ITMI20001382A1 - Rilevatore di oggetti che cadono in acqua. - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"RILEVATORE DI OGGETTI CHE CADONO IN ACQUA"

D E S C R I Z I O N E

Antefatto Tecnico dell'invenzione

Questa invenzione si riferisce in generale ad un apparato per rilevare la caduta o l'immersione di una persona o di un oggetto in un corpo di fluido, ad esempio d'acqua o di aria. In quanto segue si farà riferimento al caso di una piscina, ma l'invenzione è atta alla sorveglianza di perimetri, di aree da proteggere contro avvicinamenti od intrusioni, come scuole, ambasciate, musei e simili. In un caso particolare, essa si riferisce ad un apparato per fare suonare un allarme nel caso di una caduta improvvisa o casuale di una persona o di un oggetto in una piscina o in un altro corpo d'acqua, o nel caso di un affondamento più graduale nell'acqua.

I dispositivi precedentemente proposti per tale impiego comprendono un sensore posto sopra la superficie dell'acqua o sopra una parete confinante, per cui il sensore era operativo per un'area limitata adiacente al dispositivo. Un inconveniente di tali dispositivi è che la loro utilità e la loro affidabilità sono localizzate e non comprendono l'intero perimetro e l'intera area della piscina o di un altro corpo d'acqua. Il grado di efficacia del dispositivo dipende per ciò dall'area dell'acqua.

Uno scopo della presente invenzione è quello di realizzare un apparato di rilevamento e di allarme che sia efficace ed affidabile per una qualsiasi area d'acqua.

Il pericolo più grave e frequentemente il più importante per la sicurezza nelle piscine è la caduta di un bambino o di un'altra persona dal lato di una piscina, che può avvenire in un qualsiasi punto intorno al perimetro. È un secondo scopo di questa invenzione quello di realizzare mezzi di rilevamento e di allarme che siano allo stesso modo efficaci ed affidabili per fare suonare un allarme e per localizzare la posizione di una caduta casuale da un qualsiasi punto intorno al perimetro di una piscina di qualsiasi forma, dimensione o area .

Un ulteriore scopo è quello di rilevare cadute accidentali, sia che siano improvvise o risultanti da un lento movimento·come nel caso di una persona che affonda.

Breve Riassunto dell'invenzione

Tenendo conto dei precedenti e di altri scopi che verranno esaminati in seguito, le caratteristiche ci questa invenzione comprendono una striscia comprendente una serie di moduli collegati tra di loro montati lungo una linea contigua al corpo d'acqua. I moduli comprendono sia emettitori di radiazioni che sensori di radiazioni sistemati con una sequenza alternata. Ciascun emettitore emette una energia di radiazione sopra un'area del corpo d'acqua, e ciascun sensore di radiazione è idoneo a ricevere, una energia di radiazione dal corpo in detta area. Mezzi rispondenti sono operativamente collegati a ciascuno dei sensori di radiazione e sono idonei ad assumere una condizione di stato di stabilità causato dall'energia di radiazione ricevuta che nasce in assenza di un qualsiasi oggetto che cade nella superficie dell'acqua o al di sotto di essa.

In presenza di un oggetto che cade nella superficie dell'acqua o che affonda al di sotto di essa, l'energia ricevuta subisce una perturbazione, ad esempio una variazione di grandezza, risultante dall'energia di radiazione riflessa dall'oggetto ad uno o più sensori. Sono previsti mezzi di controllo con un comparatore idoneo a rilevare la presenza di una perturbazione significativa dalla condizione di stato di stabilità, e per generare un allarme o una altra forma di segnale di rilevamento.

Con i precedenti mezzi, è previsto un dispositivo dì scansione che funziona come recinzione protettiva intorno alla piscina o intorno ad un altro corpo d'acqua.

Breve Descrizione dei Disegni

La figura 1 è una vista parziale di una piscina presentante una serie di moduli montati lungo la sua parete secondo una prima realizzazione dell'invenzione.

La figura 2 è una elevazione incompleta, semplificata di una porzione della parete della piscina mostrante particolari dei moduli.

La figura 3 è una illustrazione di una forma del corpo dei moduli comprendente mezzi per collegare tra di loro i moduli.

