BRPI0720750A2 - sensor acéstico para utilizaÇço em mÁscaras respiratàrias - Google Patents

Abstract

SENSOR ACéSTICO PARA UTILIZAÇçO EM MÁSCARAS RESPIRATàRIAS. Uma máscara respiratôria adaptada para ser colocada sobre o rosto de um usuário compreende um corpo de máscara incluindo uma porta de entrada de gás a ser disposta em comunicação de fluxo com a passagem respiratória do usuário para fluxo de um gás em uma vazão predeterminada através da mesma quando da inalação pelo usuário; um microfone de comunicação (30) montado no dito corpo de máscara para capturar a voz do usuário, o dito microfone de comunicação gerando sinais de som; um dispositivo de atenuação (34) para atenuar os ditos sinais de som; um monitor de som (36) para monitorar a intensidade de som perto do microfone de comunicação em uma faixa de freqúéncia predeterminada, conectado a um dispositivo controlador (38) para ativar o dispositivo de atenuação quando a intensidade de som monitorada pelo monitor de som estiver em uma faixa de nível predeterminada.

Description

"SENSOR ACÚSTICO PARA UTILIZAÇÃO EM MÁSCARAS RESPIRATÓRIAS" A invenção se refere a uma máscara respiratória com microfones na mesma.

A maioria das aeronaves é equipada com sistemas de máscara respiratória para fornecimento de oxigênio a membros da tripulação para uso em situações de emergência, por exemplo em ambientes sem oxigênio durante descompressão da aeronave. No curso dessas operações de emergência da aeronave, pilotos, oficiais de navegação e outros tripu- lantes do vôo podem colocar uma máscara respiratória que inclui um sistema de microfone e regulador de respiração por demanda. É imperativo que a máscara respiratória inclua um microfone de modo que a comunicação com outros membros da tripulação ou com o pesso- al da torre de controle durante essa situação de emergência possa ser mantida.

Na maioria dos sistemas de microfone, os sons emitidos pelo usuário ativam um microfone que converte sons recebidos em sinal de áudio para transmissão. Os sons rece- bidos pelo microfone incluem não somente a voz do usuário como também, infelizmente, ruído no fundo. Quando o usuário inala, o som do fluxo de gás através do regulador de res- piração da máscara é freqüentemente particularmente alto e é transmitido como ruído tendo um componente grande comparável tanto em freqüência como intensidade aos sons feitos por uma pessoa ao falar. Quando um de dois ou mais membros da tripulação do vôo usando máscaras está falando, o ruído gerado durante inalação por outros na tripulação pode inter- ferir seriamente com a audição ou compreensão do tripulante que fala. Além disso, quando os tripulantes são expostos a condições de emergência sob tensão, sua freqüência respira- tória é aumentada ainda mais, intensificando o nível de interferência de ruído. Essa interfe- rência apresenta um problema muito sério porque é em um tal momento de emergência que a comunicação eficaz entre os tripulantes e a torre é imperativa.

Outros se esforçaram em superar a interferência de ruído por incorporar filtros ele- trônicos e meio abafador de ruído com os sistemas de microfone. Entretanto, verificou-se que tais filtros e abafadores também filtram os sons da voz.

Outros forneceram máscaras respiratórias onde o microfone inclui uma estrutura de atenuação de ruído ou dispositivo de desativação de microfone para reduzir a quantidade de sinais de áudio gerada a partir do microfone por incapacitar eletricamente o microfone du- rante inalação pelo usuário.

Um tal dispositivo de desativação foi proposto o qual incorpora um par de contatos normalmente fechados carregado em uma mola laminada, conectada em série com o micro- fone e acoplada a uma Iingueta de incidência de ar disposta na trajetória de fornecimento de gás de modo que gás que entra deslocará essa Iingueta contra a propensão da mola para abrir os contatos e incapacitar o microfone. Um tal dispositivo apresenta a desvantagem de que o fluxo de ar que entra para ativar o interruptor pode retardar o ciclo de inalação do pilo- to, desse modo deixando um espaço de tempo antes do microfone ser cortado quando pode captar seu ruído de inalação. Além disso, a força de fluxo de ar necessária para superar a propensão da mola laminada de contato pode ser considerável e poderia interferir na opera- ção suave e responsiva.

