um dos sensores para o coletor; vi. alterar a posição do coletor para uma posição também conhecida e repetir as etapas ii a v; vii. alterar novamente a localização do coletor para uma nova posição conhecida e repetir as etapas ii a vi; viii. estimar a posição de cada sensor em relação a cada um dos sensores pilotos com base nas medições; ix. determinar a probabilidade da densidade da região de posicionamento de cada um dos sensores ser de alto ou baixo teor de concentração de minério.

Descrição Detalhada da Invenção

[051] A presente invenção revela um sistema para rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos, que permite localizar espacialmente um ou mais sensores/transceptores quando localizados sob o solo ou pilhas de escombros em operações de extração de material mineral.

[052] O sistema para rastreamento e localização espacial compreende, em sua configuração preferencial, dois elementos físicos, sendo estes os sensores 1 e os coletores 2, ambos fazendo parte de uma rede de comunicação para que transmitam dados e informações entre si.

[053] O coletor 2 consiste em um dispositivo eletrônico portátil capaz de realizar uma leitura do campo magnético emitido pelos sensores 1 e processar essas informações, permitindo, por meio deste processamento, determinar a localização espacial destes sensores 1.

[054] Este coletor 2, por tratar-se de um dispositivo eletrônico portátil, é acoplado em veículos 13 aéreos ou terrestres como, por exemplo, veículos aéreos não tripulados (VANTs) e caminhões fora de estrada, respectivamente.

[055] O acoplamento do coletor 2 com veículos 13 permite uma variação da sua localização, possibilitando a realização de medições dos sinais emitidos pelos sensores 1 em localizações distintas, aumentando estatisticamente a precisão nas medições realizadas, assim como permitindo que seja utilizado apenas um coletor 2 no sistema de rastreamento e localização espacial, diminuindo drasticamente o custo em relação aos sistemas que utilizam mais de um coletor fixo.

[056] As posições do coletor 2 no momento destas medições são identificadas por meio de um dispositivo externo ao coletor 2, como sistemas de posicionamento GPS/Glonass, e incorporadas ao sistema de rastreamento e localização espacial.

[057] O referido coletor 2, preferencialmente, é composto pelos seguintes subsistemas em sua estrutura: subsistema antena 3; subsistema transceptor 4; subsistema de processamento de dados 5; subsistema de auto localização 6; subsistema de energização 7; subsistema de visualização e interface com o usuário 8; e subsistema de transmissão por campo próximo 9, vide a figura 1. A disposição espacial dos elementos de 5 a 9 é apenas ilustrativa, ocupando apenas uma pequena parte da área determinada pela antena 3, ou podendo até ser localizados fora da mesma.

[058] O subsistema antena 3 do coletor 2 consiste no subsistema responsável pelo recebimento e emissão dos sinais magnéticos a serem detectados por antenas 14 compreendidas pelos sensores 1. Em sua configuração preferencial, o subsistema antena 3 possui uma configuração de antena magnética do tipo loop, com transmissão em um plano.

[059] O subsistema transceptor 4 é configurado para enviar e receber os sinais do subsistema antena 3 e realizar uma interface com o subsistema de processamento de dados 5, sendo este último responsável pelo armazenamento das informações provenientes de um ou mais sensores 1 captados pelo subsistema antena 3.

[060] O subsistema de processamento de dados 5, além de armazenar as informações, também é encarregado pelo processamento destas informações e, por meio desse processamento de dados e informações, determinar a localização dos sensores 1.

[061] O subsistema de auto localização 6 é configurado para prover informações ao subsistema de processamento de dados 5, provendo informações relevantes ao processamento que determina a localização dos sensores 1.

[062] O subsistema de energização 7 é responsável pela energização de todos os subsistemas que compõem o coletor 2, realizando uma distribuição dessa energia limitada conforme a utilização de cada subsistema, permitindo, assim, garantir a melhor utilização dessa energia pelo coletor 2.

[063] O subsistema de visualização e interface com o usuário 8 consiste no subsistema configurado para apresentar as informações referentes à localização dos sensores 1 de maneira clara para o usuário, preferencialmente de maneira gráfica para auxiliar na visualização da localização dos sensores 1.

[064] O subsistema de transmissão por campo próximo 9 é responsável por transmitir os dados de controle coletados, pelo subsistema antena 3, pelo subsistema transceptor 4, pelo subsistema de processamento de dados 5, pelo subsistema de auto localização 6, pelo subsistema de energização 7 e pelo subsistema de visualização e interface com o usuário 8, e transmitir estes dados para determinar o posicionamento angular do coletor 2.

[065] Esse posicionamento angular do coletor 2 é determinado, em sua configuração preferencial, por meio de um suporte mecânico 10 capaz de prover rotação em dois eixos perpendiculares. O coletor 2, ainda em sua configuração preferencial, é fixado ao suporte mecânico 10, por meio de pontos de conexão 11 dispostos em dois lados paralelos de invólucro do coletor 2, vide a figura 2.

[066] Para realizar a movimentação do coletor 2 no suporte mecânico 10, são dispostos motores 12 em cada ponto de conexão 11 do coletor 2 e na base do suporte mecânico 10, para rotacionar o coletor 2 e, assim, alterar a sua posição angular.

