Беспроводная система обнаружения опасных условий с определением местонахождения датчиков - RU2602700C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к измерительным устройствам и, более конкретно, к носимым датчикам содержания газа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В различных средах имеется потребность в обнаружении накапливания потенциально опасных газов, прежде чем возникнет опасная ситуация. Например, на промышленном предприятии может использоваться система обнаружения газа, в состав которой входят датчики содержания газа, распределенные по всему предприятию. Такая система может также содержать одну или несколько центральных станций, которые принимают сигналы от датчиков содержания газа. Если один из датчиков содержания газа обнаруживает избыточную концентрацию опасного газа, то на центральной станции включается режим тревоги. Такие системы обнаружения газа могут также предупреждать оператора, так чтобы можно было осуществлять действия для исключения потенциально опасных происшествий на предприятии.

Хотя такие системы эффективны при использовании фиксированных датчиков, например, при их размещении возле производственного оборудования на предприятии, однако они не очень подходят для оперативного изменения размещения или для адаптации к меняющимся условиям. Кроме того, такие традиционные системы обнаружения газа обычно не обеспечивают быстрого централизованного доступа к информации, относящейся к ситуациям, связанным с обнаружением газа, включая местонахождение происшествий и записи результатов измерения содержания газа в определенных точках в течение определенного периода времени. Кроме того, если традиционная система обеспечивает централизованный доступ, то требуется дорогостоящая проводка для подсоединения датчиков содержания газа к центральной станции.

В некоторых известных системах обнаружения газа могут использоваться индивидуальные устройства, носимые работниками на поясе, которые обеспечивают измерение концентраций газа в определенных производственных зонах. Такие датчики содержания газа могут обеспечивать информацию об изменении концентрации газа во времени. Однако оператор центральной станции не имеет доступа к информации на месте, и информация об изменении концентрации газа во времени становится доступной гораздо позднее, когда записи результатов измерений устройства в течение дня могут быть перенесены на персональный компьютер.

Таким образом, существует потребность в улучшенной беспроводной системе обнаружения газа и в соответствующем способе. Также существует потребность в беспроводном получении информации об обнаружении газа на местах, которая связана с потенциально опасными ситуациями, а также изменений этой информации во времени, как это описано ниже более подробно.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

Фигура 1 представляет собой блок-схему системы измерений параметров внешней среды, выполненной в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фигуре 1 представлена блок-схема системы 250 обнаружения газа, выполненная в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. В системе 250 обнаружения газа могут использоваться носимые датчики (приемопередатчики) 256 содержания газа. Также в системе 250 обнаружения газа могут использоваться фиксированные приемопередатчики 276, 278, подсоединенные к управляющему модулю 252 определения местонахождения.

Необходимо отметить, что не все фиксированные приемопередатчики 276, 278 могут быть подсоединены к управляющему модулю 252 определения местонахождения. Некоторые фиксированные приемопередатчики 276, 278 могут использоваться только для обеспечения ответов на запросы в целях определения местонахождения, однако не используются для ретрансляции информации в управляющий модуль 252 определения местонахождения.

Приемопередатчики 276, 278, подсоединенные к управляющему модулю 252 определения местонахождения, могут принимать результаты измерений содержания газа и информации о местонахождении от носимых датчиков 256 содержания газа с использованием каналов беспроводной связи. Фиксированные приемопередатчики могут пересылать эту информацию в управляющий модуль определения местонахождения. Управляющий модуль 252 определения местонахождения использует эту информацию, прежде всего, для извещения оператора центральной станции о возникновении и местонахождении различных событий, связанных с обнаружением газа. Управляющий модуль 252 определения местонахождения также может использовать результаты измерений содержания газа и информацию о местонахождении для получения распределения концентрации газа по заданной зоне 904.

Также в зоне 904 расположены фиксированные приемопередатчики 900, 902, имеющие расширенные возможности (расширенные фиксированные приемопередатчики). Расширенные фиксированные приемопередатчики 900, 902 работают вместе с фиксированными приемопередатчиками 276, 278, прежде всего, для контроля точности определения местонахождения носимых датчиков 256 содержания газа. Расширенные фиксированные приемопередатчики 900, 902 могут также работать вместе с фиксированными приемопередатчиками 276, 278 для обеспечения информации местонахождения по измерениям, выполненным носимыми датчиками 256 содержания газа, которые передаются в управляющий модуль определения местонахождения для улучшения определения местонахождения этих датчиков.

