УМНАЯ КАСКА

Полезная модель относится к средствам индивидуальной защиты, используемым для минимизации рисков здоровья работников на опасном производственном объекте.
Известно устройство для сбора и передачи информации о работнике [1]. Недостатками данного устройства являются:
отсутствие мониторинга состояния окружающей среды на предмет наличия в ней взрывопожароопасных газов;
отсутствие средств контроля температуры окружающей среды;
отсутствие световой сигнализации (актуально при работе в условиях недостаточной видимости (сумерки, туман, снегопад);
отсутствие звуковой сигнализации для оповещения работника о нештатных ситуациях;
отсутствие датчика напряженности магнитного поля (актуально при работе на высоте, где есть возможность задеть работником части механизмов или проводов, находящихся под напряжением);
отсутствие контроля исправности датчиков;
отсутствие сенсорного выключателя для включения световой индикации.
Задачей полезной модели является создание безопасных условий труда для сохранения жизни и здоровья работника при производстве работ:
в низкотемпературных погодных условиях;
в нефтяной, газовой промышленности и при горных работах, где имеется риск выделения в рабочую зону взрывопожароопасных газов;
в электроустановках, где имеется риск появления напряжения над головой работника;
проводимой в условиях недостаточной видимости.
Технический результат - идентификация опасностей с целью минимизации рисков возникновения угроз для жизни и здоровья работника при выполнении им своих трудовых обязанностей.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что умная каска состоит из корпуса, на внутренних боковых поверхностях которого закреплены адресные светодиоды, а также датчик температуры и датчик загазованности, на верхней внутренней стороне закреплен датчик напряженности магнитного поля, внутри каски находится защитная крышка, на которой закреплены контактные разъемы, контроллер со светодиодом работы устройства, звуковой зуммер, аккумуляторная батарея, кнопка включения, сенсорный датчик со светодиодом отработки сенсорного датчика, контроллер заряда аккумуляторной батареи и полной зарядки аккумуляторной батареи, все датчики, контроллеры и элементы управления соединены с помощью контактных разъемов, датчик напряженности магнитного поля состоит из чувствительного элемента на основе датчика Холла, при этом к аналоговой шине контроллера подключены датчик напряженности магнитного поля и датчик загазованности по пропану, изобутану и природному газу (метану), к цифровой шине контроллера подключены датчик температуры, адресные светодиоды и блок формирования реального времени, к дискретному выходу контроллера подключены звуковой зуммер и светодиод работы устройства, к дискретному входу контроллера подключены сенсорный датчик с подключенным к нему светодиодом работы сенсора, контроллер заряда аккумуляторной батареи с подключенным к нему светодиодом заряда аккумуляторной батареи и датчик заряда аккумуляторной батареи с подключенным к нему светодиодом полной зарядки аккумуляторной батареи.
Полезная модель показана на фиг.1-4. Блок-схема работы устройства показана на фиг.5.
Полезная модель состоит из:
1 корпус каски (жесткая наружная оболочка);
2 защитной крышки каски;
3 аккумуляторной батареи;
4 проводников (изолированные медные провода);
5 контактных разъемов;
6 контроллера;
7 блока формирования реального времени;
8 адресные светодиоды;
9 звукового зуммера;
10 физической кнопки включения устройства;
11 разъема для зарядки аккумуляторной батареи;
12 датчика напряженности магнитного поля;
13 датчика загазованности;
14 датчика температуры;
15 сенсорного датчика;
16 датчика заряда аккумуляторной батареи;
17 контроллера заряда аккумуляторной батареи;
18 светодиода работы сенсора;
19 светодиода работы устройства;
20 светодиода заряда аккумуляторной батареи;
21 светодиод полной зарядки аккумуляторной батареи.
