一种漂浮定位装置的制作方法

本实用新型属于井下救援技术领域，具体涉及一种漂浮定位装置。

背景技术：

矿井在建设和生产过程中，地面水和地下水通过各种通道涌入矿井，当矿井涌水超过正常排水能力时，就造成矿井水灾，通常称为透水，矿井透水是我国煤矿事故主要地质灾害之一，透水事故一旦发生，严重的直接淹没采区，造成矿井内的设备损失，造成大量经济损失。同时，事故也会造成人员伤亡，井下一部分被困人员不能被及时救援，会威胁其生命安全，造成严重后果。目前，已经有成熟的地面救援设备和救援技术，如无人机、救援机器人、探测卫星等。但并没有相关的对井下被困人员进行定位的装置和技术。井下人员一旦被困，很难及时定位、救援，为救援工作带来严重不便。因此，缺少一种漂浮定位装置，对井下被困人员进行精确定位，并为井下被困人员提供维持生命的营养物质，延长被困人员等待救援的时间。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种漂浮定位装置，其利用可漂浮储物瓶定位被困人员位置，同时为被困人员带去维持生命的营养物质，为救援工作赢取时间，为救援被困人员提供帮助，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种漂浮定位装置，其特征在于：包括设置在井上的地面监控台、与所述地面监控台连接的光纤电缆以及设置在光纤电缆上且伸入至井下透水区的救援定位机构，所述救援定位机构包括多个无线救援终端，多个无线救援终端沿光纤电缆长度方向依次设置在光纤电缆上，相邻两个无线救援终端之间的距离为L且L<D，其中，D为相邻两个无线救援终端无线通信的有效距离，无线救援终端包括内部装有营养液的储物瓶、设置在储物瓶瓶身内的控制模块和设置在储物瓶上的通信接口，储物瓶外套装有漂浮层，所述控制模块包括处理器、供电电源以及与处理器相接的存储器和用于无线数据通信的数据传输单元，处理器的输入端接有心电传感器和安装在储物瓶瓶身底部的称重传感器，处理器的输出端接有安装在漂浮层外的指示灯，所述地面监控台包括工控机和与工控机相接的无线数据收发模块，处理器依次通过通信接口和光纤电缆与工控机进行通信。

上述的一种漂浮定位装置，其特征在于：所述心电传感器和称重传感器均通过A/D转换电路与处理器的输入端相接。

上述的一种漂浮定位装置，其特征在于：所述数据传输单元包括射频收发器CC2420，相邻两个射频收发器CC2420之间通信的有效距离为100m～120m，相邻两个无线救援终端之间的距离L满足：80m<L<100m。

上述的一种漂浮定位装置，其特征在于：所述地面监控台还包括与工控机输出端相接的显示器。

上述的一种漂浮定位装置，其特征在于：所述多个无线救援终端中靠近所述地面监控台的无线救援终端与所述地面监控台之间的距离小于相邻两个无线救援终端之间的距离L。

上述的一种漂浮定位装置，其特征在于：所述无线数据收发模块与靠近所述地面监控台的无线救援终端中的数据传输单元进行无线通信。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型采用大量装有营养液的可漂浮储物瓶向井下被困人员提供维持生命的营养物质，为救援工作赢取时间，为救援被困人员提供帮助，每个储物瓶均安装有无线数据传输单元同时大量的储物瓶被光纤电缆连接，实现有线数据传输与无线数据传输来定位井下被困人员位置，便于推广使用。

2、本实用新型储物瓶上安装有称重传感器采集瓶内营养液重量的变化，进而确定是否有人获取营养液来定位被困人员信息，同时通过人体与储物瓶接触测量人体生命体征参数，可靠稳定，使用效果好。

3、本实用新型储物瓶上还安装有指示灯，不仅便于被困人员在井下黑暗环境中找到救生途径，为被困人员指明方向，同时便于为井下黑暗环境提供照明，方便观察井下环境，寻找有利资源。

综上所述，本实用新型设计新颖合理，利用可漂浮储物瓶定位被困人员位置，同时为被困人员带去维持生命的营养物质，为救援工作赢取时间，为救援被困人员提供帮助，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型无线救援终端的结构示意图。

图3为本实用新型控制模块与地面监控台的电路连接原理框图。

附图标记说明:

