一種礦工用可攜式信息裝備的製作方法

2023-12-11 22:28:07

專利名稱：一種礦工用可攜式信息裝備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及煤礦等礦區的信息系統的組成部分，特別涉及井下作業的礦工單人所用的信息裝備。
背景技術：
煤礦的井下現場的各種信息的收集對於安全生產十分重要，尤其是甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、氧氣的濃度和溫度的高低等數據，更是與安全息息相關。但是，由於採掘現場的灰塵很大，溫度和溼度 的變化也較大，使得許多固定設置在井下的傳感器常常出現失靈的情況，再加上不能對井下的傳感器和其它固定設置的通訊裝置及時更換，使得井下現場與安全相關的信息的傳遞嚴重滯後，存在極大的安全隱患。然而，目前礦井下建設的重點主要是放在各類機電設備的自動化控制和整個礦井信息的融合上，對作為煤礦的生產及安全主體的礦工卻關注不夠。目前國內礦工個人攜帶的電子設備主要有便攜瓦斯檢測儀、人員定位雙向人員識別卡等。便攜瓦斯檢測儀用於監測礦工所處環境甲烷濃度，其具有甲烷超限報警功能和巡更功能等；人員定位雙向人員識別卡，其信息交互僅接收簡單調度指令.這些單人裝備往往功能單一，不具備大量信息交互功能，井下礦工仍處於孤立狀態，使得礦工一直以來是礦井下的信息「孤島」。。

實用新型內容本實用新型的目的是針對現有技術中存在的問題和不足，提供一種礦工在井下使用的可攜式信息裝備，該裝備加入礦區的信息系統後，地面監控中心可實時了解各工作點的環境情況，帶班礦長能夠及時了解井下作業的全局情況，安全監察人員可以有效排查安全隱患，井下作業礦工可了解自身所處的作業環境並通過礦工間相互通信傳遞信息，從而有利於提高礦下作業的安全性，減少礦井礦難事故的發生。當礦難發生時，通過本系統的使用可以提高救援的及時性和有效性。本實用新型的技術方案是本實用新型的礦工用可攜式信息裝備，其特點是由需要配帶的每一名下礦井的工作人員各自攜帶一套，包括信息處理裝置、兩組可攜式電池組、多參數採集變送器和支撐背負配件；上述的多參數採集變送器具有無線射頻通信接口、甲烷採集模塊、一氧化碳採集模塊、二氧化碳採集模塊、硫化氫採集模塊、氧氣採集模塊和溫度採集模塊；上述的兩組可攜式電池組中的一組與多參數採集變送器電連接；需要時，另一組可攜式電池組與信息處理裝置電連接；上述的支撐背負配件是一種置放單人裝備的相關組件的用阻燃抗靜電材料製成的背心或馬甲。進一步的方案是上述的信息處理裝置包括掌上電腦，所述的掌上電腦是一種具有彩色液晶觸摸顯示屏、按鍵、無線射頻通信接口以及具有WIFI無線通信和AD-HOC無線通信網卡的手持信息處理裝置。進一步的方案是上述的信息處理裝置包括個人主機和頭盔目鏡顯示裝置；上述的個人主機具有無線射頻通信接口、WIFI無線通信和AD-HOC無線通信網卡、頭盔目鏡顯示接口以及用於視頻和語音通信的攝像頭和耳麥；所述的頭盔目鏡顯示裝置是一種設置於礦用頭盔上的具有信息顯示功能的電子裝置；頭盔目鏡顯示裝置通過個人主機的頭盔目鏡顯示接口與個人主機電連接；個人主機與所述的可攜式電池組電連接。進一步的方案是上述的信息處理裝置包括個人主機、頭盔目鏡顯示裝置和掌上電腦；所述的掌上電腦與個人主機通信連接。進一步的方案是上述的可攜式電池組為可充電式鋰電池組。