Outro tal dispositivo de desativação inclui um dispositivo de comutação diapasão eletromagnético normalmente fechado em circuito com o microfone. Um ímã móvel é dispos- to no fluxo de ar de inalação da máscara para, após movimento do mesmo, abrir o interrup- tor diapasão para desabilitar o microfone. Como tais dispositivos de ímã/interruptor diapasão podem ser relativamente pequenos e exigem somente um mínimo de força para operar, veri- ficou-se que tais dispositivos são desejáveis para uso em aplicações de máscara respirató- ria para minimizar o volume da máscara e minimizar o peso. Nesse dispositivo de desativa- ção, o ímã é propendido por uma mola para uma posição normal espaçada a partir do inter- ruptor de tal modo que durante exalação quando o piloto está falando, o campo magnético do ímã atuando sobre o interruptor diapasão é de intensidade insuficiente para fechar esse interruptor, de modo que o circuito para o microfone seja feito e a transmissão de voz seja mantida. Após inalação pelo usuário, o fluxo de ar incide sobre o conjunto de ímã para mo- ver o ímã contra a propensão da mola helicoidal para uma posição adjacente ao interruptor diapasão de tal modo que o campo magnético interaja com o interruptor diapasão para abrir o circuito desabilitando o microfone.

Entretanto, esse dispositivo de desativação é bem sensível a ajuste. Por exemplo, a resistência da mola deve ser ajustada de modo que o interruptor seja aberto pelo ímã duran- te a inalação pelo usuário. Como a pessoa versada na técnica sabe, a resistência de uma mola pode variar à medida que o tempo passa, e, portanto, a mola deve ser ajustada regu- larmente durante operação de manutenção.

Portanto, seria vantajoso obter uma máscara respiratória com microfones na mes- ma, que tenha um dispositivo de desativação sensível a ruído de modo que tal ruído não seja captado pelo microfone, o dispositivo de desativação sendo seguro e não propenso à perturbação.

Para tratar melhor uma ou mais preocupações, em um primeiro aspecto da inven- ção, uma máscara respiratória adaptada para ser colocada sobre o rosto de um usuário, compreende

- um corpo de máscara que inclui um orifício de entrada de gás a ser disposto em comunicação de fluxo com a passagem de respiração do usuário para fluxo de um gás em um fluxo predeterminado através do mesmo após inalação pelo usuário;

- um microfone de comunicação montado no corpo de máscara para capturar a voz do usuário, o microfone de comunicação gerando sinais de som;

- um dispositivo de atenuação para atenuar os sinais de som;

- um monitor de som para monitorar a intensidade de som próximo ao microfone de comunicação em uma faixa de freqüência predeterminada, conectado a

um controlador para ativar o dispositivo de atenuação quando a intensidade de som monitorada pelo monitor de som está em uma faixa de nível predeterminada.

A máscara respiratória sem parte mecânica para atenuar o ruído de inalação tem uma operação muito estável e não requer ajuste durante operação de manutenção.

Em uma modalidade específica, a máscara respiratória compreende um segundo monitor de som para monitorar sons tendo freqüências de voz falada. Se um tal som for de- tectado, é considerado que a fala do usuário e os sinais de som não são atenuados mesmo se outros sons forem detectados pelo primeiro monitor de som. A modalidade tem a vanta- gem de transmitir voz em todas as circunstâncias, mesmo se ar respirável estiver fluindo para dentro da máscara.

