АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ОБЪЕКТОВ В СТАЦИОНАРНЫХ ХРАНИЛИЩАХ
AUTOMATED REMOTE CONTROL SYSTEM FOR OBJECTS IN STATIONARY STORAGES

Изобретение относится к устройствам автоматизированной идентификации и контроля состояния объектов (контейнеров) с опасными веществами (химическими, радиоактивными), находящимися на долговременном хранении в условиях стационарных хранилищ.
Известны описания конструкций систем радиочастотной идентификации объектов [1], [2], в которых информационный сигнал формируется ответчиком, под воздействием зондирующей посылки. Радиочастотный способ характеризуется значительными дальностями регистрации объекта. Но в них отсутствуют сведения о возможности автоматизации контроля состояния объектов.
Известны системы для идентификации объектов с использованием штрихового кодирования [3]. Данный способ кодирования не только не позволяет оценить внутреннее состояние объекта, но и обладает существенным недостатком в плане надежности, так как штрих-код может подвергаться механическим воздействиям и загрязнениям, которые могут изменить его значение.
Известна система дистанционного считывания информации для подвижных составов [4], включающая в себя электронные метки, формирующие идентификационный код, закрепленные на объекте, и метки, размещенные на запорном устройстве, стационарные считывающие устройства, обеспечивающие считывание информации с электронных меток и ее передачу на диспетчерские пункты. Стационарное считывающее устройство содержит одну антенну, передатчик, приемник, блок обработки информации, блок памяти и устройство, обеспечивающее возможность передачи информации по радио или телефонному каналу. Каждая электронная метка включает приемопередающую антенну, СВЧ узел, микросхему, имеющую в своем составе перепрограммируемое запоминающее устройство и источник питания.
Данная система позволяет выполнять идентификацию и контроль целостности электронных пломб опрашиваемого объекта. Однако, ее отличительной особенностью является то, что работа в автоматизированном режиме возможна только с объектами, перемещающимися относительно стационарного считывателя, и невозможна с объектами, находящимися в статическом состоянии.
К недостаткам также следует отнести использование меток, выполненных на микросхемах, требующих электропитания, что ограничивает область применения системы, так как полупроводниковые чипы и их источники питания чувствительны к радиационному фону и повышенным температурам.
Система [4] работоспособна на протяженных объектах, на которых антенны электронных меток разнесены друг от друга на большие расстояния с целью исключения взаимного влияния, приводящего к искажению информации, это не позволяет снимать информацию с большого массива неподвижных и близко расположенных объектов. Перечисленные недостатки рассматриваемой системы ограничивают область ее применения и не позволяют использовать ее для контроля состояния объектов (например, контейнеров), находящихся в статическом положении в условиях стационарных хранилищ.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является система идентификации объектов [5], которая содержит считывающее устройство, извлекающее посредством радиоизлучения код из пьезоэлектрического пассивного ответчика и передающего информацию в центр обработки. Пассивный ответчик установлен на контролируемом объекте. Система идентификации дополнительно оснащена системой датчиков для определения наличия идентифицируемого объекта в зоне считывающего устройства. Кроме того, в данной системе считывающее устройство установлено на автоматическую или автоматизированную систему перемещения, снабженную датчиками ее пространственного положения. Рассматриваемая система снабжена устройством индикации вмешательства, интегрированным с пьезоэлектрическим пассивным ответчиком.
Недостатком данной системы является отсутствие датчиков позволяющих оценить внутреннее состояние контролируемых объектов в процессе длительного хранения, так как она оснащена только датчиком контроля несанкционированного вмешательства. Этот недостаток ограничивает область применения системы. К следующему недостатку прототипа следует отнести отсутствие антенны у центра обработки, что исключает возможность приема информации по радиоканалу и, кроме того, считыватель имеет одну антенну, позволяющую осуществлять только радиозондирование пассивного ответчика, а передача полученной информации через одну антенну (на одной частоте) приведет к искажению информации из-за ответных интерферекционных сигналов пьезоэлектрических пассивных ответчиков. Поэтому передача информации со считывателя может осуществляться либо по оптоволокну, либо по проводной линии связи, что ограничивает свободу перемещения считывателя, установленного на автоматизированной системе.
В данной системе идентификации не решен вопрос селекции объектов, имеющих различные габаритные размеры. Это обстоятельство неизбежно приводит к изменению расстояния между антенной считывателя и антеннами, расположенными на контролируемых объектах. При увеличении расстояния ширина диаграмм направленности антенн увеличивается, что приводит к их взаимному наложению особенно у близко расположенных соседних объектов. При подаче зондирующего сигнала со считывателя происходит одновременная активизация нескольких пассивных ответчиков. Такая ситуация приводит к коллизии, тоесть смешению информационных сигналов от нескольких объектов и получению недостоверного результата.