La figura 4 è una illustrazione semplificata di una pluralità di moduli che mostrano il loro collegamento ad una unità di controllo in accordo con la prima realizzazione.

La figura 5 è una illustrazione semplificata mostrante i collegamenti operativi tra i sensori ed un comparatore.

La figura 6 è una illustrazione mostrante le relazioni angolari, preferite di emettitori direzionali sulle pareti opposte di una piscina. La figura 7 è una illustrazione schematica di una pluralità di moduli mostrante il loro collegamento ad una unità di controllo in accordo con una seconda realizzazione dell'invenzione.

Descrizione Particolareggiata

Nella- seguente descrizione, numeri di riferimento simili sono usati nelle diverse figure per .rappresentare parti uguali o corrispondenti.

Riferendosi alla figura 1, una piscina 12 presenta una parete 14 e contiene un corpo d'acqua 16 avente una superficie 18. Una striscia o cinghia 20 di unità modulari collegate tra di loro, in accordo con questa invenzione, è fissata, attaccata o montata in modo opportuno alla parete 14 al di sopra della superficie 18. In alternativa, la striscia 20 può essere montata sulla parete 14 al di sotto della superficie 18 come mostrato nella figura 6.

La figura 2 mostra schematicamente una realizzazione attualmente preferita dell'invenzione comprendente una serie di moduli identici 22 collegati elettricamente insieme. Ciascun modulo ha una forma allungata presentante una lunghezza preferita di circa mezzo metro. I moduli sono collegati completamente intorno al perimetro della piscina e sono collegati ad una unità di controllo 24 che può essere ad esempio un microcontrollore configurato in un modo che verrà descritto più esaurientemente in seguito.

Ciascuno dei moduli 22 comprende emettitori 26 rappre sentati nel disegno con cerchi inscuriti e sensori di radiazioni 28 rappresentati da cerchi aperti, Gli emettitori ed i sensori sono sistemati con una sequenza alternata. Tuttavia, sarà evidente dalla seguente descrizione che può essere ottenuta una sequenza alternata di emettitori e di sensori con una diversa realizzazione, ad esempio, avendo due tipi di moduli, vale a dire un modulo di emettitore avente soltanto uno o oiù emettitori 26 ed un modulo di sensore avente soltanto uno o più sensori 28. In tale caso i moduli di emettitore e di sensore sono montati alternativamente lungo la striscia 20.

Gli emettitori 26 sono ciascuno idoneo ad emettere una energia di radiazione sopra l'area adiacente del corpo 16 d'acqua verso il quale essi si affacciano, l'energia di radiazione essendo la più intensa in corrispondenza del bordo della piscina più vicino all'emettitore o intorno ad esso.

Gli emettitori 26 emettono onde periodiche di pressione nella gamma acustica o ultrasonica, od onde elettromagnetiche periodiche o impulsi intermittenti di energia infrarossa, ed i sensori 28 sono idonei a rilevare la corrispondente forma dell'energia di radiazione che li colpisce.

La figura 3 illustra una forma del modulo 22 comprendente tre emettitori 26 e tre sensori 28, montati sopra un corpo 30 di materiale impermeabile presentante rientranze a forma di cuneo 32 per fornire flessibilità in modo tale che il corpo possa essere adattato ad una qualsiasi parete curva di una piscina. Connettori elettrici a spina e a presa 34 sono posizionati rispettivamente sulle estremità di ciascun modulo e collegano tra di loro i moduli uno dopo l'altro in serie intorno al perimetro della piscina, ciascun modulo è collegato a quello successivo con i connettori 34 che sono idonei per un collegamento impermeabile.

La figura 4 mostra schematicamente una forma dei collegamenti elettrici tra gli elementi del sistema. Viene mostrata una striscia 20 di sei moduli 22 collegati in serie. Un circuito 36 si estende dall'unità di controllo 24 attraverso piedini sui connettori 34 su ciascuna estremità di ciascun modulo e nuovamente all'unità di controllo. Entro ciascun modulo, la continuità di questo circuito tra questi piedini può essere chiusa o interrotta con un interruttore unipolare 38 descritto in seguito riferendosi alla figura 5. Ciascuno degli interruttori 38 è normalmente chiuso, e l'unità di controllo comprende mezzi per rilevare una interruzione nella continuità del circuito 36. Sono previsti mezzi a circuito entro ciascun modulo per aprire il suo interruttore 38 se la radiazione ricevuta dal suo sensore o dai suoi sensori ha una perturbazione di grandezza sufficiente ad indicare che una persona od un oggetto sta riflettendo la radiazione.

