BR112020005971A2

BR112020005971A2 - luva de detecção de tensão

Info

Publication number: BR112020005971A2
Application number: BR112020005971-4A
Authority: BR
Inventors: Wei Wu; Gregory Scott Blackman; Jeffrey Scott Meth; Kimberly K. Hockman
Original assignee: Dupont Safety & Construction, Inc.
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2020-10-06
Also published as: JP7252946B2; BR112020005971B1; EP3687328A1; JP2020535326A; US20190101573A1; EP3687328B1; KR20200065017A; WO2019067197A1; KR102632913B1; CN111200948A; CA3077097A1; US10247763B1

Abstract

Uma luva de detecção de tensão compreende um revestimento da luva e um invólucro externo da luva. Uma antena condutora é colocada dentro do invólucro externo da luva, mas separada do revestimento da luva por um tampão. A antena é conectada ao circuito eletrônico configurado para detectar uma tensão indicativa da proximidade da antena a um campo elétrico CA resultante de uma fonte CA energizada e para ativar um alarme se a força do campo exceder um limiar limite pré-selecionado.

Description

“LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO” CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a uma luva e sistema de detecção de tensão designados para uso por trabalhadores que consertam equipamentos elétricos ou que provavelmente encontrarão circuitos elétricos energizados e, mais particularmente, a uma luva que inclui uma antena e um circuito eletrônico capaz de detectar um campo elétrico CA e ativar um sinal em resposta à detecção de um campo que exceda um limiar pré-selecionado, para que o trabalhador possa ser avisado sobre o potencial risco de choque.

ANTECEDENTES TÉCNICOS

[002] O contato com circuitos e equipamentos elétricos energizados é amplamente reconhecido como um sério risco do local de trabalho que pode levar a ferimentos graves e até a morte por eletrocussão ou outros efeitos secundários deletérios, tais como trauma após uma queda. Em alguns casos, o perigo é imediato e aparente, mas em outros, o perigo pode ser indireto. Por exemplo, existe um risco imediato e reconhecível para eletricistas ou outros trabalhadores que deliberadamente entram em contato direto com equipamento elétrico real enquanto o instalam ou reparam. Em teoria, o risco pode ser removido desenergizando o equipamento, mas falhas não reconhecidas ou erro humano muitas vezes levam o trabalhador a acreditar que o trabalho pode prosseguir com segurança, mesmo que ainda exista um risco de choque. Em algumas situações que envolvem alta tensão, a mera proximidade sem contato real pode ser suficiente para que o trabalhador sofra choques prejudiciais ou mesmo eletrocussão. Além disso, os trabalhadores podem inadvertidamente entrar em contato direto com circuitos energizados ou serem expostos como resultado do contato indireto de guindastes, empilhadeiras, escadas ou outros equipamentos ou ferramentas similares do local de trabalho, através dos quais a corrente é conduzida ao usuário.

[003] Embora as altas voltagens sejam frequentemente percebidas como mais perigosas, um choque elétrico constante de uma fonte comum de 120 V/ 60 Hz pode facilmente resultar em fibrilação ventricular, uma vez que a intensidade do choque pode exceder o limiar de liberação, sem fornecer energia inicial suficiente para impulsionar a vítima longe da fonte.

[004] Às vezes, a proteção é fornecida na forma de detectores ou testadores sem contato, capazes de detectar tensões prejudiciais antes e durante a atividade de um trabalhador. Frequentemente, esses detectores são construídos em um alojamento tipo caneta para facilitar o transporte e o uso dos mesmos. Em situações em que se espera alta tensão, um detector adequado às vezes é montado em um poste longo e não condutor para permitir que o trabalhador manipule o detector na região de detecção desejada, enquanto mantém uma distância segura. No entanto, em qualquer uma dessas situações, o teste geralmente é realizado uma vez no início ou em horários irregulares durante o curso de um trabalho que não estão correlacionados com a atividade contínua do trabalhador. Esses testes, realizados antes da entrada de um trabalhador em uma área ou no início de uma determinada atividade profissional, geralmente podem evitar o perigo. No entanto, um risco pode surgir mais tarde e sem que o trabalhador seja notificado. Em um local de trabalho complexo, as atividades de outros trabalhadores poderiam concebivelmente energizar circuitos sem o conhecimento de todos os trabalhadores, de modo que a atividade que tinha sido afastada pelo teste preparatório pode, mais tarde, tornar-se perigosa.

[005] Um sistema de detecção de tensão que opera continuamente e sem a necessidade de ação específica ou interrupção da rotina de um trabalhador proporcionaria proteção contra tais circunstâncias. Um sistema integrado com outro equipamento de proteção pessoal usado convencionalmente seria especialmente útil e conveniente para melhorar a proteção do trabalhador.

