CZ35042U1 - Elektronický koncový prvek varování s automatickou regulací akustického výkonu - Google Patents

Description

Elektronický koncový prvek varování s automatickou regulací akustického výkonu

Oblast techniky

Technické řešení spadá do oblasti elektronické sdělovací techniky, a to konkrétně do technologií pro vysílání informací pro stav nouze nebo naléhavou potřebu.

Dosavadní stav techniky

Varování obyvatelstva před hrozícím nebezpečím je zpravidla realizováno vyhlášením akustického varovného signálu. Varovný signál je odbavován prostřednictvím koncových prvků varování jednotného systému varování a vyrozumění.

Koncovým prvkem varování je technické zařízení k zabezpečení varování nebo předávání varovných informací. Může jím být elektrická rotační siréna. Jedná se o elektrická zařízení generující varovný signál mechanickým způsobem, zpravidla vytláčením vzduchu rotujícími lopatkami oběžného kola přes štěrbiny v těle akustické hlavice sirény. Dále jím může být elektronický koncový prvek varování. Tím je technické zařízení schopné vydávat varovný signál a poskytovat varovné a další informace ve zvukové podobě čistě elektronickou cestou. Elektronickým koncovým prvkem varování může být elektronická siréna. Jedná se o samostatně plně funkční zařízení, které lze použít lokálně i dálkově k varování a informování obyvatelstva, a to včetně živých hlasatelských relací. Může jím být také místní informační systém. V tomto případě se jedná o soubor technických zařízení k předávání hlasových a jiných akustických informací na větší ploše. Jedním místním informačním systémem lze zajistit prostředí celých obcí, měst, průmyslových areálů a obdobných veřejných prostor.

Sirény jsou akusticky velmi výkonné prostředky varování, kterými lze z jednoho místa zajistit varování poměrně rozsáhlého území. Místní informační systémy jsou z hlediska fyzikálního zdrojem akustického signálu o relativně nízké hladině akustického tlaku, který je ale distribuován na poměrně velkém území.

Z hlediska konstrukčního se elektronické sirény zpravidla skládají ze dvou základních částí, a to skříně s elektronikou a akustické hlavice. Skříň s elektronikou obsahuje vlastní řídící část, nízkofrekvenční koncový zesilovač, zdrojovou část, včetně záložních baterií, tlačítka nebo jiné prvky pro lokální ovládání a signalizační a zobrazovací prvky. Mimo to obsahuje celou řadu rozhraní pro připojení externích zařízení a dalších volitelných modulů. Externími zařízeními jsou zpravidla prostředky pro napojení na přenosovou soustavu, rozhlasový přijímač, mikrofon pro přímé hlasatelské vstupy, jiný zdroj audio signálu, vzdálený terminál pro místní obsluhu z jiného místa, čidla a jiné prostředky monitoringu prostředí. Součástí řídící části je i příslušná softwarová aplikace, která určuje hlavní užité vlastnosti zařízení a řídí komunikaci s externími zařízeními. Akustická hlavice je tvořena stožárem, na kterém jsou namontovány ozvučnice s elektroakustickými měniči. Zpravidla se jedná o tlakové reproduktory. Ozvučnice jsou vyrobeny z plastu, plechu nebo kovových slitin. Počet ozvučnic na hlavici závisí na výkonu sirény. Zpravidla se jedná o jeden pár reproduktorů najeden nízkofrekvenční koncový zesilovač.

Z hlediska konstrukčního se místní informační systém skládá zpravidla z ovládacího (vysílacího) pracoviště, řídící technologie, přenosové soustavy, hlásičů a zobrazovacích zařízení. Řídící technologie se skládá z hardwarových prvků a příslušného softwarového řešení. Hardwarová část je tvořena základními elektronickými komponenty a potřebnými subsystémy, a to napájecím zdrojem, záložním zdrojem, rozhraním pro připojení přenosových technologií, prostředky pro ovládání místního informačního systému, vstupy a rozhraními pro připojení prostředků monitoringu nebezpečných jevů apod. Uvedené hardwarové komponenty a subsystémy místního informačního systému jsou umístěny zpravidla v technologické skříni. Lokální ovládání místního

-1 CZ 35042 UI informačního systému je řešeno buď z pultu místního ovládání, nebo z počítače s příslušnou aplikací. Softwarovým vybavením jsou aplikace obsažené v řídící technologii místního informačního systému a uživatelské aplikace instalované v ovládacím (vysílacím) pracovišti nebo v terminálu místního ovládání. Přenosová soustava místního informačního systému může být tvořena klasickými drátovými rozvody, bezdrátovými technologiemi a technologiemi televizních nebo jiných kabelových rozvodů.

