CN115331374A - 一种越界报警式三维安全岛系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种越界报警式三维安全岛系统，包括激光发射器、激光接收模块、导电滑环、可调速电机、声光报警器、电源模块；激光接收模块与声光报警器采用集成设计；导电滑环及可调速电机机轴与激光发射器固定连接，导电滑环与激光发射器的电源线连接；可调速电机带动激光发射器旋转，形成以激光发射器为圆心的圆形光面，多个圆形光面形成三维立体空间，当作业人员或机械越界通过立体光面时激光接收模块感应到激光并发出声光报警。越界报警式三维安全岛系统设备布置简单合理，主要由四部分组成，整体采用了激光旋转光面原理，避免了复杂的布线工作，有效减少了功率损耗。

Description

一种越界报警式三维安全岛系统

技术领域

本发明涉及一种安全系统，尤其是一种越界报警式三维安全岛系统。

背景技术

目前，在进行近电作业时，人员及机械在作业过程中超越安全临界而发生危险的状况时有发生，究其根源，主要有三点原因：一是在作业过程中，作业人员无暇进行自我监护。二是对高空作业部位，地面监护人员难以有效监护和管控。三是在专职监护人懈怠、不尽责的情况下，作业人员失去有效监护。为了解决上述问题，团队需要研发一种能够协助工作负责人和专职监护人对作业人员或作业机械进行有效监护的新型安全工器具。该工具可在作业区域建立三维立体式安全边界，在作业人员或作业机械越过安全边界时发出报警提示，作业人员或机械司机收到报警信号后，立即退回安全区域，确保施工安全。

电子围栏是一种利用通有直流电的导线，首尾环绕形成环状结构，达到限制活动范围目的的安全装置。目前,普遍运用的电子围栏技术包括脉冲电子围栏、红外对射电子围栏等。脉冲电子围栏是一类以高压脉冲为基础，由脉冲发生器(主机)和前端围栏组成的智能型电子围栏，这类电子围栏存在着高压易爆等安全问题。红外对射电子围栏主要原理是通过发射红外光线检测入侵的物体，红外光线一旦在发射的过程中被不透明的物体挡住，就会及时发出警报，此类电子围栏存在误报率高等缺陷。以上两类电子围栏要实现三维立体管控功能，均需要投入大量精力在前期的布置、对焦工作中，功能实现成本高。此外二者还存在电子设备零件易坏、布线复杂、功耗高等共性缺陷。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种越界报警式三维安全岛系统，本系统采用集成化配置，组装简单，携带方便，可靠性高，激光发射的距离远，能较好地实现设计所期望的功能；本发明通用性好，可在多种需要限定作业边界的环境中使用，避免了传统电子围栏不适用于高处作业的弊端，主设备在平地运行时，即可在作业高处建立安全边界。

本发明采用的技术方案为：

一种越界报警式三维安全岛系统，包括激光发射器、激光接收模块、导电滑环、可调速电机、声光报警器、电源模块；激光接收模块：将激光接收器与声光报警器集成，用于接收集成块报警时的激光光线频率参数；导电滑环及可调速电机机轴与激光发射器固定连接，导电滑环与激光发射器的电源线连接；可调速电机带动激光发射器旋转，形成以激光发射器为圆心的圆形光面，多个圆形光面组成三维立体空间，当越界穿过光面时激光接收模块感应到激光并发出声光报警；通讯单元，用于激光接收模块发送的光线频率；后台控制器，用于存储激光接收模块的信息，发布控制指令。

本发明的有益效果为：

一、设备布置简单合理。越界报警式三维安全岛系统设备主体仅由四部分组成，采用了激光旋转光面原理，避免了复杂的布线工作，有效减少了功率损耗。

二、本发明采用了不同激光频率进行构建多个旋转光面，通过激光接收模块接收到的频率参数，后台控制器可以准确定位到具体构建的旋转光面，便于当日工作结束后及时总结，同时有效避免了误报警、误触发。

三、后台控制器在接收到来自激光接收模块的反馈后，同时反馈到激光接收模块，使之及时发出声光报警，通过后台控制器向指定人员进行短信或震动提示，能够使不在施工现场的项目部管理人员及时得到施工现场安全情况。

四、本发明采用了导电滑环，导线布局合理。

五、越界报警式三维安全岛系统仅在驱动环节采用220V交流电压作为电机驱动，采用激光旋转光面技术，集成化配置，跟传统电子围栏相比不需要布置大量围栏装置，在技术实现过程中规避了高电压等危险源，从源头有效避免了脉冲电子围栏所存在的高压易爆问题。