[067] Os motores 12 possuem o seu acionamento controlado pelo próprio coletor 2, por meio do subsistema de transmissão por campo próximo 9, permitindo que a angulação deste coletor 2 seja variada para permitir uma varredura espacial dos sinais provenientes dos sensores 1.

[068] Essa movimentação do coletor 2 é configurada para posicioná-lo na direção ou angulação de máxima emissão de energia dos sensores 1, pois, uma vez que o coletor 2, em sua configuração preferencial, compreende uma antena 3 de apenas um plano, é necessário variar essa angulação para alcançar a angulação de máxima transmissão/recepção de dados.

[069] Além disso, quando o coletor 2 é fixado em veículos 13 (aéreos ou terrestres) a movimentação do coletor 2 auxilia na compensação do movimento do veículo 13 para manter essa angulação de máxima transmissão/recepção de dados.

[070] Deste modo, o coletor 2 é movimentado ao longo da região que se deseja explorar por meio do veículo 13 em que é fixado, variando a sua posição angular por meio do suporte mecânico 10 para atingir a máxima transmissão/recepção de dados e, por meio dessa troca de dados, realizar o rastreamento e a localização espacial dos sensores 1.

[071] Os sensores 1 compreendem equipamentos transmissores que fazem uso da emissão de campo magnético e são capazes de suportar pressão mecânica elevada, decorrente de explosões ou desabamentos, possuindo, em sua configuração preferencial, dimensões da ordem de 10 centímetros.

[072] Estes sensores 1, em sua configuração preferencial, apresentam os seguintes componentes: antena 14; subsistema de amplificação 15; subsistema de conversão 16; subsistema de modulação e demodulação 17; subsistema de processamento de informação 18; subsistema de armazenamento de informação 19; subsistema de gestão de energia 20; e encapsulamento mecânico 21, vide a figura 3.

[073] A antena 14 do sensor 1 é confeccionada por fios de cobre envoltos em núcleo de ferrite, material com alta permeabilidade magnética, ou envoltos em núcleo de plástico, com baixa permeabilidade magnética. A antena 14 é dotada de um núcleo 22 de um destes dois materiais e por um ou mais pares de fios de cobre que envolvem este núcleo para formar, assim, a antena 14. A geometria da antena 14 é determinada de acordo com duas configurações, sendo ambas exibidas nas figuras 4 e 5 respectivamente.

[074] A primeira configuração construtiva da antena 14, vide a figura 4, representa uma geométrica cúbica para o núcleo 22, composto de material com baixa permeabilidade magnética, envolta por três pares de enrolamentos em disposição ortogonal, cada um deles podendo ser acionado independentemente pelos respectivos terminais (Xa, Xb, Ya, Yb, Za, Zb).

[075] Estes terminais (Xa, Xb, Ya, Yb, Za, Zb) são conectados ao subsistema de amplificação 15 dos sensores 1, sendo responsável pela amplificação do sinal a ser transmitido ou captado pela antena 14 selecionada.

[076] A segunda configuração construtiva da antena 14, vide a figura 5, consiste na antena 14 configurada com uma geometria derivada da sobreposição de três cilindros compostos de ferrite, material com alta permeabilidade magnética, 23, 24, 25 dispostos em eixos perpendiculares, cada um deles envolto por um par de fios de cobre.

[077] Em ambas as configurações geométricas, o modo de acionamento dos terminais (Xa, Xb, Ya, Yb, Za, Zb) é realizado de maneira independente, configurando a existência de três antenas independentes compartilhando o mesmo núcleo 22, 23, 24, 25, ou de modo simultâneo, configurando a emissão (ou captação) simultânea nos três eixos perpendiculares dos terminais, ou seja, os três planos ortogonais.

[078] A determinação do modo de acionamento a ser utilizado é de responsabilidade do protocolo de comunicações a ser implementado no subsistema de processamento de informações 18 e no subsistema de armazenamento de informações 19 do sensor 1, sendo, em sua configuração preferencial, acionado os três eixos ortogonais da antena 14.

[079] O subsistema de amplificação 15, conforme já explicado acima, é responsável por amplificar sinais provenientes e destinados à antena 14, sinais estes que são transmitidos e recebidos dos coletores 2.

[080] O subsistema de conversão 16 é configurado para realizar uma conversão de analógico para digital e digital para analógico dos sinais recebidos pela antena 14. O subsistema de modulação e demodulação 17 é responsável pela recuperação ou inserção de informações provenientes do subsistema de processamento de informações 18, informações estas que são armazenadas no subsistema de armazenamento de informações 19.

[081] Os componentes dos sensores 1 são energizados pelo subsistema de gestão de energia 20 e estão encapsulados no interior do encapsulamento mecânico 21, que é resistente à compressão mecânica para suportar pressões decorrentes de explosões e desmoronamentos.

[082] No subsistema de armazenamento de informações 19 encontram-se os parâmetros específicos para a transmissão de sinais pelos sensores 1, em particular a frequência ótima de operação a ser utilizada pelo subsistema de modulação e demodulação 17. Ainda, o subsistema de armazenamento de informações 19 também atua no controle do subsistema de gestão de energia 20.