DESCRIÇÃO RESUMIDA

[006] Um aspecto da presente invenção fornece uma luva de detecção de tensão, compreendendo: (a) um invólucro externo da luva; (b) um revestimento da luva tendo uma porção proximal e uma porção distal possuindo dedos que se estendem a partir da porção proximal, a porção proximal e a porção distal, cada uma, possuindo faces frontais e faces traseiras opostas, o revestimento da luva sendo construído com um material não condutor e disposto de maneira removível dentro do invólucro externo; e (c) um detector de tensão que compreende: (i) circuito de detecção de tensão possuindo uma entrada e (ii) uma antena conectada à entrada, e em que: (i) a antena está disposta entre o revestimento da luva e o invólucro externo e compreende um condutor que começa em uma extremidade do conector localizada na face traseira da porção proximal, depois se estende ao longo e envolve a extremidade de um dos dedos pré- selecionados e depois termina em uma extremidade livre; (ii) um tampão possuindo uma espessura de pelo menos 2,5 mm é interposto entre o revestimento da luva e a antena; e (iii) o detector de tensão é configurado para detectar a presença de um campo elétrico CA com uma frequência esperada predeterminada próxima à antena e ativar um alarme em resposta à detecção de um sinal na entrada indicativo de um campo possuindo uma força que excede um limiar limite pré-selecionado.

[007] Outro aspecto fornece um método para detectar um campo elétrico CA que pode ser encontrado por um trabalhador usando a luva de detecção de tensão anterior.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[008] A invenção será mais completamente compreendida e outras vantagens se tornarão aparentes quando for feita referência à seguinte descrição detalhada das formas de realização preferidas da invenção e aos desenhos anexos, em que números de referência iguais denotam elementos iguais nas várias vistas e nas quais:

[009] As Figuras 1A - 1B representam vistas planas das faces opostas de um sistema de luva de detecção de tensão da presente invenção;

[010] A Figura 2 representa, em seção transversal esquemática (tomada em II-II na Figura 1A), uma parte de um sistema de luva de detecção de tensão da presente invenção;

[011] A Figura 3 é um fluxograma que representa a programação e operação da eletrônica utilizada no presente sistema;

[012] A Figura 4 representa um circuito elétrico que simula o comportamento elétrico de um sistema de luva de detecção de tensão da presente invenção; e

[013] A Figura 5 é um gráfico que representa o efeito na sensibilidade de um sistema de luva de detecção de tensão da presente invenção resultante da interposição de um tampão entre o revestimento interno e a antena.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[014] Um aspecto da presente invenção fornece uma luva de detecção de tensão que compreende um corpo de luva que possui um invólucro externo da luva, um revestimento da luva e um tampão interposto entre o invólucro externo e o revestimento da luva. Uma antena está situada entre o tampão e o invólucro externo da luva e conectada ao circuito eletrônico adequado.

[015] Quando um usuário da luva se aproxima de uma fonte de tensão CA que pode apresentar um risco de choque, uma tensão é vista na antena através do acoplamento capacitivo à fonte. Esta tensão pode ser detectada pelo circuito da luva. Após a detecção de um campo elétrico CA resultante da fonte, o usuário é alertado sobre a tensão potencialmente perigosa por um sinal de alerta de qualquer tipo, incluindo, sem limitação, um alarme sonoro ou visível. O sistema possui uma sensibilidade alta o suficiente para acionar o alerta antes que o usuário realmente entre em contato com o circuito energizado ou fique ameaçado pela tensão capacitivamente acoplada. O risco de ferimentos graves ou eletrocussão é, portanto, atenuado.

[016] Uma forma de realização possível do sistema de luva de detecção de tensão da presente invenção é mostrada de modo geral nas

Figuras 1A e 1B, que representam, respectivamente, as faces respectivas de uma luva (30) configurada para ser usada na mão direita de um usuário. A face traseira (36) é designada para estar situada no dorso da mão do usuário e fica oposta à face frontal (37) na palma ou na face ventral da mão do usuário. A Figura 2 representa ainda a presente luva (30) em uma vista em corte transversal tomada através da palma e do dedo anelar da luva em II-II na Figura 1A.

[017] A luva (30) é dividida em uma porção proximal (32) e uma porção distal (34). A porção proximal (32) refere-se, de modo geral, à porção que envolve a palma da mão, enquanto a porção distal (34) se estende a partir da base das falanges proximais do polegar do usuário (38) e primeiro pelos quartos dedos (39) - (42). O revestimento da luva (62) é dimensionado e estruturado de modo que se adapte adequadamente à mão do usuário, incluindo os dedos individuais. Em uma forma de realização, o revestimento da luva (62) é não condutor e compreende pelo menos um dentre algodão, algodão retardador de fogo, poliamida, poliimida, poliéster, polietileno, poliuretano, para-aramida, meta-aramida, silicone, fluoropolímero, borracha, elastômero ou couro. Também são contemplados tecidos não tecidos ou tecidos compreendendo um ou mais desses materiais. Formas de realização em que o revestimento da luva é construído de um material que é inerentemente impermeável a líquido s ou inclui um revestimento impermeável, melhoram beneficamente a sensibilidade da detecção e melhoram a segurança do usuário, uma vez que o suor ou outro contaminante líquido não pode criar uma via condutora entre a pele do usuário e a antena (44).

