一种水下呼吸装置及其控制方法与流程

本发明涉及呼吸装置，尤其涉及水下无氧环境下特殊作业技术及其辅助装置。

背景技术：

人在水下作业或无氧环境下作业，传统的解决办法是作业人员随身携带一个较大的钢质氧气瓶和配套的呼吸面罩，这样给水下操作人员增加了额外的负重和体积延展，导致水下行动笨拙操作不便，再者需要经过特殊的严格的水下呼吸训练才可持证上岗。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是实现一种可以摆脱传统背负式氧气瓶束缚的水下呼吸装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种水下呼吸装置，装置包括氧气瓶、呼吸器、面罩和控制器；

所述氧气瓶为密封钢瓶用于填充液态纯氧，所述氧气瓶的氧气出口处设有第一电磁阀；

所述呼吸器为潜水员潜水时咬在嘴中的供氧装置，所述呼吸器与供氧管一端连接；

所述面罩为包覆住潜水员鼻子和眼睛的游泳镜；

所述控制器的信号输出端通过信号线连接第一电磁阀；

装置还包括气囊，所述气囊设有进气口、出气口和回气口，所述第一电磁阀通过管子连接进气口，所述出气口连接供氧管的另一端；

所述游泳镜连通一根回气管，所述回气管上设有一个三通电磁阀，所述三通电磁阀的进气端连通回气管，其中一个出气端连接气囊的回气口，另一个出气端连接只能向外排气的单向阀，所述控制器的信号输出端通过信号线连接三通电磁阀。

所述呼吸器内固定有压力传感器，所述压力传感器用于感受潜水员的咬合力，所述压力传感器通过信号线连接控制器的信号输入端，所述供氧管内设有第二电磁阀，所述控制器的信号输出端通过信号线连接第二电磁阀。

所述氧气瓶内设有气压传感器，所述气压传感器通过信号线连接控制器的信号输入端，所述呼吸器内设有扬声器或振动器，所述控制器的信号输出端通过信号线连接扬声器或振动器。

所述气囊的内壁固定有氧气含量传感器，所述氧气含量传感器通过信号线连接控制器的信号输入端。

装置还包括保护盒，所述保护盒为一侧开口的金属盒体，所述保护盒的开口侧由橡胶膜密封，所述气囊一侧固接在保护盒内的其中一面，所述保护盒固定气囊所在面的相对面上固定有第一接触开关，所述第一接触开关通过信号线连接控制器的信号输入端。

所述气囊固接在保护盒一侧的内壁固定有第二接触开关，所述第二接触开关通过信号线连接控制器的信号输入端。

基于所述的水下呼吸装置的控制方法：

循环呼吸状态：

当压力传感器接收到压力信号的压力值大于等于设定阈值则保持第二电磁阀打开，当压力传感器无压力信号或者压力信号的压力值小于设定阈值则保持第二电磁阀关闭；

保持三通电磁阀连通气囊和面罩，同时保持第一电磁阀关闭；

补充氧气状态：

当达到补充氧气的条件时，将三通电磁阀由连通气囊和面罩，转换为连通面罩和单向阀，延时设定时间后开打第一电磁阀直至接第一触开关感应到气囊的接触信号后转为循环呼吸状态。

所述补充氧气的条件为气囊内氧气浓度低于设定值，或者循环呼吸状态维持时间达到设定时间。

当氧气瓶内压力值小于设定值时，控制扬声器或振动器报警。

当第二接触开关感应到气囊的接触信号后，控制扬声器或振动器报警，同时打开第一电磁阀直至接第一触开关感应到气囊的接触信号。

本发明的优点在于简化水下作业供氧设备，能够携带纯氧进行水下作业，提高氧气瓶的含氧量，从而可以携带小型氧气瓶，挂在胸前或侧面，从而摆脱传统背负式氧气瓶束缚，提高水下作业的灵活性。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为水下呼吸装置气囊部件结构示意图；

图2为水下呼吸装置保护盒部件结构示意图；

上述图中的标记均为：1、气囊；2、进气口；3、出气口；4、回气口；5、保护盒；6、橡胶膜；7、第一接触开关；8、第二接触开关。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

水下呼吸装置是针对现有水下呼吸装置的改进，仍需要采用现有的氧气瓶、呼吸器、面罩和控制器(电控器件)，通过增加气囊1，既能够在人体能够接受的情况下提高氧气的利用率，也能利用利用废气协调纯氧，则氧气瓶可以填充液态纯氧，所以小瓶纯氧能够与大瓶液态氧气维持相同的供气时间。

目前的水下呼吸设备均具有控制器，用于控制各个阀门的开启和关闭，本发明可以沿用常规的控制器，也可以再次开发，控制器本身并非本发明的创新点，则无需赘述，控制器需要配备电源(电池)，其与控制器一起封装在防水的密封结构内，密封结构可以固定在氧气瓶上，也可以固定在保护盒5上，甚至可以将氧气瓶、保护盒5和密封装置结合为一个整体，在配一个腰带或者背带，则可以很方便的携带。