Техническим результатом изобретения является возможность проведения идентификации и контроля состояния объектов с опасными веществами находящимся в условиях стационарных хранилищ, в автоматизированном режиме, повышение достоверности получаемой информации, расширение функциональных возможностей системы.
Технический результат достигается тем, что автоматизированная система дистанционного контроля объектов в стационарных хранилищах, включающая: диспетчерский пункт (центр обработки информации), пассивные ответчики (транспондеры), установленные на контролируемых объектах и считывающее устройство, расположенное на автоматизированном механизме его перемещения, содержит ретранслятор, оснащенный антенной, считывающее устройство оснащено двумя антеннами. Одна из которых направлена на антенну ретранслятора и имеет частоту, соответствующую рабочей частоте ретранслятора, а другая направлена на антенну транспондера. Транспондер и ретранслятор имеют разные рабочие частоты, и их антенны по отношению друг к другу ориентированы под углом, таким образом, что диаграммы направленности их излучений не перекрываются. Все антенны имеют вертикальное излучение. Транспондер содержит пьезоэлектрический преобразователь на ПАВ и отражательную линию задержки, выполненные на одной подложке, а в объекте установлены датчики контроля его состояния, подключенные к пьезоэлектрическому преобразователю на ПАВ.
Контролируемые объекты размещены упорядочение, рядами и таким образом, что расстояния между антеннами транспондеров составляют не менее рабочей ширины диаграммы излучения антенны считывающего устройства, направленной на транспондеры.
Антенна считывающего устройства, направленная на транспондеры, от антенн транспондеров расположена на расстоянии, не превышающем уровня точек пересечения диаграмм направленности излучений антенн транспондеров.
Контролируемые объекты размещены на подставках с регулируемой высотой. Антенны транспондеров закреплены на телескопических штангах.
1
2
На фиг.1 схематично представлена система автоматизированного дистанционного контроля объектов, находящихся в стационарных хранилищах. Система содержит ретранслятор 1, подключенный к диспетчерскому пункту, автоматизированный механизм взаимно-перпендикулярного перемещения 2 с установленным на нем считывателем 3, объекты контроля 4 с размещенными на них транспондерами 5. Каждый из транспондеров 5 содержит пьезоэлектрический преобразователь на ПАВ и отражательную линию задержки, выполненные на одной подложке. Транспондеры 5 оснащены антеннами 6. Ретранслятор 1 содержит антенну 7, а считыватель оборудован двумя антеннами 8 и 9. Антенна 7 ретранслятора 1 в исходном положении считывателя 3, направлена на его антенну 8. Антенны 7 и 8 работают на частоте «трансляции» f. Антенна 9 считывателя 3 направлена на антенну 6 транспондера 5 и работают они на частоте «контроля» f.
На фиг.2 представлено расположение контролируемых объектов 4 на расстоянии L друг от друга и точки А пересечения диаграмм направленности излучения Н антенн 6 транспондера 5. Контролируемые объекты 4 установлены на регулируемые подставки 10, позволяющие поднимать или опускать объекты. Антенны 6 транспондеров 5 закрепляются на телескопических штангах 11. Антенна 9 считывателя 3 расположена на расстоянии Y от антенн 6, не превышающем уровня точек А пересечения диаграмм направленности излучений антенн 6 транспондеров 5.
1
На фиг.2 представлены положения считывателя 3, когда он находится: а) между объектами и б) в положении считывания информации. В первом случае показано, что рабочая ширина диаграммы направленности H излучения антенны 9 считывателя 3 меньше расстояния L между объектами. Во втором случае показано, что излучение антенны считывателя 3 направлено только на один объект 4 и не затрагивает соседние объекты.
1
2
Система работает следующим образом. В исходном состоянии считыватель 3 расположен около ретранслятора 1, их антенны 8 и 7 направлены встречно друг на друга. С диспетчерского пункта, через подключенный к нему ретранслятор 1, работающий на частоте трансляции f, по радиоканалу подается команда на включение считывателя 3. После включения, считыватель 3 переходит в режим самодиагностики, по завершению которого через ретранслятор 1 подает сигнал на диспетчерский пункт о готовности к работе. При получении положительного результата диагностики с диспетчерского пункта через ретранслятор 1 на считыватель 3 и автоматизированный механизм перемещения 2 поступает команда на проведение контроля объектов 4. При этом считыватель 3 переходит на рабочую частоту f транспондеров 5 и переключается на антенну 9, а механизм перемещения 2 начинает движение. Считыватель 3, перемещаясь над полем контролируемых объектов 4, запрашивает и считывает информацию последовательно с каждого транспондера 5. Селекция информации обеспечивается за счет того, что объекты 4 расположены друг от друга так, что расстояние L между установленными на них антеннами 6 составляет не менее рабочей ширины диаграммы направленности излучения антенны 9 считывателя 3 расположенной ниже точек А пересечения диаграмм направленности Н антенн 6 транспондеров 5. При этих условиях антенна 9 считывателя 3 способна принимать информацию только с одного объекта, попавшего в зону ее излучения. Сканирование поля объектов и снятие информации считыватель 3 осуществляет с помощью автоматизированного механизма 2, который перемещает ее над рядами объектов 4 в непрерывном режиме, а переход от ряда к ряду осуществляется дискретно. Переход от ряда к ряду осуществляется после полного прохода считывателя над опрашиваемым рядом.