[018] Como melhor se vê na Figura 2, a luva é construída com um tampão (64) fora do revestimento da luva (62) e subjacente à antena (44). O tampão (64) atua para afastar a antena (44) da pele da mão e dos dedos do usuário. O tampão pode compreender qualquer material que não seja condutor e tenha uma constante dielétrica baixa κ, por exemplo, um material com uma resistividade elétrica de pelo menos 1 × 10 10 Ω-m e κ <

5. Em outras formas de realização, κ é menor que 4, 3,5, 3 ou 2,5. O tampão deve ter uma espessura de pelo menos 2,5, 5 ou 7 mm para separar adequadamente a antena da pele do usuário da luva. Em uma forma de realização, o tampão é construído de algodão, algodão retardador de fogo, celulose, poliamida, poliimida, poliéster, polietileno, poliuretano, para-aramida, meta-aramida, silicone, fluoropolímero, borracha, elastômero ou couro, possivelmente como um tecido tecido ou não tecido (por exemplo, feltro ou manta (batting)) ou espuma de célula aberta ou de célula fechada. Em uma forma de realização, o tampão é formado por uma pluralidade de camadas de um ou mais materiais, em que as camadas podem ser ligadas, acolchoadas ou unidas de outra forma.

[019] O tampão (64) deve estar presente em pelo menos a área do revestimento da luva (62), na qual a antena está situada, mas pode cobrir mais do revestimento da luva, ou até ser co-extensivo com ele. Em formas de realização alternativas, o tampão é integrado ao revestimento da luva como uma estrutura unitária única que satisfaz os requisitos acima em relação à espessura, resistividade e constante dielétrica. Em outras formas de realização, o tampão não precisa ser uma camada sólida que cubra inteiramente uma área pré-selecionada do revestimento da luva, mas pode ser formado de seções discretas, desde que mantenha o espaçamento necessário entre a antena e a pele do usuário.

[020] O corpo da luva compreende ainda um invólucro externo da luva (não mostrado) que é configurado para se ajustar confortavelmente sobre o revestimento da luva, o tampão e a antena. Normalmente, o invólucro externo da luva é fixado permanentemente aos componentes da luva no interior, por exemplo, por costura, ligação adesiva ou outra ligação conveniente, mas alternativamente pode ser construído para ser removível separadamente do revestimento da luva e do tampão. Opcionalmente, são fornecidas aberturas no invólucro externo que expõe a eletrônica (53), para que o usuário possa prontamente ativar seus controles, receber sua sinalização, trocar sua bateria ou conectá-la a uma fonte de energia para carregar ou realizar outras funções necessárias.

[021] A antena (44) se estende a partir de uma extremidade do conector (46) na face traseira (36) da porção proximal (32) da luva e em direção ao terceiro dedo (anelar) (41), através de uma porção intermediária (48) e daí à porção de extremidade (50) que envolve a ponta do dedo (41) e termina na extremidade (52). Em uma forma de realização, a porção de extremidade (50) é dimensionada para envolver ambas as faces da falange distal do usuário, com a extremidade (52) localizada aproximadamente na articulação interfalângica distal da mão de um usuário e na face frontal (37). Localização a antena em ambas as faces do dedo fornece beneficamente sensibilidade multidirecional e diminui a proteção pelo dedo. Embora a antena possa estar situada em qualquer um dos dedos, ela está convenientemente localizada no terceiro dedo, que é menos crucial para a força e a destreza da mão do usuário do que o polegar ou os dois primeiros dedos, enquanto ainda fornece ao sistema sensibilidade adequada. Também são contempladas outras configurações nas quais a antena possui várias ramificações ou porções dispostas em dedos adicionais ou em outro local na luva.

[022] Na forma de realização mostrada na Figura 1A, a porção intermediária (48) possui uma forma ondulada ou sinuosa que oscila ao longo de um eixo geralmente alinhado com a direção do dedo. A porção intermediária (48) segue uma forma serpentina que se aproxima de um sinusóide. Essa configuração permite que os dedos na porção distal da luva se flexionem rapidamente, de modo que a destreza do usuário não seja desordenadamente comprometida. Outras configurações, como zigue- zague, dente de serra ou formato helicoidal, que fornecem um bom grau de flexão, também são possíveis. Configurações mais complicadas que fornecem boa flexão também são contempladas. Idealmente, a configuração da antena é tal que a luva é elástica, flexível e adaptável dentro de toda a amplitude de movimento da mão do usuário. Em uma forma de realização, a antena e a luva na qual é incorporada exibem uma alta elasticidade extensional, o que significa que a estrutura pode ser alongada em até 5, 10, 15 ou 20% sem deformação permanente ou degradação da função de detecção de tensão.

[023] Em outra forma de realização, uma ou mais fios metálicos são tecidos no revestimento da luva. Alternativamente, um condutor pode ser formado usando uma pasta condutora adequada depositada em uma configuração adequada sobre o tampão, o revestimento da luva ou a estrutura integrada, proporcionando a elasticidade necessária.