進一步的方案是上 述的支撐背負配件上設有與其他組件數量和大小相適應的口袋；其中，放置掌上電腦的口袋設置於支撐背負配件的前面右上方；放置多參數採集變送器的口袋設置於支撐背負配件的前面左上方；放置給個人主機供電的可攜式電池組的口袋設置於支撐背負配件的前面右下方；放置給多參數採集變送器供電的可攜式電池組的口袋設置於支撐背負配件的前面左下方；放置個人主機的口袋設置於支撐背負配件的後背偏上方中間處；所述的可攜式電池組與個人主機和多參數採集變送器間的連接電線設置於背心或馬甲的面料和襯裡之間，電線的兩端設有插頭，插頭不用時置於相應的口袋內，使用時與個人主機和多參數採集變送器的電源插孔插接。本實用新型具有積極的效果(I)本實用新型的礦工用可攜式信息裝備(以下簡稱單人裝備)使用時通過其支撐背負配件被使用者(泛指井下作業的礦工、帶班礦長、安全監察人員等井下工作人員)穿在身上，跟隨使用者的流動一同流動。使用者通過該單人裝備及時採集礦工所在場地的多種環境參數，並通過該單人裝備的顯示屏了解這些參數的情況。單人裝備加入礦區的信息系統後，不僅該單人裝備可以通過設置在井下的無線接入設備實現與其他礦工的單人裝備進行通訊和信息交換、實現與地面監控中心主機的信息交換，並且單人裝備與單人裝備也可以直接進行通訊和信息交換。這種設置和使用從根本上杜絕了礦工是礦井下的信息「孤島」這一人們長期以來要解決而未解決的問題，而且使得礦區的信息系統趨於全面和可靠。(2)本實用新型的單人裝備由於隨人流動，一般所處的環境條件較為溫和，故不易損壞，即便損壞，因為有礦工經常使用，也能隨時發現而報修，從而使得該單人裝備始終處於完好狀態。即便固定設置在井下某處的傳感器因損壞未能及時發現該處的參數發生異常，只要攜帶本實用新型的單人裝備的礦工到達該位置時，即可發出參數異常的信號。(3)在本單人裝備加入礦區的信息系統後，通過井下礦工所攜帶的單人裝備，監控中心相關人員通過地面監控中心主機可以實時地了解各個工作點的環境情況，最大程度地防範和減少井下礦難事故的發生。(4)帶班礦長用該單人裝備通過訪問地面監控中心主機，能夠及時了解井下作業的全局情況，隨時隨地作出正確的判斷以及恰當的指揮，提高工作效率和安全保障係數；安全監察人員在井下檢查時，可以對現場環境、設備隱患進行排查記錄並實時上傳，並且可以通過環境氣體參數記錄分析得出煤礦井下氣體分布特點，還可以通過與地面監控中心主機的資料庫對煤礦井下設備的關聯性進行查詢，有效排查安全隱患；通過使用本系統，井下作業的礦工可以全面了解自身所處的作業環境，礦工間可以實現相互通訊，溝通情況，消除孤獨感。(5)當有礦難時，地面指揮人員通過監控中心主機能夠對遇險人員的情況和事故現場的情況全面了解，能引導救援人員及時到達需要救援的具體地點。(6)本系統中的單人裝備具有功耗低、體積小、重量輕等特點，通過專門設計的背心或馬甲穿著在相關個人身上，攜帶和使用方便。另外，單人裝備還優選具有遠程視頻通話等功能，使得使用者的自救能力和臨機處理能力大為增加。

圖I為採用本實用新型的單人裝備的礦區信息系統構成的示意圖；圖2為圖I中單人裝備的電路框圖；圖3為圖2的一種具體實施方式
的電路框圖；圖4為圖2的另一種具體實施方式
的電路框圖；圖5為圖2的第三種具體實施方式
的電路框圖。上述附圖中的附圖標記如下單人裝備I，信息處理裝置11，個人主機11-1，掌上電腦11-2，頭盔目鏡顯示裝置11_3，可攜式電池組12，多參數採集變送器13，甲烷採集模塊13-1，一氧化碳採集模塊13-2，二氧化碳採集模塊13-3，硫化氫採集模塊13-4，氧氣採集模塊13-5，溫度採集模塊13_6，支撐背負配件14，地面監控中心主機2，無線接入設備3。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。(實施例I)見圖2，本實施例的礦工用可攜式信息裝備簡稱為單人裝備1，由礦井下工作人員隨身攜帶。