Датчики 256 содержания газа, фиксированные приемопередатчики 276, 278 и расширенные фиксированные приемопередатчики 900, 902 осуществляют обмен информацией по каналам беспроводной связи в соответствии с подходящим стандартом (например, IEEE 802.11). По меньшей мере, некоторые из фиксированных приемопередатчиков 276, 278 могут работать в качестве точек доступа беспроводной связи для датчиков 256 содержания газа и расширенных фиксированных приемопередатчиков 900, 902.

Фиксированные приемопередатчики 276, 278 и расширенные фиксированные приемопередатчики 900, 902 расположены в известных точках в пределах зоны 904. Управляющий модуль 252 определения местонахождения использует известные точки местонахождения фиксированных приемопередатчиков 276, 278 и расширенных фиксированных приемопередатчиков 900, 902 вместе с информацией о местонахождении, обеспечиваемой датчиками 256 содержания газа для определения местонахождения носимых датчиков 256 содержания газа. Управляющий модуль 252 определения местонахождения в процессе работы может осуществлять сбор, документирование и отображение расчетных точек местонахождения носимых устройств.

Носимые датчики 256 содержания газа могут быть носимыми устройствами, находящимися у работников, перемещающихся в зоне 904. По мере того как работник с носимым датчиком 256 содержания газа перемещается по зоне 904 из одной точки в другую, датчик 256 может периодически измерять концентрацию газа в этих точках. Датчик 256 содержания газа может объединять измерения концентрации газа с информацией о местонахождении в одном пакете и передавать его по каналу беспроводной связи в управляющий модуль 252 определения местонахождения через фиксированный приемопередатчик 276, 278, который поддерживает функцию точки доступа.

Информация о местонахождении, собираемая датчиками 256 содержания газа, может представлять собой параметры сигналов, передаваемых фиксированными приемопередатчиками 276, 278 и расширенными фиксированными приемопередатчиками 900, 902, которые измеряются (или получаются из ответов на запросы (например, МАС-адрес)) датчиками 256 содержания газа. Для накопления информации о местонахождении и для передачи измерений концентрации газа в управляющий модуль 252 определения местонахождения датчик 256 содержания газа может сначала, на первой стадии, передать сигнал запроса в фиксированные приемопередатчики 276, 278 и расширенные фиксированные приемопередатчики 900, 902.

Любой фиксированный приемопередатчик 276, 278 и расширенный фиксированный приемопередатчик 900, 902, получивший запросный сигнал от носимого датчика 256 содержания газа, может передать ответный сигнал. Носимый датчик 256 содержания газа измеряет параметр ответного сигнала, полученного от любого фиксированного приемопередатчика 276, 278 и расширенного фиксированного приемопередатчика 900, 902.

Параметр сигнала, измеряемый носимым датчиком 256 содержания газа, может быть любым подходящим показателем расстояния (например, показателем уровня принимаемого сигнала, временем прохождения сигнала и т.п.). В зависимости от измеренных параметров сигналов носимый датчик 256 содержания газа может выбрать один из фиксированных приемопередатчиков 276, 278 в качестве точки доступа для подключения и передачи данных. Носимый датчик 256 содержания газа может выбрать фиксированный приемопередатчик 276, 278, имеющий наилучший измеренный параметр ответного сигнала (например, наибольший уровень принимаемого сигнала, наименьшее время прохождения сигнала и т.п.).

После выбора фиксированного приемопередатчика 276, 278 носимый датчик 256 содержания газа формирует пакет для передачи в управляющий модуль 252 определения местонахождения через выбранную точку 276, 278 доступа. В этом случае сформированный пакет содержит по меньшей мере три части. Первая и вторая части содержат системный идентификатор носимого датчика содержания газа и измеренную величину концентрации газа. Третья часть содержит измеренные параметры сигнала и системный идентификатор какого-либо из фиксированных приемопередатчиков 276, 278 и расширенных фиксированных приемопередатчиков 900, 902, передавшего ответный сигнал. После формирования пакета и выбора точки доступа носимый датчик 256 содержания газа передает пакет в выбранную точку 276, 278 доступа. Выбранная точка доступа, в свою очередь, передает полученный пакет в управляющий модуль 252 определения местонахождения.

Получив пакет, управляющий модуль 252 определения местонахождения сохраняет измеренную величину концентрации газа и пытается определить местонахождение носимого датчика 256 содержания газа. Для определения местонахождения носимого датчика 256 содержания газа управляющий модуль 252 определения местонахождения передает измерения параметра сигнала в блок 268 определения местонахождения.

