技术领域本发明属于工程装具技术领域，涉及一种排爆服，具体涉及一种智能排爆服及其控制方法。
背景技术：
排爆服是能够防护爆炸后产生的超压、碎片、冲击波，对排爆专家进行全方位的保护的特殊服饰。是排除爆炸物、移动爆炸物、销毁爆炸物、解除爆炸危险作业人员必备的人体防护装备。但是由于现有防护服对排爆人员的保护是全方位的，使得排爆人员处于一个相对封闭的环境中，而且在排爆过程中，排爆人员处于高度紧张状态，这就导致排爆人员体温容易升高，进一步导致排爆人员排汗增加。所以我们常常看到排爆人员工作后，能够在鞋中倒出大量汗液。
技术实现要素：
根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种智能排爆服及其控制方法，通过设置灵敏温湿度传感器、降温模块和控制模块，解决了现有排爆服内闷热的问题，使得排爆人员处于舒适的工作环境中。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种智能排爆服，所述智能排爆服包括排爆服本体、降温管道、水箱、泵、温湿度传感器和控制模块；所述降温管道、水箱、泵和温湿度传感器都设置在排爆服本体上。所述排爆服本体包括头盔、上衣和裤子，上衣包括护颈部分、上衣主体部分、袖子部分和防爆板。三个所述降温管道设置分别在头盔、上衣和裤子三个部位的内部，每个部位设置的降温管道都是独立的，降温管道的两端分别与设置在排爆服本体上的水箱的进水口和出水口连接，所述出水口上还设有取水管，取水管一端与出水口设置在水箱内部的一端连接，取水管另一端插入水箱内部，取水管插入水箱内部的一端端部距水箱底部的距离小于一厘米；提供动力的泵设置在降温管道上。所述头盔、上衣和裤子三个部位的内部都设有温湿度传感器，所述水箱控制模块上设有控制模块；温湿度传感器和泵分别通过导线与控制模块连接。所述降温管道为软质材料制成。所述取水管上设有两组吸水管组，每组吸水管组包含三个以上的吸水管，吸水管一端与取水管连接，另一端为自由端，每组吸水管组上的吸水管设置在同一个平面上且相邻吸水管之间的夹角相等，两组吸水管组之间相互平行且两组吸水管组间的距离等于取水管的长度。所述吸水管的自由端上设有控制阀和液压传感器，所述液压传感器与控制阀通过导线连接。所述温湿度传感器包括半导体检测单元、二次转换单元和信号处理单元，半导体检测单元中设有两个半导体应变片Rε1和Rε2安装在半径为r0的膜片上，半导体应变片受压发生变化输出电阻响应，半导体检测单元的输出端连接二次转换单元，二次转换单元接收半导体检测单元的输出信号，二次转换单元将电阻响应信号转换为脉宽信号，二次转换单元的输出端连接信号处理单元，信号处理单元解耦分析二次转换单元的输出信号，控制模块连接信号处理单元用来获得信号处理单元计算出的安装点的温度、相对湿度和大气压。所述半导体检测单元中，一个半导体应变片安装在圆心位置，另一个半导体应变片安装在以膜片圆心为中心，半径0.89r0的同心圆的位置上。一种智能排爆服的温湿度传感器的控制方法，其特征在于,所述方法步骤包括：步骤一、连接安装传感器电路，设置两个半导体应变片采集温度和气压；步骤二、调整两个半导体应变片的安装位置，确认两个半导体应变片的电阻变化量相等；步骤三、半导体应变片的电阻变化量输入到二次转换单元进行脉宽转换，输出脉宽信号；步骤四、信号处理单元接收二次转换单元输出的脉宽信号，利用道尔顿定律、应变片原理和解析法分析半导体应变片的变化量，解析出温度和水蒸气分压信息，计算出待测点的相对湿度和大气压；步骤五、信号处理单元连接控制模块。本发明有益效果是:有效解决了现有排爆服内闷热的问题，使得排爆人员处于舒适的工作环境中。附图说明下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：图1是本发明的具体实施方式的传感器中应变片的安装示意图。图2是本发明的具体实施方式的传感器的结构示意图。图3是本发明的具体实施方式的应变片的应变分布图。图4是本发明的具体实施方式的传感器工作原理结构框图。图5是本发明的具体实施方式的传感器的信号流程框图。图6是本发明的具体实施方式的脉宽信号转换电路图。