RU2584982C1 - Iterative method to search for victims under rubble - Google Patents
Iterative method to search for victims under rubble Download PDFInfo
- Publication number
- RU2584982C1 RU2584982C1 RU2016110135/93A RU2016110135A RU2584982C1 RU 2584982 C1 RU2584982 C1 RU 2584982C1 RU 2016110135/93 A RU2016110135/93 A RU 2016110135/93A RU 2016110135 A RU2016110135 A RU 2016110135A RU 2584982 C1 RU2584982 C1 RU 2584982C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- search
- frequency
- coils
- devices
- magnetic field
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение принадлежит к области обеспечения безопасности работ в горной промышленности и может использоваться для определения местоположения персонала под завалами в шахтах.The invention belongs to the field of ensuring safety in mining and can be used to determine the location of personnel under the rubble in the mines.
Известны способы автоматизированного определения местоположения персонала, например "Унифицированная телекоммуникационная система УТАС" которая содержит кабель, сервер системы позиционирования, программное обеспечение системы (В книге "Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах", сборник научных трудов МакНИИ Макеевка, 2005 г. - с. 323-333) или "Система автоматизированного табельного учета и определения местоположения персонала и техники на шахтах и рудниках в комплексе "ТАЛНАХ", которая содержит: контроллеры, считыватели системы позиционирования, излучающий кабель, сервер системы позиционирования, программное обеспечение системы (В журнале "Оборудование для предприятий ТЭК" №8, М., 2006 г., опубл. 10.08.2006). Однако позиционирование объектов (персонала и транспортных средств) по этим системам осуществляется с точностью, обусловленной дискретностью установки считывателей системы позиционирования и реально составляет 100-200 м. Кроме того, система работает только в пределах прямой видимости объекта позиционирования и считывателя и практически непригодна в случае возникновения обвала горной породы, являющегося непреодолимым препятствием для радиосигналов с принятыми в описанных системах длинами волн.Known methods for automated location of personnel, for example, "UTAS Unified Telecommunication System" which contains a cable, a positioning system server, system software (In the book "Methods and means of creating safe and healthy working conditions in coal mines", collection of scientific works of MakNII Makeevka, 2005 G. - S. 323-333) or "The system of automated personnel records and location of personnel and equipment in mines and mines in the complex" Talnakh ", which contains: hollers, positioning system readers, radiating cable, positioning system server, system software (In the journal "Equipment for Fuel and Energy Complex Enterprises" No. 8, M., 2006, publ. 10.08.2006). However, the positioning of objects (personnel and vehicles ) for these systems is carried out with accuracy due to the discrete installation of readers of the positioning system and is actually 100-200 m. In addition, the system works only within the line of sight of the positioning object and the reader and practically unsuitable in the event of a rock collapse, which is an insurmountable obstacle to radio signals with wavelengths adopted in the described systems.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению можно отнести патент Украины на изобретение № 86558, опубликованный 27.04.09, бюллетень № 8.Closest to the alleged invention can be attributed the patent of Ukraine for invention No. 86558, published 04/27/09, Bulletin No. 8.
По этому способу поиска людей под завалами горных пород каждого человека из числа персонала шахты снабжают радиомаяком. В случае аварии поиск пострадавших осуществляет специальная группа спасателей, которую снабжают поисковым оборудованием, состоящим из четырех частей. Поисковое оборудование состоит из устройства активации радиомаяков и трех поисковых устройств. Устройство активации предназначено для излучения переменного магнитного поля с частотой f1. Состоит устройство активации из генератора непрерывных низкочастотных колебаний с частотой f1 требуемой мощности и неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником.In this way of finding people under the rubble of rocks, each person from the mine personnel is equipped with a radio beacon. In the event of an accident, the search for victims is carried out by a special group of rescuers, which are equipped with search equipment consisting of four parts. Search equipment consists of a beacon activation device and three search devices. The activation device is designed to emit an alternating magnetic field with a frequency f 1 . The activation device consists of a generator of continuous low-frequency oscillations with a frequency f 1 of the required power and a fixed coil with a ferromagnetic core.
