CN105221186A - 一种矿难发生时使用的救命矿灯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矿难发生时使用的救命矿灯，是在传统矿灯的基础上，增设人体体征探测装置和应激发射、透地通讯装置及微型发射装置，并设有电能储备部件和SOS控制开关。所述人体体征探测装置，是红外线传感器或太赫兹生物能量探测传感器，或红外线传感器和太赫兹生物能量探测传感器；所述应激发射、透地通讯装置，包括信息采集处理单元、超级储能变换器、应激发射单元、局部网络数据共享单元；所述微型发射装置，为开放式无线电波发射装置，位于矿灯电池盒内。本发明采用中短距离透地通讯技术，让每个矿灯都是一个独立的发射体，具备向外发射矿灯探测到的所有信息的功能，矿灯之间可以相互通讯，让现场的救命矿灯按程序轮流发射信息，从而给决策部门提供了准确可靠的救护依据，有利于实现“有效救护和优先救护”的原则。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿灯，具体地说是一种矿难发生时使用的救命矿灯。
背景技术
传统的矿灯，能够显示诸多电学参数和光学参数，如矿灯电池容量、输出电压、电流、各种保护、矿灯当前照度、光通量、人员定位信息等。矿灯作为一种信息终端，可以将其光学参数、电学参数收集整理，同时也可以将人体体征信息通过红外探测、太赫兹能量感知、二氧化碳浓度检测等相关人体体征参数收集整理，汇总后与信息中心进行双工通讯；可以通过井下人员定位系统提供井下作业人员的作业位置及行动路线，也能将每个矿灯光源参数及电参数传回信息中心。但是，井下一旦发生矿难，如：瓦斯爆炸、巷道坍塌、井下透水事故等极端事件时，所有的通讯信息将会中断，井下人员的生存信息、位置信息都成了信息盲点，这是目前矿难事故发生后，救护时间长、效率低、救护难的主要原因。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种有特殊功能的“救命矿灯”，当矿难发生时，通过该“救命矿灯”给处于矿难区域的井下作业人员及时提供更多的生存机会和救生通道信息，实现有效救护和优先救护。
本发明的理念是：一旦矿难发生时，怎样实现有效救护和优先救护呢？所谓“有效救护”，就是救“活的”；所谓“优先救护”，就是救“近”的和救“多”的。本发明的效能是：当检测到遭遇矿难的人员无生命体征时，可暂缓或放弃救护，做好厚待生者(家属)、告慰逝者(遇难人员)的工作；当检测到遭遇矿难的人员还有生命体征时，根据系统位置定位信息，快速决断，采取最有效的措施施救，从而赢得快速救护的时间。
本发明是这样实现的：
本发明是在普通矿灯的基础上，增加了人体体征探测装置和应激发射、透地通讯装置和微型发射装置。矿灯上并设有控制人体体征探测装置和应激发射、透地通讯装置及微型发射装置的SOS开关。
所述人体体征探测装置，系生命体征的探测传感器，是红外线传感器或太赫兹生物能量探测传感器，或红外线传感器和太赫兹生物能量探测传感器；其位于矿灯之贴近人体的部位，利于传感器接收最强的人体能量信息；
所述应激发射、透地通讯的装置，包括信息采集处理单元、超级储能变换器、应激发射单元、局部网络数据共享单元，这些元器件可以放置到一块电路板上或放置到不同电路板上，电路板安装在矿灯电池盒内；
所述信息采集处理单元，其作用是把传感器检测到的信号数据进行放大、整形、存储，为信息发射提供最准确及时的数据；
所述超级储能变换器，是由超级电容储能器件和DC/DC变换器进行高效电压变换，给应激发射单元提供足够的发射所需要的能量；
所述应激发射单元，由功率管、专用集成电路和阻容器件构成，具有开放式无线电波发射功能，其作用是将信息采集处理单元的信号按一定的发射模式和发射功率传送到通讯中继单元，再由中继单元将信息传送到矿山指挥中心；
所述局部网络数据共享单元，在每个矿灯内均由功率管、专用集成电路和阻容器件构成；
所述微型发射装置，具有开放式无线电波发射功能，位于矿灯电池盒内，用于矿灯间通讯。是矿灯自组网的功能单元，用于矿灯间通讯，其功率较小，通讯距离也较短，调试发射距离在30-50米，可实现传感器对此范围内的物体进行有效探测及数据归一化处理，能防止环境干扰造成的数据不准确性。这是因为，人只要活着，就会有红外线对外发射，如果只对一个人近距离监测，监测数据相对稳定，而当周边有人活动时，监测数据就会有很大波动，把波动的数值归一化(数值加权平均)就可以得到更真实的检测数据，过滤掉其他的干扰因素。将此数据与30cm(人体的肩宽、臀宽约50-60cm)内的探测数据进行比对，比对的过程就是数据归一化的过程；滤掉干扰，减少误判。同时，把时间数据引入生物能量判定，(所谓时间数据，比如一个小时以前的数据和现在的数据相比，如果人在这一个小时内死了，这个数据一定会有很大变化一因为探测不到人体生物体征了，从而一定程度上也会减少误判机会)。某一个矿灯发射的监测信号与该矿灯附近的其他矿灯之间数据共享，进行近距离通讯，构成局部网络数据共享单元；多个网络数据共享单元组成局部区域网络，此网络内每个矿灯都是一个发射和接收终端，各个终端之间进行微能量的短距离通讯。
