СВЕТИЛЬНИК ГОЛОВНОЙ ШАХТНЫЙ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области индивидуального осветительного оборудования.
Уровень техники
По мере развития систем безопасности в шахтах, на головной светильник, помимо основной функции - освещения окружающего пространства, были возложены функции сигнализатора концентрации метана, датчика местонахождения, датчика-приемника аварийных сигналов, функции передачи сообщений и другие.
В настоящее время предприняты попытки создания светильников с функциями видеорегистрации для отслеживания качества выполняемых работ. Однако все эти светильники малопригодны для работы в сложных и взрывоопасных условиях шахт.
Известен шахтный головной светильник (см. патент CN 205447364, МПК: F21L4/02, оп. 10.08.2016), содержащий фару, конструкция которой включает корпус с крышкой и защитным стеклом, установленные в корпусе источники дальнего и ближнего света с оптическими линзовыми системами и камеру с дополнительным источником инфракрасного света и светочувствительным элементом. Фара связана проводом с размещенным в отдельном корпусе аккумуляторным устройством, включающим блок питания, газоанализатор и цветной дисплей. Устройство камеры подключено к разъему для передачи данных к зарядному столу.
Существенным недостатком упомянутого аналога, как и других светильников, использующих для фокусировки луча линзовые системы, являются большие потери мощности светового потока в материале линзы, составляющие около 20%. Кроме того, соединительный кабель, идущий от аккумуляторного устройства к фаре является источником помех и опасности при перемещениях и работе в стесненных условиях.
Известен шахтный головной светильник (см. патент CN 205938636, МПК: F21L4/00, F21V33/00, опубл. 08.02.2017), содержащий аккумуляторную батарею и световой оптический блок (фару), закрепленные на каске (или голове) пользователя посредством упругой обвязки. Оптический блок включает корпус с отверстием, закрытым защитным стеклом, размещенные за ним(стеклом) в гнездах группового отражателя светодиодные источники света, отделенный от компонентов освещения перегородкой блок электроники, блок звуковой функции, переключатель, а также видеокамеру и лазерный указатель, размещенные в специальных гнездах корпуса, выполненных по сторонам от защитного стекла.
Компоновка элементов такого светильника не отличается рациональностью, как следствие - большие габариты фары, что делает светильник неудобным для использования в ограниченном пространстве шахты. Кроме того, такое решение нельзя использовать для модернизации существующих светильников, т.к. для установки в них камеры или лазерного указателя потребуется полная замена корпуса.
Известен головной светильник, входящий в систему защиты человека в потенциально опасной среде, содержащий мощный светодиодный источник света, размещенный в корпусе с защитным стеклом, дополнительный (сигнальный) источник света, выведенный на заднюю стенку корпуса, датчики расстояния и стереокамеру, размещенную поверх корпуса в защитном кожухе (см. патент DE 102012015430, МПК: F21L4/00, опубл. 16.01.2014).
В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого светильника принята конструкция светильника шахтного головного с питанием от аккумуляторной батареи, см. патент RU 2682316, МПК: F21L4/02, опубл. 19.03.2019.
Признаки ближайшего аналога, сходные с существенными признаками заявляемой полезной модели следующие: наличие корпуса, закрытого крышкой со светопропускающей лицевой поверхностью (защитным стеклом), наличие установленного в корпусе отражателя с двумя фокусирующими поверхностями для формирования световых потоков дальнего и ближнего света и объединяющими их участками, по существу плоской, поверхности, наличие светодиодных источников света, размещенных в фокусах отражателя, и блока управляющей электроники. Орган управления источниками света выведен на внешнюю поверхность корпуса.
«По существу плоская поверхность», т.е. поверхность без явно выраженных выступов и впадин, допускаются незначительные нарушения плоскостности.
Светильник по патенту RU2682316 отличается высокой взрывозащищенностью конструкции, надежностью и удобством эксплуатации, возможностью создания одновременного освещения дальнего и ближнего пространства с минимальной зависимостью освещенности от положения головы.
Недостатком ближайшего аналога являются ограниченные функциональные возможности, в частности отсутствие возможности видеофиксации выполняемых работ.
Раскрытие сущности полезной модели
Задачей заявляемой полезной модели является создание компактного защищенного осветительного прибора (головного светильника) с расширенными функциональными возможностями, обеспечивающего, наряду с хорошей освещенностью удаленных объектов и ближнего пространства, возможность видеофиксации технологии работ для контроля качества их исполнения.
Упомянутая задача решена за счет того, что конструкция светильника головного шахтного, содержащего корпус с защитным стеклом, установленный в корпусе отражатель, включающий фокусирующие поверхности для формирования световых потоков дальнего и ближнего света и объединяющую их, по существу плоскую, поверхность (далее – «объединяющая поверхность»), светодиодные источники света, размещенные в фокусах отражателя, и блок управляющей электроники, согласно заявляемой полезной модели, дополнительно включает видеорегистратор, объектив которого установлен в отверстии, выполненном в объединяющей поверхности отражателя, при этом оптическая ось объектива видеорегистратора параллельна оси фокусирующей поверхности дальнего света.