图7是本发明的具体实施方式的智能排爆服的结构图。图中1为杯形支座，2为空气密封腔，3为膜片，4为半导体应变片Rε1，5为半导体应变片Rε2，6为排爆服本体，7为降温管道，8为水箱。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。一种智能排爆服，该排爆服包括排爆服本体6、降温管道7、水箱8、泵、温湿度传感器和控制模块。降温管道7、水箱8、泵和温湿度传感器都设置在排爆服本体6上。所述排爆服本体6包括头盔、上衣和裤子，其中，上衣包括护颈部分、上衣主体部分、袖子部分和防爆板。上衣主体部分的肩部位置、腰部位置以及腹部位置各设有防爆板外接装置。所述防爆板外接装置均具有锁扣装置。防爆板包括护颈部分，护胸部分和护腹部分。护腹部分以向上抬起，从而方便排爆人员穿着排爆服时候小便。防爆板的护颈部分和上衣的护颈部分粘连。防爆板的护胸部分和护腹部分均具有锁扣装置，所述防爆板的护胸部分通过其锁扣装置和防爆板外接装置的锁扣装置连接。防爆板的护腹部分的锁扣装置和防爆板外接装置的锁扣装置连接。可以将防爆板固定在上衣之上。为加强排爆人员的胸部和腹部的有效防护，防爆板通过防爆板外接装置连接在上衣主体部分上。所述排爆服本体6的头盔、上衣和裤子三个部位的内部都设有降温管道7，每个部位的降温管道7都是独立的。降温管道7的两端分别与水箱8的进水口和出水口连接。为了从水箱8内提取水份，所述出水口上设有取水管，取水管一端与出水口设置在水箱8内部的一端连接，取水管另一端插入水箱8内部，取水管插入水箱8内部的一端端部距水箱8底部的距离小于一厘米。提供动力的泵设置在降温管道7上。为了测量智能排爆服内部的温度与湿度，所述头盔、上衣和裤子三个部位的内部都设有温湿度传感器。所述水箱8控制模块上设有控制模块。温湿度传感器和泵分别通过导线与控制模块连接。由于排爆工作属于高危工作，万一发生意外爆炸，会导致排爆服表面承受巨大的压力，为了防止降温管道7对排爆人员造成意外伤害，所述降温管道7为软质材料制成。由于排爆人员在工作过程中会改变姿势，或站立、或卧倒，这样就会导致设置在排爆服本体6上的水箱8会跟着改变姿势，为了保证水箱8在任何姿势下都可以由取水管取出水来，所述取水管上设有两组吸水管组，每组吸水管组包含三个以上的吸水管，吸水管一端与取水管连接，另一端为自由端。每组吸水管组上的吸水管设置在同一个平面上且相邻吸水管之间的夹角相等，两组吸水管组之间相互平行且两组吸水管组间的距离等于取水管的长度。当水箱8倾倒后或水箱8内的水不足时，会出现个别吸水管的自由端暴露在空气中，这就会导致设置在降温管道7上的泵工作时会优先吸取空气，导致降温管道7内水不能流动，导致降温效果大大下降，为防止这种情况的发生，所述吸水管的自由端上设有控制阀和液压传感器，所述液压传感器与控制阀通过导线连接，当液压传感器感知到水的压力时，就控制控制阀开启，反之液压传感器未感知到水的压力时，就控制控制阀关闭；如此就有效避免泵工作时吸取空气的问题，提高了智能排爆服的降温可靠性。为了提高对排爆服内温度监控的灵敏度和提高响应速度，所述温湿度传感器使用解析法从多种因素激励中分离出相应的转换响应，设计了弹性膜片和杯行支座组成的干燥空气密封腔，并在膜片外表的圆心和靠周边的合适位置各配置半导体应变片。以此装置来接收空气中的多种激励信息，再经过二次变换和信号处理后，就可得到室温，相对温度和大气压等数据信息。温度量程为-10-40℃，RH％量程为0-100％，水汽分压量程为7500Pa。该装置中没有传统湿敏元件的时滞长、不稳定性和难以维护保养，从而本装置在恶劣环境中保持转换精度的长期稳定性，并便于维护。所述温湿度传感器包括半导体检测单元、二次转换单元和信号处理单元，半导体检测单元中设有两个半导体应变片Rε14和Rε25安装在半径为r0的膜片3上，半导体应变片受压电阻发生变化输出电阻响应，半导体检测单元的输出端连接二次转换单元，二次转换单元接收半导体检测单元的输出信号，二次转换单元将电阻响应信号转换为脉宽信号，二次转换单元的输出端连接信号处理单元，信号处理单元解耦分析二次转换单元的输出信号，控制模块连接信号处理单元用来显示信号处理单元计算出的安装点的温度、相对湿度和大气压。