【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及防毒面具，尤其涉及一種具備實(shí)時(shí)作業(yè)狀態(tài)感知功能的防毒面具。
技術(shù)介紹
1、防毒面具是用于呼吸道防護(hù)的重要裝備，保護(hù)人員頭面部、呼吸道免受有毒有害氣體/物質(zhì)造成的傷害。作業(yè)狀態(tài)下，防毒面具通過(guò)濾毒罐凈化或外部氣源等方式向人員提供潔凈空氣，形成“人-機(jī)-環(huán)”系統(tǒng)，復(fù)雜環(huán)境下系統(tǒng)的狀況直接關(guān)乎人員生命安全，其中人員負(fù)荷、裝備失效時(shí)間、裝備氣密性等狀態(tài)感知受限于空間，一直是該領(lǐng)域的技術(shù)難題，現(xiàn)有技術(shù)存在檢測(cè)信息單一、通用性差、不便捷等缺點(diǎn)，離實(shí)際應(yīng)用還存在較大差距。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為克服現(xiàn)有防毒面具存在檢測(cè)信息單一、通用性差、不便捷的技術(shù)缺陷，本專利技術(shù)提供了一種具備實(shí)時(shí)作業(yè)狀態(tài)感知功能的防毒面具。
2、本專利技術(shù)提供了一種具備實(shí)時(shí)作業(yè)狀態(tài)感知功能的防毒面具，包括防毒面罩，還包括濾毒罐、狀態(tài)感知裝置和連接軟管，濾毒罐連接至防毒面罩上，濾毒罐上設(shè)置有電子標(biāo)簽；狀態(tài)感知裝置包括mcu微處理器、rifd非接觸讀寫模塊、毒劑濃度檢測(cè)模塊、氣體壓差檢測(cè)模塊、三軸加速度檢測(cè)模塊、聲光報(bào)警模塊、顯示屏與按鍵模塊、dc電源和無(wú)線藍(lán)牙通訊模塊，rifd非接觸讀寫模塊、毒劑濃度檢測(cè)模塊、氣體壓差檢測(cè)模塊、三軸加速度檢測(cè)模塊、聲光報(bào)警模塊、顯示屏與按鍵模塊和無(wú)線藍(lán)牙通訊模塊分別與mcu微處理器電連接，dc電源為狀態(tài)感知裝置供電；其中毒劑濃度檢測(cè)模塊的毒劑進(jìn)氣口和氣體壓差檢測(cè)模塊的呼氣進(jìn)氣口分別設(shè)置在狀態(tài)感知裝置外殼的頂部，氣體壓差檢測(cè)模塊的呼氣進(jìn)氣口通過(guò)連接軟管與防毒面罩的呼吸檢測(cè)
3、優(yōu)選的，狀態(tài)感知裝置通過(guò)氣體壓差檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)佩戴人員工作業(yè)狀態(tài)下呼吸產(chǎn)生的防毒面罩內(nèi)外壓力差，利用公式①計(jì)算得到呼吸頻率rr，利用公式②計(jì)算得到吸氣流量tl，
4、rr＝60÷(ti-ti-1)?????????????????①
5、公式①中，rr表示呼吸頻率值，單位為bpm；ti表示本次達(dá)到壓差峰值時(shí)的時(shí)間，單位為s；ti-1為上一次達(dá)到壓差峰值時(shí)的時(shí)間，單位為s；
6、tl＝a×δp2+b×δp+c?????????②
7、公式②中，tl表示吸氣流量，單位為l/min；δp表示面罩內(nèi)外壓差值，單位為pa；a、b、c均表示常量系數(shù)；
8、狀態(tài)感知裝置通過(guò)比對(duì)呼吸過(guò)程中防毒面罩內(nèi)壓差的變化，判斷防毒面具是否因跑動(dòng)導(dǎo)致漏氣，mcu微處理器通過(guò)聲光報(bào)警模塊及時(shí)提醒佩戴人員調(diào)整面具；
9、狀態(tài)感知裝置通過(guò)三軸加速度檢測(cè)模塊檢測(cè)佩戴人員的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并結(jié)合得到的呼吸頻率rr，評(píng)估佩戴人員的作業(yè)能力等級(jí)，其中作業(yè)能力等級(jí)分為四級(jí)；i級(jí)時(shí)，呼吸頻率rr的范圍為8～24bpm，則mcu微處理器給出“正常作業(yè)”的提示；ii級(jí)時(shí)，三軸加速度檢測(cè)模塊檢測(cè)佩戴人員處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，且呼吸頻率rr的范圍為25～35bpm，則mcu微處理器給出“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下有疲勞感，可繼續(xù)作業(yè)，需要關(guān)注其生理持續(xù)變化情況”的提示；iii時(shí)，三軸加速度檢測(cè)模塊檢測(cè)佩戴人員處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，且呼吸頻率rr的范圍大于等于35bpm，則mcu微處理器給出“達(dá)到身體負(fù)荷極限，能進(jìn)行短時(shí)作業(yè)，應(yīng)立即