[083] Esse controle permite que o subsistema de gestão de energia 20 forneça energia aos outros subsistemas dos sensores 1 de duas maneiras não-exclusivas, que são: (i) por meio de bateria; ou (ii) por colheita de energia do sinal proveniente do coletor 2, garantindo assim uma maior quantidade e durabilidade da energia dos sensores 1.

[084] Em ambas as maneiras de fornecimento de energia, o subsistema de gestão de energia 20 troca informações com o subsistema de processamento de informações 18, de modo a permitir a ativação e o desligamento dos componentes da invenção apenas quando houver necessidade, maximizando o uso da bateria ou a energia proveniente do sinal captado pela antena 14.

[085] Os sensores 1 e o coletor 2 são comunicantes entre si, por meio de um protocolo de comunicações, sendo este responsável por otimizar essa comunicação e alcançar uma frequência ótima de transmissão de dados entre estes elementos, ou seja, entre os sensores 1 e o coletor 2.

[086] O protocolo de comunicações entre os sensores 1 e os coletores 2 é composto por quadros de transmissão a serem utilizados nos sensores 1 e nos coletores 2, sendo estes quadros de transmissão descritos a seguir.

[087] Os quadros de transmissão são de tamanho fixo, e com informação assimétrica dependendo da origem da transmissão. Para os dados originários do coletor 2, o quadro possui os seguintes campos: preâmbulo (P), necessário para identificação de início da transmissão, com finalidade de aquisição de sincronismo de quadro; tipo de quadro (TQ), necessário para identificação de modos de transmissão; quantidade de sensores (QF), necessário para dimensionamento do tamanho do quadro; modo de transmissão (M), necessário para identificação do tipo de modulação; frequência (DF), necessário para envio de incremento de potência; e término (T), necessário para identificação de final de quadro; vide a figura 6.

[088] Para os dados originários no sensor 1, o protocolo prevê os seguintes campos: preâmbulo (P), necessário para identificação de início da transmissão, com finalidade de aquisição de sincronismo de quadro; tipo do quadro (TQ), necessário para identificação de modos de transmissão; identificador do sensor (ID), necessário para identificar no coletor 2 qual sensor 1 envia a informação; modo de transmissão (M), necessário para identificação do tipo de modulação; antena transmissora (A), necessário para identificação de qual dos terminais eixos da antena foi acionado (Xa, Xb, Ya, Yb, Za, Zb); potência recebida (PR), necessário para fornecer informação de potência para o algoritmo de localização; bits de codificação de canal (CC), necessário para prover robustez à comunicação na presença de ruído e interferências; e término (T), necessário para identificação de final de quadro; vide a figura 7.

[089] A transmissão na camada física é realizada em modulação digital binária por chaveamento de fase (BPSK - Binary Phase Shify Keying), chaveamento de amplitude (OOK - ON/OFF Shift Keying), ou chaveamento de frequência (BFSK - Binary Frequency Shift Keying), e a frequência da portadora é ajustada dinamicamente pela própria invenção, de modo a alcançar a frequência ótima de operação e mantê-la em um valor ótimo durante todo o processo de rastreamento e localização espacial dos sensores 1.

[090] O acesso ao meio é multiplexado no tempo, com a transmissão na direção do coletor 2 para o sensor 1, seguida da transmissão inversa, ou seja, do sensor 1 para o coletor 2, vide o quadro da figura 8. Todos os sensores 1 identificados transmitem na ordem de detecção identificada pelo coletor 2, até que o sensor 1 identificado mais recentemente, transmita o seu quadro.

[091] Em seguida, o primeiro sensor 1 identificado transmite novamente, repetindo as operações definidas nos quadros de transmissão da figura 8, ou seja, as transmissões do coletor 2 (C) para o primeiro sensor 1 (F1) e posteriormente do primeiro sensor 1 (F1) para o coletor 2 (C), repetindo-as para cada sensor 1 do sistema de rastreamento e localização espacial.

[092] Cada um dos sensores 1 detectados pelo coletor 2 com identificação distinta das identificações registradas no subsistema de processamento de dados 5 do coletor 2 gera a criação de um par de quadros, até o máximo de número de sensores 1 distintos inseridos no sistema de rastreamento e localização espacial.

[093] Este protocolo de comunicação determina e regula a frequência ótima de transmissão de dados entre os sensores 1 e o coletor 2, permitindo que a troca dos quadros, descrita anteriormente, seja realizada em todos os sensores 1 que compõem o sistema de rastreamento e localização espacial da presente invenção.

[094] Para determinação da frequência ótima, o protocolo faz uso de uma frequência inicial (F0) de operação, que é definida, a priori, com base no conhecimento prévio do tamanho da pilha de escombros ou da profundidade do solo no qual os sensores 1 estão inseridos, assim como a composição geológica desta pilha ou solo.

[095] Essa frequência inicial (F0) é fundamental para a determinação da frequência ótima para cada um dos sensores 1, de modo que a frequência ótima seja definida de acordo com as seguintes etapas realizadas pelo protocolo de comunicação descritas a seguir.