Располагают устройство активации в непосредственной близости от места проведения спасательных мероприятий. Мощность излучения переменного магнитного поля должна быть достаточной для того, чтобы это переменное магнитное поле можно было бы принять радиомаяками, находящимися в зоне проведения спасательных мероприятий. В каждом из радиомаяков это переменное магнитное поле принимают, усиливают и оценивают его уровень. При превышении этого уровня некоторого порогового значения в радиомаяке включают генератор непрерывных низкочастотных колебаний с частотой f2, т.е. осуществляют активацию радиомаяка. Эти колебания подают на клеммы неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником, которую располагают в радиомаяке, и излучают тем самым переменное магнитное поле с частотой f2. Это переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают тремя подвижными катушками с ферромагнитными сердечниками трех поисковых устройств, в каждом своей катушкой. Принятые поисковыми устройствами сигналы усиливают в узкой полосе частот, выпрямляют и подают на измерители уровня каждого из поисковых устройств. Далее осуществляют вращение подвижных катушек поисковых устройств и измеряют уровень принимаемого сигнала, при этом вращением катушек добиваются появления максимального уровня измеренного сигнала для каждого из поисковых устройств. При этом азимут объекта поиска не измеряют, поскольку в ближней зоне излучающей катушки с ферромагнитным сердечником этого сделать невозможно, поскольку совершенно невозможно предугадать в каком положении окажется излучающая катушка радиомаяка. При этом само положение излучающей катушки с ферромагнитным сердечником радиомаяка не имеет значения. Поскольку уровень принятого сигнала однозначно связан с расстоянием до источника излучения известной зависимостью, которую предварительно снимают и запоминают, то по измеренным уровням сигналов в каждом из поисковых устройств определяют три расстояния до радиомаяка от каждого из трех поисковых устройств соответственно. Поскольку взаимное расположение всех трех поисковых устройств известно, известны расстояния между ними и их азимуты друг относительно друга, то по полученным трем расстояниям от поисковых устройств до объекта поиска решают обычную тригонометрическую задачу и получают три азимута объекта поиска от каждого из трех поисковых устройств соответственно. Для проведения спасательных мероприятий выбирают тот азимут и то расстояние до объекта поиска от того поискового устройства, от которого производить эти спасательные мероприятия наиболее эффективно.They have an activation device in the immediate vicinity of the rescue site. The radiation power of an alternating magnetic field must be sufficient so that this alternating magnetic field can be received by radio beacons located in the rescue area. In each of the beacons, this alternating magnetic field is received, amplified and its level is estimated. When this level is exceeded, a certain threshold value in the beacon includes a generator of continuous low-frequency oscillations with a frequency f 2 , i.e. carry out the activation of the beacon. These oscillations are fed to the terminals of a fixed coil with a ferromagnetic core, which is located in the beacon, and thereby emit an alternating magnetic field with a frequency f 2 . This alternating magnetic field with a frequency of f 2 is captured by three moving coils with ferromagnetic cores of three search devices, in each of its coils. The signals received by the search devices are amplified in a narrow frequency band, rectified and fed to the level meters of each of the search devices. Next, rotate the moving coils of the search devices and measure the level of the received signal, while rotating the coils achieve the appearance of the maximum level of the measured signal for each of the search devices. In this case, the azimuth of the search object is not measured, since it is impossible to do this in the near zone of the radiating coil with a ferromagnetic core, since it is completely impossible to predict the position of the radiating beacon coil. Moreover, the position of the radiating coil with the ferromagnetic core of the beacon does not matter. Since the level of the received signal is unambiguously related to the distance to the radiation source by a known dependence, which is previously taken and stored, then three distances to the beacon from each of the three search devices are determined from the measured signal levels in each of the search devices, respectively. Since the relative position of all three search devices is known, the distances between them and their azimuths relative to each other are known, then using the obtained three distances from the search devices to the search object, they solve the usual trigonometric problem and get three azimuths of the search object from each of the three search devices, respectively. To conduct rescue measures, choose the azimuth and the distance to the search object from the search device from which it is most effective to carry out these rescue measures.
Однако описанный способ поиска людей под завалами имеет ряд недостатков, снижающих его эффективность на практике.However, the described method of searching for people under the rubble has a number of disadvantages that reduce its effectiveness in practice.
Наведенный сигнал однозначно связан с расстоянием между приемной и передающей катушками следующей зависимостьюThe induced signal is uniquely related to the distance between the receiving and transmitting coils by the following dependence
где L - расстояние между катушками, м; K - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность В·м3, зависящий от амплитуды напряжения возбуждения передающей катушки, частоты возбуждения, числа витков обоих катушек, их диаметра, длины и проницаемости ферромагнитных сердечников; φ0 - начальная фаза низкочастотных колебаний; f2 - частота сигнала радиомаяка.where L is the distance between the coils, m; K is a proportionality coefficient having a dimension V · m 3 depending on the amplitude of the excitation voltage of the transmitting coil, the excitation frequency, the number of turns of both coils, their diameter, length and permeability of the ferromagnetic cores; φ 0 is the initial phase of low-frequency oscillations; f 2 is the frequency of the beacon signal.
Приведенная формула справедлива при условии, когда катушки имеют максимальный коэффициент взаимной индукции. Такая ситуация возможна при соосном ориентировании катушки радиомаяка и катушки поискового устройства. Как было описано в прототипе, была построена номограмма, по которой по измеренному значению уровня принимаемого сигнала определялось расстояние от подвижной катушки поискового устройства до катушки радиомаяка. Данная номограмма строилась исходя из соосного расположения принимающей и передающей катушек, так как такое расположение соответствует максимальному уровню принимаемого сигнала.The above formula is valid provided that the coils have a maximum mutual induction coefficient. Such a situation is possible with the coaxial orientation of the beacon coil and the search coil. As described in the prototype, a nomogram was built, according to which the distance from the moving coil of the search device to the beacon coil was determined from the measured value of the received signal level. This nomogram was built on the basis of the coaxial arrangement of the receiving and transmitting coils, since this arrangement corresponds to the maximum level of the received signal.
Однако при настройке на максимум принимаемого сигнала подвижная катушка поискового устройства и катушка радиомаяка не всегда будут ориентированы соосно. Если положение катушки поискового устройства мы можем изменять нужным образом, то катушка радиомаяка занимает абсолютно произвольное положение в пространстве, так как она находится у объекта, который нам нужно найти. Такое замечание очень важно, так как отклонение от соосного взаимного расположения катушек ведет к уменьшению уровня принимаемого сигнала, а следовательно, к увеличению вычисляемого расстояния, фактическое значение которого остается неизменным. При этом случаю, когда оси катушек параллельны друг другу, соответствует минимальный уровень принимаемого сигнала, соответственно максимальное значение вычисляемой дальности. Разница между максимальным уровнем в случае соосного расположения катушек и минимальным уровнем в случае параллельного расположения катушек незначительна, к тому же следует учитывать кубическую зависимость уровня сигнала от расстояния, что делает эту разницу еще менее существенной, но она существует. Таким образом, коэффициент K является не только коэффициентом пропорциональности, но также должен учитывать отклонения положения катушек относительно соосного расположения.However, when tuning to the maximum of the received signal, the moving coil of the search device and the beacon coil will not always be aligned. If the position of the search engine coil we can change as needed, then the beacon coil occupies an absolutely arbitrary position in space, since it is located at the object that we need to find. Such a remark is very important, since a deviation from the coaxial mutual arrangement of the coils leads to a decrease in the level of the received signal and, consequently, to an increase in the calculated distance, the actual value of which remains unchanged. In this case, when the axis of the coils are parallel to each other, corresponds to the minimum level of the received signal, respectively, the maximum value of the calculated range. The difference between the maximum level in the case of coaxial arrangement of coils and the minimum level in the case of parallel arrangement of coils is insignificant, in addition, the cubic dependence of the signal level on distance should be taken into account, which makes this difference even less significant, but it exists. Thus, the coefficient K is not only a coefficient of proportionality, but also must take into account the deviation of the position of the coils relative to the coaxial arrangement.