該單人裝備I包括信息處理裝置11、兩組可攜式電池組12、多參數採集變送器13和支撐背負配件14。見圖3，信息處理裝置11包括個人主機11-1、掌上電腦11-2和頭盔目鏡顯示裝置11-3。上述的個人主機11-1的核心是一款微型計算機，個人主機11-1還設有2. 4G無線射頻通信接口、頭盔目鏡顯示接口、用於WIFI網絡通信和AD-HOC無線網絡的無線網卡以及用於視頻和語音通信的攝像頭和耳麥。上述的掌上電腦(也稱手持數字終端裝備,英文名Personal Digital Assistant,英文簡稱PDA) 11-2是一種手持用於信息處理和通信的裝置。其外型類似諾基亞X2-02手機，具有彩色液晶觸摸顯示屏、按鍵，內置有2. 4G無線射頻通信接口、WIFI網絡和AD-HOC無線網絡的無線網卡。使用者可以通過彩色液晶觸摸顯示屏和按鍵實現與掌上電腦11-2的人機互動，掌上電腦11-2通過2. 4G無線射頻通信接口與個人主機11-1的2. 4G無線射頻通信接口配合實現信息交互傳遞。掌上電腦11-2還可以通過WIFI無線通信和個人主機11-1通過WIFI網絡實現信息交互傳遞。手持PDA14由內置的鋰電池供電。頭盔目鏡顯示裝置11-3設於使用者配帶的頭盔上。頭盔目鏡顯示裝置11-3包括頭盔顯示器和能夠液晶顯示信息的護目鏡。頭盔目鏡顯示器的連接埠通過與個人主機11-1的頭盔目鏡顯示接口電連接從而與個人主機11-1電連接，並將個人主機11-1傳送的視頻圖像及文符信息通過護目鏡予以顯示，以供使用者了解相關信息。頭盔目鏡顯示裝置11-3可根據實際需要有選擇地配置或不配置。可攜式電池組12分兩組，一組給個人主機11-1提供工作電源，另一組給多參數採集變送器13提供工作電源。可攜式電池組通過兩端帶有插頭的電線與個人主機11-1以及多參數採集變送器13電連接。本實施例的可攜式電池組優選可充電的鋰電池組。多參數採集變送器13用塑料外殼封裝，外殼上設有電源插孔，用於插接連接可攜式電池組的電線插頭以連接電源。多參數採集變送器13內設有甲烷採集模塊13-1、一氧化碳米集模塊13-2、二氧化碳米集模塊13_3、硫化氫米集模塊13_4、氧氣米集模塊13_5和溫度採集模塊13-6和2. 4G無線射頻通信 接口。多參數採集變送器13內設的各專門的採集模塊相應的測量範圍如下甲烷(CH4):測量範圍(O 4)% (體積百分比)；一氧化碳(CO):測量範圍(O 1000)毫克/立方米；二氧化碳(CO2):測量範圍(O 5)% (體積百分比)；硫化氫(H2S):測量範圍(O 100)毫克/立方米；氧氣(O2):測量範圍(O 25)% (體積百分比)；溫度測量範圍(-5 45) V。多參數採集變送器13的各專門的採集模塊將礦井下相應的氣體或溫度信息採集後轉變成電信號，通過多參數採集變送器13的2. 4G無線射頻通信接口與個人主機11-1以及掌上電腦11-2的2. 4G無線射頻通信接口配合進行無線通信，將採集到的相應信息傳輸給個人主機11-1和掌上電腦11-2。多參數採集變送器13內設的各專門的採集模塊可根據需要進行增加，如增加溼度採集模塊等，也可以根據井下具體情況進行各專門採集模塊的任意組合設置。支撐背負配件14採用專門設計製作的專用防護背心或馬甲(後續均以背心敘述)。該背心用阻燃抗靜電材料製成，便於人體背負，背心上設有5個口袋，用於放置單人裝備I的各個組件。其中，用於放置掌上電腦11-2的口袋設置於背心的前面右上方，便於使用者取、放掌上電腦11-2。用於放置多參數採集變送器13的口袋設置於背心的前面左上方。