休息或退出作業(yè)”的提示；iv時(shí)，三軸加速度檢測(cè)模塊檢測(cè)佩戴人員處于靜止?fàn)顟B(tài)，且呼吸頻率rr的范圍為大于25bpm或小于7bpm，則mcu微處理器給出“靜止下意識(shí)模糊或無(wú)意識(shí)，無(wú)信息交流，不能自主行動(dòng)，無(wú)作業(yè)能力，急需救治”的提示；實(shí)際操作中，mcu微處理器可以將提示信息通過(guò)狀態(tài)感知裝置的顯示屏顯示，也可以將提示信息通過(guò)無(wú)線藍(lán)牙通訊模塊傳輸至手機(jī)或電腦等編寫終端進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；狀態(tài)感知裝置通過(guò)毒劑濃度檢測(cè)模塊檢測(cè)環(huán)境中毒劑的濃度，結(jié)合得到的吸氣流量和從濾毒罐上的電子標(biāo)簽中讀取的床層吸附動(dòng)力學(xué)參數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算濾毒罐已吸附毒劑總量，并預(yù)測(cè)濾毒罐剩余防護(hù)時(shí)間，及時(shí)提醒作業(yè)人員撤出毒劑沾染區(qū)域，其中吸附總量計(jì)算及預(yù)警模型為公式③，
10、a0＝a1+a2?????????????????????③
11、公式③中，a0表示該濾毒罐針對(duì)某種毒劑的初始吸附總量，單位為mg；a1表示該濾毒罐針對(duì)該毒劑的已吸附量，單位為mg；a2表示該濾毒罐針對(duì)該毒劑的剩余可吸附量，單位為mg；
12、
13、公式④中，t0表示開始佩戴面具的時(shí)間，單位為min；t1表示結(jié)束佩戴面具的時(shí)間，單位為min；ct表示環(huán)境毒劑濃度，單位為mg/l；
14、
15、公式⑤中，ts表示濾毒罐針對(duì)某種毒劑的預(yù)計(jì)剩余防護(hù)時(shí)間，單位為min；表示前1分鐘內(nèi)平均吸氣流量，單位為l/min；表示前1分鐘內(nèi)環(huán)境中該種毒劑的平均濃度，單位為mg/l；l表示濾毒罐的炭層高度，單位為cm；s表示濾毒罐的炭層橫截面積，單位為cm2；kv表示濾毒罐針對(duì)該毒劑的一級(jí)吸附速率常數(shù)，單位為min-1；cb為該毒劑規(guī)定的idlh(立即威脅生命和健康)濃度值，單位為mg/l。
16、優(yōu)選的，使用時(shí)，狀態(tài)感知裝置先從濾毒罐的電子標(biāo)簽中讀取當(dāng)前濾毒罐信息，包括濾毒罐的炭層橫截面積s、濾毒罐的炭層高度l、結(jié)束佩戴面具的時(shí)間t1以及針對(duì)不同毒劑的當(dāng)前濾毒罐針對(duì)某種毒劑的初始吸附總量a0、當(dāng)前濾毒罐針對(duì)該毒劑的已吸附量a1、濾毒罐針對(duì)該毒劑的一級(jí)吸附速率常數(shù)kv、該毒劑規(guī)定的idlh(立即威脅生命和健康)濃度值cb，然后判斷當(dāng)前濾毒罐是否使用過(guò)，若使用過(guò)且上一次防護(hù)對(duì)象存在物理吸附類、難消解毒劑，或上一次防護(hù)對(duì)象僅為可自消解毒劑但間隔時(shí)間未達(dá)到規(guī)定的限值，則禁止使用當(dāng)前濾毒罐，并重新更換濾毒罐；針對(duì)存在多種毒劑的環(huán)境，濾毒罐最終的預(yù)計(jì)剩余防護(hù)時(shí)間以各種毒劑中最短剩余防護(hù)時(shí)間為準(zhǔn)。
17、本專利技術(shù)提供的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下技術(shù)效果：本專利技術(shù)提出的一種具備實(shí)時(shí)作業(yè)狀態(tài)感知功能的防毒面具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)成本低、便攜性好、實(shí)際應(yīng)用性強(qiáng)，在保證濾毒罐有效防護(hù)時(shí)間的基礎(chǔ)上，只需對(duì)傳統(tǒng)面具進(jìn)行簡(jiǎn)單的改進(jìn)，在保證防毒面具防護(hù)性能的基礎(chǔ)上，通過(guò)狀態(tài)感知裝置檢測(cè)人員的呼氣和吸氣動(dòng)作、呼吸氣壓變化、呼吸頻率以及吸氣流量等信息，分析判斷作業(yè)狀態(tài)，并進(jìn)行聲光報(bào)警和無(wú)線傳輸，提醒佩戴人員及時(shí)撤離染毒區(qū)域，保障人員生命安全。
