一种便携式消防呼吸器的制作方法

本发明涉及消防技术领域，具体涉及一种便携式消防呼吸器。

背景技术：

消防安全，是现在企业安全的重中之重，其不仅仅关系到相关人员的财产安全，还关系到其生命安全。在已经发生消防事故的情况下，消防员需要对火场内的人员进行救助，这就需要消防员深入火场，从而救出被困人员。

在已经发生火灾的情况下，如要进入火场救助人员，则需要解决火场呼吸的问题，但是目前的呼吸器比较笨重，且结构复杂，不便于携带。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

技术实现要素：

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种便携式消防呼吸器，其包括：

背包，其具有背带；

氧气罐，其放置在所述背包内；

电源，其放置在所述背包内，用于供电；

面罩，其通过软管与所述氧气罐连接，佩戴在使用者面部，对使用者进行供氧。

较佳的，还包括：陀螺仪，这样，便于使用者对重力方向进行确定。

较佳的，所述陀螺仪包括：外罩，外环架，内环架，固定轴，摆锤，压力传感器，弹簧和控制器；所述外环架对称的两端固定在外罩内，并可绕固定的两端连成的轴线进行旋转；所述内环架对称的两端固定在外环架上，并可绕固定的两端连成的轴线进行旋转；固定轴两端固定在内环架上，并可绕固定的两端连成的轴线进行旋转；所述固定轴中部具有凹槽，所述摆锤一端卡接在所述凹槽中且绕所述固定轴的轴线进行摆动；所述固定轴中部还设置有半圆形导轨，所述导轨穿过所述摆锤对所述摆锤的摆动进行限定，所述导轨上设置有弹簧，所述弹簧为两条，其一端固定在所述摆锤上，另一端分别固定在导轨的半圆形的两个末端，两个压力传感器分别设置在两个所述弹簧的与所述摆锤接触的一端，对所述弹簧末端的压力进行检测，控制器与所述压力传感器相连，对其压力信号进行处理后计算出摆锤停止时的实际压力，将所述实际压力转换为摆锤的停靠位置并通过外罩外侧的液晶显示屏显示出来。

较佳的，所述外环架对称的两端连成的轴线与所述内环架对称的两端连成的轴线互相垂直。

较佳的，所述内环架对称的两端连成的轴线与所述固定轴互相垂直。

较佳的，所述摆锤摆动轨迹所在的平面与所述固定轴的轴线垂直。

较佳的，所述摆锤停止时的实际压力的计算公式为：

其中，由下述各式确定：

上式中，表示摆锤停止时的实际压力，表示压力信号中的极值，表示极值压力信号的序号，表示当前接收到的所有序号的最大值，表示阻力给摆锤带来的损失比，表示其中一个压力传感器产生的压力信号的第次、次、次极值，表示另外一个压力传感器产生的压力信号的第次、次、次极值，表示产生第个极值时对应的损失比，表示确定第个极值时计算出的摆锤停止时的可能压力。

较佳的，还包括：显示器，其与所述背包通过导线连接，以显示氧气罐的剩余量。

较佳的，还包括：护腕，其上固定有所述显示器，从而将所述显示器固定在使用者手部。

较佳的，所述护腕两端具有搭扣。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：提供一种便携式消防呼吸器，这样，这样，在不需要使用时，可以将面罩收缩放置在背包内，将背包背起即可携带，这样结构简单，便于携带；这样，便于使用者对重力方向进行确定，从而对方向等进行确定；所述陀螺仪使用机械结构，即使电源损伤后，依然可以通过观察摆锤的摆动对重力的位置进行估算，以保证陀螺仪功能不全部丧失，可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明的便携式消防呼吸器的结构图；