[096] A determinação da frequência ótima é iniciada com uma frequência inicial (F0), sendo essa conhecida pelo sensor 1 e pelo coletor 2. O coletor 2 envia então uma mensagem para o sensor 1 com essa frequência inicial (F0).

[097] O sensor 1 recebe este sinal emitido pelo coletor 2 e transmite uma resposta de confirmação de recebimento (ACK - acknowledge) para o coletor 2 no quadro seguinte de tempo. O coletor 2 mede então essa potência (P0) gerada pela frequência inicial (F0) e transmitida pelo sensor 1, armazenando-a.

[098] O coletor 2 envia então uma nova mensagem para o sensor 1 com uma frequência superior (FS) à frequência inicial (F0), sendo essa a frequência inicial (F0) somada ao intervalo de frequência (IF) desejado, de modo que, a frequência superior (FS) seja definida como F0 + IF.

[099] O sensor 1 recebe então esse novo sinal e transmite novamente uma resposta de confirmação de recebimento (ACK - acknowledge) para o coletor 2 no quadro seguinte de tempo. O coletor 2 mede a nova potência superior (P+) para a frequência superior (FS) transmitida e armazena-a.

[0100] Caso a potência superior (P+) seja superior à potência inicial (P0), o sensor (1) é informado, utilizando-se da frequência superior (FS) como a frequência ótima e encerrando-se o protocolo para este sensor 1, iniciando uma nova interação entre outro sensor 1 e coletor 2.

[0101] Caso a potência superior (P+) seja inferior à potência inicial (P0), o coletor 2 envia uma nova mensagem para o sensor 1 com uma frequência inferior (FI), ou seja, a frequência inicial (F0) subtraída do intervalo de frequência (IF), resultando na frequência inferior (IF) que é definida como F0 - IF.

[0102] O sensor 1 recebe então o novo sinal e transmite uma resposta (ACK) para o coletor 2 no quadro seguinte de tempo. O coletor 2 mede então a nova potência inferior (P-) recebida para essa frequência inferior (FI) e armazena-a.

[0103] Caso a nova potência inferior (P-) seja maior que a potência inicial (P0), o sensor 1 é informado, utilizando-se da frequência inferior (FI) como a frequência ótima e encerrando-se o protocolo para este sensor 1, iniciando-se, então, uma nova interação com outro sensor 1.

[0104] Caso a nova potência inferior (P-) seja menor que a potência inicial (P0), a frequência inicial (F0) é utilizada como frequência ótima e encerram-se as iterações com este sensor 1, iniciando-se o protocolo para os outros sensores 1.

[0105] Desse modo, a frequência ótima para cada um dos sensores 1 que compõem o sistema de rastreamento e localização espacial da presente invenção é definida aumentando-se significativamente a precisão na localização dos sensores 1, assim como, a localização da totalidade dos sensores 1.

[0106] Em uma configuração alternativa para a determinação da frequência ótima, esta trata-se de uma frequência ótima para o sistema de rastreamento e localização espacial como um todo, diferentemente da configuração preferencial descrita acima, que define a frequência ótima para cada um dos sensores 1 do sistema de rastreamento e localização espacial.

[0107] Nessa configuração alternativa, essa frequência ótima é determinada de acordo com um critério de maximização de uma função custo, que represente o desempenho do sistema de rastreamento e localização espacial, de modo que, como a frequência é a mesma para todos os sensores 1, determinados sensores 1 operam em frequência abaixo da ótima, porém, sem prejuízos para o sistema de rastreamento e localização espacial como um todo.

[0108] A frequência definida como ótima pelo sistema de rastreamento e localização espacial, nessa configuração alternativa, encontra-se dentro da faixa de frequências mínimas e frequências máximas, quantizada em um número determinado de frequências discretas, espaçadas entre si de um intervalo de frequência (IF).

[0109] Essa frequência ótima da configuração alternativa é atingida por meio de algoritmos de otimização ou métodos como, por exemplo, algoritmos iterativos, heurísticos e até mesmo força bruta. Um exemplo é a varredura incremental da frequência até atingir um critério de parada, de modo que ocorra um percentual fixo de sensores respondentes.

[0110] Tendo como base a busca incremental e assumindo multiplexação temporal da transmissão dos sensores 1, o coletor 2 inicia o processo enviando um sinal de broadcast com a mesma frequência a todos os sensores 1. Cada sensor 1 é capaz de detectar esse sinal e enviar uma resposta (ACK) na mesma frequência, após um intervalo de tempo, determinado pelo protocolo de identificação de cada sensor 1.

[0111] Caso esse percentual fixo na potência não seja excedido, dentro de um intervalo de tempo pré-definido, o coletor 2 armazena o percentual de respostas recebidas e transmite um segundo sinal de frequência superior à frequência do sinal inicial.

[0112] Esse processo de emissão de sinal e leitura de resposta é repetido até que o percentual da potência de sensores respondentes seja excedido ou a frequência máxima seja atingida, de modo que, neste último caso, utiliza-se a frequência correspondente à obtenção do maior percentual da potência de sensores respondentes.