Блок 268 определения местонахождения вычисляет точку нахождения датчика 256 содержания газа по измерениям сигналов. Если измерение сигнала осуществляется по показателю уровня принимаемого сигнал, то при расчете точки нахождения датчика считается, что ослабление сигнала пропорционально дальности до датчика. Зная амплитуду переданного сигнала и амплитуду сигнала, измеренного датчиком 256 содержания газа, блок определения местонахождения может вычислить расстояние от датчика 256 до каждого из фиксированных приемопередатчиков 276, 278 и каждого из расширенных фиксированных приемопередатчиков 900, 902. Зная расстояние от датчика 256 содержания газа до каждого из фиксированных приемопередатчиков 276, 278 и каждого из расширенных фиксированных приемопередатчиков 900, 902, блок 268 определения местонахождения рассчитывает точку нахождения датчика 256 содержания газа, используя способ триангуляции.

Если параметр сигнала представляет собой время прохождения сигнала, то используется аналогичный способ. В этом случае блок 268 определения местонахождения определяет расстояние по времени прохождения сигнала от датчика 256 содержания газа до каждого из фиксированных приемопередатчиков 276, 278 и каждого из расширенных фиксированных приемопередатчиков 900, 902 и аналогичным образом выполняет триангуляцию.

По меньшей мере, некоторые из расширенных фиксированных приемопередатчиков 900, 902 могут также содержать датчики 906, 908 содержания газа. Поскольку некоторые из расширенных фиксированных приемопередатчиков 900, 902 содержат датчики концентрации газа, то они могут также периодически измерять концентрацию газа и передавать результаты измерений в управляющий модуль 252 определения местонахождения.

Расширенные фиксированные приемопередатчики 900, 902 с датчиками содержания газа могут работать аналогично носимым датчикам 256 содержания газа. Если же расширенные фиксированные приемопередатчики 900, 902 не содержат датчики содержания газа, то они работают аналогично носимым датчикам 256 содержания газа за исключением того, что передаваемые ими сообщения не содержат измерения концентрации газа. В любом случае для обеспечения передачи информации о местонахождении в управляющий модуль 252 определения местонахождения, каждый из расширенных фиксированных приемопередатчиков (например, расширенный фиксированный приемопередатчик 900) может сначала передавать сигнал запроса.

Аналогичным образом, любой другой расширенный фиксированный приемопередатчик (например, расширенный фиксированный приемопередатчик 902) и фиксированные приемопередатчики 276, 278, принимающие сигнал запроса, будут передавать ответный сигнал, который содержит идентификатор передающего устройства (приемопередатчика 276, 278, 902). Расширенный фиксированный приемопередатчик 900 получает ответные сигналы и измеряет параметр сигнала для каждого из расширенных фиксированных приемопередатчиков 902 и фиксированных приемопередатчиков 276, 278. Расширенный фиксированный приемопередатчик 900 может передавать результаты измерений концентрации газа аналогично датчику 256 содержания газа.

Расширенный фиксированный приемопередатчик 900 выбирает фиксированный приемопередатчик 276, 278 в качестве точки доступа для передачи пакетов в управляющий модуль 252 определения местонахождения. Затем расширенный фиксированный приемопередатчик 900 формирует информационный пакет, содержащий измеренную величину концентрации газа и измеренный параметр сигнала, принятого от каждого из расширенных фиксированных приемопередатчиков 902 и фиксированных приемопередатчиков 276, 278. Затем расширенный фиксированный приемопередатчик 900 передает информационный пакет в управляющий модуль 252 определения местонахождения через выбранную точку доступа 276, 278.

Управляющий модуль 252 определения местонахождения принимает информационный пакет от расширенного фиксированного приемопередатчика 900 и сохраняет измеренную величину концентрации газа в базе данных. Управляющий модуль 252 определения местонахождения также передает измеренный параметр сигнала для каждого из ответивших расширенных фиксированных приемопередатчиков 902 и фиксированных приемопередатчиков 276, 278 (и системные идентификаторы) в блок 268 определения местонахождения.

Блок 268 определения местонахождения вычисляет местонахождение расширенного фиксированного приемопередатчика 900 по измеренным параметрам сигналов. Затем блок 268 определения местонахождения сравнивает вычисленное местонахождение расширенного фиксированного приемопередатчика 900 с его известным местонахождением для получения ошибки измерения местонахождения.

Ошибка измерения местонахождения может контролироваться на некотором интервале времени для обнаружения постепенного или резкого ухудшения точности определения местонахождения. Если ухудшение превысит некоторое пороговое значение, то может быть осуществлено извещение оператора системы и/или это событие может быть задокументировано.