图2是本发明陀螺仪的结构示意图；

图3是本发明陀螺仪的部分剖面图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例1

如图1所示，其为本发明便携式消防呼吸器的结构图，其中，所述便携式消防呼吸器包括：

背包1，其具有背带8；

氧气罐2，其放置在所述背包内；

电源3，其放置在所述背包内，用于供电；

面罩4，其通过软管与所述氧气罐连接，佩戴在使用者面部，对使用者进行供氧。

这样，在不需要使用时，可以将面罩收缩放置在背包内，将背包背起即可携带，这样结构简单，便于携带。

其中，所述背包为耐高温防火材质，从而对其内部的氧气罐和电源等进行保护，防止其受到高温影响，无法正常工作。

实施例2

如上述所述的便携式消防呼吸器，本实施例与其不同之处在于，所述便携式消防呼吸器还包括：显示器7，其与所述背包通过导线连接，以显示氧气罐的剩余量，便于使用者观察。

其中，所述氧气罐2上设置有压力传感器(图中未画出)，从而对氧气罐内的氧气含量进行检测。

实施例3

如上述所述的便携式消防呼吸器，本实施例与其不同之处在于，所述便携式消防呼吸器还包括：护腕5，其上固定有所述显示器，从而将显示器固定在使用者手部，便于使用者查看显示器。

所述护腕5两端具有搭扣，从而将护腕固定在使用者手部，且搭扣便于固定和拆卸，结构简单，使用方便。

实施例4

如上述所述的便携式消防呼吸器，本实施例与其不同之处在于，所述便携式消防呼吸器还包括：陀螺仪6，这样，便于使用者对重力方向进行确定，从而对方向等进行确定。(火场内部，由于着火的原因，其可视度很差，且温度很高，容易使得消防员的思维受到很大影响，特别是在对方向等进行判断的时候，如果出错，很容易造成不可估量的损失)

实施例5

如上述所述的便携式消防呼吸器，本实施例与其不同之处在于，如图2、图3所示，所述陀螺仪6，包括：外罩61，外环架62，内环架63，固定轴64，摆锤65，压力传感器66，弹簧67和控制器(图中未画出)；所述外环架62对称的两端固定在外罩61内，并可绕固定的两端连成的轴线进行旋转；所述内环架63对称的两端固定在外环架62上，并可绕固定的两端连成的轴线进行旋转；固定轴64两端固定在内环架63上，并可绕固定的两端连成的轴线进行旋转；所述固定轴64中部具有凹槽641，所述摆锤65一端卡接在所述凹槽641中且绕所述固定轴64的轴线进行摆动；所述固定轴64中部还设置有半圆形导轨69，所述导轨69穿过所述摆锤65对所述摆锤65的摆动进行限定，所述导轨69上设置有弹簧67，所述弹簧67为两条，其一端固定在所述摆锤上，另一端分别固定在导轨69的半圆形的两个末端，两个压力传感器66分别设置在两个所述弹簧67的与所述摆锤接触的一端，对所述弹簧67末端的压力进行检测，控制器68与所述压力传感器66相连，对其压力信号进行处理后计算出摆锤65停止时的实际压力，将所述实际压力转换为摆锤的停靠位置并通过外罩61外侧的液晶显示屏显示出来。

在火场内，由于高温，浓雾等的影响，很可能使电源等无法正常工作，这样一来，依赖电源进行供电的仪器就有可能出现问题；所述陀螺仪使用机械结构，即使电源损伤后，依然可以通过观察摆锤的摆动对重力的位置进行估算，以保证陀螺仪功能不全部丧失，可靠性高。

其中，所述外环架62对称的两端连成的轴线与所述内环架63对称的两端连成的轴线互相垂直。

其中，所述内环架63对称的两端连成的轴线与所述固定轴64互相垂直。

其中，所述摆锤65摆动轨迹所在的平面与所述固定轴64的轴线垂直，这样，摆锤65摆动的过程中受到固定轴64的影响最小。

所述摆锤65处于所述导轨69的中间位置时，所述弹簧67均处于自然伸长状态，对设置在所述弹簧67与所述摆锤65之间的两个压力传感器66的压力为零。

所述外环架为圆环，其外侧两端对称设置有两个凸起，两凸起的连线经过所述外环架的圆心；所述外罩上设置有与所述外环架的两个凸起对应的圆孔，所述凸起插入所述圆孔中，使得所述外环架可以绕两个圆孔连成的轴线进行旋转。

所述内环架也为圆环，其外侧两端对称设置有两个凸起，两凸起的连线经过所述内环架的圆心；所述外环架的内侧设置有与所述外环架的两个凸起对应的圆孔，所述凸起插入所述圆孔中，使得所述内环架可以绕两个圆孔连成的轴线进行旋转。

所述固定轴为一直杆，所述内环架内侧设置有两个圆孔，该圆孔的连线穿过所述内环架的圆心；所述直杆的两端插入所述内环架的两个圆孔中，使得所述固定轴可绕两个圆孔连成的轴线进行旋转。