[024] A antena (44) pode ser construída de qualquer material com condutividade elétrica suficiente para ser compatível com as características de entrada da eletrônica. Por exemplo, pode compreender uma metalização de filme espesso ou fino em uma camada polimérica fina. A implementação mostrada nas Figuras 1 - 2 emprega uma folha de cobre em um substrato fino e flexível de poliimida Kapton® cortado na forma geralmente indicada e fixado ao tampão (64) por um adesivo. Na construção mostrada, o adesivo sensível à pressão (66) é disposto em uma pluralidade de locais discretos ao longo do comprimento da antena (44), de modo que a luva retém a capacidade de flexionar para que a destreza do usuário não seja comprometida. Outras alternativas para conectar a antena (44) também são utilizáveis, incluindo adesivo contínuo, costura, soldagem por solvente ou similares.

[025] Na implementação mostrada na Figura 1A, a eletrônica (53) fornece um circuito de detecção de tensão e inclui ainda uma chave liga/ desliga (54) e três luzes indicadoras (56, 58, 60). A eletrônica (53) é preferencialmente presa à luva por qualquer acessório adequado. Por exemplo, pode ser fixada de maneira adesiva ou costurando-a no revestimento da luva (62) ou disposta em um bolso formado no revestimento da luva (62) ou no invólucro externo da luva.

[026] Como melhor se vê na Figura 2, a antena (44) está conectada em sua extremidade do conector (46) a uma entrada da eletrônica (53). Normalmente, há uma conexão elétrica direta entre a antena e a eletrônica, mas também são contempladas outras formas de conexão indireta. É preferível que uma conexão elétrica direta seja feita através de um conector reversivelmente encaixável para permitir a reutilização da eletrônica com outra luva, embora também sejam contempladas formas de realização em que uma conexão elétrica mais permanente é usada. O circuito de detecção de tensão da eletrônica (53) é capaz de executar funções que incluem, sem limitação, detectar a tensão apresentada na entrada e ativar um alarme ou outro meio de sinal em resposta à detecção de uma tensão indicativa de um campo elétrico CA possuindo uma força que excede um limiar limite pré-selecionado. O circuito pode ser implementado usando quaisquer componentes eletrônicos analógicos e/ ou digitais adequados ou circuito integrados. A eletrônica , em algumas formas de realização, tem funcionalidade adicional que detecta e indica a força do campo semi-quantitativamente ou quantitativamente, além de apenas ser acionada se o campo exceder um limiar limite. Uma bateria ou outra fonte de energia adequada (não mostrada) é normalmente fornecida, juntamente com uma chave liga-desliga (54) ou semelhante.

[027] Em algumas formas de realização, a eletrônica inclui um indicador operável para fornecer uma indicação sonora e/ ou visível da força do campo elétrico CA próximo à antena. Por exemplo, o indicador pode incluir uma exibição visível de qualquer tipo conveniente, incluindo, sem limitação, um medidor mecânico ou eletrônico em uma configuração rotativa ou linear ou uma série de segmentos de luz endereçáveis individualmente configurados como um gráfico de barras cujo comprimento aumenta conforme a força do campo aumenta. Em outra implementação, tal como a representada na Figura 1, o indicador compreende uma pluralidade de fontes de luz (56, 58, 60) que são ativáveis individualmente e preferencialmente de cores diferentes.

[028] O indicador também pode incluir um transdutor de áudio, tal como um alto-falante, transdutor piezoelétrico ou dispositivo semelhante que emite um sinal de áudio de qualquer tipo desejado, incluindo, sem limitação, um único tom que pode variar em amplitude e/ ou frequência ou um padrão de tom tal como uma sirene, um tom de gorjeio ou algo semelhante.

[029] Em algumas formas de realização, o indicador fornece um sinal que é continuamente variável em uma ou mais de suas características, para que ele possa fornecer ao usuário uma indicação analógica da força do campo. Por exemplo, uma indicação sonora pode ser fornecida como pulsos repetidos, tais como cliques, bipes, trinados ou similares, com o intervalo entre pulsos sucessivos diminuindo à medida que a força do campo aumenta. Como alternativa, o indicador pode fornecer um número discreto de indicações diferentes, que podem ser tão simples quanto uma tela visível multicolorida e/ ou várias frequências de áudio discretas ou vários padrões de tons distintos, cada uma das indicações correspondendo a uma força de campo que excede uma dentre uma série de níveis pré-selecionados crescentes.

[030] Em algumas implementações, a eletrônica (53) inclui circuito de filtragem ou programação adaptado para limitar a resposta do sistema a tensões CA possuindo uma frequência dentro de uma faixa pré- selecionada. Normalmente, a faixa de frequência é escolhida para abranger a frequência da tensão de linha que se espera que esteja potencialmente presente, tal como 50, 60 ou 400 Hz. Em uma implementação de 60 Hz, essa faixa de frequência pode ser selecionada como 55 - 65 Hz. O uso de um filtro passa-banda fornece uma medida de imunidade ao ruído.