Защитная каска состоит из корпуса каски H-700C-VI (жесткой наружной оболочки) 1 (фиг.1-4), имеющей сертификат RU C-PL.СЩ18.B00304 и элементов, закрепленных на данном корпусе. На внутренних боковых поверхностях корпуса каски 1 закреплены адресные светодиоды 8 в количестве 8 штук (фиг.1), а также датчик температуры 14 и датчик загазованности 13. На верхней внутренней стороне закреплен датчик напряженности магнитного поля 12. Светодиоды 8 с помощью проводников 4 соединены с контактами разъема 5, который расположен на защитной крышке каски 2. Контактный разъем 5 находится в физическом соединении с контроллером 6 и источником питания 3, что обеспечивает подачу интерфейсного сигнала (где задается цвет, яркость и какой светодиод будет светиться) на адресные светодиоды 8.
Внутри каски 1 находится защитная крышка 2, которая ограничивает доступ к устройству и предотвращает пользователю вмешиваться в его работу. На защитной крышке крепятся контактные разъемы 5, контроллер 6 со светодиодом работы устройства 19, звуковой зуммер 9 аккумуляторная батарея 3, кнопка включения 10, сенсорный датчик 15 со светодиодом отработки сенсорного датчика 18, контроллер заряда аккумуляторной батареи 17 со светодиодами заряда аккумуляторной батареи 20 и полной зарядки аккумуляторной батареи 21, к контроллеру заряда аккумуляторной батареи 17 подсоединен датчик заряда аккумуляторной батареи 16, который в свою очередь сообщает о заряде или разряде аккумуляторной батареи 3. Все датчики, контроллеры и элементы управления соединены с помощью контактных разъемов 5.
доп
Датчик напряженности магнитного поля 12 состоит из чувствительного элемента на основе датчика Холла и соединен с помощью проводников 4 с контактными разъемами 5 к аналоговым шинам контроллера 6, что в свою очередь способствует в реальном времени с помощью блока формирования реального времени 7, анализировать обрыв цепи и возрастание напряженности магнитного поля вокруг корпуса каски 1. При обрыве цепи между датчиком напряженности магнитного поля 12 и контактными разъемами 5, контроллер 6 сформирует сигнал на звуковой зуммер 9 и адресные светодиоды 8 неисправности. Создавая несимметричную частоту звукового импульса и свечения адресных светодиодов 8, где время включения будет 500 мс (0,5 сек), а время молчания 200 мс (0,2 сек). При обнаружении вокруг каски напряженности магнитного поля, превышающего Н=80 А/м, то контроллер 6 сформирует сигнал на звуковой зуммер 9 и адресную светодиоды 8. Создавая симметричную частоту звукового импульса и свечения адресных светодиодов 8, где время включения будет 200 мс (0,2 сек), а время молчания 200 мс.Сигналы снимаются только после удаления работника из зоны напряженности магнитного поля.
Датчик температуры 14 обеспечивает измерение температуры с разрешением от 9 до 12 бит, передает данные по шине 1 Wire. Диапазон измеряемых температур от -55°C до +125°C, с погрешностью ±0,5°C. Имеет индивидуальный внутренний адрес, по которому он опрашивается, данные с датчика передаются по цифровому каналу, что обеспечивает контроль цепи датчика от обрыва, неисправности или замыкания. При обрыве цепи или неисправности между датчиком температуры 14 и контактными разъемами 5, контроллер 6 сформирует сигнал на звуковой зуммер 9 и адресные светодиоды 8 неисправности, создавая несимметричную частоту звукового импульса и свечения адресных светодиодов 8, где время включения будет 500 мс (0,5 сек), а время молчания 200 мс (0,2 сек). В алгоритме контроллера 6 фиксируется температура окружающего воздуха и обрабатывается с помощью блока реального времени 7. При достижении температуры меньше или равной -30°C включается таймер на 15 минут - ровно столько в среднем работник должен проводить время при работе на холоде. По истечении 15 минут контроллер 6 сформирует сигнал на звуковой зуммер 9 и адресные светодиоды 8, создавая несимметричную частоту звукового импульса и свечения адресных светодиодов 8, где время включения будет 3000 мс (3 сек), а время молчания 500 мс (0,5 сек). Звуковой зуммер 9 и адресные светодиоды 8 будут работать пока температура не вырастет до комнатной (+18), что соответствует тому, что работник покинул зону низкотемпературных условий и находится в теплом помещении.