本实施例之局部网络数据共享单元，每次载波信息发射时长为1-3秒，功率达5W-8W或更高，每5-10分钟发射一次；矿难现场矿灯轮流发射；载波发射频率在5-30赫兹之间；载波信息有效传输距离为50-100米之间。
所述载波的发射天线是矿灯帽线，长度1.5米左右。
传统矿灯在与外界通讯时的组网通讯一般使用CDMA或GSM网络，组网简单、中继设备配套容易。但是，在极端矿难发生时，以上网络功能会瞬间失去作用。为此，本发明的解决方案是：启用应急通讯手段：在矿灯上设有SOS开关，一旦启动这个开关，矿灯内部的生命体征探测传感器、信息采集处理单元、超级储能变换器、应激发射单元、局部网络数据共享单元将全部进入工作状态(注：这些单元工作起来耗能较大，故正常情况下这些单元处于待机状态)，即，采用中短距离透地通讯技术，其方法是：每个矿灯都是一个独立的发射体。这时，矿灯由于启动了SOS开关，就具备了向外发射矿灯探测到的所有信息功能，可以不断的发射相关信息。这些信息通过应激发射单元这个端口和天线(灯线)发射出去。矿灯之间可以相互通讯。每次载波信息发射时长为1秒左右，功率可达5W或更高(可调节)，每5-10分钟发射一次，为节约能耗，可实现在场矿灯轮流发射；载波发射频率在5-30赫兹之间调整；载波的发射天线是矿灯帽线(长度约1.5米)；载波信息有效传输距离选择50-100米之间-因为矿山巷道距离间隔大都在50～100米内。
该救命矿灯的原理在于：通常一条巷道发生矿难时，仅仅是在局部发生，相邻的其他巷道及通讯等大部分正常。应急透通讯是在非常时期启用的应急手段，它在非常时期只要完成中短距离(巷道间)有效通讯，完成应急数据(位置和生命体征)传输，就能解决矿难造成的通讯盲点问题。应急透地通讯的通讯规约、协议符合井下常规通讯组网协议，这样矿难发生时就能完全满足应急通讯需要。
鉴于一般矿灯所携带的电池，由于自身内阻和放电保护限制，不可能满足载波信息发射功率的要求。为此，本发明在矿灯里采用人工启动应急发射系统，该系统采用的电能储备部件是特种超级电容，该特种超级电容有极低的内阻(1-3mΩ)，在5-6V输出电压时，瞬间可以输出几百安培以上的电流。通过DC/DC变换系统，就可以在瞬间释放几瓦甚至几十瓦的发射功率。由于发射时间极短，所以每次发射的总能耗不是很大，同时由于矿灯间的数据能够共享，可以让现场的救命矿灯按程序轮流发射信息，节约能源，延长工作时间，为信息传输争取宝贵的时间。
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。
附图说明
图1.本发明实施例之救命矿灯的电路原理图
图2.本发明实施例之传输流程示意图
具体实施方式
实施例：一种煤矿井下的救命矿灯
图1显示本实施例之救命矿灯的电路原理图
本实施例之救命矿灯，在普通矿灯上增加了应急发射系统，该应急发射系统由生命体征探测传感器、信息采集处理单元、超级储能变换器、应激发射单元、局部网络数据共享单元及微型发射装置等组成。
所述生命体征探测传感器，是人体红外探测器和太赫兹能量检测器，二者镶嵌在矿灯电池盒壳内并靠近人体。其作用是探测生物体(这里特指人体)是否在连续发射一定波长和能量的射线-这是人体活着的基本特征。
所述信息采集处理单元.是把经传感器检测到的信号数据进行放大、整形、存储，为信息发射提供最及时的数据。
所述超级储能变换器，是由超级电容储能器件，是特种超级电容，其内阻2mΩ左右，在5-6V输出电压时，瞬间输出百余安培以上的电流。由DC/DC变换器进行高效电压变换，给应激发射单元提供发射所需要的足够能量。
所述应激发射单元，是由功率管和阻容器件构成的发射单元，其作用是将信息采集处理后的信号，按一定的发射模式和发射功率传送到通讯中继单元，再由中继单元将信息传送的矿山指挥中心。
所述局部网络数据共享单元，是每个矿灯内的微型发射装置，发射的本机监测信号与矿灯附近的其他矿灯进行近距离通讯，这种通讯方式简易、能量微弱。主要作用是数据共享。
所述微型发射装置，为开放式无线电波发射装置，位于矿灯电池盒内。