[031] A eletrônica (53), em algumas formas de realização, inclui microcontrolador ou circuito de processamento de sinal digital que pode ser programado para executar uma ou mais das funções de filtragem, detecção e ativação de alarme descritas acima. Um possível algoritmo para programar o circuito é representado no fluxograma da Figura 3. Na etapa (102), a tensão apresentada em um terminal de entrada analógica da antena (44) em cada uma de uma série de pontos é amostrada e armazenada, opcionalmente incluindo uma validação cronológica. A taxa de amostragem e a duração são definidas para fornecer um número suficiente de pontos de dados amostrados para fornecer um conjunto de dados para caracterização subsequente. Normalmente, a duração corresponde a um número desejado de períodos da tensão CA a ser detectada. Por exemplo, a duração pode corresponder a 2 - 6 períodos de um sinal de 60 Hz, com cerca de 134 pontos por período a uma taxa de amostragem de 8 kHz. Na etapa (106), as tensões máxima e mínima dentro desses pontos são determinadas e uma tensão e frequência médias são calculadas. As etapas (106) e (108) executam uma operação de filtragem rudimentar para distinguir entre sinais reais de interesse e ruído e outros artefatos de sinal. O sinal da antena é determinado como de interesse se sua frequência estiver dentro de uma faixa de frequência pré-selecionada de interesse (por exemplo, uma faixa de 55 a 65 Hz pode ser usada em uma forma de realização para detectar um sinal nominal de 60 Hz) (etapa (106)) e as tensões máxima e mínima diferem em menos que um limiar de diferença predeterminado (etapa (108)). Se a frequência determinada estiver fora da faixa pré-selecionada ou as tensões máxima e mínima diferirem em mais do que o limiar de diferença, a ativação do alarme será inibida. Na prática, verificou-se que os sinais com uma frequência que difere acentuadamente da frequência nominal da linha ou de um padrão em que o máximo e o mínimo são muito diferentes, são indicativos de ruído ou outras anomalias, e não de sinal verdadeiro.

[032] Uma determinação é ainda feita nas etapas (110), (112) e (114), se a amplitude do sinal (como indicado pela tensão média determinada na etapa (104)) está dentro de qualquer uma das três faixas de tensão pré-selecionadas. Nesse caso, então um indicador LED adequado é iluminado e um tom sonoro adequado é emitido por um alto- falante ou outro transdutor de áudio (etapas (116), (118), (120)). O indicador específico iluminado e a frequência do tom emitido são aqueles associados a uma das faixas particulares dentro das quais o sinal cai. O ciclo de medição é então repetido indefinidamente, desde que o sistema esteja ligado.

[033] Em uma forma de realização adicional, os dados são transmitidos sem fio a partir da eletrônica (53) para uma rede de computadores ou outro sistema de monitoramento adequado. Qualquer protocolo sem fio adequado pode ser usado, incluindo, sem limitação, os protocolos Bluetooth promulgados pelo Bluetooth Special Interest Group (Kirkland, WA) e os protocolos WiFi compatíveis com um ou mais dos padrões 802.11 do IEEE. Os dados podem incluir relatórios periódicos do estado do trabalhador e indicação de qualquer detecção de tensão CA, incluindo amplitude, data/ hora e outras informações pertinentes. Em um aspecto adicional, o sistema de rede de computadores é programado para desligar os circuitos elétricos pertinentes após o recebimento de dados indicativos de uma condição de alarme para proteger o trabalhador que usa a luva de detecção de tensão e quaisquer outros trabalhadores relacionados.

EXEMPLOS EXEMPLO 1

SIMULAÇÃO NUMÉRICA DO EFEITO DE UM TAMPÃO

[034] O efeito na sensibilidade de interpor um tampão de constante dielétrica baixa entre a antena e o revestimento da luva e, assim, afastar a antena dos dedos do usuário, é simulado numericamente, usando o circuito (10) da Figura 4 como intermediário (proxy), em que as várias fontes de resistência e capacitância são tratadas como componentes agrupados. Em particular, os elementos do circuito no circuito (10) são os seguintes: (Vs): fonte sinusoidal CA, 120 Vrms/ 60 Hz; (C1): capacitância de fonte para antena; (C2): capacitância de fonte para corpo; (C3): capacitância de antena para corpo; (C4): capacitância de corpo para solo; (R1): resistência de antena para corpo (CC); (R2): resistência de corpo para solo (CC).

[035] Os valores numéricos de (C1) e (C2) são calculados como uma função da distância entre a fonte de tensão e a antena. (C1) foi calculado usando a modelagem por método de elementos finitos (REM) com o software de modelagem Comsol Multiphysics® (versão 5.3,

COMSOL, Inc., Burlington, MA). Para simplificar o cálculo, assume -se que a fonte de tensão seja um fio de 1 cm de diâmetro e a antena seja um cilindro de material condutor de 12 cm de comprimento e 1 cm de diâmetro. A antena está situada com seu eixo em uma linha que se estende perpendicularmente a partir do eixo do fio energizado pela fonte de tensão.

[036] A capacitância de fonte para corpo (C2) foi calculada usando o software PTC Mathcad Prime 3.1 (disponível em PTC, Needham, MA). Para o cálculo da capacitância, um humano genérico foi representado como uma folha condutora com cerca de 170 cm de altura e XX cm de largura.

