用于安全系統(tǒng)的互作用的磁標(biāo)記場和復(fù)雜接近警告系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及復(fù)雜安全和警告系統(tǒng)。本發(fā)明提供安全系統(tǒng)，其包括產(chǎn)生建立邊界的磁場的發(fā)生器，其中發(fā)生器能夠接收射頻信號。還提供射頻裝置，其發(fā)送射頻信號，該射頻裝置能夠感測磁場并且產(chǎn)生射頻響應(yīng)。在該安全系統(tǒng)中，發(fā)生器在第一預(yù)定時間段期間產(chǎn)生磁場，并且在其之后在第二預(yù)定時間段內(nèi)感測來自射頻裝置的射頻響應(yīng)信號。本發(fā)明還提供通過重疊磁場邊界以產(chǎn)生不同的邊界而使安全區(qū)域形狀化。本發(fā)明還提供通過調(diào)節(jié)定時脈沖的寬度而改變磁場的強度。
【專利說明】用于安全系統(tǒng)的互作用的磁標(biāo)記場和復(fù)雜接近警告系統(tǒng)
[0001]對相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求US臨時申請N0.60/996, 034的權(quán)益，其中發(fā)明主旨通過弓丨用結(jié)合在本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明大體上涉及在工作點的安全系統(tǒng)，并且特別涉及互作用的磁標(biāo)記場和接近警告系統(tǒng)。已經(jīng)設(shè)計許多方法以保護人們免于被車輛和移動設(shè)備撞擊、夾住、擠壓或另外的傷害。這樣的車輛和移動設(shè)備可用于地上或地下操作。設(shè)備的例子包括:道路建設(shè)設(shè)備，例如卡車、筑路機、壓路機和鋪路機等；露天開采設(shè)備，例如用于礫石和沙操作的、前懸式裝載機、卡車、推土機、輸送機和其他項目；地下開采設(shè)備，例如連續(xù)采煤機、梭車、輸送機、破碎機、鏟運機、人員運送車(man-trip)、拖拉機和其他項目。設(shè)備還包括在倉庫和航運港使用的叉式裝卸車、起重機和卡車。

【背景技術(shù)】
[0004]每年在美國被這樣的設(shè)備害死數(shù)百人。不幸地，已經(jīng)設(shè)計在這些工業(yè)操作中保護人們和財產(chǎn)的系統(tǒng)(例如接近保護和防撞系統(tǒng)等)通常不是非常有效的。有時稱為防撞系統(tǒng)的新的接近保護系統(tǒng)被開發(fā)并且成功地證明在連續(xù)采煤機上使用，如在美國專利申請出版物2006/0087443中公開的，其通過引用全文結(jié)合于本文?！?43出版物的目的是防止遙控連續(xù)采煤機的人員被擠壓或釘住，并且保護協(xié)助使用連續(xù)采煤機的其他人員。’ 443出版物還設(shè)想向人員提供保護免遭其他類型的移動設(shè)備和機器的傷害?！?43出版物的系統(tǒng)采用磁標(biāo)記場和活動構(gòu)造，其包含被保護的人和保護人免遭其傷害的機器之間的雙路通信。向危險靠近采煤機的工人給予警告。警告還提供給機器的操作員。執(zhí)行措施以使設(shè)備固定直到人員能夠到達安全位置為止。
[0005]然而’ 443出版物不提供完全足夠用于有許多人員在相同工作空間中臨近多個設(shè)備工作的環(huán)境的構(gòu)造。例如，基本的是，系統(tǒng)的信號或響應(yīng)僅針對威脅工人的安全的機器和/或該機器的操作員。否則，來自系統(tǒng)的信號或響應(yīng)將引起對其他不受影響的機器和/或工人的不必要的信號或響應(yīng)。這樣的不必要的信號或響應(yīng)引起無用的假警報。多年來已經(jīng)知道假警報和滋擾警報是許多接近保護系統(tǒng)和防撞系統(tǒng)在真實操作環(huán)境中失敗的主要原因。
[0006]假警報和滋擾警報傳統(tǒng)上是部署的接近系統(tǒng)失敗的主要原因。在真實工業(yè)環(huán)境中，接近系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷涉及保護區(qū)域的形狀的許多形式的錯誤以及問題。這樣的錯誤和問題在 Department of Health and Human Services 的名為 “Recommendat1nsfor Evaluating & Implementing Proximity Warning Systems on Surface MiningEquipment” 的 N1SH Report RI9672 中論述。
[0007]當(dāng)警報響起而沒有真實危險時發(fā)生的事情的示例可以關(guān)于由大多數(shù)工業(yè)車輛的法規(guī)要求的標(biāo)準(zhǔn)后退警報來說明。當(dāng)車輛或機器開始后退時，警報器典型地響起。在有許多車輛或機器的工作環(huán)境中，典型地有許多警報器非常頻繁地響起。這樣警報器很快被工人忽略。這是因為對于每個工人停下考慮每個在他們的工作區(qū)域內(nèi)響起的警報器是不現(xiàn)實的。即使當(dāng)僅有一臺車輛，如果該車輛頻繁地后退并且工人頻繁地聽到警報器響起同時知道他們的安全沒有被威脅到，工人將很快開始忽略警告警報器或警報。于是，當(dāng)他們的安全真的受到威脅時，警報器提供不了保護，因為工人會無視警報器，相信它只是又一個假警報。從而，工人應(yīng)該僅當(dāng)存在對他們的威脅時被警告。
[0008]之前的接近和防撞系統(tǒng)在僅可靠地警告對安全的真實威脅而當(dāng)沒有對工人的真實危險時也避免給予警報方面不是有效的?，F(xiàn)有技術(shù)碰撞警告系統(tǒng)的分析在N0.2007-01-4233 名為“Development and Testing of a Tag-based Backup WarningSystem for construct1n Equipment”的來自 SAE Internat1nal 的出版物中論述。對于僅一個機器和工人在操作的工作點已經(jīng)發(fā)現(xiàn)存在不足。這些不足在復(fù)雜工作區(qū)域(區(qū)域包括許多要素)中放大。另一個接近保護概念已經(jīng)處于開發(fā)中以用于在工作點使用，例如在道路建設(shè)地點、露天開采、裝車停車處(loading dock)等使用，其中多個機器和車輛常規(guī)地彼此緊密協(xié)同工作，并且其中許多工人在機器周圍的區(qū)域內(nèi)工作?；跍y試，已經(jīng)認識到對于限制限定的危險區(qū)域的需要，使得工人可以在側(cè)面或前面靠近車輛而不產(chǎn)生警報。
[0009]安全系統(tǒng)的另一個挑戰(zhàn)是車輛和設(shè)備的操作員可能頻繁地下車和/或離開他們在操作的設(shè)備。現(xiàn)有的接近保護安全系統(tǒng)不區(qū)別當(dāng)操作員在乘坐他的車輛或機器中時的情況(其中系統(tǒng)不應(yīng)該產(chǎn)生警告或采取行動使車輛不動的情況)和其中操作員下車并且在車輛周圍移動而這時需要對操作員全面保護的情況。
[0010]考慮到世界范圍內(nèi)射頻識別(RFID)技術(shù)的快速發(fā)展，已經(jīng)考慮使用RFID技術(shù)和方案用于接近保護。使用RFID技術(shù)的主要缺點是該方法依靠以電磁波譜中的高頻的射頻(RF)傳輸。因為RF系統(tǒng)的一些類型的最大范圍是幾乎無限的，如果需要多達數(shù)英里，由于該原因它可能似乎是防撞系統(tǒng)的好的候選，特別地當(dāng)車輛以較高速度行駛時。同樣，更高的頻率可以提供大得多的帶寬，其允許實現(xiàn)許多特殊的功能特征。然而，在復(fù)雜工作環(huán)境中有許多反射RF信號的金屬材料和表面，引起RF信號在多個路徑上傳播。如果RF接收器用于測量RF信號的強度，以便確定車輛和待保護的人之間的距離，則這些在多個路徑上的反射可以在測量中引起錯誤。雷達系統(tǒng)易于識別在限定的危險區(qū)域內(nèi)的大多數(shù)任何物體(即使物體對安全沒有威脅)。GPS信號也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)被附近的設(shè)備的反射影響，引起接收器和車輛之間的距離的錯誤計算。因而，可靠的標(biāo)記場(例如用于安全區(qū)域的)不能用高頻RF系統(tǒng)維持。另外，RF信號不容易通過地球地層；如此，人員可能被屏蔽在安全系統(tǒng)保護之外直到太遲而不能采取撤離行動。甚至中頻磁場已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在電纜和管道上傳播，使中頻磁場比期望的更不可靠。