Крайне необходимо производить поиск с большой точностью, так как погрешность измерения дальности ведет к погрешности определения азимута. В связи с этим, оперативность поиска может быть существенно снижена, что снизит эффективность поиска как такового.It is imperative to search with great accuracy, since the error in measuring the range leads to an error in determining the azimuth. In this regard, the search efficiency can be significantly reduced, which will reduce the efficiency of the search itself.
В основу изобретения поставлена задача определения азимута и расстояния до объекта поиска, находящегося под толщами пород. Она решается благодаря тому, что первоначально генерируют непрерывные низкочастотные колебания с частотой f1, причем эти колебания подают на клеммы первой неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником и излучают тем самым переменное магнитное поле с частотой f1, при этом первую катушку с ферромагнитным сердечником располагают в непосредственной близости от предполагаемого объекта поиска, при этом переменное магнитное поле с частотой f1 улавливают второй неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую устанавливают в радиомаяке объекта поиска, после чего сигнал, снимаемый с клемм второй катушки с ферромагнитным сердечником усиливают в узкой полосе частот, выпрямляют и оценивают его уровень, причем при превышении выпрямленного сигнала постоянного тока некоторого порогового уровня начинают генерировать непрерывные низкочастотные колебания с частотой f2, которые подают на клеммы третьей неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником, которую также располагают в радиомаяке объекта поиска, и излучают тем самым переменное магнитное поле с частотой f2, при этом переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают четвертой подвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в первом поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают пятой подвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают во втором поисковом устройстве, причем это же переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают шестой подвижной катушкой с ферромагнитным сердечником, которую располагают в третьем поисковом устройстве, причем сами поисковые устройства располагают друг относительно друга на некотором известном расстоянии, причем поисковые устройства располагают не на одной линии, при этом в каждом из трех поисковых устройств производят узкополосное усиление и выпрямление принимаемых подвижными катушками низкочастотных сигналов, причем в каждом из трех поисковых устройств выпрямленный сигнал постоянного тока подают на измеритель уровня сигнала, при этом в каждом из трех поисковых устройств вращают подвижные катушки с ферромагнитными сердечниками: в первом поисковом устройстве - четвертую катушку, во втором - пятую, в третьем - шестую, при этом в каждом из трех поисковых устройств осуществляют измерение уровня принятого, усиленного и выпрямленного низкочастотного сигнала, при этом добиваются появления в каждом из трех поисковых устройств максимального уровня измеренного сигнала, после чего в каждом их трех поисковых устройств эти измеренные уровни сигналов по калибровочным номограммам переводят в расстояния до объекта поиска R1, R2, R3, которые соответствуют соосному ориентированию каждой из трех катушек поисковых устройств относительно неподвижной катушки радиомаяка, при этом полагают, что найденные три расстояния соответствуют максимальному значению нормировочного коэффициента K, что соответствует соосному расположению катушек радиомаяка и поисковых устройств, при этом измерителем угла поворота определяют углы поворота осей катушек поисковых устройств относительно известного направления, например направления на Север магнитного поля Земли, далее по определенным расстояниям R1, R2, R3 вычисляют азимуты объекта поиска относительно известного направления, например направления на Север магнитного поля Земли, после чего для каждого из поисковых устройств находят угол между этим вычисленным азимутом и измеренным азимутом положения осей катушек относительно известного направления, например на Север магнитного поля Земли, при этом этот найденный угол для каждого из поисковых устройств соответствует углу отклонения оси катушки поискового устройства от воображаемой линии, соединяющей поисковое устройство и радиомаяк, т.е. соответствует углу отклонения осей катушек радиомаяка и поискового устройства от соосного направления, при этом по известной зависимости находят значение нормировочного коэффициента K' соответствующего этому углу, причем такую операцию производят для всех трех поисковых устройств, после чего корректируют значения расстояний от поисковых устройств до объекта поиска в соответствии с коэффициентом K' и получают новые уточненные расстояния R1', R2', R3' после чего вычисляют уточненные азимуты объекта поиска относительно каждого из поисковых устройств, после чего находят угол между этим уточненным азимутом и ранее измеренным азимутом положения осей катушек поисковых устройств относительно известного направления, например на Север магнитного поля Земли, и по известной зависимости находят значение нормировочного коэффициента K" соответствующего этому углу и далее вновь корректируют расстояние до объекта поиска, при этом проводят такие итерации до тех пор, пока изменение расстояний и углов при очередной итерации не станет меньше заданной точности измерения дальности и азимута при осуществлении поиска пострадавших под завалом, после чего от каждого из поисковых устройств получают однозначно азимут объекта поиска, при этом используют один из полученных азимутов и расстояние до объекта поиска для осуществления спасательных мероприятий от того поискового устройства, от которого производить спасательные мероприятия наиболее эффективно.The basis of the invention is the task of determining the azimuth and distance to the object of search, located under the strata of rocks. It is solved due to the fact that initially they generate continuous low-frequency oscillations with a frequency f 1 , and these oscillations are fed to the terminals of the first fixed coil with a ferromagnetic core and thereby emit an alternating magnetic field with a frequency f 