[037] Os valores de (R2) e (C4) foram tomados da literatura como cerca de 10 kΩ e 200 pF, respectivamente. (R1) foi calculado para ser pelo menos 1 GΩ e, portanto, não teve um efeito apreciável no comportamento do circuito nas frequências de interesse. Para simular o efeito do tampão, (C3), a capacitância de antena para corpo, foi aproximada por duas placas paralelas com as dimensões de um dedo humano típico, separadas por cerca de 4,0 mm (correspondendo a uma espessura de 3,6 mm de um material com κ ~ 3,5 (típico da fibra meta-aramida Nomex®), 0,05 mm de filme de poliimida Kapton® coberto de cobre e 0,36 mm de fibra de para-aramida Kevlar®. A luva sem o tampão foi simulada por um espaçamento de 0,41 mm, no qual o tampão foi omitido, mas mantendo as camadas de poliimida e para-imida, que correspondem respectivamente ao material da antena e ao revestimento da luva.

[038] Usando esses valores para os elementos de circuito do circuito (10), as tensões (V1) e (V2) foram calculadas usando o software LTspice XVII (disponível para download em http://www.linear.com/designtools/software/) para os modelos que representam as duas configurações diferentes de luvas e ao longo de uma faixa de espaçamentos representando a distância entre a fonte e a antena. A tensão acoplada à antena foi tomada como aproximadamente V1-V2 e é representada graficamente como mostrado na Figura 5 em função da distância entre a fonte de tensão e a antena para ambas as configurações. (V2) é um intermediário para a tensão no circuito de luva real do solo virtual do circuito de detecção de tensão, que se presume estar intimamente acoplado à pele de um usuário. (V1) e (V2) são referenciados ao solo terrestre real.

[039] Pode-se observar que a interposição do tampão aumenta substancialmente a tensão acoplada, de menos de 2% para mais de 10% da tensão da fonte, mesmo a uma distância superior a 25 cm. O aumento da tensão acoplada nesta simulação indica, assim, que a inclusão de um tampão na configuração real de luva descrita acima melhoraria acentuadamente a capacidade de detecção de uma luva usada por um trabalhador da maneira pretendida e, portanto, a proteção proporcionada.

[040] Sem estar limitado por nenhuma teoria, acredita-se que a sensibilidade aprimorada da detecção de tensão resultante da inclusão do tampão seja atribuível à diminuição da capacitância efetiva de antena para corpo (C3). Como (R1) (a resistência da antena para corpo através do tampão e do revestimento da luva) é muito grande, a reatância da combinação paralela R1/C3 é dominada por (C3). Sem o tampão, o (C3) aumenta e, portanto, sua reatância diminui inversamente. Por sua vez, a queda de tensão (V1-V2) através da combinação R1/C3 diminui acentuadamente, reduzindo a fração (V1-V2)/Vs da fonte de tensão que fornece sinal detectável.

[041] Além disso, e sem estar limitado por nenhuma teoria de operação, entende-se que o presente sistema, em que a antena está disposta próxima à pele do usuário, apresenta um desafio não enfrentado por um detector convencional em um alojamento tipo caneta. Neste último, um usuário normalmente segura o alojamento em um ponto espaçado a uma distância substancial da ponta da sonda em uma extremidade. Assim, o usuário pode colocar a ponta da sonda em contato com os condutores ou terminais a serem testados, mantendo uma distância de trabalho segura. A sensibilidade do detector não é comprometida pelo acoplamento capacitivo entre a fonte e o usuário que pode desviar ou afetar a tensão na antena que o detector deve detectar para inferir a existência de um risco. Visto em termos dos elementos de circuito do circuito intermediário da Figura 4,

essa configuração mantém ou diminui (C1) e aumenta substancialmente (C2) e (C3) sobre os valores característicos da atual configuração de luva, de modo que a tensão (V1 - V2) disponível para detecção é relativamente maior.

[042] No entanto, um sistema detector incorporado na luva de um trabalhador permite o monitoramento contínuo. A inclusão de um tampão, afastando o elemento de antena da pele do trabalhador diminui o valor efetivo de (C3), mitigando assim a sensibilidade perdida que, de outra forma, ocorreria. Na prática, a espessura do tampão deve ser ajustada de forma consistente com a manutenção de uma luva que proporcione flexibilidade adequada para o usuário. E XEMPLO 2 E XEMPLO COMPARATIVO 1

TESTE DE UMA LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO

[043] Uma luva de detecção de tensão foi construída, de modo geral, de acordo com a descrição das Figuras 1 - 2 acima e posteriormente testada para caracterizar sua capacidade de detectar a fiação CA energizada.

[044] A luva do Exemplo 2 compreendia um revestimento da luva de fibra de para-aramida Kevlar® de 0,36 mm de espessura e um tampão que foi fabricado com tecido de algodão retardador de fogo com aproximadamente 3,6 mm de espessura e modelado para se adaptar adequadamente em uma mão humana. Uma antena foi formada por um filme de poliimida Pyralux® de 12 µm de espessura, com uma camada de cobre condutora de 12 µm de espessura e presa à parte externa da camada interna de algodão. A antena se estendia a partir de uma extremidade proximal situada na face traseira da porção proximal (32) e daí ao longo da face traseira do terceiro dedo (anelar) da porção distal (34) em um padrão de meandro. Uma seção de extremidade sólida enrolada em torno da ponta desta parte do dedo e terminada em uma extremidade distal na face frontal em um local aproximadamente igual à articulação interfalângica distal do terceiro dedo do usuário.