[0011]與RF場相反，以低頻震蕩的磁場已知是穩(wěn)定的并且可以有效地用于劃出安全區(qū)或危險區(qū)域。這樣的技術(shù)在給Schiffbauer的美國專利N0.6，810，353和5，939，986中論述，它們通過引用結(jié)合于本文。盡管這樣的低頻磁場的最大實際范圍在大多數(shù)應(yīng)用中可能小于50英尺，其大于大多數(shù)設(shè)備需要或者可取的。典型的拖運卡車將可能最好提供有在20-30英尺范圍中的警告區(qū)域和在10-15英尺范圍中的危險區(qū)域。在一些應(yīng)用中，例如遙控連續(xù)采煤機，操作員大部分時間保持在10-25英尺的范圍內(nèi)以便保持與機器和緊挨的環(huán)境的良好視覺接觸是必要的。在地下礦山中，磁場無阻礙地通過地球地層使得在角落(不在視線中的或另外被阻擋的)周圍的工人對于標(biāo)記場將仍然是可見的。這些磁場不從天線發(fā)出而簡單地在產(chǎn)生它們的元件周圍擴張和收縮，并且很好地適用于標(biāo)記安全區(qū)域和非安全區(qū)域之間的邊界。已經(jīng)做出嘗試以應(yīng)用標(biāo)識信息(ID)到磁場作為接近保護或防撞策略的一部分。然而，對于該方法有嚴重的限制，特別在工作點包括有許多要素(機器、工人等)的情況下。在低頻的帶寬被限制，從而限制將典型采用的過程。如果兩個相鄰的機器同時發(fā)送它們的ID，低頻場可能沖突，而引起合成場的幅度變化，從而引起數(shù)據(jù)集中的錯誤。利用低頻標(biāo)記場，可用的帶寬不足以允許快速重新發(fā)送數(shù)據(jù)集和使用算法以去除錯誤。許多要素之間有許多可能的相互作用，其中的情形有時可能被忽略，但也可能對安全是關(guān)鍵的。
[0012]由多個系統(tǒng)產(chǎn)生的場之間的沖突容易發(fā)生。工人可能發(fā)現(xiàn)他們自已在一個以上機器的磁場內(nèi)并且系統(tǒng)響應(yīng)的協(xié)調(diào)可能被降低并且是不可靠的。例如，如果用于個人地警告工人安全威脅的個人警報裝置在兩個機器的兩個危險區(qū)域中，并且一個是更大的威脅，則個人警報裝置必須能夠確定哪一個是最大威脅并且相應(yīng)地響應(yīng)。同時，機器的操作員需要給予該機器的適合的警報，而不是對第二機器適合的警報。當(dāng)有在相同區(qū)域中緊密地一起工作的三個或四個機器時，關(guān)鍵的是在每個附近的工人和每個的操作員不接收令人混淆的指示。如果警報是令人混淆的，該安全系統(tǒng)將不被使用。需要的是可以可靠地適應(yīng)具有多個移動要素的環(huán)境的接近系統(tǒng)。
[0013]還需要有從每個工人發(fā)送信息以記錄事件(例如經(jīng)歷的安全相關(guān)事件)的方法，以允許使用系統(tǒng)例如在緊急情況期間追蹤人員。還需要提供收集涉及個體工人的位置和安全的數(shù)據(jù)的部件。另外，對于工人需要能夠向設(shè)備和/或操作員提供互作用的響應(yīng)。
[0014]此外，盡管低頻場用于劃出保護區(qū)域或危險區(qū)域是理想的，因為它們是非常穩(wěn)定的，但在一些情況下在場形狀方面的該穩(wěn)定性是不利的。例如，存在在一個位置期望工人靠近設(shè)備而在另一個位置不靠近的情況。示例是正在后退的卡車。在卡車的一側(cè)的工人有非常低的風(fēng)險或可能根本沒風(fēng)險；然而，在卡車后面的工人可能有非常高的風(fēng)險。然而，在卡車后延伸足夠遠以提供需要的保護的磁場也將對卡車的側(cè)面產(chǎn)生比期望的更大的場。因此還需要能夠使標(biāo)記場形狀化成排除工人需要位于的區(qū)域和/或例如不出現(xiàn)安全風(fēng)險的區(qū)域。此外，需要的是一種特殊的系統(tǒng)設(shè)計和構(gòu)造用于可靠接近警告或防撞系統(tǒng)，其將避免在許多多樣的工業(yè)工作環(huán)境中存在的許多危險。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明可應(yīng)用的工作環(huán)境是非常多樣的。本文中的篇幅不允許描述所有這些應(yīng)用。這些環(huán)境中的一個，道路建設(shè)環(huán)境可用作描述本發(fā)明的重要和新穎特征的基礎(chǔ)。在道路建設(shè)地點的一些工人可能暫時在特定機器周圍工作然后移動到不同的機器或當(dāng)另一個機器到達時繼續(xù)工作。一些工人可能頻繁地移動通過機器之間的空間。然而其他可能乘坐在車輛上但也可能從操作一輛車輛切換到另一輛車輛。并且，一些機器可由工人遙控。健全的接近保護系統(tǒng)必須考慮并且能夠可靠地保持工人安全同時處理所有這樣的操作變量，并且這樣做而沒有重大的假警報或警告。本發(fā)明滿足這些要求。
[0016]當(dāng)要求保護所有移動的設(shè)備和人員避免碰撞時，復(fù)雜的工作環(huán)境向接近保護系統(tǒng)提出較大的挑戰(zhàn)。當(dāng)在區(qū)域中有多個工人時，對一個工人的系統(tǒng)響應(yīng)不干擾、打斷、或混淆系統(tǒng)向其他工人的動作是基本的。因此，警告或警報僅針對需要這樣的警報的工人而不針對其他工人是重要的。這樣，操作員或關(guān)聯(lián)的工人將知道，當(dāng)他們接收到警報時，警報明確地意在提醒他們采取某個行動以避免或規(guī)避危險。
[0017]在一個實施例中，本發(fā)明提供安全系統(tǒng)，其包括產(chǎn)生建立邊界的磁場的發(fā)生器，其中發(fā)生器能夠接收射頻信號。還提供射頻裝置，其發(fā)送射頻信號，該射頻裝置能夠感測磁場并且產(chǎn)生射頻響應(yīng)。在該安全系統(tǒng)中，發(fā)生器在第一預(yù)定時間段期間產(chǎn)生磁場，并且在其之后在第二預(yù)定時間段內(nèi)感測來自射頻裝置的射頻響應(yīng)信號。
[0018]在另一個實施例中，本發(fā)明提供安全系統(tǒng)用于產(chǎn)生形狀化的安全邊界。該安全系統(tǒng)包括產(chǎn)生具有第一邊界的第一磁場的第一發(fā)生器，和產(chǎn)生具有第二邊界的第二磁場的第二發(fā)生器。根據(jù)本發(fā)明，重疊第一和第二邊界產(chǎn)生不同的邊界，并且第一和第二磁場按順序產(chǎn)生。
[0019]在更另一個實施例中，本發(fā)明提供用于安全系統(tǒng)的磁場發(fā)生器，包括用于產(chǎn)生震蕩的定時脈沖的磁場發(fā)生器控制器和用于放大震蕩的定時脈沖的放大器。發(fā)生器還具有繞組和鐵氧體，其中放大的震蕩的定時脈沖產(chǎn)生通過繞組和鐵氧體的電流，從而創(chuàng)建具有強度的磁場。根據(jù)本發(fā)明，磁場的強度通過調(diào)節(jié)定時脈沖的寬度是可變的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]本發(fā)明的上述和其他優(yōu)勢和特征將從連同附圖提供的下列詳細說明更加清楚地理解。
[0021]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有安全系統(tǒng)的示范性工作點。
[0022]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的標(biāo)記場發(fā)生器和個人警報裝置的示意圖。
[0023]圖3A-3D示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有適合于使標(biāo)記場形狀化的安全系統(tǒng)的車輛。
[0024]圖4示出在圖3A-3D中圖示的安全系統(tǒng)的形狀化的標(biāo)記場。
[0025]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的標(biāo)記場發(fā)生器的示意圖。
[0026]圖6和7示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的安全系統(tǒng)部件之間的通信的時序圖。

【具體實施方式】
[0027]本發(fā)明特別可應(yīng)用于要求人員臨近各種危險要素(例如機器、移動設(shè)備、遙控機器和操作的車輛等)的工作點。這樣的工作環(huán)境可包括是內(nèi)在危險的并且應(yīng)該避開或只能非常小心地進入的位置。這樣的工作環(huán)境的示例是露天開采、地下開采、礫石和沙操作、道路建設(shè)、倉庫、船運碼頭、焦化廠等等。工人當(dāng)在這樣的環(huán)境中進行他們的工作時有時被撞擊、夾、擠壓或另外傷害。在工作點各種要素之間的碰撞需要避開同時以避免財產(chǎn)損害。