附图说明

图1一种越界报警式三维安全岛系统的结构示意图；

图2过孔导电滑环结构侧视图；

图3过孔导电滑环结构仰视图；

图4过孔导电滑环三维结构示意图；

转子出线1、螺丝固定孔2、定子出线3、螺丝固定孔4、止转片5、定子6、电机机轴7。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要的阐述限制本发明。

本发明提供了一种能够协助工作负责人和专职监护人对作业人员或作业机械进行有效监护的新型安全系统：一种越界报警式三维安全岛系统。该系统可在作业区域建立三维立体式安全边界，在作业人员或作业机械越界时发出报警提示，作业人员或机械司机收到报警信号后，立即退回安全区域，确保施工安全。本申请通过构建一个二维光面，通过激光旋转光面技术，使用不同频率的光面组合成一个相对封闭的三维立体安全区域，不同频率的光面配套不同的激光接收模块，激光接收模块将激光光线频率参数反馈至后台控制器后，若满足报警条件，则后台控制器将控制指令反馈至激光接收模块，控制激光接收模块发出声光报警，并对工作负责人及相关管理人员发出短信或震动预警信息。所述报警条件为：激光接收模块接收到的激光光线频率参数为对应激光发射器发出的激光光线频率。

在实际使用过程中，将激光发射头放置于施工现场安全边界位置，当电机以较快的转速带动激光发射头旋转时，会形成一面激光旋转光面，在作业人员或作业机械最容易伸出安全边界的部位(如作业人员的手臂、吊车的吊笼等)佩戴激光接收模块，当越过安全边界时，激光接收模块感应到激光，模块上的蜂鸣器和报警灯就会发出报警提示。作业人员或机械司机收到报警信号后，立即采取措施，退回安全边界内，将几个不同的光面进行组合，在三维空间形成不同形状的安全岛。

本发明主体包括：激光发射器、激光接收器、导电滑环、可调速电机。

本发明对于激光发射器的选择主要基于两点要求：一是能够发射与激光接收器配套的特定频率的激光，且投射距离能达到50米以上，满足功能要求；二是设备需持久耐用。最终选用的激光发射头可调制发射特定频率的激光，能够与激光接收器配套，且采用交流220V驱动，驱动电源容易取得，投射距离能达到1000米，符合设计投射距离要求，外表坚固，结实耐用。较之于传统电子围栏的激光发射器，本发明选用的激光发射器电源容易取得，不需要增设额外的整流模块，兼顾了投射距离和使用寿命的要求。本申请通过激光光线的旋转来形成光面，旋转的转速决定了光面中光线的疏密和系统的灵敏度。

本发明首先将激光接收器和声光报警器集成，该激光接收模块采用背部电池驱动，使用凸透镜聚焦原理，聚焦感应激光照射，四角各有一个LED报警灯，实现灯光报警功能，左上角有一个蜂鸣器，实现声音报警功能。激光发射头发射的激光光线频率与激光接收器配套，发出特定频率(180KHZ-200KHZ)的激光光线，激光光线的有效射程达到50米以上。进行对策目标检查，使用频率为180KHZ-200KHZ的激光发生器，照射激光接收模块，激光接收模块能够迅速可靠感应，发出蜂鸣报警和灯光报警。使用其他频率的激光或阳光照射，激光接收模块不报警。

由于激光发射器旋转形成光面时，容易缠绕电源线，所以本发明采用导电滑环进行电源线过渡的解决方法。针对导电滑环的选择，一是能够实现旋转导电功能；二是能够匹配激光发射器和可调速电机，将两者连接成一体。本发明所采用的过孔导电滑环结构在旋转的同时，定子线芯和转子线芯仍能接通导电，并可靠连接激光发射器和可调速电机。

在本发明实施例中，由可调速电机带动该激光发射器进行快速旋转，形成一个以激光发射器为圆心，以激光发射器发射激光的最大长度为半径的圆形光面。作业人员或作业机械佩戴激光接收器越界穿过光面时，激光接收器感应到激光，同时发出声光报警，提醒作业人员或机械司机已超越安全边界，存在危险，需立即退回安全界限以内，后台控制器将相关报警短信发送至工作负责人的手机，后台控制器还发送振动信号至工作负责人手机，用于提示工作负责人有作业人员(器械)越过安全界限情况发生。

本发明对于激光接收器的选择主要基于两点要求。一是能够感应特定频率的激光，有效抵抗其他光线的干扰；二是设备携带轻便。最终所选用的激光接收模块采用凸透镜聚光原理，有效增大了感应激光的面积，能够接收频率在180KHZ至200KHZ区间内的激光，能有效抵抗其他频率光线的干扰，背部采用充电电池驱动，在激光接收模块左上方集成了蜂鸣器，四角各集成了一个灯光报警器。本发明所采用的激光接收模块将传统激光接收器所需的电源、蜂鸣器、报警灯等外置设施集合模块化，更加便携。