[045] A extremidade proximal da antena foi conectada a uma entrada ADC de um microcontrolador AVR ATmega32U4, que foi programado para detectar as tensões de entrada apresentadas neste terminal. O microcontrolador foi ainda programado para iluminar uma das três luzes indicadoras (verde, azul e vermelha) após a detecção de qualquer tensão de entrada que caísse dentro de três faixas pré- selecionadas: 2-20 mV, 20-200 mV ou acima de 200 mV, respectivamente.

[046] Uma construção semelhante foi usada para a luva do Exemplo Comparativo 1. A antena tinha uma forma semelhante, mas cortada de uma tira de folha de cobre com um suporte adesivo sensível à pressão (3M Corporation). Foi laminado diretamente sobre um revestimento da luva de fibra de para-aramida Kevlar® do mesmo tipo usado no Exemplo 2, e sem o tampão intermediário. Para ambas, o invólucro externo era uma luva construída com tecido tecido de para- aramida Kevlar® com cerca de 0,7 mm de espessura.

[047] O teste foi realizado para cada luva por um sujeito humano, que vestiu a luva e aproximou-se de um condutor conectado a uma fonte de tensão CA energizada com os dedos totalmente estendidos e aproximadamente perpendiculares ao condutor. A posição da mão na qual cada um dos três níveis de detecção anteriores foi indicado pela iluminação das luzes verde, azul e vermelha, respectivamente, foi anotada. A distância de detecção para cada um foi medida entre o dedo anelar e a fonte de tensão, conforme mostrado na Tabela 1 abaixo. Todas as medições representam uma média de quatro distâncias, com duas medições de distância feitas para cada um dos dois testadores. As configurações de luvas do Exemplo 1 e do Exemplo Comparativo 1, como descritos acima, foram testadas. Para comparação, as distâncias mínimas de detecção também foram obtidas usando um detector de tensão CA comercial, portátil e sem contato, geralmente em forma de caneta e com uma sensibilidade nominal de 90 a 1000 VAC (Fluke VoltAlert 1AC-A II, Fluke Corporation, Everett, WA).

[048] Os dados da Tabela 1 demonstram a melhora na sensibilidade de detecção resultante da inclusão do tampão, conforme indicado pela maior distância na qual um determinado nível de sinal é detectado. O presente sistema de luvas também é visto como tendo maior sensibilidade do que o detector comercial portátil. TABELA 1 Melhoria da sensibili Melhoria da DISTÂNCIA dade (%) Tira de Cu Cu em Kapton® sensibilidade (%) do

S DO diretamente com tampão de da tamponada em tampão

ALARME na luva baixo k relação à não em (polegadas) relação tamponada ao comercia l Detect Tens or de ão tensão Ve sem Ver (rms Ver Az rm Az Az Verm contat Verde me Verde Verde ) de o de ul elh ul ul elho lho peri comerc o ial (tipo go caneta) Se Sem 6" m comp versus Sem 3,31 0,8 sin 129 araçã sem 40V sinal 3 75 al 6 2 0 81% % o sinal 10,75" 3,1 0,3 28 versus 120V 0 7,63 25 8 10,75 4 0,5 41% % 33% toque 14,2 6,1 1,8 11, 2,8 84 500V 2,125 5 25 8 28,5 3 75 100% % 53% 1241% 1000 18,2 7,2 3,1 93 V 3,75 5 5 3 34,75 14 4,5 90% % 44% 827% 10,0 53,2 7,6 45, 81 00V 10,25 5 25 3 86 3 16 62% % 110% 739%

[049] Tendo assim descrito a invenção com bastante detalhe, será entendido que esse detalhe não precisa ser rigorosamente seguido, mas que outras alterações e modificações podem sugerir-se a um técnico no assunto, todas abrangidas pelo escopo da invenção, conforme definido pelas reivindicações anexas.

[050] Neste relatório descritivo, a menos que seja explicitamente expresso de outra forma ou indicado em contrário pelo contexto de uso, onde uma forma de realização da matéria-objeto deste documento é expressa ou descrita como compreendendo, incluindo, contendo, possuindo, sendo composta por ou sendo constituída por ou de certas características ou elementos, uma ou mais características ou elementos além daqueles explicitamente expressos ou descritos podem estar presentes na forma de realização. Uma forma de realização alternativa da matéria-objeto deste documento, no entanto, pode ser expressa ou descrita como consistindo essencialmente em certas características ou elementos, em cujas características ou elementos da forma de realização que alterariam materialmente o princípio de operação ou as características distintivas da forma de realização não estão presentes nos mesmos. Uma outra forma de realização alternativa da matéria-objeto deste documento pode ser expressa ou descrita como consistindo em certas características ou elementos, em cuja forma de realização, ou em variações insubstanciais da mesma, apenas as características ou elementos especificamente expressos ou descritos estão presentes. Além disso, o termo “compreendendo” pretende incluir exemplos abrangidos pelos termos “consistindo essencialmente em” e “consistindo em”. Da mesma forma, o termo “consistindo essencialmente em” pretende incluir exemplos abrangidos pelo termo “consistindo em”.