[0028]本發(fā)明通過使用新穎方法和用于實踐該方法的裝置克服現(xiàn)有技術(shù)中的限制以用于產(chǎn)生和協(xié)調(diào)磁標(biāo)記場并且用于通過RF傳輸響應(yīng)于磁標(biāo)記場。本發(fā)明的安全系統(tǒng)還提供特殊功能，這些功能使安全系統(tǒng)更可靠、更加用戶友好的、更多用途的并且能夠利用內(nèi)在的系統(tǒng)能力以提供其他益處。
[0029]如本文公開的，各種保護區(qū)域可以形狀化以適合具體的設(shè)備或工作區(qū)域配置。從而，產(chǎn)生具有期望形狀的安全區(qū)域是可能的。另外，本發(fā)明的重要方面是操作成脈沖化磁標(biāo)記場的方法和裝置，每個脈沖由低頻震蕩構(gòu)成。脈沖在本文中稱為PING。裝置還操作成響應(yīng)于PING而脈沖化RF傳輸，其在本文中稱為ECHO。磁場的典型脈沖(PING)將例如在I毫秒期間產(chǎn)生場的73次震蕩。RF響應(yīng)的典型脈沖(ECHO)將例如在250微秒期間產(chǎn)生229, 000次循環(huán)。
[0030]本發(fā)明是健全的，提供非?？煽康木嫦到y(tǒng)。除了當(dāng)有危險時提供警報或采取行動的必要性外，當(dāng)沒有危險時本發(fā)明的安全系統(tǒng)不產(chǎn)生假警報。大多數(shù)以前的系統(tǒng)在相同限定的一般區(qū)域中向多人提供有意義的保護免遭多個機器傷害方面取得很少或沒有取得進展。本文描述的PING/ECH0系統(tǒng)在真實工業(yè)環(huán)境(包括復(fù)雜的設(shè)備和人員設(shè)置)中可靠地提供幾乎無錯的警告。
[0031]現(xiàn)在參照圖1，圖示有實現(xiàn)本發(fā)明的實施例的工作點的簡化示例。圖1示出兩輛車輛20、40和三個標(biāo)記場發(fā)生器(MFG) 22、44、46。圖1還示出三個個人警報裝置(PAD) 30、32、34，其由工人么、8、(:攜帶。圖1還示出工人D，攜帶PAD36，該工人D在操作或駕駛車輛20。
[0032]MFG和PAD是PING/ECH0系統(tǒng)的基本元件并且參照圖2更詳細地描述。MFG80示出具有微控制器82，其產(chǎn)生低頻震蕩，其由放大器84放大。低頻震蕩產(chǎn)生通過在鐵氧體90周圍的繞組86的低頻震蕩電流。電容器組件88與繞組86串聯(lián)連接以產(chǎn)生震蕩磁場。選擇電容器組件88中的電容器的值以產(chǎn)生以PING/ECH0系統(tǒng)的操作頻率的串聯(lián)諧振電路。典型的電路將包括例如具有大約163微法的電容的大約300微亨的電感值。本發(fā)明的串聯(lián)諧振電路的使用用更少驅(qū)動電壓產(chǎn)生通過繞組86的更高電流。
[0033]磁標(biāo)記場92然后在磁標(biāo)記場發(fā)生器80周圍產(chǎn)生。磁標(biāo)記場92以選擇的操作頻率擴張和衰減。例如大約73kHz的操作頻率已經(jīng)發(fā)現(xiàn)是合適的選擇。具有本文公開的教導(dǎo)的知識，在磁學(xué)、調(diào)諧電路和計劃的應(yīng)用中在行的人可以選擇操作頻率和電路元件以適合具體的應(yīng)用。例如，操作頻率可減小到25kHz (如果L/C比例和用于驅(qū)動LC電路的電壓不導(dǎo)致大于對于要求的系統(tǒng)響應(yīng)所期望的上升時間)。高于大約10kHz的更高頻率應(yīng)該在地下開采中避開因為它們易于在電纜和管道上或通過其他金屬物體傳播。
[0034]圖2中還示出個人警報裝置(PAD) 60。PAD60具有三個正交線圈62，其感測標(biāo)記場92，并且進而通過濾波器66和放大器68傳遞感測的信號/信息進入探測電路64。微控制器70測量信號的強度，并且具有電池71。微控制器70打開RF發(fā)送器72以通過天線74發(fā)送返回信號76 (ECHO)到發(fā)生器80中的接收器天線94。ECHO信號76然后傳遞到MFG接收器96，其登記ECHO的存在并且發(fā)送適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)/信息到微控制器82。
[0035]在使用中，MFG微控制器82確定響應(yīng)于由MFG80發(fā)送的PING92是否已經(jīng)接收到ECH076。MFG微控制器82還確定發(fā)射ECHO的PAD所在的安全區(qū)域。警報信號發(fā)送到位于車輛操作者附近和/或在車輛上的警報系統(tǒng)98。警報信號對于受影響的工人是可聽的和/或可見的。對于該配置示出的MFG80的外殼81可以是防爆類型，使得它可在地下采煤或可能有爆炸環(huán)境的其他應(yīng)用中使用。關(guān)于MFG和PAD的其他細節(jié)(包括例如外殼如何構(gòu)造)在’ 443出版物中公開，并且通過引用結(jié)合于本文。
[0036]再次參照在圖1中示出的工作點，系統(tǒng)要素之間有許多可能的合作和潛在的破壞性關(guān)系(即使對于該簡單示例)。由于具有更多的要素，可能關(guān)系的數(shù)量快速增加。真實操作環(huán)境常常包括許多MFG和許多更多PAD。例如，由于具有四輛車輛或機器、四個操作員和四個其他的工人，各種PAD和由MFG產(chǎn)生的多個安全區(qū)域之間有數(shù)百個關(guān)系和可能的沖突。例如，如果所有標(biāo)記場被連續(xù)地脈沖化，那么在任何點處標(biāo)記場之間的復(fù)合場是這些場的矢量和。如果標(biāo)記場還包括任何ID或相似數(shù)據(jù)，它可被其他標(biāo)記場推翻或引起與其他標(biāo)記場的沖突，從而產(chǎn)生錯誤。PAD必須能夠測量它們所在的標(biāo)記場中的任何標(biāo)記場，測量它們以知道哪個系統(tǒng)(MFG)產(chǎn)生該標(biāo)記場，并且僅響應(yīng)于應(yīng)該響應(yīng)的標(biāo)記場。
[0037]例如，考慮梭車正靠近連續(xù)采煤機以裝載煤礦的情況。梭車必須靠近連續(xù)采煤機直到它與采煤機接觸，使得兩個機器產(chǎn)生的標(biāo)記場之間有顯著的重疊。標(biāo)記場之間可能有沖突，其進而對于正在那些區(qū)域中使用的PAD是成問題的。如果這些場干擾或PAD不能響應(yīng)于兩個機器，則工人將不被完全保護。
[0038]安全系統(tǒng)的警告適當(dāng)?shù)貙?yīng)于至少兩級威脅，同時對于最嚴重的威脅給予優(yōu)先級，這有時是非常重要的。例如，在圖1中由磁標(biāo)記場限定兩個區(qū)域等級。警告區(qū)域28、58是應(yīng)該避開的區(qū)域，因為危險正在靠近。危險區(qū)域26、56是工人將處于迫近的危險中并且應(yīng)該立刻移動到較安全位置或應(yīng)該使用他的PAD(例如)上的緊急停止特征以停止機器的區(qū)域。另外，監(jiān)視區(qū)域24、54可以用于提醒工人他們在配備有接近保護的機器附近(即使他們不在危險中并且可不接收警報)。其他的附加區(qū)域可以被限定以允許執(zhí)行其他的功能，例如授權(quán)PAD發(fā)送數(shù)據(jù)用于記錄來自PAD在感測的系統(tǒng)或環(huán)境的信息。
[0039]安全系統(tǒng)必須能夠處理的情況的一些圖示如下。參照圖1，攜帶PAD30的工人A和攜帶PAD32的工人B最初在車輛20的后部，如示出的。攜帶PAD32的工人B然后從危險區(qū)域26移出并且進入車輛20、40的監(jiān)視區(qū)域24、54。同時，攜帶PAD34的工人C離開他的車輛40的駕駛室并且從危險區(qū)域56移動到在第一車輛20的后部的危險區(qū)域26，以加入其他兩個工人A、B。為了完成位置上的這些變化，工人B、C已經(jīng)經(jīng)過兩輛車輛20、40的多個安全區(qū)域(標(biāo)記場)。攜帶PAD34的工人C經(jīng)過至少四個區(qū)域，并且同時經(jīng)過兩輛車輛20、40的區(qū)域。
[0040]不僅必須兩輛卡車20、40的磁標(biāo)記場不沖突，而且PAD30、32、34必須不與彼此或MFG沖突。系統(tǒng)能夠認出有工人在它們的危險區(qū)域26、56中，并且如果沒有那么是否有工人在它們的警告區(qū)域28、58中，這是重要的。根據(jù)本發(fā)明，PAD30、32、34警告工人并且系統(tǒng)警告卡車的駕駛員，且沒有一個安全系統(tǒng)部件屏蔽或混淆另一個。本發(fā)明的系統(tǒng)(其包括例如如下文詳細論述的PING/ECH0技術(shù))允許所有這些相互作用快速發(fā)生并且沒有沖突。