1 , while the first coil with a ferromagnetic core is placed in the immediate the proximity of the proposed search object, while an alternating magnetic field with a frequency f 1 is caught by a second fixed coil with a ferromagnetic core, which is installed in p in the beacon of the search object, after which the signal from the terminals of the second coil with a ferromagnetic core is amplified in a narrow frequency band, rectified and its level is estimated, and when the rectified direct current signal exceeds a certain threshold level, they begin to generate continuous low-frequency oscillations with a frequency f 2 , which feed to the terminals of the third fixed coil with a ferromagnetic core, which is also located in the beacon of the search object, and thereby emit an alternating magnetic field with a frequency f 2 wherein an alternating magnetic field with a frequency of f 2 is captured by a fourth movable coil with a ferromagnetic core, which is located in the first search device, and the same alternating magnetic field with a frequency of f 2 is caught by a fifth movable coil with a ferromagnetic core, which is located in the second search device, moreover, the same alternating magnetic field with a frequency of f 2 is captured by the sixth moving coil with a ferromagnetic core, which is located in the third search device, and the search ones themselves the devices are located relative to each other at some known distance, and the search devices are not on the same line, while in each of the three search devices narrow-band amplification and rectification of the low-frequency signals received by the moving coils are performed, and in each of the three search devices the rectified DC signal on a signal level meter, while in each of the three search devices, moving coils with ferromagnetic cores are rotated: in the first search device property - the fourth coil, in the second - fifth, in the third - sixth, while in each of the three search devices measure the level of the received, amplified and rectified low-frequency signal, while achieving the maximum level of the measured signal in each of the three search devices, after why, in each of the three search devices, these measured signal levels from calibration nomograms are translated into distances to the search object R1, R2, R3, which correspond to the coaxial orientation of each of the three coils n search devices relative to the fixed beacon coil, it is believed that the three distances found correspond to the maximum value of the normalization coefficient K, which corresponds to the coaxial arrangement of the beacon coils and search devices, while the angle of rotation determines the angles of rotation of the axes of the search device coils relative to a known direction, for example, to the North of the Earth’s magnetic field, then, at certain distances R1, R2, R3, the azimuths of the search object are calculated relative to of a natural direction, for example, the direction to the North of the Earth’s magnetic field, after which, for each of the search devices, the angle between this calculated azimuth and the measured azimuth of the position of the axes of the coils relative to a known direction is found, for example, to the North of the Earth’s magnetic field, while this angle is found for each of the search devices corresponds to the angle of deviation of the axis of the coil of the search device from an imaginary line connecting the search device and the beacon, i.e. corresponds to the angle of deviation of the axes of the coils of the beacon and the search device from the coaxial direction, and according to a known dependence, the normalization coefficient K 'corresponding to this angle is found, and this operation is performed for all three search devices, after which the distance values from the search devices to the search object are adjusted in in accordance with the coefficient K 'and get new specified distances R1', R2 ', R3' and then calculate the specified azimuths of the search object relative to each of the search structures, then find the angle between this specified azimuth and the previously measured azimuth of the axes of the search coils relative to a known direction, for example to the North of the Earth’s magnetic field, and from the known dependence they find the value of the normalization coefficient K ’corresponding to this angle and then again correct the distance to the object search, at the same time carry out such iterations until the change in distances and angles during the next iteration becomes less than the specified accuracy of measuring the range and azimuth and in carrying out the search affected by the obstruction, after which from each of the detection devices is obtained uniquely azimuth search object, with using one of the obtained distance and bearing to the search object to perform rescue activities of the searcher, which produce rescue events most effectively.
Сравнение предполагаемого изобретения с уже известными способами и прототипом показывает, что заявляемый способ проявляет новые технические свойства, заключающиеся в более точном определении азимута и дальности до объекта поиска, находящегося в завале горных пород в пределах рабочих расстояний, которые реально в шахтах составляют 50-100 м.Comparison of the alleged invention with the already known methods and prototype shows that the claimed method exhibits new technical properties, consisting in a more accurate determination of the azimuth and range to the search object located in the rock block within the working distances, which are actually 50-100 m in mines .
Эти свойства предполагаемого изобретения являются новыми, так как в способе-прототипе в силу присущих ему недостатков, заключающихся в невозможности точно определить азимут и дальность до объекта поиска, для осуществления поиска требуются определенные дополнительные материальные и временные затраты.These properties of the alleged invention are new, because in the prototype method, due to its inherent disadvantages of the inability to accurately determine the azimuth and distance to the search object, certain additional material and time costs are required to carry out the search.