可调速电机：一是可实现不同转速运行，额定转速需达到1800转/分钟；二是连接可靠、结实耐用。经过综合考量，本发明采用交流可调速电机，此电机直接采用交流220V电源驱动，较之于传统直流可调速电机，减少了整流模块这一中间环节，电机本体更加结实耐用。

在本发明实施例中，采用了交流220V可调速电机，通过调节控制器旋钮，电机能够输出不同的转速，最高转速为190转/分钟，额定功率为90W。组装好电机后，调节控制器旋钮，电机稳定后，检查电机输出的不同转速，保证交流可调速电机能够正常使用。

在本发明实施例中，所设计的过孔导电滑环可承受最大转速为300转/分钟，将该导电滑环转子连接并固定到电机机轴上，测试在不同电机转速下，定子出线和转子出线间的电阻值，可得到在电机额定转速下，电阻增加值很小，故不会影响激光发射头正常工作。

在过孔导电滑环的定子出线侧借助过孔上的螺丝连接并固定调速电机机轴，在过孔导电滑环转子出线侧借助过孔上的螺丝连接并固定激光发射头。将过孔导电滑环的两根转子出线和对应两根定子出线分别串接入激光发射头的两根220V交流电源线，连接部位用绝缘胶带缠绕好。

优选地，在本发明实施例中，所述后台控制器包括：程序计数器、指令寄存器、操作控制器；后台控制器在接收激光光线频率参数的同时向激光接收模块发送控制指令，激光接收模块接收、识别、存储控制指令，激光接收模块执行控制指令后，后台控制器恢复原始状态，激光接收模块恢复接收激光光线频率参数模式。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种越界报警式三维安全岛系统，其特征在于，包括激光发射器、激光接收模块、导电滑环、可调速电机、声光报警器、电源模块；激光接收模块包括激光接收器与声光报警器集成块；导电滑环及可调速电机机轴与激光发射器固定连接，导电滑环与激光发射器的电源线连接；可调速电机带动激光发射器旋转，形成以激光发射器为圆心的圆形光面，多个圆形光面组成三维立体空间，当作业人员或机械越界通过立体光面时，激光接收模块感应到激光并发出声光报警。

2.如权利要求1所述的越界报警式三维安全岛系统，其特征在于，所述系统还包括：通讯单元，用于激光接收模块、激光发射器、光接收模块、后台控制器通信连接；后台控制器，用于存储激光接收模块的信息，发布控制指令；激光接收模块，用于接收激光发射器发送的激光光线频率，通过通讯单元发送至后台控制器，接收后台控制器的指令，发送至激光接收模块发出报警信号。

3.如权利要求2所述的越界报警式三维安全岛系统，其特征在于，激光接收器与声光报警器集成块具体包括：外壳、报警灯、蜂鸣器、电源；集成块外壳上表面中间设有半圆形激光接收器，四角各有一个报警灯，其中一角设有一个蜂鸣器，用于报警；集成块采用可充电电池供电，与佩戴设备固定连接，方便作业人员佩戴使用。

4.如权利要求2所述的越界报警式三维安全岛系统，其特征在于，激光接收模块将接收到的激光光线频率参数反馈至后台控制器后，后台控制器将控制指令反馈至激光接收模块，同时向作业现场工作负责人、安全员等管理人员发出实时报警信息，激光接收模块在接收到控制指令后声光报警器发出声光报警。

5.如权利要求1所述的越界报警式三维安全岛系统，其特征在于，激光接收器使用凸透镜聚焦原理，聚焦感应激光照射。

6.如权利要求1所述的越界报警式三维安全岛系统，其特征在于，导电滑环包括转子、定子、止转片，导电滑环的转子与电机机轴固定连接，定子出线侧与电机机轴固定连接，转子出线侧与激光发射器的激光发射头固定连接。

7.如权利要求1所述的越界报警式三维安全岛系统，其特征在于，导电滑环接入激光发射器的电源线具体包括：导电滑环的转子出线与定子出线分别串接激光发射头的电源线，电源线连接部位设有绝缘处理。

8.如权利要求1所述的越界报警式三维安全岛系统，其特征在于，可调速电机还包括调速控制器，用于检查、控制电机的转速。

9.如权利要求1所述的越界报警式三维安全岛系统，其特征在于，多个圆形旋转光面组成三维立体空间，所述不同圆形光面由不同频率的激光旋转形成，可由激光接收器接收识别。

Images