一种钻井平台用安全帽、智能监护系统及其应用的制作方法

1.本发明涉及油田勘探智能防护技术领域，特别涉及一种钻井平台用安全帽、智能监护系统及其应用。


背景技术：

2.在油田勘探领域，尤其是现有的海上钻探平台，其单独称为一个小环境，在该独立的环境中有各式各样的电气设备组成，在平台上电气房间内部的变压器、继电器、开关设备、能耗监控、中低压开关柜等一次、二次设备。这些设备以及设备房间构成了海上石油平台电气设备运行的环境，电气房间的工作环境以及电气设备的运行状态，直接决定着海上石油平台的安全运行状态。
3.现有技术中，对钻井平台进行巡检时，工作人员手持可燃气体(例如甲烷)浓度检测仪器进行检测，占用工作人员双手；而且为了便于及时了解电气设备温度的变化，需要使用额外的红外检测设备实施检测；同时在检修过程中工作人员遇到不能解决问题时，需要远程视频来进行指导。但是现有设备分散，且在检修时不易脱离工作人员双手，存在着安全隐患以及占用更多的人力物力。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种钻井平台用安全帽、智能监护系统及其应用。
5.第一方面，本发明实施例提供一种钻井平台用安全帽，可以包括：帽体，所述帽体设置有容纳腔和后部设置有电源模块，所述容纳腔内设置有电路板和支架；其中，所述支架可拆卸地连接在所述帽体上，所述电路板安装在所述支架的内表面，所述电路板与所述电源模块电连接；所述安全帽还包括：安装在所述支架的外表面的红外热成像模组、安装在所述安全帽前端的ar光波导模组和气体浓度传感器模组；
6.其中，所述红外热成像模组一端嵌入预设在所述帽体外表面的第一贯穿孔，与所述电路板电连接，用于采集钻井平台上的电气设备的红外热成像数据，并将所述红外热成像数据发送给所述电路板；
7.所述ar光波导模组与所述电路板电连接，用于显示与所述电路板通信连接的主控服务器发送的视频数据；
8.所述帽体的前端设置有篦孔，所述气体浓度传感器模组抵接于帽体具有所述篦孔的内侧，所述气体浓度传感器模组与所述电路板电连接，用于检测环境中的气体的浓度，并将所述气体的浓度发送给所述电路板。
9.可选的，所述气体浓度传感器模组可以包括：甲烷浓度传感器和警示装置，所述甲烷浓度传感器和所述警示装置分别与所述电路板电连接。
10.可选的，所述ar光波导模组可以包括：可伸缩连接件、光机模块和与所述光机模块连接的lcos显示屏；
11.所述可伸缩连接件一端与所述帽体连接，另一端与所述光机模块的壳体活动连接，以使得光机模块和lcos显示屏能够伸出或缩回帽体的边缘，以及以所述可伸缩连接件为轴进行旋转。
12.可选的，所述光机模块中可以设置有第一波导组件、耦合光纤组件和第二波导组件；
13.其中，所述第一波导组件用于发射出所述视频数据对应的图像光线并将所述图像光线准直进入所述耦合光纤组件；
14.所述耦合光纤组件由多个圆形光纤阵列构成，用于中转由第一光传导组件射入的图像光线；所述图像光线经过折射与反射后，从所述耦合光纤组件的末端射出进入所述第二波导组件；
15.所述第二波导组件由多个薄膜分光斜面组成，用于对所述图像关系进行折射和反射后，从所述第二波导组件的光出口射入到所述lcos显示屏上。
16.可选的，所述第一波导组件可以包括：微显示屏、照明光源、第一照明透镜、第二照明透镜、pbs棱镜、成像棱镜、反射透镜，所述微显示屏设于pbs棱镜的一端，所述照明光源设于pbs棱镜的侧方，发射出的所述图像光线依次经过所述第一照明透镜与第二照明透镜进入pbs棱镜内，所述pbs棱镜的另一端与成像棱镜的一端连接，所述成像棱镜的另一端连接所述反射透镜。
17.可选的，该安全帽还可以包括：设置在所述容纳腔中的光电传感器，所述光电传感器一端嵌入预设在所述帽体内表面的第二贯穿孔，所述光电传感器与所述电路板电连接。
18.可选的，该安全帽还可以包括：设置在所述容纳腔中的温度传感器，所述温度传感器与所述电路板电连接，用于检测所述安全帽周围温度，并发送给所述电路板。
19.可选的，该安全帽还可以包括：设置在所述容纳腔中的加速度传感器；所述加速度传感器与所述电路板电连接，用于检测所述安全帽的加速度值，并发送给所述电路板。
20.可选的，该安全帽还可以包括：设置在所述容纳腔中的摄像模组，所述摄像模组与所述电路板电连接，所述摄像模组一端安装在所述支架的外表面，另一端嵌入预留在所述帽体上的第三贯穿孔。