[0113] Portanto, a definição de uma frequência ótima de transmissão de dados entre os sensores 1 e coletor 2 é de fundamental importância para a presente invenção, permitindo que, por meio do protocolo de comunicação entre os sensores 1 e o coletor 2, a frequência ótima seja definida e utilizada ao longo de todo o processo de rastreamento e localização espacial em processos de extração e transporte de material mineral.

[0114] A presente invenção tem aplicação em operações de extração mineral, tanto em lavras a céu aberto quanto em minas subterrâneas, tendo como aplicação preferencial a extração mineral em lavras a céu aberto para auxiliar na distinção de minério e estéril (material sem valor econômico agregado).

[0115] Na extração de mineral em lavras a céu aberto, durante a preparação de furos de detonação realizados nas bancadas das lavras a céu aberto, informações coletadas pelos equipamentos empregados nessa furação, tipicamente perfuratrizes, são armazenadas nos sensores 1 do sistema de rastreamento e localização espacial.

[0116] Os sensores 1, após a inserção das informações coletadas durante a furação, são então inseridos no interior destes furos executados ou em furos adicionais, formando uma nova malha dedicada para os sensores 1. Para evitar um armazenamento muito grande de informações nos sensores 1, apenas as informações básicas são armazenadas nos sensores 1, evitando também uma elevação do custo dos sensores 1.

[0117] Para a extração de mineral em lavras a céu aberto, uma classificação binária (minério/estéril) representa o cenário mais simples, que naturalmente pode ser estendido para outras classificações mais completas e complexas, visando inclusive diferenciar o teor de minério em cada furo que o sensor 1 é inserido.

[0118] Estes furos são então preenchidos de material explosivo, tipicamente ANFO ou emulsão, e, posteriormente, detonados para realizar o desmonte da bancada. Após a detonação e consequente desmonte, a recuperação das informações contidas nos sensores 1 e a localização destes permitem que o operador saiba exatamente o tipo de material que está sendo extraído, consequentemente aumentando a seletividade da lavra.

[0119] Os sensores 1 localizados são representados e definidos como pontos P0 nas coordenadas (x0, y0, z0), em um referencial cartesiano tridimensional, utilizado pelo coletor 2. O coletor 2 toma então um determinado número de medidas da potência recebida em posições distintas com base no protocolo de comunicação, sendo possível realizar uma estimativa da posição dos sensores 1 por intermédio de algoritmos de trilateração.

[0120] Estas medidas são realizadas tanto pelo uso de diferentes coletores 2 em posições conhecidas, como pelo uso de um único coletor 2 em posições conhecidas diferentes, uma vez que os sensores 1 estão estáticos durante as medições.

[0121] A estimativa da distância, entre os pontos onde estão localizados os sensores 1 e o coletor 2, é realizada com base no conhecimento da atenuação do sinal entre o coletor 2 e o sensor 1, coletada por intermédio de um campo específico no quadro de transmissão do protocolo de comunicação entre esses elementos, sendo este o campo PR.

[0122] Os algoritmos de trilateração com base no conhecimento aproximado da distância entre cada sensor 1 e as medições de coletores 2 buscam encontrar o ponto que apresenta o menor erro quadrado médio entre as distâncias estimadas pela localização e as distâncias medidas inicialmente.

[0123] Porém, o nível de intensidade do sinal entre o coletor 2 e os sensores 1 depende em grande parte do ângulo θ entre as antenas do sensor 1 e o ângulo a da antena 14 do coletor 2, conforme demonstrado na figura 9, tornando a estimação da distância entre o coletor 2 e os sensores 1, a partir do nível de intensidade do sinal entre o coletor 2 e os sensores 1, bastante complicada, uma vez que esta depende da distância entre o sensor 1 e o coletor 2, do ângulo θ e do ângulo a.

[0124] A solução utilizada consiste na utilização de antenas tridimensionais nos sensores 1, uma vez que a combinação das três dimensões da antena tridimensional gera um ganho independente do ângulo de posicionamento das antenas tridimensionais.

[0125] Ainda nessa solução, são utilizadas no coletor 2 antenas 14 de apenas um plano. O ângulo da antena 14 é alterado, por meio de motores 12 de rotação, instalados no suporte mecânico 10 em que são aplicados, visando encontrar o ângulo de maior ganho e repetir essa variação para cada sensor 1 do sistema de rastreamento e localização espacial.

[0126] Além da variação no ângulo da antena 14 do coletor 2, outra solução também aplicada na presente invenção para solucionar a dependência de três variáveis na estimativa da distância entre o sensor 1 e o coletor 2 consiste na utilização de um algoritmo de localização que, em vez de calcular o erro quadrático médio das distâncias entre o coletor 2 e o sensor 1, calcula o quadrado médio entre o nível de sinal medido e o nível de sinal esperado.

[0127] Este sinal esperado pode ser estimado a partir de um modelo de propagação e pelo diagrama de radiação das antenas do coletor 2 e sensor 1. Uma vez que o modelo de propagação depende de características do material como, por exemplo, granularidade e condutividade, para a determinação deste modelo de propagação se faz necessária a utilização de sensores pilotos 1‘.

[0128] Estes sensores pilotos V são inseridos em posições conhecidas na pilha de escombros que se deseja explorar, de modo que seja possível calibrar o modelo de propagação em uma fase inicial de comunicação, medindo-se o nível de sinal recebido por este sensor piloto V em várias posições.