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1.一種具備實(shí)時(shí)作業(yè)狀態(tài)感知功能的防毒面具，包括防毒面罩(1)，其特征在于，還包括濾毒罐(2)、狀態(tài)感知裝置(9)和連接軟管(5)，濾毒罐(2)連接至防毒面罩(1)上，濾毒罐(2)上設(shè)置有電子標(biāo)簽(3)；狀態(tài)感知裝置(9)包括MCU微處理器、RIFD非接觸讀寫模塊、毒劑濃度檢測(cè)模塊、氣體壓差檢測(cè)模塊、三軸加速度檢測(cè)模塊、聲光報(bào)警模塊、顯示屏與按鍵模塊、DC電源和無(wú)線藍(lán)牙通訊模塊，RIFD非接觸讀寫模塊、毒劑濃度檢測(cè)模塊、氣體壓差檢測(cè)模塊、三軸加速度檢測(cè)模塊、聲光報(bào)警模塊、顯示屏與按鍵模塊和無(wú)線藍(lán)牙通訊模塊分別與MCU微處理器電連接，DC電源為狀態(tài)感知裝置(9)供電；其中毒劑濃度檢測(cè)模塊的毒劑進(jìn)氣口(8)和氣體壓差檢測(cè)模塊的呼氣進(jìn)氣口(6)分別設(shè)置在狀態(tài)感知裝置(9)外殼的頂部，氣體壓差檢測(cè)模塊的呼氣進(jìn)氣口(6)通過(guò)連接軟管(5)與防毒面罩(1)的呼吸檢測(cè)口(4)相連，無(wú)線藍(lán)牙通訊模塊的天線(7)位于狀態(tài)感知裝置(9)外殼的頂部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具備實(shí)時(shí)作業(yè)狀態(tài)感知功能的防毒面具，其特征在于，狀態(tài)感知裝置(9)通過(guò)氣體壓差檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)佩戴人員工作業(yè)狀態(tài)
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具備實(shí)時(shí)作業(yè)狀態(tài)感知功能的防毒面具，其特征在于，使用時(shí)，狀態(tài)感知裝置(9)先從濾毒罐(2)的電子標(biāo)簽(3)中讀取當(dāng)前濾毒罐(2)信息，包括濾毒罐(2)的炭層橫截面積S、濾毒罐(2)的炭層高度L、結(jié)束佩戴面具的時(shí)間t1以及針對(duì)不同毒劑的當(dāng)前濾毒罐(2)針對(duì)某種毒劑的初始吸附總量a0、當(dāng)前濾毒罐(2)針對(duì)該毒劑的已吸附量a1、濾毒罐(2)針對(duì)該毒劑的一級(jí)吸附速率常數(shù)kv、該毒劑規(guī)定的IDLH濃度值cb，然后判斷當(dāng)前濾毒罐(2)是否使用過(guò)，若使用過(guò)且上一次防護(hù)對(duì)象存在物理吸附類、難消解毒劑，或上一次防護(hù)對(duì)象僅為可自消解毒劑但間隔時(shí)間未達(dá)到規(guī)定的限值，則禁止使用當(dāng)前濾毒罐(2)，并重新更換濾毒罐(2)；針對(duì)存在多種毒劑的環(huán)境，濾毒罐(2)最終的預(yù)計(jì)剩余防護(hù)時(shí)間以各種毒劑中最短剩余防護(hù)時(shí)間為準(zhǔn)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種具備實(shí)時(shí)作業(yè)狀態(tài)感知功能的防毒面具，包括防毒面罩(1)，其特征在于，還包括濾毒罐(2)、狀態(tài)感知裝置(9)和連接軟管(5)，濾毒罐(2)連接至防毒面罩(1)上，濾毒罐(2)上設(shè)置有電子標(biāo)簽(3)；狀態(tài)感知裝置(9)包括mcu微處理器、rifd非接觸讀寫模塊、毒劑濃度檢測(cè)模塊、氣體壓差檢測(cè)模塊、三軸加速度檢測(cè)模塊、聲光報(bào)警模塊、顯示屏與按鍵模塊、dc電源和無(wú)線藍(lán)牙通訊模塊，rifd非接觸讀寫模塊、毒劑濃度檢測(cè)模塊、氣體壓差檢測(cè)模塊、三軸加速度檢測(cè)模塊、聲光報(bào)警模塊、顯示屏與按鍵模塊和無(wú)線藍(lán)牙通訊模塊分別與mcu微處理器電連接，dc電源為狀態(tài)感知裝置(9)供電；其中毒劑濃度檢測(cè)模塊的毒劑進(jìn)氣口(8)和氣體壓差檢測(cè)模塊的呼氣進(jìn)氣口(6)分別設(shè)置在狀態(tài)感知裝置(9)外殼的頂部，氣體壓差檢測(cè)模塊的呼氣進(jìn)氣口(6)通過(guò)連接軟管(5)與防毒面罩(1)的呼吸檢測(cè)口(4)相連，無(wú)線藍(lán)牙通訊模塊的天線(7)位于狀態(tài)感知裝置(9)外殼的頂部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具備實(shí)時(shí)作業(yè)狀態(tài)感知功能的防毒面具...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：潘高陽(yáng)，王平，董超，潘宏杰，趙立新，孟凡海，韓高鵬，李衛(wèi)東，王慧，文兆倫，王瑩，盧建明，馮志軍，張斌，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：山西新華防化裝備研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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