1—工控机； 2—无线救援终端； 2-1—储物瓶；

2-2—营养液； 2-3—指示灯； 2-4—称重传感器；

2-5—漂浮层； 2-6—通信接口； 2-7—心电传感器；

2-8—A/D转换电路； 2-9—处理器； 2-10—供电电源；

2-11—数据传输单元； 2-12—存储器； 3—光纤电缆；

4—地面； 5—投放孔； 6—显示器；

7—无线数据收发模块。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示的一种漂浮定位装置，包括设置在井上的地面监控台、与所述地面监控台连接的光纤电缆3以及设置在光纤电缆3上且伸入至井下透水区的救援定位机构，所述救援定位机构包括多个无线救援终端2，多个无线救援终端2沿光纤电缆3长度方向依次设置在光纤电缆3上，相邻两个无线救援终端2之间的距离为L且L<D，其中，D为相邻两个无线救援终端2无线通信的有效距离，无线救援终端2包括内部装有营养液2-2的储物瓶2-1、设置在储物瓶2-1瓶身内的控制模块和设置在储物瓶2-1上的通信接口2-6，储物瓶2-1外套装有漂浮层2-5，所述控制模块包括处理器2-9、供电电源2-10以及与处理器2-9相接的存储器2-12和用于无线数据通信的数据传输单元2-11，处理器2-9的输入端接有心电传感器2-7和安装在储物瓶2-1瓶身底部的称重传感器2-4，处理器2-9的输出端接有安装在漂浮层2-5外的指示灯2-3，所述地面监控台包括工控机1和与工控机1相接的无线数据收发模块7，处理器2-9依次通过通信接口2-6和光纤电缆3与工控机1进行通信。

采用光纤电缆3连接地面监控台与救援定位机构是为了加快数据传输的速度，光纤电缆有利于数据的高速传输且抗干扰性强，井下救援工作争分夺秒，传统的普通电缆多用于能源传输及低端数据信息传输，传输时间长，对于发生透水事故的矿井，一旦发生透水事故将影响上千米的巷道，数据的上下形通信会带来很大的延时，不利于救援工作，采用光纤通信能够大幅度的缩短延时，为救援工作争取宝贵的时间。

设置在光纤电缆3上且伸入至井下透水区的救援定位机构包括多个无线救援终端2，两个无线救援终端2在有效通信距离内可实现无线通信，光纤电缆3的设置一方面提供了有线通信模式，使每个无线救援终端2采集的数据均可通过光纤电缆3有线传输至地面监控台，另一方面为设置在光纤电缆3上且伸入至井下透水区的救援定位机构提供了安装基础，避免投放进井下的大量的无线救援终端2因为距离相差大为隔断通信，造成定位信号无法有效上传回地面监控台，相邻两个无线救援终端2之间的距离为L且L<D，保证了每个无线救援终端2至少有一个可与其通信的模块，确保数据能逐级最终上传至地面监控台。

储物瓶2-1内部装有营养液2-2，实际操作中，营养液2-2可选用葡萄糖水，一方面为人体补充水分，维持生命，另一方面通过葡萄糖增加能量，且营养液2-2的添加不易过满，每个储物瓶2-1内装半瓶营养液2-2，储物瓶2-1中另外的半瓶空间为空气，便于储物瓶2-1漂浮在水中，储物瓶2-1优选的采用PC材质的塑料瓶，PC材质的塑料瓶抗冲击性能佳且使用温度范围广，可适应井下复杂多变的环境，同时易于漂浮在水中，一旦储物瓶2-1沉入水底，被困人员难以发现，并且大量的储物瓶2-1积压会给井下恶劣的环境带来更为复杂的局面，造成水流堵塞，无法起到救援的效果，因此，使储物瓶2-1漂浮在水中也是较为关键的因素，漂浮层2-5套装在储物瓶2-1外是为了保证储物瓶2-1更好的漂浮在水中，从而更好的利用井下急流的水流使无线救援终端2沿水流方向漂流在井下。

漂浮层2-5外安装有指示灯2-3，指示灯2-3的设置不仅便于被困人员在井下黑暗环境中找到救生途径，为被困人员指明方向，同时便于为井下黑暗环境提供照明，方便被困人员观察井下环境，寻找有利资源；储物瓶2-1瓶身底部安装有称重传感器2-4，提前给每个储物瓶2-1内部装重量接近的营养液2-2，称重传感器2-4是为了称量营养液2-2的重量，当有被困人员获得储物瓶2-1后，通过营养液2-2补充体力，救援人员可通过营养液2-2的重量变化准确的定位被困人员；储物瓶2-1上设置心电传感器2-7是为了获取被困人员的生命体征参数，当被困人员抓住储物瓶2-1后心电传感器2-7可快速测量被困人员心率、脉搏，救援人员可查看被困人员目前的身体状态。

如图3所示，本实施例中，所述心电传感器2-7和称重传感器2-4均通过A/D转换电路2-8与处理器2-9的输入端相接。

A/D转换电路2-8的设置是为了将心电传感器2-7和称重传感器2-4采集的微弱的模拟信号转换为数字信号，便于处理器2-9快速处理，实际使用中，处理器2-9优选的采用TI公司的MSP430F149，具有超低功耗工作模式，MSP430F149的运行环境温度范围为-40～+85℃，可以适应各种恶劣的环境。