用於放置個人主機11-1的口袋設置於背心的後背偏上方中間處。用於放置給個人主機11-1供電的可攜式電池組12的口袋設置於背心的前面右下方，用於放置給多參數採集變送器13供電的可攜式電池組12的口袋設置於背心的前面左下方。可攜式電池組12與個人主機11-1和多參數採集變送器13間的連接電線採用在背心的面料和襯裡之間走線也即暗線的方式，電線的兩端設有插頭，插頭不用時置於相應的口袋內，使用時與個人主機11-1和多參數採集變送器13的電源插孔插接。本實施例的單人裝備I的工作過程是前述的多參數採集變送器13採集各相關的環境參數信息，並將相關信息轉變成電信號，通過其內設的2. 4G無線射頻通信接口將數據信息以RF無線形式發送給個人主機11-1和掌上電腦11-2。個人主機11-1和掌上電腦11-2通過其內置的2. 4G無線射頻通信接口接收多參數採集變送器13傳送的數據；本實施例的單人裝備I也可設置成由多參數採集變送器13將有關數據傳送給個人主機11-1，再由個人主機11-1傳送給掌上電腦11-2，個人主機11-1將該數據傳輸到掌上電腦11-2和(或)頭盔目鏡顯示裝置11-3進行顯示，使用者可以通過顯示的相關信息及時了解其工作環境狀態。單人裝備I有兩種方式進行聯網，由個人主機內置的程度控制，通過個人主機ll-ι內置的網卡，第一種採用WIFI網絡連接方式通過無線路由器進行聯網，從而使得個人主機11-1採用WIFI方式對外進行通信；第二種採用ad-hoc模式進行聯網，從而使得個人主機11_1米用ad-hoc模式對外進行通/[目。(應用例I)參見圖1，本應用例的礦區信息系統包括單人裝備I、地面監控中心主機2和無線接入設備3。單人裝備I由實施例I得到。 無線接入設備3為通常所稱的無線AP (也即無線接入點，是用於無線網絡的無線交換機)。本實施例中無線AP為無線路由器。無線AP在地面上和礦井下均有設置，可將地面的WIFI無線寬帶信號接入礦井內。地面和礦井內還可通過無線AP進行無線通信。地面監控中心主機2是一個具有視頻、語音、數據處理和交換、無線信號發送與接收等信息處理功能的計算機系統。一套單人裝備I由一名井下工作人員隨身攜帶使用，礦井內的單人裝備I的數量根據實際需要而定，換句話說，也就是下礦井工作的人員配置和攜帶單人裝備I的人數根據需要而定。通常情況下，井下工作人員攜帶的單人裝備I被設置成由無線接入設備3採用WIFI連接方式進行聯網，而實現個人主機11-1通過無線接入設備3相互之間並且與地面監控中心主機2之間的相互無線通信和信息交換。當在沒有無線接入設備3等固定基礎設施(如出現礦難造成基礎設施損壞)的非正常情況下，若干井下工作人員通過各自攜帶個人主機11-1的微型計算機構成一個無基礎設施的Ad-hoc無線網絡，也即移動自組織網絡，井下工作人員攜帶的每臺個人主機11-1成為具有路由功能的主機，攜帶單人裝備I的井下工作人員在隨機移動的情況下，相互之間仍能保持通信，當某兩個攜帶單人裝備I的井下工作人員之間不能直接通信時，可藉助其他人員攜帶的個人主機11-1中轉而實現通信。單人裝備I的個人主機11-1通過前述的WIFI無線通信網絡或者Achhoc網絡，可以即時將多參數採集變送器13採集到的有關的環境參數信息的數據信息傳送給其他井下工作人員攜帶的單人裝備I和地面監控中心主機2。井下工作人員利用個人主機11-1的耳麥和攝像頭等裝置，經個人主機11-1通過WIFI無線通信網絡實現與井下其他的攜帶單人裝備I的工作人員或地面監控中心主機2進行視頻和語音通話，或者是井下工作人員利用個人主機11-1的耳麥和攝像頭等裝置，經個人主機11-1通過Ad-hoc網絡實現與井下其他的攜帶單人裝備I的工作人員進行視頻和語音通話。