Un circuito aperto in un particolare modulo in un qualsiasi istante viene rilevato dall'unità di controllo 24. In risposta, l'unità di controllo genera un segnale di temporizzazione su un circuito 40 che, in combinazione con la condizione di circuito aperto nel particolare modulo, fornisce i mezzi per identificare elettronicamente quel modulo, permettendo con ciò di posizionare la persona o l'oggetto in rapporto al perimetro della piscina. Ad esempio, nel caso in cui siano aperti gli interruttori di tutti i moduli, ciò può essere rilevato per indicare un falso allarme.

Il circuito 36 è collegato al terminale positivo di una batteria {non mostrata) posta nell'unità di controllo 24, ed il circuito 40 è collegato al terminale negativo della batteria. Ciascuno dei sensori 28 in ciascun modulo 22 è collegato tra i circuiti 36 e 40.

È sottointeso che la figura 4 è schematica, e che i circuiti 36 e 40 sono in realtà rinchiusi nei corpi 30 dei corrispondenti moduli e si estendono attraverso singoli piedini sui connettori 34 (figura 3). I connettori 34 sono così rappresentati schematicamente nella figura 4.

Adatti circuiti di forma nota (non mostrati) sono previsti per eccitare gli emettitori 26 nei moduli con una sorgente di energia elettrica continua ad una predeterminata frequenza o a predeterminate frequenze, per cui l'energia di radiazione viene emessa in modo continuo dall'intero perimetro della striscia 20 nel corpo 16 d'acqua.

Durante l'uso, i sensori 28 mostrano una caratteristica di impedenza che rappresenta l'energia di radiazione ricevuta. Un circuito sensibile in ciascun modulo 22 è collegato ai sensori ed assume una condizione "normale" o di "stato di stabilità" quando nessun oggetto si trova nella, vicino o al di sotto della superficie 18 del corpo d'acqua. Questa comprende la condizione "sicura" del circuito sensibile. Nel caso in cui una . persona o un altro oggetto cada nella superficie del corpo d'acqua o affondi al di sotto di e≤sa in un qualsiasi punto, in particolare in una posizione nelle immediate vicinanze della parete 14 in un qualsiasi punto intorno al suo perimetro, uno o più sensori 28 variano le loro impedenze o altre caratteristiche nel circuito sensibile, come risultato delle riflessioni dell'energia di radiazione dalla persona o dall'oggetto. Questi allontanamenti o queste perturbazioni sono rilevati da un comparatore 42 di tipo noto e tradizionale, descritto in seguito con riferimento alla figura 5, che confronta le condizioni di stato di stabilità e le condizioni cambiate del circuito per determinare, ad esempio, un valore o una grandezza di differenza. Se la differenza supera un predeterminato valore di soglia, viene generato un segnale di rilevamento e l'unità di controllo 24 fa suonare un allarme o aziona altri dispositivi ad esempio un radio trasmettitore o un dispositivo di registrazione o di indicazione della posizione.

Si farà osservare che un qualsiasi modulo o una pluralità di moduli 22, formanti un perimetro chiuso come nella figura 4 od una striscia di moduli aperta in una estremità, possono essere utilizzati per generare segnali di allarme con il rilevamento di perturbazioni nella radiazione rilevata come precedentemente descritto.

La figura 5 illustra in modo semplificato elementi circuitali in una forma del modulo nel sistema di rilevamento della figura 4. In questa realizzazione, gli emettitori 26 (non mostrati nella figura 5) emettono una radiazione infrarossa ad una predeterminata frequenza. Diodi 44 nella figura 5, rappresentano ciascuno un diodo fotosensibile in un sensore 28. Un segnale alternato modulato dai diodi 44 viene amplificato da un amplificatore 46 e filtrato da un filtro passa-banda 48 scelto per eliminare i segnali indesiderati, ad esempio i segnali a bassa frequenza che arrivano dalle lampade fluorescenti. Questo filtraggio può essere completato usando fibre ottiche di fronte ai diodi fotosensibili 44. Se la differenza tra i segnali di stato di stabilità e i segnali variati supera un dato valore di soglia, il comparatore 42 genera un segnale che aziona l'interruttore 38. L'interruttore 38 attiva un allarme, un trasmettitore di segnali, un registratore o un altro dispositivo indicante la caduta dell'oggetto nell'acqua.