Технический результат полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей головного шахтного светильника при сохранении его высоких эксплуатационных характеристик, обеспечение возможности видеофиксации (с высоким качеством) проводимых работ и окружающей обстановки, как в ближнем пространстве, так и на значительном удалении, что в итоге способствует усилению контроля и безопасности производства.
Использование светодиодов и исполнение фокусирующих поверхностей отражателя обеспечивают создание достаточной освещенности для работы камеры видеорегистратора, как в ближнем пространстве, так и на значительном удалении (до нескольких десятков метров). При этом для съемки удаленных объектов важным является соблюдение параллельности оптических осей объектива видеорегистратора и фокусирующей поверхности дальнего света.
Другим техническим результатом является то, что предлагаемое конструктивное решение может быть использовано не только при создании новых светильников, оно позволяет достаточно просто осуществить модернизацию уже существующих светильников, находящихся в эксплуатации. При этом не требуется никаких кардинальных изменений конструкции. Все дополнительные функциональные элементы размещаются в том же взрывозащищенном корпусе, рядом с ранее установленными в нем элементами, требуется лишь выполнить отверстие в детали отражателя. Наличие в отражателе свободных зон в виде участков поверхности, объединяющей фокусирующие поверхности дальнего и ближнего света, позволяет осуществить такую процедуру, при этом исключено нарушение фокусирующих поверхностей и сохранены все уровни защиты оболочки фары от внешних воздействий.
В предпочтительных случаях осуществления полезной модели светильник снабжен лазерным указателем, что дополнительно расширяет возможности светильника и позволяет производить целеуказание на объектах, находящихся в зоне повышенной опасности. Излучающий элемент лазерного указателя также размещают в отверстии, выполненном на свободном участке объединяющей поверхности отражателя, при этом соблюдают параллельность оптических осей излучающего элемента лазерного указателя и объектива видеорегистратора.
Предлагаемое конструктивное решение позволяет компактно разместить элементы видеорегистратора и лазерного указателя в корпусе фары рядом с источниками света и блоком управляющей электроники.
Благодаря тому, что все функциональные элементы устанавливаются в отверстиях одной детали (отражателе), достаточно просто обеспечивается точность их взаимного расположения и сонаправленность с источниками света.
Для предотвращения засветки изображения отраженным внутри корпуса фары светом, что не исключено при столь плотном размещении видеорегистратора и источников света, объектив видеорегистратора может быть снабжен блендой, размещенной между поверхностями отражателя и защитного стекла.
Для снижения влияния внутренних отражений от защитного стекла и повышения качества изображения, целесообразной является установка на выходе бленды, в зоне ее примыкания к защитному стеклу, дополнительного стекла малой толщины, параллельного защитному стеклу.
В предпочтительных примерах реализации полезной модели, объединяющая поверхность отражателя выполнена черной матированной. Такое решение позволяет сократить количество поверхностей, создающих отражение, и снижает вероятность засветки изображения.
Блок управляющей электроники включает микропроцессорный блок и узел коммутации, обеспечивающий раздельное подключение питающего напряжения к источникам света, видеорегистратору и лазерному указателю.
На внешнюю поверхность корпуса светильника выведен орган управления источниками света, видеорегистратором и лазерным указателем (при его наличии). На корпусе предусмотрены контакты (разъем) для возможности снятия информации с видеорегистратора непосредственно во время нахождения на зарядном столе.
Краткое описание чертежей
Суть заявляемого технического решения поясняется примером конкретного осуществления и чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 – пример светильника головного шахтного, вид на лицевую поверхность фары;
на фиг. 2 – сечение А-А с фиг.1, показывающее положение объектива видеорегистратора;
на фиг.3 – вид В с фиг.1, с частичным разрезом, показывающим положение лазерного указателя; на фиг. 4 – отражатель в двух видах;
на фиг. 5 – светильник в разрезе, показаны контакты для снятия цифровой информации.
Осуществление полезной модели
Светильник головной шахтный (см. фиг.1-3) содержит корпус 1, состоящий из основания и крышки с круглым окном из силикатного стекла, далее – защитное стекло 2. В корпусе 1 установлена монтажная плата 3 с блоком управляющей электроники, к которой закреплены: отражатель 4, светодиодные источники дальнего и ближнего света, например, в виде мощных светодиодов 5 и 6, размещенных в фокусах отражателя 4, видеорегистратор 7 и лазерный указатель 8.