採用實施例I的礦工用可攜式信息裝備的礦區信息系統的作用主要有地面監控中心主機2通過井下工作人員所攜帶的單人裝備1，可以實時地了解和掌握各個工作點的環境情況，從而可以最大程度地減少井下礦難事故的發生；帶班礦長通過其攜帶的單人裝備1，能夠及時了解井下作業的全局情況，隨時隨地作出正確的判斷以及恰當的指揮，提高工作效率和安全保障係數；安全監察人員檢查時，對現場環境、設備隱患進行排查記錄並通過其攜帶的單人裝備I實時上傳到地面監控中心主機2，並且可以通過環境氣體參數記錄分析得出煤礦井下氣體分布特點從而做出相應的安全判斷，還可以通過訪問地面監控中心主機2的相關資料庫對煤礦井下設備的關聯性進行查詢，有效排查安全隱患；井下作業的礦工通過使用本系統可以全面了解自身所處的作業環境，礦工間可以實現相互通信，消除孤獨感。當有礦難時，在無線接入設備3不起作用的情況下，礦工相互間還可選擇通過單人裝備I組成自組網絡，相互通信，便於就地互相救援，爭取寶貴時間；只要井下工作人員中有一個能利用無線接入設備3與地面指揮中心的地面監控中心主機2聯繫上，就可通過該井下工作人員的單人裝備I將礦難現場的相關數據傳遞給地面監控中心主機2，以便了解清楚現場，作出相應的救援方案，引導攜帶單人裝置I的救援人員及時到達需要救援的具體地點開展救援。(實施例2)見圖2和圖4，本實施例的礦工用可攜式信息裝備的其他部分與實施例I基本相同，不同之處在於單人裝備I的信息處理裝置11的配備中減少了掌上電腦11-2的配置。本實施例的單人裝備I為不需要掌上電腦11-2功能的井下工作人員如安全監察人員配置，以節約使用單位的成本。(實施例3)見圖2和圖5，本實施例的礦工用可攜式信息裝備的其他方面與實施例I基本相同，不同之處在於單人裝備I中的信息處理裝置11的配備中減少了個人主機11-1和頭盔顯示目鏡11-3，同時相應減少了用於個人主機11-1的一組可攜式電池組12。多參數採集變送器13與掌上電腦11-2通過其各自內置的2. 4G無線射頻通信接口直接進行RF無線通信，多參數採集變送器13將採集到的環境參數信息傳送給掌上電腦11-2，掌上電腦11-2通過彩色液晶觸控螢幕顯示各種環境參數信息。掌上電腦11-2利用WIFI網絡和AD-HOC無線網絡通信網卡通過WIFI無線通信網絡實現與其他礦井下工作人員或地面監控中心主機2的通信；當沒有無線接入設備3等固定基礎設施(如出現礦難造成基礎設施損壞)的非正常情況下，掌上電腦11-2利用其內置的控制程序控制其WIFI網絡和AD-HOC無線網絡通信網卡利用AD-HOC無線自組網絡通信實現相互間的通信。本實施例的單人裝備I為不需要個人主機11-1相應功能和頭盔目鏡顯示裝置11-3功能的礦井下工作人員如機電設備點檢人員配置，以節約使用單位的成本。以上實施例是對本實用新型的具體實施方式
的說明，而非對本實用新型的限制，有關技術領域的技術人員在不脫離本實用新型的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變換和變化而得到相對應的等同的技術方案，因此所有等同的技術方案均應該歸入本實用新型的專利保護範圍。
權利要求1.一種礦工用可攜式信息裝備，其特徵在於由按需要配帶的每一名下礦井的工作人員各自攜帶一套，包括信息處理裝置(11)、兩組可攜式電池組(12)、多參數採集變送器(13)和支撐背負配件(14)； 所述的多參數採集變送器(13)具有無線射頻通信接口、甲烷採集模塊(13-1)、一氧化碳採集模塊(13-2)、二氧化碳採集模塊(13-3)、硫化氫採集模塊(13-4)、氧氣採集模塊(13-5)和溫度採集模塊(13-6);所述的兩組可攜式電池組(12)中的一組與多參數採集變送器(13)電連接；需要時，另一組可攜式電池組(12)與信息處理裝置(11)電連接；所述的支撐背負配件(14)是一種置放單人裝備(I)的相關組件的用阻燃抗靜電材料製成的背心或馬甲。