В предлагаемом способе поиска людей под завалами горных пород каждого человека из числа персонала шахты снабжают радиомаяком. В случае аварии поиск пострадавших осуществляет специальная группа спасателей, которую снабжают поисковым оборудованием, состоящим из четырех частей. Поисковое оборудование состоит из устройства активации радиомаяков и трех поисковых устройств. Устройство активации предназначено для излучения переменного магнитного поля с частотой f1. Состоит устройство активации из генератора непрерывных низкочастотных колебаний с частотой f1 требуемой мощности и неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником. Располагают устройство активации в непосредственной близости от места проведения спасательных мероприятий. Мощность излучения переменного магнитного поля должна быть достаточной для того, чтобы это переменное магнитное поле можно было бы принять радиомаяками, находящимися в зоне проведения спасательных мероприятий. В каждом из радиомаяков это переменное магнитное поле принимают, усиливают и оценивают его уровень. При превышении этого уровня некоторого порогового значения в радиомаяке включают генератор непрерывных низкочастотных колебаний с частотой f2, т.е. осуществляют активацию радиомаяка. Эти колебания подают на клеммы неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником, которую располагают в радиомаяке, и излучают тем самым переменное магнитное поле с частотой f2. Это переменное магнитное поле с частотой f2 улавливают тремя подвижными катушками с ферромагнитными сердечниками трех поисковых устройств, в каждом своей катушкой. Принятые поисковыми устройствами сигналы усиливают в узкой полосе частот, вьшрямляют и подают на измерители уровня каждого из поисковых устройств. Далее осуществляют вращение подвижных катушек поисковых устройств и измеряют уровень принимаемого сигнала, при этом вращением катушек добиваются появления максимального уровня измеренного сигнала для каждого из поисковых устройств. При этом измеряют положения осей катушек каждого из поисковых устройств относительно известного направления, например на Север магнитного поля Земли, при этом это положение фиксируют и запоминают. Положение катушки радиомаяка заранее неизвестно, поэтому на начальной стадии предполагают, что катушки каждого поискового устройства и радиомаяка ориентированы соосно. По известным номограммам определяют расстояния от поисковых устройств до объекта поиска, которые соответствуют соосному расположению приемных и передающей катушек. После чего вычисляют гипотетические направления на положение объекта поиска, то есть радиомаяка, которые совпадают с положениями осей подвижных катушек поисковых устройств. Эти направления являются линиями отсчета при корректировке определяемых дальностей и азимутов объекта поиска.In the proposed method for finding people under the rubble of rocks, each person from the mine personnel is equipped with a radio beacon. In the event of an accident, the search for victims is carried out by a special group of rescuers, which are equipped with search equipment consisting of four parts. Search equipment consists of a beacon activation device and three search devices. The activation device is designed to emit an alternating magnetic field with a frequency f 1 . The activation device consists of a generator of continuous low-frequency oscillations with a frequency f 1 of the required power and a fixed coil with a ferromagnetic core. They have an activation device in the immediate vicinity of the rescue site. The radiation power of an alternating magnetic field must be sufficient so that this alternating magnetic field can be received by radio beacons located in the rescue area. In each of the beacons, this alternating magnetic field is received, amplified and its level is estimated. When this level is exceeded, a certain threshold value in the beacon includes a generator of continuous low-frequency oscillations with a frequency f 2 , i.e. carry out the activation of the beacon. These oscillations are fed to the terminals of a fixed coil with a ferromagnetic core, which is located in the beacon, and thereby emit an alternating magnetic field with a frequency f 2 . This alternating magnetic field with a frequency of f 2 is captured by three moving coils with ferromagnetic cores of three search devices, in each of its coils. The signals received by the search devices are amplified in a narrow frequency band, rectified and fed to the level meters of each of the search devices. Next, rotate the moving coils of the search devices and measure the level of the received signal, while rotating the coils achieve the appearance of the maximum level of the measured signal for each of the search devices. In this case, the positions of the axes of the coils of each of the search devices are measured relative to a known direction, for example, to the North of the Earth’s magnetic field, and this position is recorded and stored. The position of the beacon coil is not known in advance, therefore, at the initial stage, it is assumed that the coils of each search device and the beacon are oriented coaxially. The well-known nomograms determine the distances from the search devices to the search object, which correspond to the coaxial arrangement of the receiving and transmitting coils. After that, hypothetical directions are calculated for the position of the search object, that is, the beacon, which coincide with the positions of the axes of the moving coils of the search devices. These directions are the reference lines when adjusting the determined ranges and azimuths of the search object.
При определении расстояний коэффициент K, входящий в формулу (1), рассматривают как нормировочный коэффициент, который учитывает взаимное расположение катушек. Минимальное значение коэффициента K соответствует параллельному взаимному расположению осей катушек. При таком расположении угол θ между прямой, соединяющей центры этих катушек, и прямой, совпадающей с осью каждой из катушек равен 90°. При соосном расположении катушек θ=0°. При таком расположении коэффициент K имеет максимальное значение. Экспериментальным путем снимают номограмму зависимости нормировочного коэффициента K от угла θ. С помощью этой зависимости имеют возможность корректировать значение дальности и соответственно азимута объекта поиска.When determining distances, the coefficient K included in formula (1) is considered as a normalization coefficient, which takes into account the mutual arrangement of the coils. The minimum value of the coefficient K corresponds to a parallel relative position of the axes of the coils. With this arrangement, the angle θ between the straight line connecting the centers of these coils and the straight line coinciding with the axis of each of the coils is 90 °. With coaxial arrangement of coils θ = 0 °. With this arrangement, the coefficient K has a maximum value. The nomogram of the dependence of the normalization coefficient K on the angle θ is removed experimentally. With the help of this dependence, they have the ability to adjust the range value and, accordingly, the azimuth of the search object.