[0041]在’443出版物中已經(jīng)證明以低頻操作的震蕩磁場提供在尺寸上穩(wěn)定的標(biāo)記場。還已知這樣的低頻震蕩場將穿透大多數(shù)材料，包括地球地層；然而，不會輻射能量使得沒有多路徑反射。缺少輻射是由于發(fā)生器元件的尺寸與場的波長(對于73kHz震蕩是大于4000米)相比是非常小的。來自使用非輻射磁標(biāo)記場的另一個益處是磁場的強度與離場發(fā)生器的距離的立方成反比例變化，相比之下，來自天線的RF發(fā)射與距離的平方成反比例減小。該立方關(guān)系減小與其他附近的標(biāo)記場的沖突量(如與輻射的RF波比較)，并且當(dāng)確定從傳感器到發(fā)生器的距離時允許更大的準(zhǔn)確度。
[0042]本發(fā)明提供可靠和準(zhǔn)確的方法用于允許許多活動的要素彼此兼容和合作。在一個實施例中該方法是以可控、半隨機化的方式產(chǎn)生磁場的短脈沖，以及從工人攜帶的感測那些脈沖的PAD或TAG獲得響應(yīng)。通過以半隨機化方式產(chǎn)生短脈沖(在產(chǎn)生PING時)，設(shè)置定時窗口并且通過使用隨機數(shù)發(fā)生器選擇該定時窗口內(nèi)的震蕩將產(chǎn)生時的特定點。同樣，如果發(fā)送PING的脈沖猝發(fā)(burst)，響應(yīng)于此而可產(chǎn)生ECHO脈沖猝發(fā)，這些PING之間的時間間隔可以是小的定時窗口，在持續(xù)時間上其可以是僅例如幾個毫秒。設(shè)置系統(tǒng)使得來自多個PAD的多個ECHO和這些ECHO的反射將不損害正確操作。另外，在系統(tǒng)內(nèi)提供靈活性以允許提供重要的特殊特征。例如，代替產(chǎn)生單個PING，若干個PING可以由多個發(fā)生器連續(xù)地產(chǎn)生，并且PAD可以程序化以在對將采取的行動做出邏輯的決定之前等待直到已經(jīng)接收所有PING為止。
[0043]有各種必須考慮的特殊情況。例如，如果工人位于兩輛車輛之間，對工人不構(gòu)成威脅的車輛一定不能屏蔽更近的或更危險的車輛。還有關(guān)鍵是，操作員知道是否有任何工人潛在處于危險中，而不管有多少工人在工作區(qū)域中。并且，如果自動關(guān)閉或減速特征正由機器使用，系統(tǒng)還必須能夠確定是否有任何情況已經(jīng)達到這樣的潛在危險等級。為了完成這些和其他重要功能，安全系統(tǒng)的部件提供邏輯功能并且快速可靠地通信。這通過使用短歷時PING和短歷時ECHO的組合、實施狹窄持續(xù)時間窗口用于接收PING和發(fā)送ECHO、隨機時間生成和在信息交換的兩端做出邏輯判定而完成。
[0044]PING/ECH0系統(tǒng)向要求的系統(tǒng)能力提供健全的基礎(chǔ)。PING在持續(xù)時間上是短的并且以半隨機的方式每秒發(fā)送多次，使得PAD有時間從許多源接收PING。如果PAD在警告或危險區(qū)域中，它經(jīng)由在特定時間的特定持續(xù)時間的RF傳輸通過ECHO來響應(yīng)指示PAD所在的區(qū)域的信息。產(chǎn)生PING的每個系統(tǒng)還具有當(dāng)前警報狀態(tài)，其代表安全系統(tǒng)知道工人在保護區(qū)域中。如果PING/ECH0序列已經(jīng)出現(xiàn)并且向系統(tǒng)指出高于當(dāng)前警報狀態(tài)的警報等級，系統(tǒng)可在進入更高警報狀態(tài)之前產(chǎn)生兩個或三個或更多PING/ECH0交換的快速脈沖猝發(fā)以證實最初的PING/ECH0交換是正確的。脈沖猝發(fā)機制設(shè)計成避免假或滋擾警報。如果PING/ECH0序列未能確認狀態(tài)，過程可以每秒重復(fù)多次。
[0045]因為這些PING以半隨機時間間隔發(fā)送出，兩個MFG可以產(chǎn)生在時間上重疊的PING，這是可能的。如果PAD在這些MFG中兩個的附近，它可能誤讀場強并且可能響應(yīng)而產(chǎn)生錯誤的ECHO。脈沖猝發(fā)確認序列(其中多個PING作為一組發(fā)送，但由短的固定或隨機時間段分開)設(shè)計成大大減小假警報信號的統(tǒng)計可能性。PING和脈沖猝發(fā)確認序列隨機化到這樣的程度以致系統(tǒng)會錯誤地進入警報狀態(tài)是極不可能的(即使若干系統(tǒng)靠近彼此操作)。例如，一旦第一 PING/ECH0交換已經(jīng)完成，可以發(fā)送三個脈沖，且條件是脈沖之間的間隔從250微秒和5毫秒之間的范圍變化的數(shù)集中隨機地選擇。
[0046]PING/ECH0系統(tǒng)的重要方面是可以使給定工作復(fù)雜環(huán)境中的所有PAD (或TAG)以完全相同的方式響應(yīng)或可以使一些以不同的方式響應(yīng)。使工作區(qū)域中的所有PAD或PAD的一些組以相同的方式響應(yīng)提供優(yōu)勢。例如，它們可以各自程序化使得來自偶然同時處于相同區(qū)域中的多個PAD的信號將彼此增強。利用該方法，攜帶PAD的工人可以在該復(fù)雜環(huán)境內(nèi)從一個工作點移動到另一個，并且確保具有相同等級的保護。但在要求特殊情況的地方，PAD可以唯一地程序化并且在機器上的系統(tǒng)可以唯一地程序化。例如，如果卡車正被保護免于后退到廢土上而掉入深坑中，PAD可以附連到當(dāng)卡車后退到期望的傾卸點時是在危險區(qū)域的位置的桿。它可以設(shè)置成感測由卡車后部的電感器產(chǎn)生的場。在卡車后部的電感器將典型地限定危險區(qū)域。該PAD的靈敏度可需要設(shè)置在由工人佩帶的其他PAD的不同的范圍中，雖然這是不必要的。將需要考慮該情況和操作場景。但是，PAD還可以程序化以僅響應(yīng)于在卡車前部的發(fā)生器，該發(fā)生器對于典型的PAD設(shè)置將具有延伸到靠近卡車最后車軸的場。PAD由于已知的序列(其中將由三個發(fā)生器產(chǎn)生(典型配置)場)將知道哪個發(fā)生器在卡車的前部。然而，這必須非常小心的完成使得標(biāo)準(zhǔn)配置PAD的使用將繼續(xù)提供相同的保護。
[0047]在一些工作區(qū)域，工人必須靠近車輛或機器的側(cè)面，但不應(yīng)該在這些車輛或機器的后面(至少當(dāng)它們后退時)。在這些情況下使標(biāo)記場變窄使得工人可以更靠近車輛的側(cè)面而不啟動在他們的PAD上的警報或警告操作員，這是有幫助的。因為低頻磁標(biāo)記場的一個重要特性是它們的形狀易于是高度可預(yù)測的和不變的，從實踐的觀點，這些場不能形狀化為在車輛或機器的側(cè)面變窄。本發(fā)明公開多個標(biāo)記場發(fā)生器的使用以改變標(biāo)記場的形狀。改變磁標(biāo)記場的形狀的一個方法是通過使多個發(fā)生器中的一個或多個的相位反向。對場形狀的更多控制可以通過考慮根據(jù)本發(fā)明標(biāo)記場可不同時存在的事實完成。通過要求PAD處于兩個發(fā)生器的相同區(qū)域中，該區(qū)域的形狀減小到這些場重疊的范圍，因為這兩個發(fā)生器位于這些發(fā)生器之間的重疊的范圍更小。如果產(chǎn)生的這些場的電感器例如在卡車的后部角落，那么重疊的場將以卡車的后部為中心并且它們的寬度將由場的強度確定并且PAD對其的靈敏度已經(jīng)程序化。
[0048]此外，該要求可以放置在PAD上，其通過在微控制器中使用軟件以從該區(qū)域排除重疊范圍(area of overlap)。通過結(jié)合PING/ECH0方法與微控制器中的邏輯能力，完成保護區(qū)域的有意義的形狀化。例如，卡車后退的區(qū)域可以靠近卡車的后部開始并且在卡車的后邊以箭頭形狀延伸。這產(chǎn)生保護的理想?yún)^(qū)域。前面的人員和后擋板的后部將不在警報區(qū)域中并且駕駛員將不在警報區(qū)域中。
[0049]多個標(biāo)記場可以通過限制每一個到短期持續(xù)時間、產(chǎn)生脈沖或PING而占用相同空間，該脈沖或PING例如在持續(xù)時間上可僅是大約I毫秒，其是大約73kHz震蕩的73次循環(huán)。因為有臨近的兩個發(fā)生器可偶然同步的可能性，使得來自這些發(fā)生器的PING同時或幾乎同時出現(xiàn)，PING之間的持續(xù)時間在時間窗口內(nèi)隨機選擇(圖6和7)。這樣，如果這些發(fā)生器偶然同步，響應(yīng)的ECHO之間的沖突的可能性大大降低。