[0129] Essa medição do nível de sinal é realizada por meio do coletor 2, que também é disposto em posição conhecida para realizar essa medição, de modo que, por meio de um ajuste de curvas do nível de sinal recebidos seja possível encontrar o modelo de propagação adequado para aquela aplicação.

[0130] Na aplicação do sistema de rastreamento e localização espacial na extração mineral em lavras a céu aberto, da presente invenção, é necessário conhecer tanto a posição de cada sensor 1, assim como a composição de minério (material com valor agregado ou estéril) mais provável nessa localização do sensor 1.

[0131] Com base nas informações contidas no sistema de rastreamento ou localização espacial, ou seja, que há dois tipos de material na pilha de escombros a ser explorada -de alto e de baixo teor de concentração die minério - e a quantidade de sensores 1 que foram inseridos em furos de detonação na região de alta ou baixa concentração, esses dados são processados para estimar a probabilidade destes sensores 1 estarem em uma posição de alto ou baixo teor de concentração de minério.

[0132] Esse processamento fornece apenas uma estimativa da posição do sensor 1 e, com conhecimento do erro quadrático médio da estimativa da posição do sensor 1, é estimada a probabilidade da posição deste sensor 1 estar localizado em uma área de alto ou baixo teor de concentração mineral.

[0133] O processamento realiza, então, uma relação entre a probabilidade de que no ponto em que o sensor 1 se encontra tenha um material de alto ou baixo teor de concentração mineral.

[0134] Esse processamento faz uso do método de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos 1 soterrados, sendo as etapas desse método de rastreamento e localização espacial detalhadamente descritas a seguir.

[0135] A primeira etapa do método de rastreamento e localização espacial consiste na inserção de um conjunto de sensores magnéticos pilotos V em localizações conhecidas na pilha de escombro que se deseja explorar. Nessa primeira etapa o coletor 2, instalado em um veículo 13 aéreo ou terrestre, permanece em uma posição inicial também conhecida pelo sistema de rastreamento e localização espacial, vide a figura 10.

[0136] A segunda etapa do método de rastreamento e localização espacial consiste na transmissão sequencial de um sinal de potência conhecida por cada um dos sensores pilotos 1‘, em uma sequência temporal pré-determinada. A frequência utilizada nesse sinal segue o protocolo de comunicações adotado pelo sistema de rastreamento e localização espacial.

[0137] A terceira etapa do método de rastreamento e localização espacial consiste na medição e armazenamento da potência emitida por cada um dos sensores pilotos 1‘, sendo essa medição e armazenamento realizado pelos sensores 1 dispostos na pilha de escombros.

[0138] A quarta etapa do método de rastreamento e localização espacial também consiste na medição e armazenamento da potência emitida por cada um dos sensores pilotos 1‘, porém, com a medição e armazenamento realizados pelo coletor 2 dessa vez, e não pelos sensores 1.

[0139] A quinta etapa do método de rastreamento e localização espacial é iniciada após múltiplas medições da terceira e quarta etapas, consistindo no envio das potências de cada um dos sensores 1 para o coletor 2, resultando em uma massa de dados da quantidade de sensores 1 e coletores 2, presentes no sistema de localização e rastreamento espacial.

[0140] A sexta etapa do método de rastreamento e localização espacial consiste na alteração de posição do coletor 2, alterando-a para uma posição também conhecida. Ainda na sexta etapa, agora com o coletor 2 em uma nova posição, as segundas e quintas etapas são repetidas para aumentar a precisão das medições.

[0141] A sétima etapa do método de rastreamento e localização espacial é iniciada após a repetição das segunda e quinta etapas com o coletor 2 em posição distinta. A sétima etapa consiste, então, em uma nova alteração da localização do coletor 2 para uma nova posição também conhecida, repetindo as segundas e sextas etapas para garantir uma confiabilidade estatística das medições.

[0142] A oitava e última etapa do método de localização e rastreamento espacial consiste na estimativa da posição de cada sensor 1 em relação a cada um dos sensores pilotos V e na determinação da probabilidade daquela região conter alto ou baixo teor de concentração de minério.

[0143] Considera-se que existem dois tipos de material, de alto e de baixo teor de concentração de minério, e sabe-se a priori que K sensores 1 são colocados em uma região de alta concentração e L sensores 1 em uma região de baixa concentração. O algoritmo de localização fornece uma estimativa da posição de cada sensor, e, com conhecimento do erro quadrático médio desta estimativa, obtém-se a função densidade de probabilidade da posição do k-ésimo sensor 1 colocado em uma área de alto teor. De modo equivalente obtém-se a função densidade de probabilidade das posições dos sensores colocados inicialmente em uma região de baixo teor.

[0144] A determinação da probabilidade de uma determinada região ser de alto ou baixo teor de concentração de minério é alcançada pela aplicação de um teste de hipóteses, que calcula a razão de verossimilhança obtida pela divisão entre (i) as somas algébricas das K funções densidade de probabilidade correspondentes às posições dos sensores 1 com alto teor (numerador), e (ii) as somas algébricas das L funções densidade de probabilidade das posições dos sensores 1 com baixo teor (denominador).