V současné době se vývoj v této oblasti orientuje hlavně na bezdrátové systémy, a to jak analogové, tak i digitální. V tomto případě hovoříme o bezdrátovém místním informačním systému. Moderní digitální technologie se v porovnání s analogovými systémy vyznačují kvalitnějším akustickým výstupem z bezdrátových hlásičů, vyšší odolností proti rušení a lepší ochranou před klamnými a nežádoucími vstupy. Na druhou stranu v místech se slabým rádiovým signálem přenosové soustavy místního informačního systému kvalita reprodukce a spolehlivost činnosti digitálních bezdrátových hlásičů klesá. Kvalita reprodukce je u digitálních systémů silně ovlivňována použitými kodeky, nastavením modulačních úrovní a řešením penetrace zájmové lokality rádiovým signálem přenosové soustavy. Digitální rádiový přenos může být realizován jako simplexní nebo jako duplexní (semiduplexní). Hlásiče jsou skupiny reproduktorů sloužící k ozvučení venkovního prostředí nebo domovní přijímače. Těmi mohou být i televizní a rozhlasové přijímače. Pro venkovní hlásiče používají místní informační systémy zpravidla tlakové reproduktory s výkonem 15 až 100 W. Jeden hlásič může být tvořen několika reproduktory. Je tak dosahováno kruhovosti (všesměrovosti) vyzařování zvukové energie. V oblastech se zvýšenou hladinou hluku (např. podél rušných hlavních komunikací) jsou používány i hlásiče s výkonem 180 až 200 W.

Protože jsou popsané koncové prvky varování prostředky, které zajišťují varování akustickým varovným signálem, je spolehlivé varování podmíněno tím, aby byl varovný signál rozpoznatelný v ostatních zvucích, které se v prostředí běžně vyskytují. Ktomu je potřebné splnit několik základních podmínek:

1. Signál musí být jednoznačně identifikovatelný. To je dosahováno akustickým tvarem varovného signálu, který je určen časovým průběhem zvuků o určitých kmitočtech, které zajišťují jeho nezaměnitelnost.

2. Signál musí být slyšitelný. Pro spolehlivou slyšitelnost signálu je definována minimální hodnota akustického tlaku a hodnota, o kterou musí signál převyšovat hodnotu hluku prostředí.

3. Protože sirény j sou zvukově vysoce výkonná zařízení, j e při j ej ich instalaci nutné brát v potaz i úroveň možné expozice lidí, kteří se běžně v jejich okolí mohou pohybovat. Přípustné hodnoty expozice zvukem jsou stanoveny hygienickými normami.

Hluk prostředí není místně ani časově stálý. V závislosti na denní době se jeho intenzita výrazně mění. Stanovení dostatečné a zároveň přijatelné akustické úrovně varovného signálu je velmi náročným krokem přípravy výstavby koncových prvků varování v nových lokalitách. Ovlivnit potřebnou slyšitelnost varovného signálu lze v současné době pouze výběrem koncového prvku varování odpovídající výkonové řady.

Výkon koncového prvku varování lze v současné době snižovat pouze u některých zařízení, a to jedině místně obsluhou, která musí být fyzicky přítomna u konkrétního zařízení. Snížení zesílení je možné pouze pro místně odbavovanou činnost. Dálkovým spuštěním varování prostřednictvím jednotného systému varování a vyrozumění, což je naprostá většina případů, je akustický výkon koncového prvku varování automaticky nastaven na maximum.

Vstupní údaje o hluku prostředí lze získat buď z hlukové mapy nebo měřením. Aktuální hlukové mapy jsou k dispozici pouze pro velmi málo lokalit. Ve většině případů je nutné před realizací

- 2 CZ 35042 UI zástavby nových varovacích zařízení provést měření hluku. Získání relevantních údajů tímto způsobem je časově velmi náročnou záležitostí. Spatné stanovení hodnot hluku prostředí, chybné určení potřebného akustického výkonu koncového prvku varování nebo kombinace obou těchto vlivů může mít fatální dopady na spolehlivost a úspěšnost varování.

Podstata technického řešení

Nové provedení koncového prvku varování odstraňuje výše popsané problémy tím, že koncový prvek reguluje svůj akustický výkon podle momentální úrovně hluku v místě instalace. Popsané řešení se týká pouze elektronických koncových prvků varování. Nelze je aplikovat u elektrických rotačních sirén.

Podstatou technického řešení je detekce hluku, která je integrální součástí elektronického koncového prvku varování. Na základě naměřené hodnoty hluku prostředí řídící elektronika koncového prvku varování dle stanoveného algoritmu v ovládacím software řídící jednotky koncového prvku upraví před aktivací varování výkon nízkofrekvenčních koncových zesilovačů tak, aby bylo dosaženo optimálního akustického výkonu při splnění výše uvedených podmínek pro spolehlivou slyšitelnost varování. V případě, že by akustický výkon koncového prvku varování nebyl pro splnění daného odstupu zvuku varovného signálu od hluku prostředí dostatečný, koncový prvek varování může odbavit varovný signál opakovaně, čímž zvýší pravděpodobnost jeho zaznamenání obyvatelstvem.