Il montaggio della striscia 20 al di sotto della superficie 18 dell'acqua invece che al di sopra della superficie è in certi casi preferito in quanto esso riduce l'attivazione dell'allarme causata da detriti, ad esempio sacchetti di plastica, giornali, ecc. che normalmente galleggiano sulla superficie.

La figura 6 illustra due strisce 20 di moduli 22, una sistemata al di sopra della superficie 18 del corpo d'acqua 16 e l'altra sistemata al di sotto di eletta superficie. Le linee tratteggiate 50 rappresentano l'orizzontale. Le frecce 52 rappresentano la direzione dell'intensità massima di radiazione degli emettitori direzionali di radiazione 26. Le frecce formano piccoli angoli rispetto all'orizzontale, rendendo così minima l'energia riflessa che raggiunge i sensori 28 dalle riflessioni nella parete opposta della piscina. Ciò comporta un miglioramento della sensibilità dell'apparato di rilevamento.

La figura 7 mostra una seconda realizzazione del sistema di rilevamento. In accordo con questa realizzazione, i fotodiodi 44 di un dato modulo sono collegati ad un processore digitale di segnali 60 (essendovi N processori A, B ..N). I diversi processori di segnale 60 sono collegati con una topologia ad anello ad un microcontrollore principale 70. Il microcontrollore principale 70 invia una richiesta di campionamento attraverso un suo piedino di uscita 02 all'adiacente processore di segnale 60A che riceve la richiesta attraverso un suo piedino di ingresso I2. In risposta, il processore digitale di segnali 60A campiona le uscite analogiche dei suoi fotodiodi 44 attraverso piedini di ingresso A/D ADI e fornisce un valore digitale dell'uscita di ciascun fotodiodo 44. Il processore di segnali 60A comunica poi questi valori attraverso una sua porta di uscita Oi al microcontrollore principale 70, che riceve queste informazioni attraverso una sua porta di ingresso I2. Uno qualsiasi tra tanti ben noti protocolli di comunicazione viene preferibilmente usato per pacchettizzare i valori digitali dal processore di segnali 60A per garantire un collegamento di comunicazione affidabile al microcontrollore principale 70.

Il processore di segnali 60A invia in aggiunta la richiesta di campionamento dal microcontrollore principale 70 attraverso un suo piedino di uscita O2 al piedino di ingresso I2 dell'adiacente processore di segnali 60B, che funziona allo stesso modo del processore 60A. Il pacchetto di informazioni dal processore 60B viene ricevuto dal processore 60A attraverso un suo piedino di ingresso I2, ed il

iprrocessore 60A è programmato per inviare questo pacchetto al microntrollore principale 70.

I processori di segnali 60C-60N sono collegati allo stesso modo con la precedente configurazione di collegamento a margherita. Il piedino I1. del microntrollore principale 70 riceve la richiesta di campionamento inviata da esso, indicando con ciò la «fine del collegamento a margherita.

Si vedrà che la configurazione di collegamento a margherita dei processori di segnale 60 comporta una sorveglianza sequenziale dei fotodiodi 44. Il microntrollore principale 70 confronta i valori digitali ricevuti dai diversi fotodiodi 44 rispetto ad un valore di soglia, i quali permettono al sistema di rifiutare i piccoli oggetti, ad esempio, le farfalle, gli insetti o le foglie. Il microntrollore principale 70 è preferibilmente configurato per attivare un allarme soltanto quando il valore di soglia viene superato da più di un fotodiodo 44 o di un modulo 22 in sequenza per ridurre il verificarsi di falsi allarmi.