21.第二方面，本发明实施例提供一种智能监护系统，可以包括：主控服务器和上述第一方面所述的钻井平台用安全帽；所述钻井平台用安全帽和所述主控服务器上分别设置有通信模块，所述主控服务器与所述电路板通信连接。
22.第三方面，本发明实施例提供一种上述钻井平台用安全帽在石油勘探领域的应用。
23.本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
24.本发明实施例提供了一种钻井平台用安全帽、智能监护系统及其应用，该安全帽可以包括帽体，帽体设置有容纳腔和电源模块，容纳腔内设置有电路板和支架；其中，支架可拆卸地连接在帽体上，电路板安装在支架的内表面，电路板与电源模块电连接；安全帽还可以包括：安装在支架的外表面的红外热成像模组、安装在安全帽前端的ar光波导模组和气体浓度传感器模组；其中，红外热成像模组一端嵌入预设在帽体外表面的第一贯穿孔，与电路板电连接，用于采集钻井平台上的电气设备的红外热成像数据，并将红外热成像数据发送给电路板；ar光波导模组与电路板电连接，用于显示与电路板通信连接的主控服务器
发送的视频数据；帽体的前端设置有篦孔，气体浓度传感器模组抵接于帽体具有篦孔的内侧，气体浓度传感器模组与电路板电连接，用于检测环境中的气体的浓度，并将气体的浓度发送给电路板。本实施例中提供的上述安全帽，在施工或者巡检过程中，不必单独携带红外热成像装置、ar光波导装置以及气体浓度检测装置，将上述不同功能的装置集成到安全帽上之后，既能够实现上述不同装置的作用，又能够解放工作人员的双手。
25.进一步的，本实施例中提供的安全帽中的各个不同的模块/模组之间互不影响，空间设计上不会产生电磁干扰，在结构上安装紧密，节省了占用安全帽的空间；而且在功能上相辅相成，多个不同的模块/模组采集或者获取的数据均可发往后台的主控服务器，方便后台的主控服务器对每个巡检人员周围各项数据的监控，达到及时预警的目的；以及及时传送ar数据，方便现场指导。
26.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
27.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
28.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
29.图1为本发明实施例中提供的安全帽的框架示意图；
30.图2a为本发明实施例中提供的安全帽的结构爆炸示意图；
31.图2b为图2a中电路部分的侧面视图；
32.图3为本发明实施例中提供的安全帽的帽体的剖面图；
33.图4a为本发明实施例中提供的支架安装的结构示意图；
34.图4b为图4a的爆炸示意图；
35.图5为本发明实施例中提供的ar光波导模组的结构示意图；
36.图6为本发明实施例中提供的光机模块的示意图；
37.图7为本发明实施例中提供的智能监护系统的结构示意图。
38.其中，1为安全帽；2为主控服务器；
39.11为帽体；12为容纳腔；13为电源模块；14为电路板；15为支架；16为红外热成像模组；17为ar光波导模组；18为气体浓度传感器模组；19为摄像模组；
40.111为外壳；112为内壳；113为第一贯穿孔；114为篦孔；115为第二贯穿孔；116为第三贯穿孔；141为光电传感器；142为温度传感器；143为加速度传感器；144为控制开关组件；171为可伸缩连接件；172为光机模块；173为lcos显示屏；174为电源排线；181为甲烷浓度传感器；182为警示装置；
41.1721为第一波导组件；1722为耦合光纤组件；1723为第二波导组件；1724为壳体；
42.17211为微显示屏；17212为照明光源；17213为第一照明透镜；17214为第二照明透镜；17215为pbs棱镜；17216为成像棱镜；17217为反射透镜；
43.a为内表面；b为外表面。
具体实施方式
44.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
47.实施例1
48.本发明实施例提供了一种钻井平台用安全帽，参照图1、图2a、图2b和图3所示，该安全帽1可以包括帽体11，帽体11设置有容纳腔12和电源模块13，容纳腔12内设置有电路板14和支架15；其中，支架15可拆卸地连接在帽体11上，电路板14安装在支架15的内表面，即位于支架15和帽体11的内测壳体之间，电路板14与电源模块13电连接。