所述半导体检测单元中，两个半导体应变片的电阻变化量相等，其中一个半导体应变片安装在圆心位置，另一个半导体应变片安装在半径0.89r0的同心圆的位置上。所述二次转换单元包括两个相同的脉冲信号转换电路，一个半导体应变片对应连接一个脉冲信号转换电路，脉冲信号转换电路包括555定时器、电阻R和电容C，电阻R连接在555定时器的2号引脚和3号引脚之间，电容C连接在555定时器的2号引脚上，2号引脚和6号引脚短接，3号引脚和7号引脚短接，555定时器的7号引脚输出脉宽信号连接到信号处理单元。所述脉冲信号转换电路的脉宽转换公式为τ＝ln2·C·R，式中τ为输出脉宽，R是电路中的电阻，C为云母标准电容，脉宽输出τ与各自所接电阻R成正比。所述膜片根据半导体检测单元中的两个半导体应变片的应变变化分为正应变片区和负应变片区，以半径0.63r0的同心圆为界。所述信号处理单元中设有GPS单元和大气压数值表，GPS单元连接在信号处理单元上用来定位传感器安装点的经纬度，查询安装点的大气压数值。所述信号处理单元中设有温度饱和水汽分压表，信号处理单元利用温度调用相应的饱和水汽分压值。所述温湿度传感器设置在圆柱形的杯形支座1上，膜片3设置在杯形支座1的上表面，膜片3选用黄铜膜片，杯形支座1和黄铜膜片之间设有空气密封腔2，两个半导体应变片4和5安装在黄铜膜片的表面。所述信号处理单元利用大气中水蒸气分压力与敏感电阻之差，经二次变换后的脉宽及其对始终频率的计数之差成正比，大气环境温度与敏感元件的计数之和呈单值对应函数关系，计算出应变片所受差压值、水蒸气分压值和温度值。所述信号处理单元利用温度饱和水汽分压表，利用温度值调用相应的饱和水汽分压值，根据相对湿度的公式计算出相对湿度。一种温湿度传感器的控制方法，所述方法步骤包括：步骤一、连接安装传感器电路，设置两个半导体应变片采集温度和气压；步骤二、调整两个半导体应变片的安装位置，确认两个半导体应变片的电阻变化量相等；步骤三、半导体应变片的电阻变化量输入到二次转换单元进行脉宽转换，输出脉宽信号；步骤四、信号处理单元接收二次转换单元输出的脉宽信号，利用道尔顿定律、应变片原理和解析法分析半导体应变片的变化量，解析出温度和水蒸气分压信息，计算出待测点的相对湿度和大气压；步骤五、信号处理单元连接控制模块，控制模块接收待测点的温度、相对湿度和气压信息。所述信号处理单元利用大气中水蒸气分压力与敏感电阻半导体应变片之差，经二次变换后的脉宽及其对始终频率的计数之差成正比，大气环境温度与敏感电阻的计数之和的对数成反比关系，计算出应变片所受差压值ΔP、水蒸气分压PW和温度值t。所述信号处理单元利用温度饱和水汽分压表，根据温度值调用相应的饱和水汽分压值，根据相对湿度的公式计算出相对湿度，式中为相对湿度，PWS为大气压中在某一温度下的饱和水汽分压力。一、大气状态参数道尔顿定律指出，混合大气的总压力等于各组成气体的分压力之和，如公式(1)所示：PM＝Pd+PW(Pa)(1)式中PM(Pa)为混合气体的总压力，Pd(Pa)为干燥大气的分压力，PW(Pa)为空气中所含水蒸气分压力，其中PW在PM占最大份额，仅为5％左右，故PM和Pd压力均比较接近标准大气压。相对湿度的公式为：式中表示相对湿度，PWS为大气压在某一温度下，饱和水汽分压力(Pa)，它随温度而变，可通过已知温度查表或由回归拟合曲线方程求得。由公式(1)可得，若通过仪表能测出差压PM–Pd，即可计算出PW，再以所测温度，在湿空气密度、水蒸气压力、含湿量对照表中找到PWS，便可由公式(2)算出相对湿度二、应变片及其转换特性传感器中应变片的安装示意图如图1所示，传感器的结构示意图如图2所示，应变片的转换特性及应变分布如图3所示。温集成度相对湿度气压传感器整体是一个圆柱外形外壳，外壳包括杯形支座1和黄铜膜片，黄铜膜片覆盖在杯形支座1上，二者之间形成一个空气密封腔2，两个半导体应变片安装在黄铜膜片上，通过测量半导体应变片的电阻变化计算出温湿度传感器安装环境中的温度、相对湿度和大气压数据。分析计算温度、相对湿度和大气压所需的二次转换单元、信号处理单元可以安装在黄铜膜片上，也可以安装在杯形支座的侧边，通过线路连接传递信号。