[0050]已知的問題是響應(yīng)于其他PING的來自其他PAD的采用RF傳輸?shù)男问降腅CHO可以被MFG80錯誤地接受為ECH0(圖2)。為了解決該問題，MFG80中的接收器96尋找在特定的時間窗口(例如在發(fā)送PING后一或兩毫秒的時間窗口)期間出現(xiàn)的返回ECHO。此外，預(yù)定的時間延遲可在發(fā)送PING后和特定時間窗口開始前實施。這樣，為了使來自其他源的雜散脈沖(strap pulse)被錯誤地接受為響應(yīng)ECHO，它必須出現(xiàn)在精確限定的窗口內(nèi)。
[0051]但是，仍然有錯誤可以發(fā)生的可能性，即使該可能性是小的。為了確保接收的RF信號是有效ECH0，本發(fā)明的系統(tǒng)可以操作成在脈沖猝發(fā)中發(fā)送一系列PING，然后接收和分析對應(yīng)的ECHO。該脈沖猝發(fā)的PING在下一個PING窗口可從任何其他MFG(其可能已經(jīng)同時發(fā)送PING)獲得之前被快速執(zhí)行。在PAD在兩輛車輛或機器上的兩個MFG系統(tǒng)的相同區(qū)域中，并且它們還在PAD進入這兩個MFG系統(tǒng)的區(qū)域的時刻偶然同步的不太可能的情況下，PING/ECH0脈沖猝發(fā)序列將被拒絕。然而，整個過程將在下一個PING窗口內(nèi)重新開始，這時將發(fā)送下一個隨機產(chǎn)生的PING (典型地在0.050和0.250秒之間后)。該整個序列再次同時發(fā)生的極小的可能性是如此小以致于它可以被忽略。為了證實ECHO是有效的，上述序列可以非常快地重復(fù)若干次。如果對PING的重復(fù)序列的所有響應(yīng)ECHO沒有如預(yù)料的那樣接收到，微控制器82假定最初的ECHO是無效的并且不再采取行動除非隨后的PING產(chǎn)生有效ECHO。但是，如果ECHO確認是有效的，微控制器82將采取它被程序化所要采取的行動。
[0052]使用PING的脈沖猝發(fā)以確保ECHO是有效的備選策略是在選擇的時間段內(nèi)在隨機基礎(chǔ)上產(chǎn)生PING，并且要求PING和ECHO的序列被接收以建立已經(jīng)完成了有效讀數(shù)和響應(yīng)。同樣，建立用于接收ECHO的定時窗口在一串PING/ECH0交換內(nèi)可以是可變的以進一步減小來自其他源的噪聲被解釋為PING或ECHO的可能性。PING和ECHO的長度和接收窗口還可在代表危險的不同等級的響應(yīng)的時序和/或持續(xù)時間上變化。一旦PING/ECH0系統(tǒng)已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造使得PING由磁標(biāo)記場產(chǎn)生而ECHO由RF鏈路返回，可采用傳輸?shù)臅r序和持續(xù)時間以及傳輸之間的間隔的各種組合。
[0053]因此，可以意識到任何發(fā)生器可以產(chǎn)生他的標(biāo)記場而不干擾另一個場。還由此得出，ECHO可以可靠地指出PAD在警告區(qū)域、危險區(qū)域或其他限定區(qū)域中而沒有沖突。在MFG80中的微控制器82然后例如可以可靠地向來自在危險區(qū)域中的PAD的ECHO給予優(yōu)先級超過給予在警告區(qū)域中的PAD的優(yōu)先級。
[0054]PING/ECH0概念的某種多用性通過保護區(qū)域或危險區(qū)域可以形狀化的方式證明。通過使用鐵氧體產(chǎn)生的磁標(biāo)記場具有大約是橢圓的橫截面的形狀。如上文說明的，標(biāo)記場是穩(wěn)定和可靠的，并且保持它的形狀。然而，如果使用多個發(fā)生器，所得的標(biāo)記場的形狀可以通過本文公開的技術(shù)改變?？梢允褂脙蓚€發(fā)生器以產(chǎn)生重疊標(biāo)記場，并且被定時以便不在同一時刻出現(xiàn)。將在這樣的工作點使用的PAD然后可以程序化以僅當(dāng)PAD在這兩個發(fā)生器的區(qū)域內(nèi)時報警，即僅當(dāng)PAD感測到來自兩個或多個發(fā)生器的PING時報警。如果需要，在大型設(shè)備上具有三個或更多發(fā)生器以產(chǎn)生甚至更受限制的場是可能的。另外，這些重疊的場可以調(diào)節(jié)成具有不同的強度以便進一步改變區(qū)域的形狀。根據(jù)本發(fā)明，由每個MFG產(chǎn)生的這些場的強度的調(diào)節(jié)可以通過調(diào)節(jié)驅(qū)動通過發(fā)生器的電流的脈沖的寬度完成。對PAD中的微控制器編程以對MFG場具有不同的靈敏度，其將調(diào)節(jié)場的尺寸，由此調(diào)節(jié)在車輛或機器上的危險區(qū)域的尺寸和形狀，這也是可能的。微控制器輸出信號到發(fā)生器使得這些場彼此相反而不彼此增強以便產(chǎn)生特殊的場配置，這也是可能的。可以使用三個或更多發(fā)生器以進一步限制或改變保護區(qū)域或危險區(qū)域。
[0055]區(qū)域形狀化特征的有效性的示例在圖3A-3D和4中示出，其中組合三個發(fā)生器的標(biāo)記場的效果按順序示出。這些圖基于實際測試數(shù)據(jù)和由
【發(fā)明者】組織的測試準(zhǔn)備。圖3A示出具有前部122和后部124的車輛120。在圖3A中，警告區(qū)域102和危險區(qū)域104由MFG100脈沖化或以別的方式產(chǎn)生。MFG100位于車輛120的左后部。在圖3B中，示出MFG140，其位于車輛120的右后部。MFG140創(chuàng)建警告區(qū)域142和危險區(qū)域144。接著，圖3C示出由發(fā)生器100、140產(chǎn)生標(biāo)記場(如在圖3A和3B中示出的)的重疊范圍。在實施例中，那些重疊范圍將是被工人避開的。圖3D示出警告區(qū)域172、危險區(qū)域174和安全區(qū)域134，其通過重疊標(biāo)記場而構(gòu)建。警告區(qū)域172和危險區(qū)域174通過要求PAD確定它是否在車輛120的后部上的MFG100、140兩者的警告區(qū)域102、142內(nèi)而創(chuàng)建。相似地，PAD將確定它是否在那些發(fā)生器的兩個危險區(qū)域104、144內(nèi)。安全區(qū)域134通過調(diào)節(jié)由在車輛120的前部上的MFG130產(chǎn)生的場的強度而創(chuàng)建使得警告區(qū)域大約到達例如卡車的第三車軸(axel)的位置。
[0056]安全系統(tǒng)的完成的形狀化區(qū)域在圖4中示出。圖4示出完整的形狀化區(qū)域，加上由第三發(fā)生器130產(chǎn)生的安全區(qū)134。在形狀化區(qū)域中，安全區(qū)134從由MFG100、140創(chuàng)建的重疊的危險和警告區(qū)域中排除。用于排除安全區(qū)134的一個技術(shù)是通過使PAD認出標(biāo)記場被脈沖化的序列(例如，安全區(qū)134將是由PAD感測的第三PING)并且認出由MFG130創(chuàng)建的安全區(qū)134的特定強度。圖4示出在車輛120附近的三個工人162、164、166和駕駛員160。示出安裝的(并且在圖5中示出電連接的)兩個磁標(biāo)記場發(fā)生器100、140已經(jīng)放置在靠近車輛120的后部124。來自這些發(fā)生器的由區(qū)域邊界182、184指示的場粗略地近似橢圓的形狀，但它們組合成限定警告區(qū)域172和危險區(qū)域174。這些區(qū)域172、174應(yīng)該避開，除非在工人166的位置的工人確實沒有危險并且可能需要在那個位置。本發(fā)明的新穎方面是增加代表安全區(qū)域134的場，其可以用于取代重疊的危險區(qū)域的效果，但僅在已知為安全的區(qū)域中。如果PAD在由特定電感器產(chǎn)生的特定場的警告區(qū)域內(nèi)，該了解用于忽略處于其他發(fā)生器的區(qū)域內(nèi)。因此，如果兩個危險區(qū)域相交在某個方向產(chǎn)生大于期望的場，第三發(fā)生器的使用允許在第三發(fā)生器的方向上限制該場的尺寸。
[0057]如之前說明的，由每個發(fā)生器產(chǎn)生的場的總尺寸由輸入發(fā)生器的功率和由探測場的PAD的靈敏度確定。輸入功率和PAD靈敏度可以例如通過軟件中的變化調(diào)節(jié)。由軟件做出的對這些參數(shù)的變化可以通過使用在PAD上的開關(guān)或使用通過向微控制器發(fā)信號以做出這樣的調(diào)節(jié)的開關(guān)啟動。在卡車的后部的兩個發(fā)生器100、140限定警告區(qū)域172和危險區(qū)域174期間，第三發(fā)生器130限定安全區(qū)域134。第三發(fā)生器130示出位于其他發(fā)生器100、140前面，靠近卡車120的前部122。它也可以位于其他朝前的位置。由該第三MFG130產(chǎn)生的標(biāo)記場限定安全區(qū)域134。當(dāng)在該區(qū)域中時，將沒有來自PAD的警報(例如對于工人166或操作員160)。已經(jīng)限定在卡車的后部要避開的區(qū)域并且已經(jīng)限定后擋板向前的安全區(qū)域，使所得的要避開的形狀化區(qū)域是理想的。