49.可以理解的是，本实施例中的上述帽体可以与现有安全帽的帽体类似，为了便于在帽体上设置有容纳腔，结合图3所示，可以将帽体设置成可拆卸连接的外壳111和内壳112，该容纳腔12位于外壳111和内壳112之间，如图所示，本实施例中的容纳腔包括前后两个较大的腔体以及中间的走线槽，即中部的腔体厚度较小，前后较大的腔体主要安装电器件。本实施例中需要说明的是，参照图4a和4b所示，上述支架15可拆卸地安装在内壳112上，支架的内表面和外表面相对于支架离外界的距离而言，图中a部分为支架的内表面，b部分为支架的外表面。电路板位于支架和帽体(本实施例中为内壳)之间，支架可拆卸地安装在帽体上，发明人这样设计不仅更加稳定，而且可以有效保护电路板，防止被容纳腔内其他部件撞击。同时，此种设计，发明人在集成其他功能模块时能够充分利用支架的空间，以便于安装更多的部件，例如下文中提及的红外热成像模组等。
50.参照图1和图2a所示，本实施例中的上述安全帽1还可以包括：安装在支架15的外表面的红外热成像模组16、安装在安全帽前端的ar光波导模组17和气体浓度传感器模组18。安装在安全帽1前端的ar光波导模组16、安装在支架15上的红外热成像模组17以及安装在安全帽上的气体浓度传感器模组18；其中，红外热成像模组16一端嵌入预设在帽体11外表面的第一贯穿孔113，与电路板14电连接，用于采集钻井平台上的电气设备的红外热成像数据，并将红外热成像数据发送给电路板14；ar光波导模组17与电路板14电连接，用于显示与电路板14通信连接的主控服务器2发送的视频数据；结合图4a所示，帽体11的前端设置有篦孔114，气体浓度传感器模组抵接于帽体具有篦孔的内侧，气体浓度传感器模组18与电路板14电连接，用于检测环境中的气体的浓度，并将气体的浓度发送给电路板。
51.可以理解的是，本实施例中的上述电路板上连接有通讯模块，能够实现电路板与主控服务器之间的通讯连接。本实施例中的红外热成像模组的摄像头部分嵌入到上述第一贯穿孔。上述各个元器件可以通过设置在安全帽帽檐上的开关按钮进行开启或关闭，本实施例中对此不再具体赘述。上述ar光波导模组的应用的可以是如下举例，通过现场施工/巡检人员采集视频数据发送给后台服务器，后台技术人员或者工程师对视频中的数据进行标定或者标记，将带有标定的数据或者演示动画通过ar光波导模组展示给现场施工/巡检人员，现场人员根据该标定数据或者演示动画对现场设备进行检修。
52.本实施例中提供的上述安全帽，在施工或者巡检过程中，不必单独携带红外热成像装置、ar光波导装置以及气体浓度检测装置，将上述不同功能的装置集成到安全帽上之后，既能够实现上述不同装置的作用，又能够解放工作人员的双手。本实施例中提供的安全帽中的各个不同的模块/模组之间互不影响，空间设计上不会产生电磁干扰，在结构上安装紧密，节省了占用安全帽的空间；而且在功能上相辅相成，多个不同的模块/模组采集或者获取的数据均可发往后台的主控服务器，方便后台的主控服务器对每个巡检人员周围各项数据的监控，达到及时预警的目的；以及及时传送ar数据，方便现场指导。
53.在一个可选的实施例中，参照图2a所示，上述气体浓度传感器模组18可以包括：甲烷浓度传感器181和警示装置182，甲烷浓度传感器181和警示装置182分别与电路板14电连接。本实施例中的上述甲烷浓度传感器外侧包裹着壳体，壳体上设置有多排篦孔，方便气体进入到该甲烷浓度传感器；该传感器用于检测安全帽周围环境中的甲烷的浓度，将检测的甲烷浓度传送给电路板，电路板上根据预设的甲烷浓度的阈值判定是否发出预警，以及预警的等级等，进而将该预警信息发送给警示装置182，警示装置发出相应的预警。本实施例中的上述预警装置可以是警示灯(蜂鸣灯)、喇叭或者其他可以实现的警示装置，发出蜂鸣、语音播放等形式的警示，本实施例对此不作具体限定。
54.在一个具体的实施例中，参照图5所示，上述ar光波导模组17可以包括：可伸缩连接件171、光机模块172和与光机模块172连接的lcos显示屏173；结合图2a所示，本实施例中的上述可伸缩连接件171一端与帽体11(具体为帽体的内壳112)连接，另一端与光机模块172的壳体1724活动连接，以使得光机模块172和lcos显示屏173能够伸出或缩回帽体11的边缘，以及以可伸缩连接件171为轴进行旋转。需要说明的是，本实施例中的lcos显示屏的一侧是伸入到光机模块的内部，进而能够导出光线数据。本实施例中的ar光波导模组可以伸缩出帽体的前沿边缘，在不使用ar光波导的功能时，可以将该模组缩回，避免影响使用其他功能；在使用ar光波导模组时，人为或者机械控制将该模组伸出或旋转到适合的角度，以完成播放主控服务器发送的视频数据，节约了安全帽的使用空间。当然，本实施例中的上述ar光波导模组还包括电源排线174，该电源排线将光机模块与电路板电连接在一起，本实施例在此不再赘述。