Claims (18)

1. R IV E N D I CA Z IO N I 1. Un apparato per rilevare la caduta di un oggetto in un corpo di fluido comprendente, in combinazione: una pluralità di moduli collegati con una sequenza consecutiva ed idonei ad estendersi in una linea estendentesi orizzontalmente contigua a detto corpo d' acqua, detti moduli comprendendo emettitori idonei ad emettere una energia di radiazione attraverso un'area di detto corpo e sensori di radiazione, detti emettitori e detti sensori essendo sistemati con una sequenza alternata, e mezzi di controllo operativamente collegati a detti sensori di radiazione e comprendenti mezzi di risposta aventi una condizione operativa di stato di stabilità generata dall'energia rilevata di radiazione in assenza di detto oggetto ed una condizione operativa perturbata generata da una energia rilevata di radiazione comprendente riflessioni da detto oggetto in detto corpo, ed un comparatore collegato ai mezzi di risposta ed idoneo a generare un segnale di rilevamento corrispondente alla differenza tra detta condizione normale e detta condizione perturbata.
2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, in cui detto corpo di fluido è acqua.
3. 3. Un apparato secondo la rivendicazione 2, in cui detti moduli sono idonei ad essere montati intorno al perimetro di una piscina.
4. 4. Un apparato secondo la rivendicazione 2, in cui detti moduli sono idonei ad essere montati al di sotto della linea d'acqua di detto corpo.
5. 5. Un apparato secondo la rivendicazione 2, in cui detti moduli sono idonei ad essere montati al di sopra della linea d'acqua di detto corpo.
6. 6. Un apparato secondo la rivendicazione 1, in cui gli emettitori sono idonei ad emettere onde periodiche di pressione ed i sensori comprendono piastre piezoelettriche.
7. 7 . Uri apparato secondo la rivendicazione 1, in cui gli emettitori sono idonei ad emettere impulsi periodici di energia infrarossa ed i sensori sono sensibili a detta energia.
8. 8 . Un apparato secondo là rivendicazione 1, in cui gli emettitori sono montati con le loro direzioni di massima intensità di radiazione formanti angoli rispetto all'orizzontale.
9. 9. Un apparato secondo la rivendicazione 1, in cui i moduli hanno una struttura identica, ciascun modulo comprendendo almeno un emettitore ed almeno un sensore.
10. 10. Un apparato per rilevare la caduta di un oggetto in un corpo d'acqua comprendente, in combinazione: una pluralità di moduli collegati con una sequenza consecutiva ed idonei ad estendersi in una linea estendentesi orizzontalmente contigua a detto corpo d.'acqua, detti moduli comprendendo emettitori idonei ad emettere una energia di radiazione attraverso un'area di detto corpo e sensori di radiazione, detti emettitori e detti sensori essendo sistemati con una sequenza alternata, e una pluralità di processori digitali operativamente collegati a detti sensori di radiazione, detti processori essendo collegati tra di loro con una configurazione di collegamento a catena e comprendenti mezzi per sorvegliare in sequenza l'uscita di ciascun sensore di radiazione, per convertire detta uscita in un valore digitale, per confrontare detti valori digitali con un valore di soglia e per attivare un allarme in risposta ad essi.
11. 11. Un apparato secondo la rivendicazione 9, in cui detti moduli sono idonei ad essere montati intorno al perimetro di una piscina.
12. 12. Un apparato secondo la rivendicazione 10, in cui detti moduli sono idonei ad essere montati al di sotto della linea d'acqua di detto corpo.
13. 13. Un apparato secondo la rivendicazione 10, in cui detti moduli sono idonei ad essere montati al di sopra della linea d'acqua di detto corpo.
14. 14. Un apparato secondo la rivendicazione 9, in cui gli emettitori sono idonei ad emettere onde periodiche di pressione ed i sensori comprendono piastre piezoelettriche.
15. 15. Un apparato secondo la rivendicazione 9, in cui gli emettitori sono idonei ad emettere impulsi periodici di energia infrarossa ed i sensori sono sensibili a detta energia.
16. 16. Un apparato secondo la rivendicazione 10, in cui gli emettitori sono montati con le loro direzioni di massima intensità di radiazione formanti angoli rispetto all'orizzontale.
17. 17. Un apparato secondo la rivendicazione 9, in cui i :moduli hanno una struttura identica, ciascun modulo comprendendo almeno un emettitore ed almeno un sensore.
18. 18. Un apparato per la protezione contro intrusioni di perimetri di aree, come scuole, ambasciate, musei e simili, secondo una o più delle rivendicazioni 1,,6,7,8,9,104,15,16;17 , in cui detti moduli sono disposti lungo il perimetro dell'area da proteggere.