Светильник шахтный головной
MINE HEAD LAMP

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области индивидуального осветительного оборудования, используемого преимущественно для освещения тоннелей, шахт, горных выработок.
Уровень техники
Известен шахтный головной светильник, содержащий закрепляемую на каске фару, связанную посредством кабеля с аккумуляторной батареей (патент CN 2886303, МПК: F21L4/02, опубл. 04.04.2007). В корпусе фары размещены печатная плата с источником света, включающим основной и несколько вспомогательных светодиодов, размещенных в общем отражателе. Светодиоды, по сравнению с другими источниками света, устойчивы к механическим воздействиям, меньше нагреваются, отличаются высокой светоотдачей и создают значительно более равномерный по спектру свет.
Недостатком упомянутого светильника является то, что размещенные в едином параболическом отражателе источники света, при любых режимах работы, создают однонаправленное освещение с концентрацией светового потока вдоль оси отражателя (фары), в результате чего поверхность под ногами шахтеров практически неосвещена и затруднено проведение работ в ближнем пространстве из-за избыточной яркости объектов.
Известен шахтный головной светильник, содержащий герметичный корпус, закрытый спереди прозрачной крышкой, в котором размещены аккумуляторная батарея и два источника света, основной из которых выполнен в виде светодиода повышенной яркости, установленного в фокусе параболического отражателя (заявка CN 101050845, МПК: F21L4/00, оп. 10.10.2007). Отражатель установлен в корпусе с наклоном 20-45° книзу от оси корпуса, благодаря чему улучшена освещенность поверхности под ногами шахтера, однако упомянутое улучшение сопровождается снижением дальности и яркости удаленного освещения.
Известен двунаправленный головной светильник, содержащий фару основного освещения и фару вспомогательного освещения, закрепленную на фаре основного освещения под углом 45° к ее оси (патент CN 201078585, МПК:F21L4/02, оп. 25.06.2008). К недостаткам упомянутой конструкции следует отнести пониженную надежность, вследствие механического соединения фар основного и вспомогательного освещения, а также то, что фары относительно чутко реагируют на любые вибрации и небольшие движения головы, что при узкой направленности лучей приводит к беспокойному лучу света и, так называемому, мерцающему освещению.
Известен мобильный светильник, содержащий закрепляемый на каске шахтера (или велосипедиста) корпус, в котором размещены светоизлучающие диоды, часть которых служит для формирования прямого луча, направленного вдоль оси корпуса, и как минимум, один светодиод, обеспечивающий формирование светового луча, отклоненного вниз на угол 5-85° (патент DE 20221972, МПК: F21L4/02, оп. 29.04.2010). Конкретное значение угла задается исполнением корпуса светильника и посадочных мест для светодиодов, при этом на выходе каждого светодиода установлена собирающая линза.
Существенным недостатком упомянутого светильника является сложность расчета оптимальных параметров корпуса и мест расположения светодиодов, которые бы позволили обеспечить оптимальное распределение светового потока в нужном направлении. Другим недостатком является использование линз для формирования световых потоков. Получаемые в этом случае световые пучки узкие и зависят от положения головы, что ведет к появлению проблемы «беспокойного луча».
Известны технические решения головных светильников, в которых предприняты попытки автоматического регулирования силы светового потока и его направленности за счет использования микропроцессорной техники и набора датчиков, отслеживающих изменение угла поворота головы (см. например, патент WO 2016201597, МПК: F21L4/02, опубл. 12.12.2016). Однако подобные конструкции не нашли широкого применения, вследствие высокой стоимости светильника и его пониженной надежности.
В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого головного светильника принят шахтный головной светильник, содержащий закрепляемый на каске корпус, в котором размещены блок управляющей электроники и светодиодные источники света, один из которых выполнен в виде мощного светодиода, установленного в фокусе параболического отражателя (патент RU 67227, МПК: F21L4/02, опубл. 10.10.2007г). Второй источник света выполнен в виде вспомогательных светодиодов аварийного освещения. На внешнюю поверхность корпуса выведены органы управления источниками света. Светильник имеет простую и надежную конструкцию.