[0058]現(xiàn)在，說明來自PING/ECH0系統(tǒng)的脈沖化如何與來自PAD的脈沖化結(jié)合起作用。在圖5中示出的框圖描繪系統(tǒng)部件的實際設(shè)置以產(chǎn)生形狀化的危險區(qū)域和安全區(qū)，如上文描述的。微控制器202典型地在一毫秒期間產(chǎn)生73kHz震蕩波形。盡管震蕩的頻率和震蕩的脈沖的持續(xù)時間可以程序化，它們必須非常精確地控制。微控制器202決定在脈沖序列中需要哪個電感器204、206、208并且發(fā)送信號到與該電感器關(guān)聯(lián)的放大器210、212、214。然后放大這些信號并且所得的電流通過電容器組件216、218、220和電感器204、206、208的串聯(lián)組合發(fā)送。
[0059]電容組件216、218、220可包括調(diào)節(jié)以允許電路的調(diào)諧到諧振以便最大化場的輸出?；蛘撸鼈兛烧{(diào)節(jié)以使電路失諧以減小電流量，從而減小標(biāo)記場的尺寸。如之前說明的，通過調(diào)諧電路的平均震蕩電流可以通過程序化發(fā)送到放大器的波形的寬度而調(diào)節(jié)。參照圖4，由位于區(qū)域172的工人162佩帶的PAD將測量由MFG100、140兩者產(chǎn)生的場的強度并且確定它正測量來自MFG100、140兩者的場強，其指示它在兩者的警告區(qū)域中。來自MFG的脈沖由MFG控制組件200中的微控制器202產(chǎn)生，由放大器210、212、214放大，然后在電感器204、206、208周圍推出。這些脈沖由該三個電感器按順序產(chǎn)生，使得在任何時間點僅一個電感器在產(chǎn)生標(biāo)記場。這些場脈沖是PING，如本文論述的。
[0060]當(dāng)由示出在交叉影線區(qū)域172中的工人162佩帶的PAD確定它在發(fā)生器兩者的警告區(qū)域中時，它準(zhǔn)備警告攜帶該PAD的工人并且向在車輛中的操作員160發(fā)送警告。然而，該PAD還檢查以確定它是否在安全區(qū)域中。如果不在，它響起警報并且還可亮起LED，并且向操作員160發(fā)送信號以響起可聽警報222和亮起LED224、226，以警告操作員PAD在警告區(qū)域中。如果它在第三電感器的警告區(qū)域中，例如在PAD166的位置，它將指示工人朝卡車的后面前進太遠而不在被后退到上面的危險中，意味它在安全區(qū)域134中，并且因此將不設(shè)置警報。然而，因為PAD到卡車的后部，它不會確定它在第三電感器的場中，因此它將向工人響起警報(既是可聽并且可見地)，并且可聽并且可見地警告卡車駕駛員160。
[0061]現(xiàn)在，考慮由工人164佩帶的第三PAD。對于在該圖示中示出的配置，存在在后部的兩個發(fā)生器的危險區(qū)域重疊的范圍，示為雙交叉影線，并且PAD164位于該區(qū)域中。PAD將響起危險警報并且啟動在車輛的駕駛室中的警報(可聞并且可見地)。當(dāng)PAD164尋找來自第三發(fā)生器130的PING時，它將不會被看見因為安全區(qū)場已經(jīng)調(diào)節(jié)成在卡車124的后面向前幾英尺結(jié)束。因此，它將在危險區(qū)域174中時行動，警告工人164并且警告在駕駛室中的駕駛員160。
[0062]MFG和PAD之間的通信的示范性圖在圖6中示出，其中線Ml、M2和M3分別描繪MFG1、MFG2和MFG3的輸出(脈沖)，如每個MFG發(fā)送PING190。線P1、P2、P3和P4分別圖示PAD1、PAD2、PAD4和PAD4的輸出，該輸出是VHF射頻ECH0192。在該示例中，所有三個MFG可以從所有四個PAD接收信號，反之亦然。MFGl在標(biāo)記WlA和WlB的預(yù)定時間窗口期間尋找ECHO信號的存在。MFG2在標(biāo)記W2A和W2B的時間窗口期間尋找ECHO信號的存在。并且，MFG3在標(biāo)記W3A和W3B的時間窗口期間尋找ECHO信號的存在。
[0063]在圖示的示例中，PADl感測來自MFGl的PING190，測量信號強度并且確定它在危險區(qū)域中，并且在預(yù)定時間延遲后通過在VHF信道上發(fā)射脈沖響應(yīng)。示范性的預(yù)定延遲是大約I毫秒，但可以高達大約10毫秒，這取決于其他考慮。PAD2感測來自MFGl的PING190，測量信號強度并且確定它也在警告區(qū)域中，并且在預(yù)定時間延遲(其可與PADl的預(yù)定時間延遲不同)后通過在VHF信道上發(fā)射ECHO響應(yīng)。PAD3感測來自MFG3的PING190，測量信號強度并且確定它在危險區(qū)域中，并且在預(yù)定時間延遲后通過在VHF信道上發(fā)射脈沖響應(yīng)。PAD4感測來自MFG3的PING，測量信號強度并且確定它在危險區(qū)域中，并且在預(yù)定時間延遲后通過在VHF信道上發(fā)射脈沖響應(yīng)。
[0064]因為MFGl在時間窗口 WlA期間在VHF信道上探測到ECHO，它作為指示解釋為PADl在它的危險區(qū)域內(nèi)的標(biāo)記場中存在。MFGl還在時間窗口 WlB中感測VHF信號并且確定PAD2也在警告區(qū)域內(nèi)存在。MFG2在它的時間窗口 W2A和W2B中任意期間在VHF信道上沒有感測到任何ECH0，并且得出結(jié)論沒有PAD在它的危險/警告區(qū)域任一個中。MFG3在時間窗口W3A期間探測到信號，并且得出結(jié)論肯定有至少一個PAD在它的危險區(qū)域中。因為無關(guān)的脈沖出現(xiàn)在這些時間窗口中是可能的，MFG不引起警報狀態(tài)直到它們例如在至少兩個連續(xù)PING后的相同的時間窗口中接收到ECHO。
[0065]現(xiàn)在參照圖7，提供關(guān)于PING和ECHO的脈沖化怎么可以定時以使PING/ECH0交換發(fā)生而沒有沖突的細節(jié)。圖?的左半邊300代表對于進入或在警告區(qū)域內(nèi)的PAD的PING/ECHO事件。線302是示出由MFG產(chǎn)生的PING脈沖304的時間線。線306是由PAD產(chǎn)生的ECHO脈沖308的時間線。根據(jù)本發(fā)明ECHO脈沖308在可從小于一毫秒到幾毫秒的預(yù)定延遲324后出現(xiàn)。要素310是ECHO事件的細節(jié)，并且示出在ECHO事件320內(nèi)的ECH0308。ECHO事件320由時間段330、332、334和336構(gòu)成。ECHO事件320代表在MFG中預(yù)置的接收ECHO的持續(xù)時間窗口。在ECHO事件320內(nèi)部的ECHO條308代表來自PAD的短脈沖，其必須在例如時間窗口 320的第一時間部分330中出現(xiàn)。
[0066]圖7的右側(cè)320代表對于進入或在危險區(qū)域內(nèi)的PAD的PING/ECH0交換。注意在該示例中的ECH0328要求是足夠長的以在時間窗口 320的所有時間部分330、332、334、336中出現(xiàn)。還示出兩個附加PING304和兩個附加ECH0328。三個PING構(gòu)成脈沖猝發(fā)，其中這些PING可分開1-10毫秒。在圖示的實施例中，在所有三個ECHO已經(jīng)在時間窗口內(nèi)接收到后MFG和PAD設(shè)置警報。由于PING是非常短的，可以由MFG每秒產(chǎn)生多個PING，確?？梢宰龀鯬ING/ECH0交換而沒有沖突?？梢宰龀鼋y(tǒng)計計算以指出沒有來自附近系統(tǒng)的沖突的成功的PING/ECH0交換的高概率。PING可在0.050和0.250秒的窗口內(nèi)例如大約平均每0.125秒發(fā)送一次。
[0067]在第一窗口期間沒有來自兩個系統(tǒng)的PING之間的沖突的成功的交換的簡單機率是124/125。在完整一秒中不能做出成功交換的概率等于(1/125)8，粗略地6X10_16。每當(dāng)考慮多個發(fā)生器、許多PAD、用于形狀化的更長脈沖和ECHO之間的可能沖突，在即使半秒中的成功交換的概率是非常大的，保持如此大使得不具有任何實際上的擔(dān)心。相似地，考慮三個完全隨機化的PING/ECH0交換的要求，假PING/ECH0發(fā)生的概率是非常小的。測試已經(jīng)確認非常高的可靠性。應(yīng)該注意之前提到的關(guān)于多路徑、反射、干擾等問題不影響ECHO，因為要求僅是在指定時間點接收指定持續(xù)時間的脈沖。