混合大气压PM均匀作用于弹性膜片的外表面，于是膜片两侧的差压为：ΔP＝PM–Pre＝PW+Pd-Pre(Pa)(3)式中Pre＝4·104(Pa)为密封腔中设定的参照压力，Pd＝101325(Pa)为标准大气压，从而可算出大气中水汽分压力PW(Pa)在差压ΔP作用下，膜片表面上应力和应变的分布如下式所示：径向应力：径向应变：式中，本发明中选用黄铜膜片弹性更好，E(Pa)为膜片弹性模量，约为7*1010Pa，μ约为0.33，为泊松比，r0为膜片3的外半径40(mm)，h为膜片3的膜片厚度0.1(mm)，b为杯形支座的厚度5(mm)，杯形支座的高度10(mm)，ΔP作用在膜片两侧的差压(Pa)，r(mm)为观察点的半径。若将已知常数代入(4)式，可得圆心应力σr＝0＝8*104*ΔP(Pa)(6)应变片的灵敏系数Kε和转换特性如公式(7)所示：ΔRϵR0=Kϵ*ϵ---(7)]]>式中R0为t＝0℃和εr＝0时应变片电阻(Ω)，Kε约为125，ΔRε则为应变片在εr激励下电阻的变化量(Ω)，将(6)式代入(7)可得：ΔRϵR0=107*ΔPE---(8)]]>若将E＝7*1010Pa代入式可知，应变片所能输出的相对电阻变化，在最大量程下也只有10-2量级，故需在装置中加入二次变换和信号处理电路，以获取所需的灵敏度和分辨力。三、二次变换和信号传送流程工作原理结构框图如图4所示，温湿度传感器包括半导体检测单元、二次转换单元、信号处理单元，半导体检测单元中设有两个半导体应变片，半导体应变片受压电阻发生变化输出电阻响应，半导体检测单元的输出端连接二次转换单元，二次转换单元接收半导体检测单元的输出信号，二次转换单元将电阻响应信号转换为脉宽信号，二次转换单元的输出端连接信号处理单元，信号处理单元解耦分析二次转换单元的输出信号，控制模块连接信号处理单元接收信号处理单元计算出的安装点的温度、相对湿度和大气压。信号流程框图如图5所示，二次转换单元包括两个相同的脉冲信号转换电路，脉冲信号转换电路由555定时器C1和C2组成，二次转换单元和信号处理单元还设有选通开关，选用C3开关，信号处理单元主要组成为C4单片机。图5中Rε1和Rε2在PW和t激励下，各自产生不同的R1和R2响应，它们经两个相同的脉冲信号转换电路的C1、C2芯片555变换后，各自产生τ1和τ2(S)脉宽输出，该脉宽信号经C3开关选通后再送至C4单片机进行信号处理。脉冲信号转换电路如图6所示，电阻R连接在C定时器555的2号引脚和3号引脚之间，电容C连接在555定时器的2号引脚上，2号引脚和6号引脚短接，3号引脚和7号引脚短接，555定时器的7号引脚输出脉宽信号连接到信号处理单元。由于应变片的不同，两个脉冲电路中的电阻和输出脉宽可以用R1和R2、τ1和τ2表示。脉宽转换公式：τ＝ln2·C·R(S)对应到两个脉冲信号转换电路即为：τ1＝ln2·C0·R1(S)(9)τ2＝ln2·C0·R2(S)(10)式中τ1和τ2为两个半导体应变片对应的两路脉宽输出信号，R1和R2为半导体应变片的电阻变化值计量单位为Ω，C0(F)为云母标准电容，约为0.72×10-6F，上式表明脉宽输出与各自所接电阻R1和R2成正比。四、在多因素输入时，合成响应的解耦处理在τ1和τ2中隐含有水汽分压PW和温度t两种信息，如何能让其在后续的数据处理中分离，需通过数据解耦技术来实现信息分离和复原。R1和R2电阻变化公式为：R1=R0·EXP[B(1T-1T0)]+ΔRϵ1(Ω)---(11)]]>R2=R0·EXP[B(1T-1T0)]+ΔRϵ2(Ω)---(12)]]>式中R0＝1000Ω为基准电阻；B＝4850(K)为半导体应变片的阻温系数；T0＝273(K)为参照温度；T(K)为输入温度；ΔRε1和ΔRε2分别为R1和R2在大气压力激励下各自产生的电阻增量。由以上两式可知，如能让ΔRε1和ΔRε2数值相同，但正负相反，即(11)和(12)式可变成：R1=R0·EXP[B(1T-1T0)]+ΔRϵ(Ω)---(13)]]>R2=R0·EXP[B(1T-1T0)]-ΔRϵ(Ω)---(14)]]>将以上两式相减或相加，就可分离出PW和t两种输入信息，即相加时R1+R2＝ft(T)，和相减时R1-R2＝fε(PW)，即和与差的结果只与单一输入信息一一对应，ΔRε1＝-ΔRε2＝ΔRε。