本实施例中，所述数据传输单元2-11包括射频收发器CC2420，相邻两个射频收发器CC2420之间通信的有效距离为100m～120m，相邻两个无线救援终端2之间的距离L满足：80m<L<100m。

数据传输单元2-11采用射频收发器CC2420实现无线救援终端2间的无线通信，射频收发器CC2420具有多点对多点的快速组网，集微电子技术、低功耗信号处理、低功耗位运算和廉价无线网络等性能于一身，相邻两个无线救援终端2之间的距离L满足：80m<L<100m，由于井下环境恶劣，无线信号衰减严重，两个无线救援终端2之间的距离L小于两个无线救援终端2之间通信的有效距离是为了保证数据通信有效收发。

如图3所示，本实施例中，所述地面监控台还包括与工控机1输出端相接的显示器6。

显示器6的设置可查看无线救援终端2的具体位置，进而定位被困人员，同时获取井下多个无线救援终端2的拓扑结构。

本实施例中，所述多个无线救援终端2中靠近所述地面监控台的无线救援终端2与所述地面监控台之间的距离小于相邻两个无线救援终端2之间的距离L。

多个无线救援终端2中靠近所述地面监控台的无线救援终端2与所述地面监控台之间的距离小于相邻两个无线救援终端2之间的距离L是为了保证在光纤电缆3故障的条件下，多个无线救援终端2传递的通信信号能无线上传至所述地面监控台。

本实施例中，所述无线数据收发模块7与靠近所述地面监控台的无线救援终端2中的数据传输单元2-11进行无线通信。

本实用新型的使用方法：给安装在光纤电缆3上全部的无线救援终端2进行上电复位，全部的无线救援终端2采用自组网或相邻两个无线救援终端2之间无线信号传递的方式进行数据通信，确保每个无线救援终端2无线通信正常；工控机1通过光纤电缆3向光纤电缆3上安装的全部的无线救援终端2发出指令，全部的无线救援终端2均通过光纤电缆3向工控机1反馈信号，确保每个无线救援终端2有线通信正常；当检测每个无线救援终端2无线通信正常时，若光纤电缆3呈一字状布设时，全部的无线救援终端2采用相邻两个无线救援终端2之间无线信号传递的方式进行数据通信；若光纤电缆3非一字状布设时，光纤电缆3中非一字状布设的电缆段上安装的无线救援终端2采用自组网无线信号传递的方式进行数据通信；

在矿井透水区的地面4上开钻与透水区连通且可容纳无线救援终端2通过的投放孔5，将安装有多个无线救援终端2的光纤电缆3沿投放孔5下放至透水区；

通过工控机1定时向光纤电缆3上安装的全部的无线救援终端2发出指令，若无线救援终端2向工控机1反馈信号，通过无线救援终端2中的称重传感器2-4采集营养液2-2重量变化，采用光纤电缆3将营养液2-2重量变化的无线救援终端2位置有线传输至工控机1，同时，采用无线救援终端2自组网或相邻两个无线救援终端2之间无线信号传递的方式将营养液2-2重量变化的无线救援终端2位置无线传输至靠近所述地面监控台的无线救援终端2中，靠近所述地面监控台的无线救援终端2中的数据传输单元2-11与无线数据收发模块7无线通信，无线数据收发模块7将营养液2-2重量变化的无线救援终端2位置无线传输至工控机1，定位井下被困人员位置，通过营养液2-2重量变化的无线救援终端2的数量确定被困人员被找到的数量；通过被困人员与营养液2-2重量变化的无线救援终端2接触，采用该无线救援终端2中的心电传感器2-7获取该被困人员的生命体征参数；通过与工控机1连接的显示器6显示井下被困人员位置及被困人员生命体征参数；

若无线救援终端2未向工控机1反馈信号，通过无线救援终端2中的称重传感器2-4采集营养液2-2重量变化，采用无线救援终端2自组网或相邻两个无线救援终端2之间无线信号传递的方式将营养液2-2重量变化的无线救援终端2位置无线传输至靠近所述地面监控台的无线救援终端2中，靠近所述地面监控台的无线救援终端2中的数据传输单元2-11与无线数据收发模块7无线通信，无线数据收发模块7将营养液2-2重量变化的无线救援终端2位置无线传输至工控机1，定位井下被困人员位置，通过营养液2-2重量变化的无线救援终端2的数量确定被困人员被找到的数量；通过被困人员与营养液2-2重量变化的无线救援终端2接触，采用该无线救援终端2中的心电传感器2-7获取该被困人员的生命体征参数；通过与工控机1连接的显示器6显示井下被困人员位置及被困人员生命体征参数。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。