氧气瓶的氧气出口处设有第一电磁阀，用于控制氧气瓶的开启和关闭，控制器的信号输出端通过信号线连接第一电磁阀，控制器通过输出控制信号能够控制第一电磁阀的开启和关闭。氧气瓶内设有气压传感器，气压传感器通过信号线连接控制器的信号输入端，可以通过压力传感器感应氧气瓶内的剩余氧气量，可以在氧气量低时进行报警，提醒潜水员及时返回水面。

呼吸器为潜水员潜水时咬在嘴中的供氧装置，即咬合在潜水员嘴里，用于为潜水员供氧的装置，呼吸器与供氧管一端连接，为了避免供氧管内进水，呼吸器内固定有压力传感器，压力传感器用于感受潜水员的咬合力，压力传感器通过信号线连接控制器的信号输入端，供氧管内设有第二电磁阀，控制器的信号输出端通过信号线连接第二电磁阀，则当压力传感器接收到压力信号的压力值大于等于设定阈值则保持第二电磁阀打开，当压力传感器无压力信号或者压力信号的压力值小于设定阈值则保持第二电磁阀关闭，实现避免供氧管内进水的目的。

面罩为包覆住潜水员鼻子和眼睛的游泳镜，即一种能够同时密封鼻子和眼睛的泳镜，游泳镜连通一根回气管，优选固定在鼻子部位，回气管上设有一个三通电磁阀，三通电磁阀的进气端连通回气管，其中一个出气端连接气囊1的回气口4，另一个出气端连接只能向外排气的单向阀，可以理解为三通阀截断回气管，旁通一路连接单向阀，单向阀可以避免回气管内回水。控制器的信号输出端通过信号线连接三通电磁阀，则可以利用控制器控制三通电磁阀的导通方向。

气囊1为一个具有弹性的密封球，如橡胶球，如图1所示，气囊1设有三个气口，分别为进气口2、出气口3和回气口4，第一电磁阀通过管子连接进气口2，出气口3连接供氧管的另一端，则气囊1可以作为呼气和吸气的循环媒介，也在循环过程中补充氧气，同时利用三通电磁阀排出多余废气。

为了监控气囊1内的含氧量，气囊1的内壁固定有氧气含量传感器，氧气含量传感器通过信号线连接控制器的信号输入端，可以通过氧气含量传感器实施获取含氧量状态并输送至控制器。

为了方便在装置故障或缺氧时进行报警，呼吸器内设有扬声器或振动器，控制器的信号输出端通过信号线连接扬声器或振动器，由于呼吸器接触人体，则扬声器、振动器均能向用户进行报警。

由于气囊1是一个具有弹性的橡胶件，若破损可能威胁到潜水员的生命，此外若潜水过深水压过大，挤压气囊1也会对潜水员的呼吸造成影响，为此设计一个保护盒5，保护盒5为一侧开口的金属盒体，保护盒5的开口侧由橡胶膜6密封，通过橡胶膜6密封使保护盒5为一个满足水密性的腔体，同时橡胶膜6密封能够在气囊1“呼吸”时，平衡腔体内气压的装置。

气囊1的大小一般要至少满足5次左右的呼吸量，当气囊1内气体量为5次左右的呼吸量时，约能占据保护盒5内4/5的体积，保证一定的活动空间。气囊1一侧固接在保护盒5内的其中一面，则三个气口也在该面，方便向外对接，保护盒5固定气囊1所在面的相对面上固定有第一接触开关7，第一接触开关7通过信号线连接控制器的信号输入端，可以监控气囊1的充盈状态，气囊1固接在保护盒5一侧的内壁固定有第二接触开关8，第二接触开关8通过信号线连接控制器的信号输入端，可以监控外部气管是否漏气，也能避免过度放出废气。

基于上述的水下呼吸装置的控制方法：

循环呼吸状态：

当压力传感器接收到压力信号的压力值大于等于设定阈值则保持第二电磁阀打开，当压力传感器无压力信号或者压力信号的压力值小于设定阈值则保持第二电磁阀关闭；

保持三通电磁阀连通气囊1和面罩，同时保持第一电磁阀关闭；

补充氧气状态：

当达到补充氧气的条件时，将三通电磁阀由连通气囊1和面罩，转换为连通面罩和单向阀，延时设定时间后开打第一电磁阀直至接第一触开关感应到气囊1的接触信号后转为循环呼吸状态。

补充氧气的条件为气囊1内氧气浓度低于设定值，或者循环呼吸状态维持时间达到设定时间。

当氧气瓶内压力值小于设定值时，控制扬声器或振动器报警。

当第二接触开关8感应到气囊1的接触信号后，控制扬声器或振动器报警，同时打开第一电磁阀直至接第一触开关感应到气囊1的接触信号。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。