Видеорегистратор 7 представляет собой электронное устройство, содержащее в своём составе матрицу ПЗС, процессор, твердый диск и другие компоненты. В отличие от видеокамеры, цифровой видеорегистратор позволяет не только записывать, но и сохранять большой объем видеоинформации. Оцифрованные видеоизображения перед записью, как правило, подвергаются сжатию для уменьшения занимаемого места.
Отражатель 4 (см. фиг. 4) выполнен в виде детали (или сборной конструкции) сложной формы, образованной, как минимум двумя, фокусирующими поверхностями 9 и 10, обеспечивающими формирование световых потоков дальнего и ближнего света, и, по существу плоской поверхностью 11, объединяющей (соединяющей, связывающей) фокусирующие поверхности 9 и 10.
В объединяющей поверхности 11 сформированы отверстия 12 и 13 для размещения объектива видеорегистратора 7 и излучающего элемента лазерного указателя 8, соответственно. Объектив видеорегистратора 7 устанавливают в отверстии 12 с расположением  его оптической оси параллельно оси фокусирующей поверхности 9 дальнего света и оптической оси излучающего элемента лазерного указателя 8.
При необходимости, на свободных участках объединяющей поверхности 11 могут быть выполнены дополнительные отверстия 14, например, для установки сигнальных светодиодов, показывающих заряд аккумуляторной батареи.
Блок управляющей электроники включает микропроцессорный блок, управляющий работой входящих в состав светильника устройств, и узел коммутации, обеспечивающий раздельное подключение питающего напряжения к узлам, функционирование которых задано в текущий момент оператором.
Переключение режимов работы осуществляется единой кнопкой 9, выведенной на внешнюю поверхность корпуса 1. С целью обеспечения взрывозащищенности прибора кнопка 9 снабжена уплотнением из силиконовой резины.
Поскольку видеорегистратор и лазерный указатель функционально не связаны с остальными элементами светильника, то в программном обеспечении микропроцессора достаточно добавить позиции для своевременного подключения к электропитанию видеорегистратора и лазерного указателя. При этом уровни защиты оболочки фары от внешних воздействий не нарушаются.
Таким образом, предлагаемое конструктивное решение может быть использовано не только при создании новых светильников, но и для модернизации уже существующих светильников, находящихся в эксплуатации.
Светильник работает следующим образом.
Нажатием кнопки 9, производят включение светильника и переключение режимов его работы. Шток кнопки 9, связанный с узлом коммутации, осуществляет переключение  кнопки электронного ключа, две первых позиции которого последовательно включают основной узконаправленный дальний свет (светодиод 5) и широкий (рассеянный) ближний свет (светодиод 6).
Дальнейшим нажатием кнопки 9, выполняется одновременное включение дальнего света (светодиод 5), видеорегистратора 7 и лазерного указателя 8. В этом режиме осуществляется видеофиксация удаленных объектов и производимых работ, в зоне с достаточной освещенностью, на центр которой указывает метка лазерного указателя 8.
При дальнейшем переключении кнопки 9 светодиод 5 и лазерный указатель 8 выключаются, включается ближний свет (светодиод 6) и видеорегистратор 7. Т.к. ближний световой поток создает широкий угол освещения, то указания снимаемого объекта не требуется.
В следующей позиции электронного ключа включен только лазерный указатель 8. Без камеры, он выполняет функции лазерной указки, фиксирующейся на конкретном объекте, например, на узле горной машины или поверхности штрека, что позволяет точно обозначить место или оборудование, о котором идет речь.
Для выключения светильника в алгоритме электронного ключа можно предусмотреть выключение по времени удержания кнопки 9.
Для исключения засветки изображения отраженным внутри корпуса фары светом, объектив видеорегистратора 7 может быть снабжен блендой 15, размещенной между поверхностями отражателя 4 и защитного стекла 2 (см. фиг. 2).
Защитное стекло 2, обычно, имеет толщину от 4 до 6 мм, для обеспечения механической защиты элементов светильника. При такой толщине стекла 2 в нем возникают внутренние отражения, способные существенно ухудшить качество изображения регистрируемых событий. Для повышения качества изображения, целесообразно установить на выходе бленды 15, дополнительное стекло 16 малой толщины, параллельное защитному стеклу 2.
С целью сокращения поверхностей, создающих отражение, и снижения вероятности засветки изображения объединяющая поверхность 11 отражателя 4 выполнена черной матированной.
Так как на добывающих предприятиях в эксплуатации находятся сотни светильников, целесообразно производить съем видеоинформации во время нахождения светильника на зарядном столе, для чего на корпус (см. фиг. 5) выведены соответствующие контакты 17.
Дополнительно на корпусе 1 могут быть предусмотрены гнезда для подключения оборудования, расширяющего функциональные возможности светильника. В качестве такого оборудования могут выступать различные датчики, газоанализаторы, устройства связи и т.д.
Для питания элементов светильника служит аккумуляторная батарея (на чертежах не показана). Зарядное гнездо у шахтных светильников всегда находится на задней поверхности фары.