[051] Neste relatório descritivo, a menos que seja explicitamente expresso de outra forma ou indicado em contrário pelo contexto de uso, quantidades, tamanhos, faixas, formulações, parâmetros e outras quantidades e características aqui citadas, particularmente quando modificadas pelo termo “cerca de”, podem, mas não precisam ser exatas, e também podem ser aproximadas e/ ou maiores ou menores (conforme desejado) do que o indicado, refletindo tolerâncias, fatores de conversão, arredondamento, erro de medição e similares, bem como a inclusão dentro de um valor declarado desses valores fora dele que tenham, dentro do contexto desta invenção, equivalência funcional e/ ou operável ao valor declarado.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, caracterizada por compreender: (a) um invólucro externo da luva; (b) um revestimento da luva tendo uma porção proximal e uma porção distal possuindo dedos que se estendem a partir da porção proximal, a porção proximal e a porção distal, cada uma, possuindo faces frontais e faces traseiras opostas, o revestimento da luva sendo construído com um material não condutor e disposto dentro do invólucro externo; e (c) um detector de tensão que compreende: (i) circuito de detecção de tensão possuindo uma entrada e (ii) uma antena conectada à entrada, e em que: (i) a antena está disposta entre o revestimento da luva e o invólucro externo e compreende um condutor que começa em uma extremidade do conector localizada na face traseira da porção proximal, depois se estende ao longo e envolve a extremidade de um dos dedos pré- selecionados e depois termina em uma extremidade livre; (ii) um tampão possuindo uma espessura de pelo menos 2,5 mm é interposto entre o revestimento da luva e a antena; e (iii) o detector de tensão é configurado para detectar a presença de um campo elétrico CA com uma frequência esperada predeterminada próxima à antena e ativar um alarme em resposta à detecção de um sinal na entrada indicativo de um campo possuindo uma força que excede um limiar limite pré-selecionado.

2. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela extremidade livre estar localizada na face frontal do dedo pré-selecionado.

3. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo tampão compreender pelo menos um dentre um algodão retardador de fogo, um poliuretano, uma para-aramida, uma meta- aramida, um silicone ou uma borracha.

4. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo tampão possuir uma constante dielétrica κ de no máximo 5 e uma resistividade elétrica de pelo menos 1 × 1010 Ω-m.

5. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo tampão e o revestimento da luva serem integrais.

6. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela antena compreender uma folha metálica.

7. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela antena compreender um fio metálico.

8. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela antena exibir uma elasticidade extensional de pelo menos 5%.

9. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela antena estar conectada em sua extremidade do conector à entrada do circuito de detecção de tensão usando um conector reversivelmente encaixável.

10. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela antena estar ligada ao tampão em uma pluralidade de locais discretos.

11. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo invólucro externo ser removível do revestimento da luva e do tampão.

12. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo circuito de detecção de tensão: (i) ser ainda configurado para detectar a força do campo elétrico CA e (ii) compreender um indicador operável para indicar a força.

13. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo indicador ser operável para fornecer um número discreto de indicações diferentes, cada um indicativo de que a força do campo detectada está dentro de uma de uma série de faixas pré-selecionadas, cada uma das faixas sendo associada a uma das indicações.

14. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo circuito de detecção de tensão ser configurado para inibir o alarme se o sinal apresentado na entrada da antena tiver uma frequência que está fora de uma faixa de frequência pré-selecionada.

15. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo circuito de detecção de tensão compreender um microcontrolador programável que fornece a entrada e é programado para ativar o alarme em resposta à detecção de um sinal na entrada indicativo de um campo possuindo uma força que excede um limiar limite pré-selecionado.

16. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo microcontrolador ser programado para adquirir um conjunto de dados que consiste em uma pluralidade de pontos de dados que representam digitalmente uma forma de onda de tensão apresentada na entrada durante um intervalo correspondente a uma pluralidade de períodos da frequência esperada.

17. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo microcontrolador ser programado para determinar a frequência do sinal representado pelo conjunto de dados e para inibir o alarme se a frequência estiver fora da faixa de frequência pré- selecionada.

18. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo microcontrolador ser programado para determinar um valor máximo e mínimo da tensão dentro do conjunto de dados e para inibir a ativação do alarme se uma diferença entre os valores máximo e mínimo for maior que uma diferença pré-selecionada.

19. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo microcontrolador ser programado para determinar um valor médio da tensão dentro do conjunto de dados e para ativar o alarme se o valor médio for indicativo da presença de um campo elétrico CA próximo à antena que tem uma força que excede o limiar limite pré- selecionado.

20. LUVA DE DETECÇÃO DE TENSÃO, de acordo com a reivindicação 19, caracterizada pelo circuito de detecção de tensão compreender um indicador operável para fornecer um número discreto de indicações diferentes e o microcontrolador ser programado para ativar uma das diferentes indicações se o valor médio da tensão dentro do conjunto de dados estiver em qualquer uma das séries de faixas pré-selecionadas, cada uma das faixas sendo associada a uma das indicações.