[0068]注意在圖4中卡車駕駛員160在安全區(qū)域134中使得他的PAD將不設(shè)置警報并且他自由離開卡車而不進入警告區(qū)域172或危險區(qū)域174。其他工人可靠近駕駛員160以進行面對面交流而不引起警報。還可以為使用來自卡車系統(tǒng)的倒退信號執(zhí)行措施以除了當(dāng)卡車倒退時之外則關(guān)閉保護系統(tǒng)，如在SAE =2007-01-4233中描述的評價中完成的。然而，由于安全區(qū)域134按照它的方式限定，對僅倒退保護的需要減小了。在一些情況下，僅當(dāng)車輛在倒退時使系統(tǒng)激活可以產(chǎn)生不安全的狀態(tài)，因為在卡車處于倒車直到它開始向后移動的時間之間可能不總是有漫長的延遲。對死亡的安全報告顯示這是真實的。示例是車輛停在斜坡上使得它可以在離合器合上之前開始倒退移動的情況。
[0069]參照圖5，在操作員監(jiān)視器232中提供電位計228、230，操作員監(jiān)視器232典型地位于車輛的駕駛室中，電位計228、230用于減小磁場的尺寸(如果這是期望的)。在監(jiān)視器的外殼中提供孔使得可插入螺絲刀以做出調(diào)節(jié)。從電位計228、230的位置得到的電壓用作微控制器202的輸入，微控制器202做出減小(如果必要的話)。該減小通過縮短驅(qū)動放大器210、212、214的73kHz方波信號的寬度而在控制組件200內(nèi)完成。通過縮短這些信號，較少能量輸入到諧振LC電路，從而減小通過LC電路的平均電流并且減小磁場的尺寸。
[0070]在操作員監(jiān)視器232處信號是可得到的以在車輛的電力系統(tǒng)中使用以減慢或停止車輛(如果這在該特征是可取的特定工作環(huán)境中對特定車輛適合的)。附加的燈或警報器可以安裝在卡車的后部上以對警告或危險狀態(tài)響起。可以使燈以不同的頻率閃爍以區(qū)別警告狀態(tài)和危險狀態(tài)。相似地，警報器可以采用不同的方式響起用于相同的目的。PAD通常提供蜂鳴聲用于警告其中蜂鳴聲的速度隨著PAD進一步進入警告區(qū)域遞增，然后給出連續(xù)不斷的蜂鳴聲或三倍快的蜂鳴聲以指出它在危險區(qū)域中。
[0071]本發(fā)明的系統(tǒng)可靠近特別危險區(qū)域安裝，這可以跟特別位置的地況有關(guān)，使得攜帶PAD的人將在進入?yún)^(qū)域之前被警告。該系統(tǒng)還可安裝在危險設(shè)備上并且可操作使得每當(dāng)人靠得太近時危險設(shè)備將被停止。設(shè)備可在通過可聽的聲音或燈光向人發(fā)出警告后或與其同時被停止。這些警告可由PAD或由安裝在設(shè)備上的系統(tǒng)或由兩者發(fā)出。該類型的區(qū)域監(jiān)視系統(tǒng)可以是電池操作的，使它們是便攜的。
[0072]每當(dāng)PAD進入限定的危險區(qū)域時，命令微控制器上的邏輯采用特殊方式操作，稱為在警報狀態(tài)中。一旦在該警報狀態(tài)中，它開始執(zhí)行一旦已經(jīng)確定PAD在危險區(qū)域內(nèi)需要執(zhí)行的其他功能?；顒拥木瘓鬆顟B(tài)直接確定對于被保護的機器響起哪些(如果有)警報和/或采取哪些其他行動(例如減緩或停止機器等)。該系統(tǒng)還了解其他內(nèi)部狀態(tài)信息，例如響應(yīng)于最近的PING接收的ECHO的歷史。僅在多個PING/ECH0序列已經(jīng)確認PAD在存在危險的區(qū)域中后，該系統(tǒng)進入更高的警報狀態(tài)。僅當(dāng)已經(jīng)過去某段時間段而在這段時間段內(nèi)它沒有接收到將指出它應(yīng)該保留在提高的警報狀態(tài)中的該類型的ECHO時，該系統(tǒng)進入較低警報狀態(tài)。
[0073]本發(fā)明提供其他特征，其與PING/ECH0接近保護系統(tǒng)協(xié)同工作。例如，數(shù)據(jù)在定期基礎(chǔ)上通過RF鏈路從PAD發(fā)送以提供涉及工人的安全的信息并且允許在緊急狀態(tài)期間追蹤工人，后者在地下采礦中是最需要的。同樣，系統(tǒng)向工人提供有使用在PAD上的開關(guān)的能力以對機器、機器操作員做出響應(yīng)或通過其他通信信道發(fā)送信號(特別在緊急情況期間)。還可作好準(zhǔn)備以使用PAD中的RF鏈路以通過增加麥克風(fēng)到PAD而發(fā)送聲音信號，或發(fā)送工人可獲得的和關(guān)于工人的環(huán)境的其他信息(例如危險氣體濃度、工人的生命身體機能(例如心率)等等)(通過輸入該信息到RF發(fā)送器)。追蹤節(jié)點可以放置在工作區(qū)域以從PAD收集這樣的信息并且轉(zhuǎn)發(fā)該信息到其他位置。在MFG中包括存儲器模塊以存儲安全相關(guān)信息用于例行安全評價或用于事件后的分析。對于地下采礦應(yīng)用，這可以包括在緊急情況期間當(dāng)?shù)降孛娴耐ㄐ疟淮驍鄷r通過穿地發(fā)送器或通過在礦井內(nèi)的MF發(fā)送器發(fā)送信息到VLF或ULF。與PING/ECH0系統(tǒng)一起使用的PAD或TAG可與在地下采礦中佩戴的帽燈組件組合使得它們可以從那個源抽取電力。其他感測裝置可以包含進入PAD/帽燈組件以便利用RF傳輸能力、可攜帶電源和微控制器。
[0074]本發(fā)明還可用于當(dāng)車輛的速度足夠慢時(例如低于大約20英尺每秒(大約6米每秒))避免車輛之間的碰撞。在更高的速度，給出及時警告需要的場的尺寸可大于產(chǎn)生的標(biāo)記場。標(biāo)記場的尺寸可以是有限的，因為為了場的尺寸翻倍，對于給定的輸入電壓，通過電感器的電流必須按八的因數(shù)增加，其將要求重大的設(shè)備改動。PAD或另一個相似裝置與MFG一起放置在車輛上。在來自MFG的PING期間從MFG到PAD的電路用于使PAD失效。如果PAD感測到另一輛車輛在它的警告區(qū)域或危險區(qū)域中，它警告車輛的操作員。來自MFG的信號可以用于減慢或停止車輛(如果其是可取的)。
[0075]出現(xiàn)即使沒有其他工人靠近車輛而需要警告車輛的駕駛員車輛應(yīng)該停止的情況。例如，當(dāng)駕駛員倒退卡車到高傾卸點但已經(jīng)走得太遠并且卡車被卡住或更糟地落在傾卸場的突出部分上時，許多人已經(jīng)被害死而其他人已經(jīng)被重傷。TAG可以放置在傾卸點以讓駕駛員知道何時他們應(yīng)該不再后退。這樣的TAG還可以位于裝車停車處(loading dock)上使得當(dāng)卡車將要接觸停車處時卡車駕駛員可以被通知到，從而防止對卡車和/或停車處的損毀。車輛的操作員可頻繁地上他們的車輛然后又下來以便執(zhí)行各種任務(wù)。當(dāng)在他們的車輛上或中時，操作員可能不處于被其他設(shè)備傷害的危險中。但是，當(dāng)操作員離開車輛時，操作員于是可暴露于來自其他車輛的威脅或危險并且需要被保護。該特殊的保護特征可以通過使用在PAD上的開關(guān)補充。
[0076]如果工人靠近當(dāng)前不具有工作的操作員的車輛，該工人可以請求系統(tǒng)指定他為操作員。這通過當(dāng)在那個機器的警告區(qū)域中時按壓在他的PAD上的按鈕完成。由那個工人攜帶的PAD將發(fā)送請求與該PAD的ID。然后MFG將指定該PAD為屬于操作員的并且發(fā)送特殊脈沖回到PAD同時該按鈕被壓下。該PAD將不再報警并且MFG也將忽略它。PAD將周期地發(fā)送它的ID，典型地每10秒，作為數(shù)據(jù)集的一部分。只要該PAD保留在車輛或在車輛上，另一個工人不能變成該車輛的操作員。如果當(dāng)前操作員離開車輛但在另一個操作員被該車輛指派操作員狀態(tài)之前回來，PAD將認出該PAD仍然具有操作員狀態(tài)并且將不響應(yīng)。