Таким образом, при первом измерении получают три расстояния R1, R2 и R3, которым соответствует максимальное значение нормировочного коэффициента K или угол θ=0°. Далее определяют три азимута объекта поиска, решая обычную тригонометрическую задачу. Определив азимуты объекта поиска, определяют угол отклонения осей катушек поисковых устройств от соосного направления и, проводя первую итерацию, уточняют расстояния R1, R2 и R3, используя зависимость K(θ). Очевидно при этом, что происходит смещение определяемых азимутов относительно гипотетического направления, соответствующего соосному расположению, на угол θ для каждого из поисковых устройств свой. Для новых расстояний R1', R2' и R3' вновь определяют три азимута объекта поиска и три угла отклонения осей катушек поисковых устройств от соосного направления. Проводя вторую итерацию, вновь уточняют расстояния R1", R2" и R3", используя ту же зависимость K(θ), и вновь уточняют три азимута объекта поиска и соответственно три угла отклонения осей катушек поисковых устройств от сосной линии. Производят итерации до тех пор, пока изменение расстояний и углов при каждой последующей итерации не станет меньше требуемой точности определения дальности и азимута объекта поиска.Thus, during the first measurement, three distances R1, R2 and R3 are obtained, which correspond to the maximum value of the normalization coefficient K or the angle θ = 0 °. Next, three azimuths of the search object are determined, solving the usual trigonometric problem. Having determined the azimuths of the search object, the angle of deviation of the axes of the searchcoil coils from the coaxial direction is determined and, conducting the first iteration, the distances R1, R2 and R3 are refined using the dependence K (θ). In this case, it is obvious that the determined azimuths shift relative to the hypothetical direction corresponding to the coaxial location by an angle θ for each of the search devices. For new distances R1 ', R2' and R3 ', three azimuths of the search object and three angles of deviation of the axes of the search coil coils from the coaxial direction are again determined. Carrying out the second iteration, we again refine the distances R1 ", R2" and R3 "using the same dependence K (θ), and again we refine three azimuths of the search object and, accordingly, three angles of deviation of the axes of the search coil coils from the pine line. Iterate until until the change in distances and angles at each subsequent iteration becomes less than the required accuracy in determining the range and azimuth of the search object.
Для проведения спасательных мероприятий выбирают тот азимут и то расстояние до объекта поиска от того поискового устройства, от которого производить эти спасательные мероприятия наиболее эффективно.To conduct rescue measures, choose the azimuth and the distance to the search object from the search device from which it is most effective to carry out these rescue measures.
Указанный способ поиска пострадавших под завалами можно реализовать с помощью устройства, приведенного на фиг. 1.The indicated method of searching for victims under the rubble can be implemented using the device shown in FIG. one.
Устройство поиска пострадавших под завалами состоит из устройства активации, радиомаяка и устройств поиска и содержит генераторы низкочастотных колебаний 1 и 2, неподвижные катушки с ферромагнитными сердечниками 3, 4 и 5 подвижные катушки с ферромагнитными сердечниками 6, 7 и 8, узкополосные усилители низкочастотных сигналов 9, 10, 11 и 12, выпрямители 13, 14, 15и 16, пороговое устройство 17, измерители уровня 18, 19 и 20, измерители угла поворота продольных осей катушек с ферромагнитным сердечником поисковых устройств вокруг их осей вращения относительно некоторого известного направления, например на Север магнитного поля Земли, 21, 22 и 23, которые впоследствии будем называть измерители азимута.The search device for victims under the rubble consists of an activation device, a beacon and search devices and contains low-
Выход генератора низкочастотных колебаний 1 соединен с выводами неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 3, выводы неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 4 соединены с входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 9, выход которого соединен с входом выпрямителя 13, выход которого соединен со входом порогового устройства 17, выход которого соединен с входом управления низкочастотного генератора 2, выход которого соединен с выводами неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 5, при этом выводы подвижной катушки с ферромагнитным сердечником 6 соединены с входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 10, при этом выводы подвижной катушки с ферромагнитным сердечником 7 соединены с входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 11, при этом выводы подвижной катушки с ферромагнитным сердечником 8 соединены с входом узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 12, при этом выход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 10 соединен с входом выпрямителя 14, при этом выход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 11 соединен с входом выпрямителя 15, при этом выход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 12 соединен с входом выпрямителя 16, при этом выход выпрямителя 14 соединен с входом измерителя уровня 18, при этом выход выпрямителя 15 соединен с входом измерителя уровня 19, при этом выход выпрямителя 16 соединен с входом измерителя уровня 20, при этом ось вращения подвижной катушки с ферромагнитным сердечником 6 соединена с входом измерителя азимута 21, ось вращения подвижной катушки с ферромагнитным сердечником 7 соединена с входом измерителя азимута 22, при этом ось вращения подвижной катушки с ферромагнитным сердечником 8 соединена с входом измерителя азимута 23.The output of the low-frequency oscillation generator 1 is connected to the terminals of the fixed coil with a ferromagnetic core 3, the terminals of the fixed coil with a ferromagnetic core 4 are connected to the input of the narrow-band amplifier of low-frequency signals 9, the output of which is connected to the input of the rectifier 13, the output of which is connected to the input of the threshold device 17, the output of which connected to the control input of the low-frequency generator 2, the output of which is connected to the terminals of the fixed coil with a ferromagnetic core 5, while the conclusions of the movable carcasses with a ferromagnetic core 6 are connected to the input of a narrow-band amplifier of low-frequency signals 10, while the conclusions of a moving coil with a ferromagnetic core 7 are connected to the input of a narrow-band amplifier of low-frequency signals 11, while the conclusions of a moving coil with a ferromagnetic core 8 are connected to the input of a narrow-band amplifier of low-frequency signals 12, the output of the narrow-band amplifier of low-frequency signals 10 is connected to the input of the rectifier 14, while the output of the narrow-band amplifier of low-frequency signals 11 is connected to the input of the rectifier 15, while the output of the narrowband low-frequency signal amplifier 12 is connected to the input of the rectifier 16, while the output of the rectifier 14 is connected to the input of the level meter 18, while the output of the rectifier 15 is connected to the input of the level meter 19, while the output of the rectifier 16 connected to the input of the level meter 20, while the axis of rotation of the moving coil with a ferromagnetic core 6 is connected to the input of the azimuth meter 21, the axis of rotation of the moving coil with a ferromagnetic core 7 is connected to the input of the meter 22, while the axis of rotation of the moving coil with a ferromagnetic core 8 is connected to the input of the azimuth meter 23.