Для контроля внутреннего состояния объекта в нем, в критических местах, установлены датчики физических параметров, которые подключены к пьезоэлектрическому преобразователю на ПАВ, интегрированному с отражательной линией задержки.
При работе отражательная линия задержки формирует идентификационный код контролируемого объекта, а также является преобразователем сигналов с чувствительных элементов (датчиков), регистрирующих необходимые параметры состояния контролируемого объекта в информационный сигнал. Датчики, подключаемые к линии задержки, могут быть как пороговыми, фиксирующими превышение допустимых значений контролируемой величины, так и аналоговыми, контролирующими плавное изменение физического параметра.
1
В процессе опроса транспондеров 5 считыватель 3 получает информацию, содержащую идентификационный номер объекта 4 и параметры его внутреннего состояния, такие как температура, давление, ударные воздействия, попытка несанкционированного вскрытия. Вся информация заносится в блок памяти считывателя 3. После завершения сканирования поля объектов механизм перемещения 2 возвращает считыватель 3 в исходное положение. После чего считыватель 3 переключается на частоту трансляции f и через блок ретранслятора 1 по радиоканалу передает информацию на диспетчерский пункт. Передача команд с диспетчерского пункта на считыватель 3 и получение от него информации осуществляются по радиоканалу через ретранслятор 1. В момент приема и передачи антенна 7 ретранслятора и антенна 8 считывателя 3 располагаются на расстоянии от двух до пяти длин волн рабочей частоты. Так как антенны 7 и 8 направлены друг на друга и работают на небольших расстояниях, излучаемая мощность ретранслятора и считывателя мала, кроме того, их рабочие частоты отличаются от частоты транспондеров. Этим достигается отсутствие помех от транспондеров и обеспечивается неискаженный прием и передача информации.
Одним из важных условий успешной работы системы является обеспечение расположения антенны 9 считывателя 3 относительно антенн 6 на расстоянии не превышающем точек А пересечения их диаграмм направленности. Поскольку хранилища могут комплектоваться объектами различных типов, отличающихся по своим габаритам и рабочему положению, необходимое расстояние между антенной 9 считывателя и антеннами 6 обеспечивается регулировкой длины штанги 11 и изменением высоты регулируемой подставки 10, которые позволяют устанавливать их на одном уровне.
В случае необходимости контроля выборочных объектов или для подтверждения результатов контроля, полученных в автоматическом режиме, оператор переключает механизм перемещения с автоматического управления на ручное и производит контроль, получение информации со считывателя осуществляется подключением к нему компьютера.
В хранилищах не оборудованных автоматизированной системой контроля или имеющих иное размещение объектов, считывание информации осуществляется оператором в ручном режиме. При этом считыватель работает от внутреннего источника питания (аккумулятора), а снятие информации с объектов осуществляется следующим образом. Оператор обходит объекты и последовательно совмещает диаграммы направленностей антенны считывателя и антенн 6, установленных на объектах. В момент совмещения диаграмм направленности антенн оператор включает считыватель на время опроса (от 0,3 до 0,5 с), перенос антенны с одного объекта на другой осуществляется без излучения. Полученная информация заносится в блок памяти считывателя. После обхода всех контролируемых объектов оператор передает информацию на пункт контроля.
Использование предлагаемой автоматизированной системы дистанционного контроля объектов позволит повысить оперативность контроля, снизить дозовые нагрузки на операторов в хранилищах с радиоактивными материалами или воздействие вредных токсичных паров в хранилищах с химическими веществами.
Литература
1. Дшхунян В.А. и др. «Электронная идентификация», М., ООО Издательство "ACT", издательство "НТ Пресс", 2004 г., стр.59-197.
2. Козлов А. С.и др. Устройство на поверхностных акустических волнах в радиосистеме контроля. Радиотехника, 1990 г., №4, стр.26.
3. Обзор автоматической идентификации. Доклады конференции. М., Совинцентр, 20-21 сентября, 1966 г., стр.16.
4. Патент RU 2170684 С1 МПК B61L 25/00, опубл. 20.07.2001 г.
5. Патент на полезную модель RU 102127, опубл. 10.02.2011 г.