Jako hlukové čidlo pro zachycení hluku prostředí lze použit mikrofon jakožto další komponentu, nebo lze k tomuto účelu využít i membránu elektroakustického měniče reproduktoru elektronického koncového prvku varování.

Hluk prostředí je zachycen takovým hlukovým čidlem, které jej přemění z mechanické na elektrickou energii. Výstupní napětí hlukového čidla je k vyhodnocení úrovně hluku odesíláno do detektoru hluku. Na základě nastavených kritérií je potom detektorem hluku předán příkaz řídící jednotce elektroniky koncového prvku varování, která nastaví potřebnou úroveň zesílení nízkofrekvenčního koncového zesilovače.

Výhodně lze výstupní napětí hlukového čidla vyhodnocovat řídící jednotkou na základě porovnání detektorem hluku reportované úrovně ambientního hluku z výstupního napětí hlukového čidla v okamžiku, kdy neprobíhá vysílání varování, s úrovní výstupního napětí hlukového čidla v době hlášení, čímž řídící získává přesnější referenční údaje o rozdílu v úrovni ambientního hluku oproti akustickému výkonu sirény pro následné nastavení požadované hlasitosti akustického signálu sirény prostřednictvím nízkofrekvenčního koncového zesilovače.

Tímto řešením lze docílit i snížení energetických nároků koncových prvků varování, protože ne ve všech případech jejich použití bude nutné využít maximálního výkonu.

Objasnění výkresů

Na obrázku 1 je vyobrazeno blokové schéma elektronické sirény dle příkladu 1.

Na obrázku 2 je vyobrazeno blokové schéma hlásiče bezdrátového místního systému dle příkladu 2.

-3CZ 35042 UI

Příklady uskutečnění technického řešení

Příklad 1

Příklad popisuje základní sestavu elektronické sirény s komponenty pro automatickou regulaci akustického výkonu. Elektronická siréna sestává ze skříně 1 s elektronikou, akustické hlavice 2 a hlukového čidla 3 v podobě mikrofonu. Skříň 1 s elektronikou obsahuje základní komponenty v podobě řídící jednotky 11 a napájecího modulu 12.

K řídící jednotce 11 je připojen přijímač 111 signálu jednotného systému varování a vyrozumění, rozhlasový přijímač 112. detektor 113 hluku a koncový zesilovač 114. Akustická hlavice 2 s reproduktorem 21 je připojena k nízkofrekvenčnímu koncovému zesilovači 115 skříně 1 s elektronikou. Hlukové čidlo 3 je připojeno k detektoru 113 hluku.

Příklad 2

Příklad popisuje sestavu základní hlásiče bezdrátového místního systému s komponenty pro automatickou regulaci akustického výkonu. Hlásič digitálního místního informačního systému sestává z napájecího modulu 12, radiostanice 16. která bezdrátově přijímá signál z řídící stanice místního informačního systému, řídící jednotky 11, k níž je připojen zesilovač 114, ke kterému je dále připojen reproduktor 21, který sdružené plní funkci hlášení, a v době, kdy neprobíhá hlášení, je membrána elektroakustického měniče reproduktoru 21 ve funkci hlukového čidla 3 využita k detekci hluku připojením k detektoru 113 hluku.

Průmyslová využitelnost

Elektronický koncový prvek varování s automatickou regulací akustického výkonu je využitelný v rámci oblastních i celostátních infrastruktur jednotného systému varování a vyrozumění obyvatel ze strany záchranných složek v případě mimořádných událostí.

Claims (2)

1. Elektronický koncový prvek varování s automatickou regulací akustického výkonu, který 5 obsahuje řídicí jednotku (11) propojenou s přijímačem (111) signálu, přičemž k řídicí jednotce (11) je připojen přijímač (111) signálu a signál vycházející zřídící jednotky (11) je veden skrze zesilovač (114) do reproduktoru (21), jehož všechny komponenty jsou napájeny elektrickou energií prostřednictvím k síti elektrické energie připojenému napájecího modulu (12), vyznačující se tím, že k řídicí jednotce (11) je dále připojen detektor (113) hluku, k němuž je připojeno hlukové čidlo io (3).

2. Elektronický koncový prvek varování podle nároku 1, vyznačující se tím, že hlukovým čidlem (3) je mikrofon umístěný vně elektronického koncového prvku varování.

15 3. Elektronický koncový prvek varování podle nároku 1, vyznačující se tím, že hlukovým čidlem (3) je membrána elektroakustického měniče reproduktoru (21).