参见图2，整个膜片外表面在差压ΔP作用下，以半径r＝0.63r0为界，区分为正负两个应变区。靠圆心部分内圆为正ε区，而靠周边外圆部分则为负ε区，在此两个区域的合适位置上，可以找到ε数值相等但极性相反的两个点，其一在圆心处，r1＝0，而另一点经(5)式计算为r2＝0.89r0处。在此两点上配置两片性能相同的半导体应变片，并让其中心与膜片上参照点重合，于是就实现了(13)和(14)式的定量关系。将(13)式加(14)式得上式中已消除了ε信息对(R1+R2)数量上的干扰，然而R1和R2分别联接到555芯片的充放电电路中，故已无法将R1和R2直接相加，此时就需经过数据运算处理来实现。若让脉宽τ1和τ2在单片机中对时钟频率f0计数，则有计数值N1和N2为：N1＝τ1·f0(16)N2＝τ2·f0(17)τ1+τ2＝(N1+N2)/f0(S)(18)联立以上公式，并经过整理可得：T=Bln[(EXPBT0)*(N1+N21000)]=4850ln[5.2*104*(N1+N2)]---(19)]]>摄氏温度：t＝T-273(℃)(20)式中各常系数是在R0＝1000Ω，C0＝7.2*10-6F和f0＝10MHZ条件下算出的。从R1和R2的二次转换信息中分离出应变和水蒸气分压PW等信息，将(13)式减去(14)式，可得R1-R2＝2ΔRε＝2R0Kε·ε(Ω)(21)再利用τ1-τ2＝(N1-N2)/f0和(5)、(9)、(10)式等联立，经整理可得，ΔP＝10·(N1-N2)(Pa)(22)公式(19)和(22)即为传感器的两种输入-输出特性方程，均有足够的灵敏度和分辨力。已知式中PWS可通过温度t经查表或下述回归方程算出，PWS＝a·EXP(b·t)(Pa)(23)式中a为6.16(Pa)，b为0.064(1/℃)为拟合常数，于是得PWS＝6.16·EXP(0.064·t)(Pa)(24)大气压力不是一个定值，随着地区海拔高度的不同而存在差异，同时还随季节温度变化而稍有改变，对PW计算可近似地用下式描述：PW＝ΔP+Pre-Bf(T)+h·8.76(Pa)(25)式中h为当地海拔高度(m)，系数8.76(Pa/m)为大气压衰减斜率，f(T)为温度修正系数可经过实验测量数据的拟合曲线而加以估算。由于在沿海地区冬夏气压变化比为1.02，而在青海地区冬夏比仅为1.0026。均随温度下降而略有增加。故当不考虑温度微小影响，且在沿海地区时，(25)式可简化为：PW＝ΔP+(Pre-B)＝10(N1-N2)+(Pre-B)(Pa)(26)本文解析过程的理论基础之一是标准大气压为常数，实际的大气压随当地海拔高度而变，当装置使用地区海拔高度与参照高度差异较大时，公式(3)中Pd应通过软件予以校正，以维持水汽分压力的数据转换精度。所以本发明在信号处理单元中设有GPS单元和大气压数值表，GPS单元连接在信号处理单元上用来定位传感器安装点的经纬度，查询安装点的大气压数值即传感器中的干燥空气腔内的分压力，结合信号处理单元计算出的大气中水蒸气分压力值，进而利用公式(1)：PM＝Pd+PW(Pa)计算出混合大气的压力值，即安装点的压力值。至此，温度、相对湿度和大气压的数值都能计算求解出来。本发明提供的温湿度传感器具有结构简单、易于实施。本发明中经解析法得到：大气中水蒸气分压力与敏感电阻之差，即经二次变换后的脉宽及其对始终频率的计数之差，成正比，而大气环境温度则与敏感元件的计数之和的对数成反比关系。本文解析过程的理论基础是物理大气压为常数，实际的大气压随当地海拔高度而变，当装置使用地区海拔高度与参照高度差异较大时，应通过软件予以校正，以维持水汽分压力的数据转换精度。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。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。