[0145] Desse modo, por meio do uso do sistema de rastreamento e localização espacial e do método de rastreamento e localização espacial da presente invenção reduz-se as diluições (agregação de estéril ao minério) e perdas (descarte de minério junto ao estéril), pois sabe-se com precisão se o material em que determinado sensor 1 está inserido trata-se de minério ou estéril.

[0146] Em configurações alternativas, o sistema de rastreamento e localização espacial da presente invenção é utilizado para realizar o rastreamento de pessoas e equipamentos aplicados em minas subterrâneas.

[0147] Nessa aplicação alternativa, o sistema de rastreamento e localização espacial aumenta a segurança, durante a operação, garantindo que, as pessoas ou equipamentos que se encontras na mina subterrânea tenham as suas localizações precisamente conhecidas, para facilitar as operações de resgate e de remoção das pessoas e equipamentos, em caso de emergências neste local como, por exemplo, o desmoronamento de galerias das minas subterrâneas.

[0148] Portanto, descritos o sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos 1 soterrados e o método de rastreamento e localização espacial, resta claro que a presente invenção atinge os objetivos propostos, realizando um rastreamento com alta precisão e alcance.

[0149] Além disso, o sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos 1 soterrados atinge uma frequência ótima para transmissão de dados entre os sensores 1 e o coletor 2 por meio de um protocolo de comunicação, aumentando a eficiência nessa transmissão de sinais.

[0150] Não obstante, o sistema de rastreamento e localização espacial da presente invenção também aumenta a seletividade e a segurança em operações de extração e transporte de material mineral. A seletividade é aumentada por meio da determinação do teor de minério nas regiões nas quais os sensores 1 se encontram; e a segurança por meio do rastreamento preciso de pessoas localizadas abaixo da terra.

[0151] Sendo assim, a presente invenção mitiga os problemas inerentes dessa atividade, apresentados no estado da técnica, além de promover melhorias na eficiência, segurança, alcance e seletividade em processos de extração e transporte de material mineral.

[0152] Dessa forma, embora tenham sido mostradas apenas algumas modalidades da presente invenção, entende-se que várias omissões, substituições e alterações podem ser feitas por um técnico versado no assunto, sem se afastar do espírito e escopo da presente invenção. As modalidades descritas devem ser consideradas em todos os aspectos somente como ilustrativas e não restritivas.

[0153] É expressamente previsto que todas as combinações dos elementos que desempenham a mesma função substancialmente da mesma forma para alcançar os mesmos resultados estão dentro do escopo da presente invenção. Substituições de elementos de uma modalidade descrita para outra são também totalmente pretendidas e contempladas.

[0154] Assinale-se que os desenhos não estão necessariamente em escala, possuindo natureza meramente conceitual. A intenção da invenção proposta pelo presente pedido pode, portanto, ser limitada, tal como indicado pelo escopo das reivindicações anexas.