Работает устройство, реализующее способ поиска пострадавших под завалами следующим образом.A device is operating that implements a method for searching for victims under the rubble as follows.
Генератор низкочастотных колебаний 1 формирует низкочастотные колебания с частотой f1 требуемой мощности, которые возбуждают с помощью неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 3 переменное низкочастотное магнитное поле с частотой f1. Это переменное низкочастотное магнитное поле улавливают неподвижной катушкой с ферромагнитным сердечником 4, которая входит в состав радиомаяка. Сигнал с выводов этой неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 4 подают на вход узкополосного усилителя низкочастотных сигналов 9, который также входит в состав радиомаяка, где принятый сигнал усиливают в узкой полосе частот, отделяя его от индустриальных помех, и подают на выпрямитель 13, входящий в состав радиомаяка. Выпрямленный сигнал подают на вход порогового устройства 17, входящего в состав радиомаяка. При превышении принятого, усиленного и выпрямленного сигнала некоторого порогового уровня пороговое устройство срабатывает и включает генератор непрерывных низкочастотных колебаний 2, входящий в состав радиомаяка. Этот генератор непрерывных низкочастотных колебаний возбуждает с помощью неподвижной катушки с ферромагнитным сердечником 5, входящей в состав радиомаяка, переменное низкочастотное магнитное поле с частотой f2 заданной интенсивности. Это переменное низкочастотное магнитное поле с частотой f2 улавливают подвижными катушками с ферромагнитными сердечниками 6, 7 и 8, входящими в состав трех поисковых устройств. Далее путем вращения катушек 6, 7 и 8 добиваются получения на выходах 18, 19, 20 максимального уровня сигнала.The low-
Этот сигнал имеет малый уровень и присутствует на фоне индустриальных помех, имеющих как магнитную, так и радиочастотную природы. Эти помехи в шахтах хоть и имеют пониженный уровень, но присутствуют в любом случае.This signal has a low level and is present against a background of industrial interference having both magnetic and radio frequency nature. These interference in the mines, although they have a reduced level, are present in any case.
По этой причине в каждой из поисковых станций производят узкополосное усиление принятого сигнала и отделение его от индустриальных помех с помощью узкополосных низкочастотных усилителей 10, 11 и 12, входящих в состав трех поисковых устройств.For this reason, in each of the search stations, narrow-band amplification of the received signal is performed and it is separated from industrial noise using narrow-band low-
Для измерения уровня принятого сигнала в поисковых станциях производят его выпрямление с помощью выпрямителей 14, 15 и 16, входящих в состав трех поисковых устройств.To measure the level of the received signal in search stations, it is rectified using
Принятые, усиленные и выпрямленные сигналы подают на входы измерителей уровня 18, 19 и 20, входящих в состав трех поисковых устройств.Received, amplified and rectified signals are fed to the inputs of
Далее путем вращения катушек 6, 7 и 8 добиваются получения на выходах 18, 19, 20 максимального уровня сигнала. После того, как получены максимальные значения измеренных уровней принятых сигналов, измерителями азимута 21, 22 и 23 определяют положение подвижных катушек поисковых устройств. После этого по соответствующим номограммам определяют расстояния R1, R2, R3 от каждой из подвижных катушек или от каждого из поисковых устройств до радиомаяка или объекта поиска. Эти расстояния определяют с учетом коэффициента K, который на начальном этапе принимают равным максимальному значению. Решая обычную тригонометрическую задачу, определяют три азимута объекта поиска. После этого находят угол между азимутом объекта поиска относительно первого поискового устройства и углом отклонения оси подвижной катушки 6 относительно гипотетической сосной линии катушек радиомаяка и первого поискового устройства - θ1. При этом находят угол между азимутом объекта поиска относительно второго поискового устройства и углом отклонения оси подвижной катушки 7 относительно гипотетической сосной линии катушек радиомаяка и второго поискового устройства - θ2. При этом находят угол между азимутом объекта поиска относительно третьего поискового устройства и углом отклонения оси подвижной катушки 8 относительно гипотетической сосной линии катушек радиомаяка и третьего поискового устройства - θ3. По экспериментальной зависимости K(θ) определяют значения коэффициентов K1, K2, K3, которые соответствуют углам θ1, θ2, θ3. В соответствии с полученными нормировочными коэффициентами корректируют ранее полученные значения расстояний и получают новые расстояния R1', R2', R3'. После этого аналогичным образом решая обычную тригонометрическую задачу, определяют три азимута объекта поиска и находят углы θ1', θ2' и θ3'. После этого находят соответствующие этим углам коэффициенты K1', K2', K3'. В соответствии с новыми коэффициентами корректируют значения расстояний, полученные на этапе предыдущей итерации, и находят новые значения - Rl", R2", R3". Итерации производят до тех пор, пока изменение расстояний и углов при каждой последующей итерации не станет меньше требуемой точности определения дальности и азимута объекта поиска.Next, by rotating the
Имея, таким образом, три определенных расстояния от каждого из трех поисковых устройств до объекта поиска соответственно, расстояния между поисковыми устройствами, которые известны заранее, азимуты каждого из поисковых устройств, друг относительно друга, которые также известны заранее, и получают, таким образом, три азимута объекта поиска от каждого из трех поисковых устройств соответственно.Thus having three determined distances from each of the three search devices to the search object, respectively, the distances between the search devices that are known in advance, the azimuths of each of the search devices relative to each other, which are also known in advance, and thus receive three the azimuth of the search object from each of the three search devices, respectively.