Принцип работы датчика загазованности 13 основан на изменении сопротивления тонкопленочного слоя диоксида олова SnO2 при контакте с молекулами определяемого газа. Чувствительный элемент датчика состоит из керамической трубки с покрытием Al2O3 и нанесенного на нее чувствительного слоя диоксида олова. Внутри трубки проходит нагревательный элемент, который нагревает чувствительный слой до температуры, при которой он начинает реагировать на определяемый газ. Диапазон измерений: Пропан: 200-10000 ppm (0,46% от нижнего концентрационного предела распространения пламени (далее – НКПР) - 22,6% НКПР, или 0,02 – 1% объемная доля (далее - об. д.), Изобутан: 200–10000 ppm (0,46% НКПР - 22,6% НКПР, или 0,02 - 1% об. д.), Природный газ (метан): 200–10000 ppm (0,46% НКПР - 22,6% НКПР, или 0,02 - 1% об. д.). Датчик загазованности 13 соединен с помощью проводников 4 через контактные разъемы 5 с аналоговыми шинами контроллера 6. С помощью блока формирования реального времени 7, контроллер 6 анализирует обрыв цепи и возрастание загазованности вокруг корпуса каски 1. При обрыве цепи между датчиком загазованности 13 и контактными разъемами 5 контроллер 6 сформирует сигнал на звуковой зуммер 9 и адресные светодиоды 8 неисправности, создавая несимметричную частоту звукового импульса и свечения адресных светодиодов 8, где время включения будет 500 мс (0,5 сек), а время молчания 200 мс (0,2 сек). При обнаружении вокруг каски загазованности, превышающей минимально-допустимые значения, контроллер 6 сформирует сигнал на звуковой зуммер 9 и адресные светодиоды 8, создавая симметричную частоту звукового импульса и свечения адресных светодиодов 8, где время включения будет 1000 мс (1 сек), а время молчания 500 мс (0,5 сек). Сигналы снимаются только после удаления работника из зоны загазованности.
Полезная модель представляет собой сложное техническое устройство, изготовленное на основе микроконтроллера, запрограммируемого для выполнения конкретных задач, а именно:
1. Анализ воздушной среды при помощи датчика загазованности.
2. Анализ температуры наружного воздуха.
3. Анализ напряженности магнитного поля.
4. Формирование аварийно-предупредительной светозвуковой сигнализации для привлечения внимания.
В алгоритмах заложен:
1. Постоянный анализ воздушной среды и при превышении порога загазованности сработает светозвуковая сигнализация, что позволяет привлечь внимание пользователя.
2. Постоянный анализ и сравнение температуры окружающей среды, при равной или ниже -30 градусов и по истечении 15 мин, сработает светозвуковое оповещение, и отключится только после того, как работник перейдет в зону с комнатной температурой свыше +18 градусов.
3. Постоянный анализ и сравнение напряженности магнитного поля. При достижении порога сработает светозвуковое оповещение.
4. Включение и отключение световой индикации каски для работы во время недостаточной видимости.
5. Постоянный контроль датчиков на их исправность. При обнаружении неисправности (обрыва линий связи), включается светозвуковое оповещение.
6. Контроль сенсорного датчика включения и выключения световой индикации.
Данное устройство встроено в каску. На верхней части каски имеются углубления, где крепится световая индикация, а также датчики температуры и загазованности. Датчик напряженности магнитного поля крепится к корпусу каски наверху изнутри. С внутренней стороны каски имеется кнопка включения (физическая), выделенная область для сенсорной кнопки, а также гнездо заряда аккумулятора. При зарядке аккумуляторной батареи загорается светодиодная индикация красным цветом, сигнализирующая о заряде аккумулятора, при полной зарядке аккумулятора ток ограничивается, и светодиодная индикация меняет цвет с красного на зеленый.
Список источников:
1. Патент РФ №183600, МПК A42B 3/00 (2006/01), A42B 3/04 (2006/01).