В ТУСУРе создают устройство для работы дайверов в экстремальных условиях

В лаборатории промышленной электроники факультета электронной техники разработчики ТУСУРа при участии руководителя клуба подводного плавания «Наяда – ТУСУР», спелеодайвера, работают над созданием эффективного сверхкомпактного «умного» канистрового света. Параметры разработки превосходят аналоги в 5 – 10 раз, а некоторые решения разрабатываются впервые.

Для работы под водой, в пещерах, на опасных техногенных объектах и в Арктике необходим качественный мощный источник света и тепла. При этом предъявляются чрезвычайно высокие требования к надёжности оборудования: от него напрямую зависит жизнь людей.

В настоящий момент дайверами используется так называемый канистровый свет. Внутри герметичной канистры, которая крепится на поясе, располагаются крупная аккумуляторная сборка, силовые преобразователи с параметрами нагрузки, зарядные платы, платы защиты и контроля. Осветитель соединяется гибким проводом с канистрой и крепится в удобном месте. Благодаря двум выходам возможен и электроподогрев одежды, и свет: в ледяной воде и для Арктики актуально и то, и другое.

Однако у существующих приборов есть ряд недостатков: невысокая мощность источника света, отсутствие дублирования источника энергии, небольшой диапазон рабочих температур и при этом высокая стоимость. У водолазов, спасателей, исследователей Арктики бывает необходимость проникнуть вдаль, вглубь объекта, на сотни метров на большую глубину в ледяной воде. Отказ электроники (света или подогрева) приведёт к нештатной ситуации.

Совместная работа дайверов и разработчиков ТУСУРа помогла найти решение. В канистре возможно использовать первый канал как осветитель, второй – для электроподогрева костюма человека в ледяной воде. В электронике и схемотехнике нет режимов, которые сразу отключат осветитель либо подогрев в нештатной ситуации, так как это может привести к гибели. Реализовано линейное плавное снижение тока нагрузки до допустимых пределов.

Команде, работающей над новым канистровым светом, удалось добиться яркости, равной мощности пяти автомобильных фар дальнего света, с преобразователем в спичечном коробке с двойным независимым питанием. Его обеспечивает разработанный двухфазный синхронный преобразователь с мягкой коммутацией на частотах в 2 МГц. Он работает как источник тока на одну нагрузку и не допускает перетоков энергии при разном заряде двух отдельных аккумуляторных сборок (разное входное напряжение) без использования диодов. Например, если разрядится одна аккумуляторная сборка (подогрев), то свет продолжит работать.

Важно, что надёжность прибора можно контролировать в режиме реального времени. Это достигается благодаря тому, что схема контроля, защиты, балансировки аккумуляторов собирает, записывает и передаёт по воздуху всю возможную информацию одновременно с каждого из 14 аккумуляторов как при заряде, так и рабочем разряде. Благодаря этому в режиме реального времени или после можно проанализировать, как деградирует сборка, её реальную ёмкость и время работы. Это также позволяет сделать погружения более безопасными.

Ещё одна успешно решённая в ходе разработки задача – предотвращение замерзания аккумуляторов в условиях низких температур Арктики и подлёдных погружений. «Существующие аналоги необходимо держать в тепле до самого момента погружения, что не всегда возможно в реальных условиях. Были случаи, когда зимой собрали снаряжение, и начинается спуск, но аккумуляторы успели в сумке промёрзнуть и не работали», – рассказывает о важности этого элемента разработки руководитель клуба подводного плавания «Наяда – ТУСУР» Кирилл Бородин.

В канистровом свете, разработкой которой занимается команда ТУСУРа, замерзание аккумуляторов не допускается благодаря встроенному подогреву, догревающему внутренность канистры до 0 градусов. После включения света или обогрева аккумуляторы разогреваются, и внутри канистры с электроникой устанавливается температура, комфортная для всех элементов. Благодаря этому прибор сможет работать в широком диапазоне температур: от –40 до +60 градусов. Все параметры будут настраиваться, графики – загружаться с обычного смартфона.

В настоящий момент созданы и исследованы математические модели силового преобразователя, на моделях отработаны режимы перегрузки, холостого хода, коммутации, защит. Разработаны печатные платы, проработан и промоделирован конструктив корпуса для работы на глубине до одного километра. Готов полный пакет конструкторской документации на прототип.

Результатом разработки станет сверхкомпактный живучий, климатически защищённый, мощный осветитель на 240Вт/480Вт с честным двойным дублированием, самодиагностикой, встроенной платой заряда, балансира и защиты. Он будет востребован армией, МЧС, водолазами, дайверами, спелеологами и другими специалистами, которым приходится работать в экстремальных условиях.