Для проведения спасательных мероприятий выбирают тот азимут объекта поиска и соответственно то расстояние до объекта поиска от того из поисковых устройств, от которого проводить спасательные мероприятия наиболее эффективно.To carry out rescue measures, choose the azimuth of the search object and, accordingly, the distance to the search object from that of the search devices from which it is most effective to carry out rescue measures.
Таким образом, получают координаты объекта поиска, человека, находящегося под завалом.Thus, the coordinates of the search object, a person under the rubble, are obtained.
Народнохозяйственный эффект от использования предполагаемого изобретения связан с появлением возможности быстро и точно определить координаты человека, находящегося под завалом горной породы. При этом появляется возможность оперативно организовать спасательные мероприятия и обеспечить, тем самым, сохранение жизни людей в лучшем случае, в худшем случае имеется возможность отыскать тела людей уже погибших в результате аварии.The economic effect of the use of the alleged invention is associated with the emergence of the ability to quickly and accurately determine the coordinates of a person under the rubble of a rock. At the same time, it becomes possible to quickly organize rescue activities and thereby ensure the preservation of people's lives in the best case, in the worst case, it is possible to find the bodies of people who have already died as a result of the accident.
При проведении спасательных мероприятий в большинстве случаев место аварии известно. В этих случаях можно обойтись только двумя поисковыми устройствами. При определении азимутов объекта поиска от двух поисковых устройств описанным способом возникает принципиальная неопределенность в определении азимута. При этом необходимо выбрать азимут от поискового устройства на объект поиска один из двух. Один из азимутов будет указывать на место завала, другой указывать в противоположное направление. Выбрать нужный азимут в этом случае можно организационно.During rescue operations, in most cases the place of the accident is known. In these cases, you can do only two search devices. When determining the azimuths of a search object from two search devices in the described manner, fundamental uncertainty arises in determining the azimuth. In this case, it is necessary to choose the azimuth from the search device to the search object one of two. One of the azimuths will indicate the place of the blockage, the other point in the opposite direction. In this case, you can select the desired azimuth organizationally.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016110135/93A RU2584982C1 (en) | 2016-03-21 | 2016-03-21 | Iterative method to search for victims under rubble |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016110135/93A RU2584982C1 (en) | 2016-03-21 | 2016-03-21 | Iterative method to search for victims under rubble |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2584982C1 true RU2584982C1 (en) | 2016-05-20 |
Family
ID=56012459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016110135/93A RU2584982C1 (en) | 2016-03-21 | 2016-03-21 | Iterative method to search for victims under rubble |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2584982C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116839571A (en) * | 2023-09-01 | 2023-10-03 | 中国地质大学（武汉） | Emergency rescue transdermal detection positioning method based on static magnetic field beacon |
-
2016
- 2016-03-21 RU RU2016110135/93A patent/RU2584982C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116839571A (en) * | 2023-09-01 | 2023-10-03 | 中国地质大学（武汉） | Emergency rescue transdermal detection positioning method based on static magnetic field beacon |
| CN116839571B (en) * | 2023-09-01 | 2023-12-01 | 中国地质大学（武汉） | Emergency rescue transdermal detection positioning method based on static magnetic field beacon |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4710708A (en) | Method and apparatus employing received independent magnetic field components of a transmitted alternating magnetic field for determining location | |
| US7969137B2 (en) | System for and method of detecting a buried conductor | |
| Das et al. | Analysis of an electromagnetic induction detector for real-time location of buried objects | |
| US9002675B2 (en) | Magneto-inductive positioning using a rotating magnetic field | |
| RU2656055C2 (en) | Downhole gradiometric ranging for t-intersection and well avoidance utilising transmitters and receivers having magnetic dipoles | |
| EP2096464B1 (en) | System for and method of detecting a buried conductor | |
| JP2008547011A (en) | Detector for detecting buried current carrying conductors | |
| RU2651649C1 (en) | Determination of location of boreholes | |
| Ayuso et al. | Accurately locating a vertical magnetic dipole buried in a conducting earth | |
| RU2584982C1 (en) | Iterative method to search for victims under rubble | |
| CN203299373U (en) | Wireless electromagnet self-adaptive tube cleaner and positioning system thereof | |
| US20230034745A1 (en) | An Apparatus for the Measurement of Ore in Mine Ore Benches | |
| RU2584983C1 (en) | Method of searching for injured people under rubble | |
| RU2584967C1 (en) | Method of searching for injured people under rubble, taking into account arbitrary orientation of beacon antenna | |
| RU2584981C1 (en) | Method of searching for injured people under rubble | |
| RU2584978C1 (en) | Method of searching for injured people under rubble | |
| KR102001246B1 (en) | Apparatus for detecting metal explosives buried underground by multi mode of time domain and frequency domain method | |
| GB2590019A (en) | Passive Magnetic Ranging | |
| RU2584980C1 (en) | Method of searching for injured people under rubble | |
| US9995133B2 (en) | Bend measurements of adjustable motor assemblies using magnetometers | |
| JPS5811030B2 (en) | How to detect horizontal position of shield machine | |
| US20180299575A1 (en) | System For Locating A Utility With A Downhole Beacon | |
| RU2584974C1 (en) | Method of radio beacons activation device operating when searching for injured people under rubble | |
| RU2584966C9 (en) | Method of searching for injured people under debris and remote monitoring of heart rhythm | |
| CN109782222A (en) | A kind of the underground utilities localization method and system of integrated RTLS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150527 |