矿难发生时，处于发生矿难区域的人们，启动矿灯上的SOS开关，将矿灯变成具有应激发射功能的设备，人体生物信息数据通过应激发射单元传输到最近的可接收信号通讯网络，再由网络将数据传输到信息中心，帮助相关部门快速决策，争取救护时间，提高救护效率，减少救护成本，把更多生存机会提供给遇险人员，创造更多生命奇迹。
救命矿灯的工作过程如图2所示：
当矿难发生后，若矿工不能迅速逃离事故现场，就要尽快寻找相对安全的地方避险。之后，打开救命矿灯“SOS”开关，向附近区域发出求救信息：当“SOS”开关打开以后，救命矿灯内的生命体征探测传感器、信息采集处理单元、超级储能变换器、应激发射单元、局部网络数据共享单元由休眠转入工作状态。生命体征探测传感器将获得的信息传送到信息采集处理单元，经处理的人体生命体征信息与局部网络数据共享单元所获取的信息汇总后送达应激发射单元，应激发射单元用超级储能变换器提供的充足能量，将汇总的信息通过透地通讯的方式发送给通讯中继单元。因为矿灯在设计时已嵌入了自组网功能，所以多台矿灯在一起时是能实时双工通讯的。为了节能，延长待机时间，只需一台矿灯对外发射，矿难区域网内各个矿灯均可监测到遇险人员生命体征信息，这样可以做到尽量提高单机发射功率，延长有效发射距离。当一台矿灯能量不多时保持待机能量，由下一台矿灯接续承担发射任务，以此类推。这种自动接续承担发射任务的功能是矿灯自带的组网功能之一，是软件编程时设置的。同时通过调整单次发射间隔和载波脉宽来控制单机待机时间。
煤矿井下巷道间隔距离远近不等，当井下某个区域发生事故，会造成局部地质结构出现重大变化，经常有坍塌、冒顶、水漫现场等情况。在现场不远的地方可能一切通讯能够正常运行，或其他巷道通讯设备、线路能够正常运行等等。救命矿灯能够发射的有效距离(介质为岩石和黏土)一般控制在50-100米。在每个巷道内分布着多个能够接收救命矿灯发射信息的中继基站(即通讯中继单元)，“救命矿灯”通过透地通讯的通讯方式将信息发给这些中继基站，这些基站在接到救命矿灯的发射信号后迅速转化成矿山救护系统(通讯系统是矿山救护六大系统之一，是井下公共信息的主要通道。)可接收的公共信号。应激发射发出的信号是一种支路信号，矿山救护系统的通讯信号是干线信号，支线信号通过一定的通讯规约进入干线信号网络，(这种规约的制定不在本专利的讨论范围，也在这里不要求技术保护，所以不再详述)这些公共信号很快被矿山生产指挥中心系统收到，之后把这些信号传到矿山生产指挥中心供决策部门参考。事故区域内的救命矿灯不断传回有价值的遇险人员生命体征信号，给决策部门提供了有力的行动依据。而且这种信息是不断变化的，决策部门可以根据事故现场传来的信息实时应变对策，真正实现“有效救护和优先救护”的原则：救活的，救近的，救多的。
Claims (4)
1.一种矿难发生时使用的救命矿灯，其特征在于：矿灯上设有人体体征探测装置和应激发射、透地通讯装置及微型发射装置，并设有电能储备部件和SOS控制开关；
所述人体体征探测装置，系生命体征的探测传感器，是红外线传感器或太赫兹生物能量探测传感器，或红外线传感器和太赫兹生物能量探测传感器；其位于矿灯之贴近人体的部位；
所述应激发射、透地通讯装置，包括信息采集处理单元、超级储能变换器、应激发射单元、局部网络数据共享单元，这些元器件可以放置到一块或放置到不同的电路板上，电路板安装在矿灯电池盒内；
所述信息采集处理单元，其作用是把传感器检测到的信号数据进行放大、整形、存储，为信息发射提供最准确及时的数据；
所述超级储能变换器，是由超级电容储能器件和DC/DC变换器进行电压变换，给应激发射单元提供足够的发射所需要的能量；
所述应激发射单元，由功率管、专用集成电路和阻容器件构成，具有开放式无线电波发射功能，其作用是将信息采集处理单元的信号按一定的发射模式和发射功率传送到通讯中继单元，再由中继单元将信息传送到矿山指挥中心；
所述局部网络数据共享单元，在每个矿灯内均由功率管、专用集成电路和阻容器件构成；
所述微型发射装置，为开放式无线电波发射装置，位于矿灯电池盒内。
2.根据权利要求1所述矿难发生时使用的救命矿灯，其特征在于：所述局部网络数据共享单元，每次载波信息发射时长为1-3秒，功率达5W-8W或更高，每5-10分钟发射一次；矿难现场的矿灯实现轮流发射；载波发射频率在5-30赫兹之间；载波信息有效传输距离为50-100米之间。
3.根据权利要求2所述矿难发生时使用的救命矿灯，其特征在于：所述载波的发射天线是矿灯帽线，长度1.3-1.8米。
4.根据权利要求1所述矿难发生时使用的救命矿灯，其特征在于：所述电能储备部件，是特种超级电容，其内阻1-3mΩ，在5-6V输出电压时，瞬间输出几百安培以上的电流。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160106 |