Его существенным недостатком является то, что световые потоки от обоих источников света, размещенных в параболических отражателях, направлены вдоль оси фары, вследствие чего невозможно добиться одновременного освещения удаленных объектов и поверхности под ногами, что затрудняет проведение работ в ближнем пространстве.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка простого и надежного светильника, обеспечивающего хорошее освещение и удаленных объектов, и ближнего пространства, и при этом малочувствительного к мелким вибрациям.
Раскрытие сущности изобретения
Упомянутая проблема решена благодаря тому, что в шахтном головном светильнике с питанием от аккумуляторной батареи, содержащем корпус с размещенными в нем светодиодными источниками света, из которых один установлен в фокусе параболического отражателя, блок управляющей электроники и орган управления источниками света, выведенный на внешнюю поверхность корпуса, согласно заявляемому изобретению, второй источник света установлен в собственном отражателе с рассеивающей структурой поверхности и формой, обеспечивающей направление светового потока под углом 30-60° вниз относительно оси параболического отражателя.
Технические результаты, достигаемые благодаря вышеупомянутой совокупности существенных признаков, заключаются  в следующем:
- обеспечение хорошей освещенности и удаленных объектов, и ближнего пространства;
- возможность одновременного дальнего и ближнего освещения;
- широкий угол освещения ближнего пространства, что снижает до минимума зависимость освещенности от положения головы и позволяет исключить проблему «беспокойного луча».
При этом предлагаемый светильник характеризуется простотой конструкции и высокой надежностью эксплуатации.
В отличие от ближайшего аналога, где второй источник света выполняет функции аварийного освещения, в предлагаемом светильнике оба источника света выполнены в виде мощных светоизлучающих диодов с номинальной мощностью, предпочтительно от 1 Вт и более, что удобно при смене характера работ.
Первый источник света, установленный в фокусе параболического отражателя с зеркальной поверхностью, аналогично ближайшему и другим аналогам, обеспечивает формирование прямого луча для освещения удаленных объектов. Параболический отражатель, имеющий симметричную форму отражающей поверхности, концентрирует излучаемый светодиодом поток вдоль главной оптической оси отражателя, совпадающей с осью светильника в целом.
Второй источник света имеет собственный отражатель, выполненный с рассеивающей структурой поверхности и неправильной ассиметричной формой, которая позволяет перенаправить основную массу светового потока, излучаемого вторым источником света, в нижнюю полуплоскость, обеспечив тем самым освещение близлежащего пространства и поверхности под ногами шахтера или другого пользователя светильника. При этом отражатель обеспечивает получение широкого светового луча.
Максимальная сила светового потока от второго источника света направлена вниз под углом 30-60° относительно оси параболического отражателя, т.е. относительно прямого луча, создаваемого первым источником света.
Использование отражателя позволяет рассчитать оптимальное распределение светового потока в нужном направлении и обеспечить достаточно широкий асимметричный угол освещения ближнего пространства.
Форма отражателя, обеспечивающая наиболее оптимальное распределение светового потока в вертикальной и горизонтальной плоскостях, может быть достаточно просто и точно рассчитана, исходя из требуемой кривой силы света. Для расчета и проектирования формы отражателя могут быть использованы различные компьютерные средства, например, программы автоматизированного проектирования.
Выполнение отражателя с рассеивающей структурой поверхности позволяет добиться равномерности распределения светового потока по всей ширине светового луча, в результате сведена к минимуму зависимость освещения от мелких вибраций и движений головы, что позволяет исключить проблему «бегающего луча» и «мерцания света».
Предлагаемый светильник характеризуется простотой конструкции и высокой надежностью эксплуатации.
Для возможности контроля уровня заряда аккумуляторной батареи в процессе работы светильник снабжен блоком индикаторов, который может быть выполнен, например, в виде линейки маломощных красных и зеленых светодиодов.
Орган управления источниками света выполнен в виде единой кнопки, выведенной на внешнюю поверхность корпуса и обеспечивающей многофункциональное управление, а именно: поочередное и одновременное включение источников света, их выключение и регулирование мощности световых потоков. При этом диапазон регулирования и величина коэффициента изменения светового потока одного источника не зависят от диапазона и величины коэффициента изменения светового потока другого источника. В результате, при работе, световой поток от каждого источника можно отрегулировать до нужной освещенности.
Отражатели могут быть сгруппированы (объединены) между собой в единую деталь, так называемый групповой отражатель.