Claims

Sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos, caracterizado pelo fato de que compreende dois elementos físicos, os quais:
- - uma pluralidade de sensores (1) transmissores de campos magnéticos;
- - pelo menos um coletor (2) leitor e processador dos campos magnéticos emitidos pelos sensores (1);
sendo os sensores (1) comunicantes com o coletor (2) por meio de um protocolo de comunicação composto por quadros de transmissão utilizados tanto nos sensores (1) quanto no coletor (2), transmitindo estes quadros na direção do coletor (2) para o sensor (1), seguida da transmissão inversa, do sensor (1) para o coletor (2), para cada um dos sensores (1) compreendidos pelo sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos.
Sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o coletor (2) compreende:
- - um subsistema de recepção (3) para receber e emitir sinais magnéticos;
- - um subsistema transceptor (4) para enviar e receber os sinais do sistema de recepção (3);
- - um subsistema de processamento (5) para armazenar e processar as informações recebidas pelo coletor (2);
- - um subsistema de auto localização (6) para prover a localização do coletor (2) ao subsistema de processamento (5);
- - um subsistema de energização (7) responsável pela energização do coletor (2);
- - um subsistema de visualização e interface com o usuário (8) para apresentar as informações processadas pelo coletor (2); e
- - um subsistema de transmissão por campo próximo (9) para determinar o posicionamento angular do coletor (2).
Sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o subsistema de recepção (3) do coletor (2) compreende antenas de pelo menos um plano.
Sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o coletor (2) é fixado em um suporte mecânico (10) que provê rotação em dois eixos perpendiculares por meio de motores (12) controlados automaticamente pelo próprio coletor (2), alterando a sua posição angular.
Sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o suporte mecânico (10) é configurado para ser fixado em um veículo (13) para movimentar o coletor (2).
Sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dos sensores (1) compreende:
- - uma antena (14) confeccionada em material com alta permeabilidade magnética;
- - um subsistema de amplificação (15) para ampliar os sinais provenientes e destinados à antena (14);
- - um subsistema de conversão (16) para converter os sinais recebidos pela antena (14) de analógico para digital e/ou de digital para analógico;
- - um subsistema de modulação e demodulação (17) para recuperar ou inserir informações;
- - um subsistema de processamento de informações (18);
- - um subsistema de armazenamento de informações (19);
- - um subsistema de gestão de energia (20) para energizar o sensor (1); e
- - um encapsulamento mecânico (21) resistente à compressão mecânica para abrigar os elementos do sensor (1).
Sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a antena (14) do sensor (1) é tridimensional.
Sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o protocolo de comunicação é configurado para definir uma frequência ótima de comunicação a ser aplicada ao sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos.
Sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a frequência ótima de comunicação é definida por meio das seguintes etapas:
- i. definir uma frequência inicial (F0) de operação com base no conhecimento prévio da profundidade e características geológicas do solo em que os sensores (1) estão inseridos;
- ii. envio de um sinal do coletor (2) para o sensor (1) na frequência inicial (F0);
- iii. recebimento do sinal emitido pelo coletor (2) e transmissão de resposta do sensor (1) para o coletor (2);
- iv. medição e armazenamento da potência recebida pelo coletor (2) gerada pela frequência inicial (F0);
- v. envio de um novo sinal para o sensor (1) com uma frequência superior (FS) definida como a frequência inicial (F0) somada a um intervalo de frequência (IF);
- vi. recebimento do novo sinal pelo sensor (1) e transmissão de resposta do sensor (1) para o coletor (2) no quadro seguinte de tempo;
- vii. medição e armazenamento da potência superior (P+) recebida pelo coletor (2) para a frequência superior (FS) transmitida;
- viii. caso a potência superior (P+) seja superior à potência inicial (P0), informa-se o sensor (1) e utiliza-se a frequência superior (FS) como frequência ótima para este sensor (1);
- ix. caso a potência superior (P+) seja inferior à potência inicial (P0), o coletor (2) envia um novo sinal para o sensor (1) com frequência inferior (FI) definida como a frequência inicial (F0) menos o intervalo de frequência (IF);
- x. recebimento do novo sinal pelo sensor (1) e transmissão de resposta do sensor (1) para o coletor (2) no quadro seguinte de tempo;
- xi. medição e armazenamento da potência inferior (P-) recebida para frequência inferior (FI);
- xii. caso a potência inferior (P-) seja maior que a potência inicial (P0), informa-se o sensor (1) e utiliza-se a frequência inferior (FI) como a frequência ótima para este sensor (1);
- xiii. caso a potência inferior (P-) seja menor que a potência inicial (P0), deve-se utilizar a frequência inicial (F0) como a frequência ótima para este sensor (1).
Sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema é aplicado em operações de extração de minério em lavras a céu aberto, inserindo os sensores (1) em furos de detonação de bancadas e localizando-os após o desmonte da bancada por meio dos coletores (2).
Sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os sensores (1) são alimentados com informações geológicas sobre o furo de detonação em que são inseridos, classificando-os como minério ou estéril.
Sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos determina a probabilidade do sensor (1) localizado estar em uma região de alto ou baixo teor de minério.
Sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de ser aplicado em operações de extração de minério em minas subterrâneas, fixando os sensores (1) em equipamentos e pessoas e localizando-os por meio do coletor (2).
Método de rastreamento e localização, que faz uso do sistema de rastreamento e localização espacial de sensores magnéticos, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:
- i. inserir um conjunto de sensores pilotos (1‘) em localizações conhecidas na região que se deseja explorar;
- ii. transmitir um sinal de potência conhecida por cada um dos sensores pilotos (1‘) de maneira sequencial;
- iii. medir e armazenar a potência emitida por cada um dos sensores pilotos (1‘) por meio dos sensores (1);
- iv. medir e armazenar a potência emitida por cada um dos sensores pilotos (1‘) por meio do coletor;
- v. enviar as potências de cada um dos sensores (1) para o coletor (2);
- vi. alterar a posição do coletor (2) para uma posição também conhecida e repetir as etapas ii a v;
- vii. alterar novamente a localização do coletor (2) para uma nova posição conhecida e repetir as etapas ii a vi;
- viii. estimar a posição de cada sensor (1) em relação a cada um dos sensores pilotos (1‘);
- ix. determinar a probabilidade da densidade da região de posicionamento de cada um dos sensores (1) ser de alto ou baixo teor de concentração de minério.
Método de rastreamento e localização, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a frequência da transmissão do sinal emitido na etapa ii é a frequência ótima definida pelo protocolo de comunicação.
Método de rastreamento e localização, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a estimativa da posição de cada sensor (1) da etapa viii é realizada por meio processamento do erro quadrático médio entre o nível de sinal medido pelo sensor (1) e coletor (2) e o nível de sinal esperado.
Método de rastreamento e localização, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o nível de sinal esperado é definido a partir de um modelo de propagação que depende das características do material.
Método de rastreamento e localização, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a determinação da probabilidade da densidade da região de posicionamento de cada um dos sensores (1) ser de alto ou baixo teor de concentração de minério se dá pela aplicação de um teste de hipóteses, que calcula a razão de verossimilhança obtida pela divisão entre (i) as somas algébricas das K funções densidade de probabilidade correspondentes às posições dos sensores (1) com alto teor (numerador), e (ii) as somas algébricas das L funções densidade de probabilidade das posições dos sensores (1) com baixo teor (denominador).