[0077]然而，每輛車輛僅可以有一個操作員。如果操作員離開該車輛使得數(shù)據(jù)集在對周期的數(shù)據(jù)集安排的時間段內(nèi)沒有接收到，示出操作員仍然在標(biāo)記場內(nèi)，然后該PAD的操作員狀態(tài)將處于暫停中。如果另一個工人請求該車輛的操作員狀態(tài)，而之前的操作員具有暫停狀態(tài)，新的工人將被接受為操作員而之前的操作員將失去他的操作員狀態(tài)。如果到MFG的電源被短暫地中斷，PAD可報警直到發(fā)送下一個數(shù)據(jù)集或直到操作員再次按壓開關(guān)。如果操作員關(guān)閉到MFG的電源并且下車，當(dāng)另一個工人到來或該操作員返回并且請求操作員狀態(tài)時過程將從頭開始。每當(dāng)具有PAD的操作員離開車輛(它對于該車輛具有操作員狀態(tài))的標(biāo)記場時，PAD將以正常方式響應(yīng)于其他標(biāo)記場。從操作員觀點，該過程將是簡單的，基本上透明的。當(dāng)操作員打開到他的車輛的電源時，他的PAD將開始響起。操作員按壓PAD上的開關(guān)并且將不在給出警告并且PAD將不響應(yīng)于來自標(biāo)記場的任何PING。
[0078]上述說明和圖僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施例的解說性的，并且不是用來限制本發(fā)明在其中。在落入下列權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的其的任何主旨或改動將認為是本發(fā)明的一部分。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括如下步驟: 在第一預(yù)定時間段產(chǎn)生磁場； 感測所述磁場并產(chǎn)生響應(yīng)信號，當(dāng)所述警報裝置探測到第一強度的磁場時所述響應(yīng)信號是第一時間長度，并且當(dāng)所述警報裝置探測到第二強度的磁場時所述響應(yīng)信號是第二時間長度；以及 在第二預(yù)定時間段內(nèi)感測所述響應(yīng)信號； 其中所述第一強度不同于所述第二強度并且所述第一時間長度不同于所述第二時間長度， 其中，所述方法用于避免碰撞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟: 提供多個車輛； 提供多個發(fā)生器，每個位于相應(yīng)的車輛處并且每個用于產(chǎn)生相應(yīng)磁場； 提供多個警報裝置，每個位于相應(yīng)的車輛處并且每個用于感測磁場并產(chǎn)生響應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括在所述發(fā)生器為相應(yīng)車輛產(chǎn)生所述磁場期間禁用所述警報裝置的步驟。
4.一種用于復(fù)雜工作環(huán)境的接近探測方法，其用于探測攜帶警報裝置的工人或操作者在具有多個車輛的工作地點處的潛在危險位置中的存在，包括下列步驟: 為所述車輛的每個提供多個磁場發(fā)生器，所述多個磁場發(fā)生器的每個適于產(chǎn)生磁場的ping脈沖; 用磁場發(fā)生器產(chǎn)生磁場的ping脈沖； 提供位于多個工人和/或操作者的人員的多個警報裝置，每個裝置配置用于感測所述裝置所在的磁場的Ping脈沖，并且在預(yù)定回波時間延遲之后產(chǎn)生回波響應(yīng)信號； 所述多個磁場發(fā)生器接收所述回波響應(yīng)信號，并響應(yīng)于在對應(yīng)于預(yù)定回波時間延遲的時間窗口期間接收所述回波響應(yīng)信號，產(chǎn)生磁場Ping脈沖的猝發(fā)，ping脈沖的所述猝發(fā)是預(yù)定持續(xù)時間的猝發(fā)并且以半隨機時間間隔產(chǎn)生； 所述多個磁場發(fā)生器，響應(yīng)于在對應(yīng)于所述猝發(fā)的Ping脈沖的每個的預(yù)定回波時間延遲的時間窗口期間接收回波響應(yīng)信號，識別所述裝置位于由所述多個磁場發(fā)生器之一產(chǎn)生的特定磁場中。
5.一種用于復(fù)雜工作環(huán)境的方法，其用于探測攜帶警報裝置的工人或操作者在工作地點處的潛在危險位置中的存在，所述方法包括下列步驟: 第一、第二和第三磁場發(fā)生器的每個分別產(chǎn)生第一、第二和第三磁場的ping脈沖,所述第一、第二和第三磁場具有重疊區(qū)域，且在每個ping脈沖期間以低頻振蕩，所述ping脈沖具有預(yù)定脈沖持續(xù)時間并且以第一半隨機時間間隔來產(chǎn)生； 多個警報裝置，每個裝置感測所述裝置所在的所述Ping脈沖磁場的強度，并且在預(yù)定回波時間延遲之后產(chǎn)生回波響應(yīng)信號，其中所述預(yù)定回波時間延遲的長度或所述回波響應(yīng)信號的長度基于所述Ping脈沖磁場的感測強度； 所述第一、第二和第三磁場發(fā)生器接收所述回波響應(yīng)信號，并且響應(yīng)于在對應(yīng)于預(yù)定回波時間延遲的時間窗口期間接收所述回波響應(yīng)信號，產(chǎn)生磁場ping脈沖的粹發(fā)，ping脈沖的所述猝發(fā)是預(yù)定持續(xù)時間的猝發(fā)并且以第二半隨機時間間隔產(chǎn)生，所述第二半隨機時間間隔比所述第一半隨機時間間隔短； 所述第一、第二和第三磁場發(fā)生器響應(yīng)于在對應(yīng)于所述猝發(fā)的所述Ping脈沖的每個的預(yù)定回波時間延遲的時間窗口期間接收回波響應(yīng)信號，識別所述裝置位于所述第一、第二和/或第三磁場中，并且基于所述預(yù)定回波時間延遲的長度或所述回波響應(yīng)信號的長度，識別所述裝置位于所述第一、第二和/或第三磁場的多個區(qū)域的特定一個中，每個區(qū)域小于所述磁場； 所述多個警報裝置中的每個當(dāng)其感測到所述第一或第二磁場的第一區(qū)域時發(fā)出第一類型的警報，并且其中所述多個警報裝置的每個當(dāng)其感測到所述第一和第二磁場二者的第一區(qū)域時發(fā)出第二類型的警報； 其中所述多個警報裝置中的每個當(dāng)其感測到所述第一和第二磁場的至少之一而不是所述第三磁場時發(fā)出警報，并且其中所述多個警報裝置的每個當(dāng)其只感測到所述第三磁場或感測到所述第三磁場加上所述第一和第二磁場的至少之一時不發(fā)出警報。
6.一種在用于復(fù)雜工作環(huán)境的接近探測系統(tǒng)中降低誤報警的方法，其用于探測攜帶警報裝置的工人或操作者在工作地點處的潛在危險位置中的存在，所述方法包括下列步驟: 為所述車輛的每個提供多個磁場發(fā)生器； 所述多個磁場發(fā)生器的每個產(chǎn)生磁場的Ping脈沖，所述磁場在每個ping脈沖期間在低頻振蕩，所述Ping脈沖具有預(yù)定持續(xù)時間并且以第一半隨機時間間隔產(chǎn)生； 多個警報裝置，其位于多個工人和/或操作者的人員上，每個裝置感測所述裝置所在的所述Ping脈沖磁場并且在預(yù)定回波時間延遲之后產(chǎn)生回波響應(yīng)信號； 所述多個磁場發(fā)生器接收所述回波響應(yīng)信號，并且響應(yīng)于在對應(yīng)于所述預(yù)定回波時間延遲的時間窗口期間接收所述回波響應(yīng)信號，產(chǎn)生磁場ping脈沖的粹發(fā),ping脈沖的所述猝發(fā)是預(yù)定持續(xù)時間的猝發(fā)并且以第二半隨機時間間隔產(chǎn)生，所述第二半隨機時間間隔比所述第一半隨機時間間隔短； 所述多個磁場發(fā)生器，響應(yīng)于在對應(yīng)于所述猝發(fā)的Ping脈沖的每個的預(yù)定回波時間延遲的時間窗口期間接收所述回波響應(yīng)信號，識別所述裝置位于所述多個磁場發(fā)生器之一產(chǎn)生的特定磁場中，并且 只發(fā)送警報信號到所述裝置和所述相應(yīng)的車輛。
7.—種控制在接近探測系統(tǒng)中的車輛的方法，包括以下步驟: 發(fā)生器產(chǎn)生磁場，該發(fā)生器接收響應(yīng)信號；和 警報裝置感測所述磁場并產(chǎn)生響應(yīng)信號； 其中，所述發(fā)生器在第一預(yù)定時間段生成所述磁場，并且在第二預(yù)定義時間段內(nèi)感測來自所述警報裝置的響應(yīng)信號； 其中當(dāng)所述警報裝置探測到第一強度的磁場時所述警報裝置產(chǎn)生第一時間長度的響應(yīng)信號， 其中當(dāng)所述警報裝置探測到第二強度的磁場時所述警報裝置產(chǎn)生第二時間長度的響應(yīng)信號， 其中所述第一強度不同于所述第二強度并且所述第一時間長度不同于所述第二時間長度；且 當(dāng)感測到預(yù)定強度的響應(yīng)信號時，所述發(fā)生器產(chǎn)生警報信號給所述車輛的操作者并發(fā)送信號以關(guān)停所述車輛。
【文檔編號】F16P3/14GK104269019SQ201410334484
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2007年10月25日
【發(fā)明者】L.D.弗雷德里克, P.L.哈蒙德 申請人:斯特拉塔接近系統(tǒng)有限責(zé)任公司