Корпус светильника может иметь места для установки дополнительного оборудования, расширяющего возможности использования светильника. В качестве дополнительного оборудования могут выступать различные датчики, газоанализаторы, устройства связи.
Краткое описание чертежей
Суть заявляемого технического решения поясняется примером конкретного осуществления и чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 – светильник шахтный головной, вид спереди;
на фиг. 2 – светильник, вид сбоку в разрезе (сечение А-А на фиг.1);
на фиг. 3 – светильник, вид сзади (вид В на фиг.2);
на фиг. 4 – показана деталь, объединяющая в себе оба отражателя;
на фиг. 5 – сечение В-В на фиг. 4;
на фиг. 6 и 7 - показано распределение формируемых отражателями световых потоков в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Осуществление изобретения
Светильник шахтный головной с питанием от аккумуляторной батареи содержит закрепляемую на каске фару (см. фиг. 1, 2), в корпусе 1 которой размещены два светодиодных источника света в виде мощных светоизлучающих диодов 2 и 3 (далее светодиод или СД), каждый из которых имеет свой отражатель 4 и 5 соответственно, блок 6 управляющей электроники и блок индикаторов 7 для контроля уровня заряда аккумуляторной батареи, который может быть выполнен в виде линейки красных и зеленых светодиодов.
Спереди корпус 1 закрыт оптически прозрачным элементом 8 из закаленного стекла. Для управления источниками света служит кнопка 9 (см. фиг. 3), выведенная на внешнюю поверхность корпуса 1. Для закрепления светильника на каске шахтера или рабочего служит клипса 10.
В качестве светоизлучающих диодов 2 и 3 предпочтительно использование СД с номинальной мощностью не менее 1 Вт каждый.
В корпусе 1 могут быть выполнены места для установки дополнительного оборудования, к примеру, газоанализатора или датчика метана, устройства связи и проч.
Отражатели 4 и 5 могут быть объединены между собой и выполнены в виде единой детали 11 (см. фиг. 4), изготовленной, например методом литья или формования. Такое конструктивное решение существенно упрощает процесс сборки светильника и обеспечивает точность расположения отражателей друг относительно друга.
Параболический отражатель 4 выполнен с зеркальной поверхностью, а его оптическая ось О расположена параллельно оси корпуса 1 светильника.
Отражатель 5 имеет ассиметричную форму и рассеивающую структуру отражающей  поверхности (см. фиг. 4, 5), которая может быть получена, например, при литье.
Световой поток, излучаемый светодиодом 2, установленным в фокусе параболического отражателя 4, концентрируется вдоль его оси  О (см. фиг. 6). Формируемый при этом узконаправленный прямой луч обеспечивает хорошее освещение удаленных объектов.
Ассиметричная форма отражателя 5 позволяет перенаправить основную часть светового потока, излучаемого светодиодом 3, в нижнюю полуплоскость под углом 30-60° вниз относительно светового потока первого источника и относительно оси параболического отражателя 4. В результате обеспечивается освещение близлежащего пространства и поверхности под ногами шахтера (рабочего).
При этом отражатель 5 создает достаточно широкий угол освещения в горизонтальной плоскости (см. фиг.7), а благодаря тому, что поверхность отражателя 5 снабжена светорассеивающими элементами, обеспечивается достаточная равномерность светового пятна (светового потока) по всей ширине кривой силы света (КСС). В результате сведена к минимуму зависимость освещения от мелких вибраций и движений головы, что позволяет исключить проблему «бегающего луча» и «мерцания света», имеющую место в известных аналогах.
Светильник компактный, имеет достаточно простую конструкцию, отличается простотой и высокой надежностью эксплуатации.
Источники света могут работать и поочередно, и одновременно.
Для управления источниками света служит единая кнопка 9, выведенная на поверхность корпуса 1. Кратковременным нажатием на кнопку 9 обеспечивается поочередное включение источников света, их одновременное включение и выключение. Долговременное удержание кнопки 9 в нажатом состоянии позволяет отрегулировать мощность включенного источника света.
Каждый светодиод 2 и 3 имеет собственный независимый диапазон регулирования и величину коэффициента изменения светового потока, которые задаются блоком электроники 6, что позволяет добиться требуемой освещенности и комфортных условий для работы в каждом отдельном случае.