这样，在正常放置时，摆锤位于垂直向下的位置，所述外环架、内环架和所述固定轴均保持静止；所述陀螺仪移动后，所述摆锤不再位于垂直向下的位置，则在重力作用下，所述摆锤会向所述垂直向下的位置移动；由于摆锤仅能够垂直于所述固定轴进行摆动，则若垂直向下的位置不在所述摆锤的运动轨迹上，则所述摆锤依然会向垂直向下的位置移动，这样，就会带动限定所述摆锤移动轨迹的固定轴进行移动；由于所述固定轴仅能绕所述内环架内侧两个圆孔连成的轴线进行旋转，则所述固定轴会带动所述内环架进行移动，直至所述摆锤的运动轨迹移动到经过所述垂直向下位置的时候为止。

所述固定轴中部为凸起，所述凸起内部具有凹槽641，所述凹槽为柱状孔，其轴线与所述固定轴的轴线重合；所述摆锤一端为T字型，其顶端为横置的圆柱，所述圆柱插入所述柱状孔中，且可在所述柱状孔中沿所述柱状孔的轴线进行旋转，这样，可以对所述摆锤的运动轨迹进行限定，使所述摆锤绕所述固定轴进行摆动。

所述凸起的外部固定有半圆形导轨69，所述半圆形导轨的圆心与所述凸起重合；所述半圆形导轨所在的平面与所述摆锤的运动轨迹确定的屏幕重合，且所述半圆形导轨的弧形区域穿过所述摆锤，使得所述摆锤的运动轨迹与所述半圆形导轨的弧形区域重合，这样，所述摆锤沿所述半圆形导轨进行摆动。

所述半圆形导轨的弧形区域上套设有两个弹簧，所述弹簧的一端分别设置在所述半圆形导轨的两端，所述弹簧的另一端与所述摆锤固定连接，这样，将所述半圆形导轨与所述摆锤连接起来，使得所述摆锤静止时，恰好位于所述半圆形导轨弧形区域的中点。(若摆锤静止时，所述半圆形导轨的上部并非水平，也即是说此时摆锤并没有位于所述弧形区域的中点，则两个弹簧的压缩情况并不相同，由此会产生旋转所述摆锤/半圆形导轨的扭力，直至所述半圆形导轨的上部水平，使得摆锤位于互相区域的中点)

所述固定轴可绕所述内环架两个圆孔连成的轴线进行旋转，从而使得所述半圆形导轨也可以绕所述内环架两个圆孔连成的轴线进行旋转，调整自身位置。

如果陀螺仪位置移动，则所述外环架、内环架和所述固定轴中的一个或多个会在摆锤的直接或间接作用下进行转动，直至所述摆锤重新恢复垂直向下的位置。

在正常放置时，摆锤位于垂直向下的位置，此时摆锤处于导轨的中间位置，与所述摆锤连接的两个弹簧均处于自然伸长的状态，分别设置在两个所述弹簧与所述摆锤接触的一端的两个压力传感器的压力信号也均为0，代表此时弹簧对摆锤并无作用力。