Эти процессы измерения концентрации газа и формирования отчетов могут выполняться каждым из расширенных фиксированных приемопередатчиков 900, 902. В результате, блок 268 определения местоположения получает величину ошибки измерения местоположения для каждого из расширенных фиксированных приемопередатчиков 900, 902. Обнаружение изменений точности модулем определения местонахождения может также включать обнаружение ухудшения точности в некоторой зоне и сообщение оператору об этой зоне, в которой происходит ухудшение.

Измерения ошибок определения местонахождения могут использоваться для корректировки вычисленных координат местонахождения носимых датчиков 256 содержания газа. Например, если носимый датчик 256 содержания газа обеспечивает измеренный параметр сигнала фиксированного приемопередатчика (например, фиксированного приемопередатчика 276), который имеет такую же величину, что и измеренный параметр сигнала расширенного фиксированного приемопередатчика (например, расширенного фиксированного приемопередатчика 900), то блок 268 определения местонахождения может ввести корректирующий коэффициент для вычисляемых координат точки местонахождения датчика содержания газа, который обеспечивает одинаковое расстояние датчика 256 от фиксированного приемопередатчика 276 и от расширенного фиксированного приемопередатчика 900 (включая корректировку, связанную с ошибкой измерения местонахождения). Кроме того, блок определения местонахождения может корректировать вычисленные координаты местонахождения носимого датчика содержания газа с учетом ошибок определения местонахождения для нескольких соседних расширенных фиксированных приемопередатчиков. Ошибка наиболее близкого расширенного фиксированного приемопередатчика может оказывать наибольшее влияние на точность определения местонахождения. Могут применяться и другие корректирующие коэффициенты в зависимости от величины измеряемого параметра.

Ошибки определения местонахождения могут также сравниваться с пороговым значением ошибки. Если ошибка определения местонахождения превышает пороговое значение, то пользователь системы 250 может быть предупрежден о возможности нарушения ее функционирования. Такое нарушение может происходит из-за изменений условий окружающей среды, таких как, например, возведение металлической конструкции в зоне, или из-за ухудшения сигналов одного или нескольких расширенных фиксированных приемопередатчиков 900, 902 или фиксированных приемопередатчиков 276, 278.

Управляющий модуль 252 определения местонахождения может быть также снабжен дисплеем 910, на котором отображается карта 912 зоны 904. На карте могут быть показаны все фиксированные приемопередатчики 276, 278, расширенные фиксированные приемопередатчики 900, 902 и носимые датчики 256 содержания газа.

На дисплее 910 вокруг точки местонахождения каждого носимого датчика 256 содержания газа может быть показана окружающая его рамка, указывающая расчетную ошибку определения местонахождения датчика. Например, если ошибка определения местонахождения расширенных фиксированных приемопередатчиков 900, 902, находящихся ближе всего к расчетной точке местонахождения датчика 256 содержания газа, равна примерно 10 футов, то длина сторон рамки 916, окружающей датчик 256, соответствует по меньшей мере 10 футам. Поскольку ошибка представляет собой вектор, имеющий компоненты х и у, то окружающая датчик 256 рамка 916 может быть прямоугольником, длины сторон которого соответствуют величинам х и у. Однако окружающая датчик рамка 916 необязательно может иметь размеры, соответствующие измеренным ошибкам, поскольку могут быть и другие источники ошибок, которые должны учитываться, и в принципе размеры рамки 916 могут быть больше. Кроме того, ошибка определения местонахождения датчика может показываться не прямоугольником, а другой фигурой, форма и размеры которой могут быть пропорциональны вектору ошибки.

В настоящем описании был рассмотрен конкретный вариант системы мониторинга условий окружающей среды, который является иллюстрацией осуществления и применения изобретения. Необходимо понимать, что специалистам в данной области техники будут очевидны различные варианты и модификации осуществления изобретения и что оно не ограничивается конкретным вариантом, рассмотренным в описании. Поэтому изобретение охватывают любые и все модификации, варианты или эквиваленты, находящиеся в пределах сущности и объема изобретения, раскрытых в настоящей заявке.

Реферат

Изобретение относится к области систем для контроля за возникновением опасных условий, связанных с утечками газа, которые способны определять местонахождение носимых датчиков содержания газа в пределах контролируемой зоны. Система содержит расположенные в пределах контролируемой зоны носимые приемопередатчики, фиксированные приемопередатчики и расширенные фиксированные приемопередатчики, блок определения местонахождения носимых приемопередатчиков на основе измерений параметров сигналов носимым приемопередатчиком и соответствующих известных точек местонахождения фиксированных и расширенных фиксированных приемопередатчиков. По меньшей мере часть из указанных приемопередатчиков могут быть выполнены беспроводными. Использование изобретения позволяет повысить надежность и оперативность контроля за возникновением опасных газовых ситуаций. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула