一种空气呼吸器状态的智能监测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于应急救援装备的状态监控领域，涉及一种空气呼吸器状态的智能监测 装置及方法。
【背景技术】
[0002] 随着化学事故、火灾等安全隐患的逐渐增加，正压式空气呼吸器越来越多配备于 军队专业救援分队、消防部队以及各种专业的救援力量中，同时在一些专业工作场合，它也 是必不可少的劳动保护用具。空气呼吸器结构简单，能在特殊场合为救援人员提供一定压 力的空气，但目前国内对于正压空气呼吸器的检验，一般在使用前采用外部设备或者简单 试用的方法进行气密性和故障检测，同时一些关于空气呼吸器气量报警的方式也是采用观 察机械压力表、听报警哨或者用一些数字声光显示装置显示红黄绿灯一类的定性报警。在 作业过程中的对空气呼吸器供气状态的动态监测还未有实质性实现，其问题主要表现在：
[0003] 1、特定环境中，机械式压力表读数显示模糊。传统空气呼吸器的压力表为机械式 压力表，其读数依靠表盘上的指针指示相应的压力表格完成。当在火灾、地震、化学救援等 恶劣现场环境工作时，一些烟雾、灰尘、化学品物质会阻挡视线或者凝结在表盘上影响读 数。
[0004] 2、空气呼吸器剩余气量情况缺乏精确预估。救援人员在工作时间的呼吸状况是不 稳定的。有资料显示，根据人员工作强度、人体机能的差异，空气呼吸器的使用时间可以相 差一倍以上。有的救援强度较大，人员呼吸急促、心跳快，那么使用时间也较平时有较大的 缩短，国内一些文献采用根据心跳加单口呼气量单独估算耗气率方法并不一定能科学计算 出剩余时间。这使救援人员对撤退的整体掌控缺乏明确依据，自然也会带来更大的危险性。 但往往前一分钟内的呼吸状况往往能更好预测将来的呼气情况。因此确定一种科学的剩余 压力估算方法并显示出来。本发明涉及一种对正压空气呼吸器供气状态的监控装置及方 法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于：提供一种空气呼吸器状态的智能监测方法，它是一种当前气 瓶剩余时间的估算方法，所述的方法能够根据使用人员本身呼吸的状况，通过对使用人最 近1分钟内呼吸量实际测算推算出剩余气量的可用时间，为使用人提供较为可靠、精确的 参考。
[0006] 本发明的目的还在于：提供一种空气呼吸器状态的智能监测装置，它是一种能对 正压空气呼吸器当前气压进行实时监测报警，并能根据上述估算方法预估可用剩余时间的 监测装置，该装置采用数字化显示方式，方便易读，并能在剩余气量小于5Mpa时提供震动 报警。
[0007] 1)本发明一种空气呼吸器状态的智能监测方法，该方法具体步骤如下：
[0008] 步骤一：状态数据采集：当气瓶压力下降到20Mpa时开始计时，采集的第一组数据 中的t计为ts，瓶内压力为A.;计时结束后最后一秒钟的t计为U瓶内压力为八。那么在 整个计时过程中，以秒为单位连续采集气瓶内的压力信号，并记录每一时刻采集时的气压 值，构成一二维数组（t Pt)。数组中t为气瓶当前时间，单位精确到second ;pt为时间t时 瓶内现有压力，单位为Mpa。
[0009] 步骤二：状态数据分析：正压空气呼吸器都具有标准容积，如6. 8L等，在标准容积 不变的情况下，每名使用人员在不同的工作状态中，呼吸量千差万别。根据使用人呼吸状况 的差异，消耗气量体现在压力下降的幅度上。针对使用过程中因工作强度加大而产生的呼 吸变化，其一分钟内的呼气状况更适合预估剩余时间，其气瓶中剩余可用时间T经过与气 瓶中的压力可以建立下面的公式关系：
【主权项】
1. 一种空气呼吸器状态的智能监控装置，其特征在于：该智能监测装置由中央控制单 元、供电单元、压力传感器单元、开关控制单元、液晶显示单元、指示灯单元和震动提示单元 组成；中央控制单元是整个智能监测装置的核心，它分别与开关控制单元、压力传感器单 元、液晶显示单元、指示灯单元和震动提示单元连接，整体安装在同一电路板上，供电单元 则通过供电线路与上述各单元连接； 所述中央控制单元采用基于ARM的嵌入式系统，由硬件和智能监测软件两部分组成， 该硬件是基于ARM的开发板，该智能监测软件是基于Android操作系统开发，能实现系统自 检、压力采集、剩余气量估计运算、液晶显示、指示灯显示功能和震动报警提示功能； 所述供电单元是采用锂电池，能为整个智能监测装置运行提供电源； 所述压力传感器单元是一气压传感器，它采集气瓶高压，并转换为数字信号，传输给中 央控制单元； 所述开关控制单元为开机和关机触发的两个按钮，它是输入开机和关机信号给中央控 制单元，用于启动和停止该智能监测装置的工作； 所述液晶显示单元是一数字液晶面板，用以显示中央控制单元传输的显示内容； 所述指示灯单元由绿、蓝、红三个颜色的LED指示灯组成，根据剩余气量情况由中央控 制单兀完成相应指不灯点壳； 所述震动提示单元由一集成震动电路模块组成，根据中央控制单元的指令提供震动提 不〇
2. -种空气呼吸器状态的智能监测方法，其特征在于：该方法具体步骤如下： 步骤一：状态数据采集：当气瓶压力下降到20Mpa时开始计时，采集的第一组数据中的 t计为ts，瓶内压力为八；计时结束后最后一秒钟的t计为te，瓶内压力为八，那么在整个 计时过程中，以秒为单位连续采集气瓶内的压力信号，并记录每一时刻采集时的气压值，构 成一二维数组（tpt);数组中t为气瓶当前时间，单位精确到second;pt为时间t时瓶内现 有压力，单位为Mpa; 步骤二：状态数据分析：正压空气呼吸器都具有标准容积，在标准容积不变的情况下， 每名使用人员在不同的工作状态中，呼吸量千差万别，根据使用人呼吸状况的差异，消耗气 量体现在压力下降的幅度上；针对使用过程中因工作强度加大而产生的呼吸变化，其一分 钟内的呼气状况更适合预估剩余时间，其气瓶中剩余可用时间T经过与气瓶中的压力建立 下面的公式关系：
式中Ph为气瓶1分钟前的压力，单位为Mpa; 上式为剩余时间估算公式，从中看出，选用气瓶1分钟前的压力与现有压力之差 (Pt_「Pt)为单位耗气压降； 状态数据采集和数据分析同步进行，实时估算出任一时刻剩余气量可供人员使用时 间，并动态更新。
【专利摘要】一种空气呼吸器状态的智能监控装置，该智能监测装置由中央控制单元、供电单元、压力传感器单元、开关控制单元、液晶显示单元、指示灯单元和震动提示单元组成；中央控制单元是整个智能监测装置的核心，它分别与开关控制单元、压力传感器单元、液晶显示单元、指示灯单元和震动提示单元连接，整体安装在同一电路板上，供电单元则通过供电线路与上述各单元连接。一种空气呼吸器状态的智能监测方法，它有两大步骤。本发明是一种能对正压空气呼吸器当前气压进行实时监测报警，并能根据上述估算方法预估可用剩余时间的监测装置，该装置采用数字化显示方式，方便易读，并能在剩余气量小于5Mpa时提供震动报警。
【IPC分类】A62B27-00
【公开号】CN104606804
【申请号】CN201510029466
【发明人】张宏远, 王颖辉, 刘桐, 梁延松, 张宏文, 晏国辉, 刘健, 李亚林
【申请人】中国人民解放军防化学院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月21日