固定轴的轴线为准，从轴线的一端看向另一端，所述摆锤的摆动与轴线互相垂直；所述陀螺仪运动后，所述摆锤的位置相对于陀螺仪的位置不变，但是其绝对位置会发生变化，也即是摆锤的位置会离开垂直向下的位置，这时候，在重力的作用下，摆锤会向垂直向下的位置移动，直到摆锤恢复垂直向下的位置才停止；在摆锤向垂直向下位置移动的过程中，由于固有结构的限制，摆锤只会沿着垂直于固定轴轴线的方向进行摆动，其他可以使得摆锤最终达到垂直向下位置的移动由固定轴等的运动来完成；如果垂直向下的位置位于导轨中间位置的一侧，为了便于描述，我们将其称为导轨左侧(其仅仅为一称呼，指代离开导轨的中间位置向两端偏移的一种一侧，如果有需要，也可以称之为右侧等)，则摆锤会在重力的作用下(摆锤真正的运动轨迹很是复杂，但是在这里，我们仅描述其相对于固定轴的位置变化)向左侧移动，此时，由于两个弹簧的一端固定在所述摆锤上，另一端分别固定在导轨的半圆形的两个末端，因此固定在摆锤左边的弹簧的会一端固定，另一端随摆锤的运动向内压缩，压缩后的弹簧会给摆锤施加向右侧的弹力，与该弹簧连接的压力传感器会受到挤压从而产生大于0的压力信号，同时，固定在摆锤右边的弹簧会一端固定，另一端随摆锤的运动向外拉伸，拉伸后的弹簧会给摆锤施加向右侧的弹力，与该弹簧连接的压力传感器不会受到挤压从而其压力信号仍然为0；此时，摆锤会受到两个弹簧的向右侧的弹力，该弹力与其运动方向相反，摆锤在弹力的作用下，会逐渐变慢，停止，最终在弹力作用下向右侧运动；这样，摆锤会受到重力和弹力的双重作用，其中，重力和弹力会在摆锤运动轨迹的某一点上达到平衡，在该平衡的左侧，弹力大于重力，在该平衡的右侧，重力大于弹力，摆锤会在该位置的左右两侧，由于重力、弹力和惯性进行摇摆，并逐渐停止在该平衡位置处。该平衡位置处并不一定就是摆锤垂直向下的位置处，其仅仅为重力和弹力达到平衡的位置处，且随着固定轴的运动，该平衡位置处会不断变化，最终，会使得该平衡位置处和摆锤的垂直向下位置重合。在整个过程中，弹簧的主要作用是增加摆锤运动的主力，从而使得摆锤可以尽快静止下来(摆锤运动时会由于机械的摩擦力等阻力而慢慢静止，但是其静止的时间和受到的机械摩擦力等阻力的大小有很大关系，如果阻力过大，则其最终静止位置与实际垂直向下的位置偏差很大，如果阻力过小，则其恢复静止的时间则会很长，且如果陀螺仪运动的时间间隔小于回复静止需要的时间，则可能摆锤根本就无法静止下来)，同时，弹簧的施加作用力可以通过添加的压力传感器测出，从而可以在静止之前分析出其静止位置，提高判断的速度。

摆锤在恢复垂直向下位置的时候，由于惯性和阻力等原因，会消耗较长时间，这就给垂直位置的判断带来了困扰。

其中，所述摆锤65停止时的实际压力的计算公式为：

其中，由下述各式确定：

上式中，表示摆锤停止时的实际压力，表示压力信号中的极值，表示极值压力信号的序号，表示当前接收到的所有序号的最大值，表示阻力给摆锤带来的损失比，表示其中一个压力传感器产生的压力信号的第次、次、次极值，表示另外一个压力传感器产生的压力信号的第次、次、次极值，表示产生第个极值时对应的损失比，表示确定第个极值时计算出的摆锤停止时的可能压力。

其基本思路为，将摆锤在摆动过程中受到的所有阻力视为是与摩擦力相同性质的，这样，摆锤所受到的阻力损失与其摆动的长度成正比，压力传感器测量的是弹簧的压缩力，该压缩力与形变量(也即是摆锤摆动的长度)成正比，因此可以认为摆锤在相邻两次的摆动中损失的能量与其本身具有的能量的比值是一个常量，基于此，根据相邻的三个极值压力信号，可以确定一次损失比，多个损失比的均值为与实际数值最为接近的损失比；通过该损失比以及相邻的极值压力信号，得到该时刻的摆锤停止时的可能压力，进而通过所有可能压力得到摆锤停止时的实际压力；若实际压力为正，则摆锤停止时位于靠近对应的压力传感器的一侧，若实际压力为负，则摆锤停止时位于远离对应的压力传感器，靠近对应的压力传感器的一侧。

上述计算方法，通过计算摩擦力等阻力造成的损失比，排除了摩擦力等阻力对计算结果的影响，提高了测量精度，减小了系统误差；通过三个极值压力信号即可以计算出摆锤静止时的实际压力，从而快速得到摆锤的停靠位置，极大地提高了测量速度；极值压力信号增加后，可以重新计算出摆锤静止时的实际压力，从而对之前的结果不断进行修正，进一步提高测量精度，减小系统误差；运算过程简单，节约了程序资源；简化了运算过程，进一步节约了运算时间与程序资源，从而进一步提高了测量速度。

通过该计算方法，可以在摆锤摆动后的极短时间内对垂直位置做出判断，从而大大提高整个过程的工作效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。