55.在一个具体的实施例中，参照图6所示，上述光机模块172中设置有第一波导组件1721、耦合光纤组件1722和第二波导组件1723；
56.其中，第一波导组件1721用于发射出视频数据对应的图像光线并将图像光线准直进入耦合光纤组件1722；耦合光纤组件1722由多个圆形光纤阵列构成，用于中转由第一光传导组件射入的图像光线；图像光线经过折射与反射后，从耦合光纤组件1722的末端射出进入第二波导组件1723；第二波导组件1723由多个薄膜分光斜面组成，用于对图像关系进
行折射和反射后，从第二波导组件的光出口射入到lcos显示屏173上。
57.在一个更为具体的实施例中，参照图6所示，第一波导组件1721可以包括：微显示屏17211、照明光源17212、第一照明透镜17213、第二照明透镜17214、pbs棱镜17215、成像棱镜17216、反射透镜17217，微显示屏17211设于pbs棱镜17215的一端，照明光源17212设于pbs棱镜17215的侧方，发射出的图像光线依次经过第一照明透镜17213与第二照明透镜17214进入pbs棱镜17215内，pbs棱镜17215的另一端与成像棱镜17216的一端连接，成像棱镜17216的另一端连接反射透镜17217。
58.在另一个可选的实施例中，参照图2b所示，该安全帽还可以包括：设置在容纳腔12中的光电传感器141，光电传感器141一端嵌入预设在帽体11内表面的第二贯穿孔115，光电传感器141与电路板14电连接。本实施例中的光电传感器用于检测是否有遮挡，进而判断施工/巡检人员是否在正常或者规范佩戴安全帽，该光电传感器与电路板连接，将检测到的遮挡信号实时发送给电路板，通过电路板上设置的时间阈值来判断佩戴者是否规范佩戴安全帽，进而与警示装置(可以与上述气体浓度传感器模组使用同一警示装置)连通，进而发送脱帽警示。
59.在另一个可选的实施例中，参照图2b所示，该安全帽还可以包括：设置在容纳腔12中的温度传感器142，温度传感器142与电路板14电连接，用于检测安全帽周围温度，并发送给电路板14。本实施例中的温度传感器也抵靠在篦孔处，可以与气体浓度传感器模组放置在同一位置，本实施例对此位置并不作具体限定。
60.在另一可选的实施例中，还参照图2b所示，该安全帽还可以包括：设置在容纳腔12中的加速度传感器143；加速度传感器143与电路板14电连接，用于检测安全帽的加速度值，并发送给电路板14。本实施例中的加速度传感器，可以检测安全帽的穿戴者是否发生跌落或者坠落，及时将生成的坠落信息发送给后台的主控服务器，进而能够及时生成应对方案。
61.在另一个可选的实施例中，参照图2a所示，该安全帽还可以包括：设置在容纳腔12中的摄像模组，摄像模组19与电路板14电连接，摄像模组19一端安装在支架15的外表面，另一端嵌入预留在帽体11上的第三贯穿孔116。本实施例中的摄像模组可以用于实现与其他安全帽或者后台服务器视频通话，或者拍摄照片等.
62.当然在安全帽上还设置有控制上述模组或者模块的控制开关组件144等，参照图2a所示，该控制开关组件144设置在帽体11的前沿边缘，与电路板电连接，本实施例在此不再赘述。
63.基于同一发明构思，本实施例还提供了一种智能监护系统，参照图7所示，该系统可以包括：主控服务器2和至少一个上述安全帽1；安全帽1和主控服务器2上分别设置有通信模块，主控服务器与电路板通信连接。
64.本实施例中的主控服务器可以接收上述安全帽发送的各项数据，例如图像数据、视频数据、气体浓度数据、温度数据、加速度数据等等，后台主控服务器可以对上述数据进行分析，形成工作环境整体的监控图像，方便对施工/巡检个人、小组，或者工区内的所有工作人员实现预警或者行为监管等。
65.基于同一发明构思，本实施例还提供了一种上述钻井平台用安全帽在是有勘探领域的应用，尤其是在钻井平台上的应用。例如在钻井平台上使用红外热成像模组监测钻井平台上“火炬”的温度变化，并反馈给后台的主控服务器；使用ar光波导演示数据现场指导
等。
66.本实施例中的上述系统以及应用的具体举例和有益效果的说明可以参照上述钻井平台用安全帽的具体说明，本实施例在此不再赘述。
67.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。