2.根據權利要求I所述的礦工用可攜式信息裝備，其特徵在於所述的的信息處理裝置(11)包括掌上電腦(11-2)，所述的掌上電腦(11-2)是一種具有彩色液晶觸摸顯示屏、按鍵、無線射頻通信接口以及具有WIFI無線通信和AD-HOC無線通信網卡的手持信息處理裝置。
3.根據權利要求I所述的礦工用可攜式信息裝備，其特徵在於所述的的信息處理裝置(11)包括個人主機(11-1)和頭盔目鏡顯示裝置(11-3);所述的個人主機(11-1)具有無線射頻通信接口、WIFI無線通信和AD-HOC無線通信網卡以及用於視頻和語音通信的攝像頭和耳麥；所述的頭盔目鏡顯示裝置(11-3)是一種設置於礦用頭盔上的具有信息顯示功能的電子裝置；頭盔目鏡顯示裝置(11-3)通過個人主機(11-1)的頭盔目鏡顯示接口與個人主機(I 1-1)電連接；個人主機(I 1-1)與所述的可攜式電池組(12)電連接。
4.根據權利要求3所述的礦工用可攜式信息裝備，其特徵在於所述的信息處理裝置(11)還包括掌上電腦(11-2);所述的掌上電腦(11-2)與個人主機(11-1)通信連接。
5.根據權利要求I到4任一所述的礦工用可攜式信息裝備，其特徵在於所述的可攜式電池組(12)為可充電式鋰電池組。
6.根據權利要求I到4任一所述的礦工用可攜式信息裝備，其特徵在於所述的支撐背負配件(14)上設有與其他組件數量和大小相適應的口袋；其中，放置掌上電腦(11-2)的口袋設置於支撐背負配件(14)的前面右上方；放置多參數採集變送器(13)的口袋設置於支撐背負配件(14)的前面左上方；放置給個人主機(11-1)供電的可攜式電池組(12)的口袋設置於支撐背負配件(14)的前面右下方；放置給多參數採集變送器(13)供電的可攜式電池組(12)的口袋設置於支撐背負配件(14)的前面左下方；放置個人主機(11-1)的口袋設置於支撐背負配件(14)的後背偏上方中間處；所述的可攜式電池組(12)與個人主機(11-1)和多參數採集變送器(13)間的連接電線設置於背心或馬甲的面料和襯裡之間，電線的兩端設有插頭，插頭不用時置於相應的口袋內，使用時與個人主機(11-1)和多參數採集變送器(13)的電源插孔插接。
專利摘要本實用新型提供一種礦工用可攜式信息裝備，包括信息處理裝置、兩組可攜式電池組、多參數採集變送器和支撐背負配件；信息處理裝置包括可選擇配置的個人主機、手持PDA和頭盔目鏡顯示裝置；礦井下工作人員利用攜帶的本實用新型的裝備通過無線和WIFI網絡進行相互間以及與地面監控中心主機間的通信和信息傳遞，在與地面無法通信時，還可通過井下若干個本實用新型的裝備間的移動自組織網絡實現井下礦工間的相互通信。通過使用本系統，可有效提高礦下作業的安全性，減少礦井礦難事故的發生，提高礦難發生時救援工作的及時性和有效性。
文檔編號E21F17/18GK202578792SQ201220205910
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月7日 優先權日2012年5月7日
發明者汪學明, 汪叢笑, 賀耀宜, 張立斌, 陳曉晶, 楊帆, 李繼來, 王啟峰, 蔣澤, 顧巧明, 張建, 劉相軍 申請人:天地(常州)自動化股份有限公司, 中煤科工集團常州自動化研究院