Em outra modalidade, o monitor de som monitora os sinais de som gerados pelo microfone de comunicação. Essa modalidade tem a vantagem de reduzir custos por minimi- zar o número de partes da máscara respiratória. Esses e outros aspectos da invenção serão evidentes a partir de e elucidados com

referência à modalidade descrita a seguir onde:

A figura 1 é uma vista lateral diagramática de uma máscara respiratória de aerona- ve em um membro de tripulação de vôo incluindo na mesma uma montagem de microfone e dispositivo de atenuação de ruído de acordo com a presente invenção; A figura 2 é uma vista esquemática de uma primeira modalidade de uma montagem

de microfone da máscara respiratória da figura 1;

A figura 3 é um fluxograma da operação da montagem de microfone da figura 2; A figura 4 é uma vista esquemática de uma segunda modalidade de uma monta- gem de microfone da máscara respiratória da figura 1; e A figura 5 é uma vista esquemática de uma terceira modalidade de uma montagem

de microfone da máscara respiratória da figura 1.

Na descrição a seguir, numerais de referência similares serão utilizados para se re- ferir a elementos similares ou correspondentes nas diferentes figuras dos desenhos.

Com referência à figura 1, uma máscara de roto completa 10 para uso por um tripu- Iante de vôo de aeronave é fornecida e inclui uma lente 12 moldada de forma vedável em um corpo de máscara 14 para engate de vedação contra o rosto do usuário. O corpo de máscara é moldado com um alojamento regulador saliente 16 que aloja no mesmo uma montagem reguladora de demanda convencional (não mostrada) para fornecer ar respirável como oxigênio ou uma mistura de ar/oxigênio em uma pressão de fornecimento apropriada. O alojamento do regulador recebe gás respirável sob pressão a partir de uma fonte

de gás pressurizada por intermédio de uma mangueira de entrada 18 e conexão 20 acopla- da ao alojamento do regulador. Além disso, o alojamento do regulador tem montado no mesmo uma montagem de microfone, genericamente indicada em 22, encaixada no corpo da máscara para converter sons recebidos a partir do usuário em sinais de áudio para transmissão para outros membros da tripulação e para a torre de controle.

Uma tira de arnês ajustável 24 é fixada à máscara e corpo de máscara para ajustar convenientemente a máscara do rosto de forma conformável sobre a cabeça do usuário quando em uso.

Com referência à figura 2, a montagem de microfone 22 inclui um microfone 30 co- nectado a um transmissor 32 para transmissão de sinais de áudio para outros membros da tripulação e para a torre de controle.

Entre o microfone 30 e o transmissor 32, um dispositivo de atenuação 34 é conec- tado de modo que os sinais de áudio a serem transmitidos possam ser atenuados.

O dispositivo de atenuação 34 compreende pelo menos dois modos de operação.

O primeiro modo é um modo de "passagem através" no qual não modifica os sinais de som vindos do microfone 30. E o segundo modo é um modo de "atenuação" no qual ate- nua os sinais de som vindos do microfone.

O dispositivo de atenuação pode ser um interruptor e o modo de atenuação consis- te em desligar os sinais de som. Ou o dispositivo de atenuação pode ser um componente eletrônico ou uma peça de software projetada para reduzir a intensidade de sinais de som no modo de atenuação.

Um monitor de som 36 é conectado à saída do microfone 30, em paralelo ao dispo- sitivo de atenuação 34.

A saída do monitor de som 36 é orientada em direção à entrada de um controlador 38 que controla o dispositivo de atenuação 34.

Com referência à figura 3, a montagem de microfone trabalha como a seguir. Na etapa 40, o microfone 30 captura sons dentro da máscara respiratória. Os sons podem ser a voz do usuário, o ruído a partir do regulador de gás respirável durante uma fase de inalação ou qualquer ruído vindo do ambiente em volta.

A largura de banda de freqüência de uma voz falada é de aproximadamente 300 Hz a 3000 Hz. Por exemplo, em telefonia, a banda de freqüência de voz usável varia de apro- ximadamente 300 Hz a 3400 Hz.

99% da potência de uma voz falada estão abaixo do nível de 3000 Hz.

Portanto, pode ser considerado que qualquer som tendo alguma intensidade em uma faixa de freqüência acima de 3000 Hz não faz parte de uma voz falada, porém um ruído ou som parasítico.

Portanto, na etapa 42, o monitor de som 36 analisa o som capturado pelo microfone no qual uma faixa de freqüência predeterminada está fora da faixa de freqüência de voz fa- lada. Por exemplo, o monitor de som 36 analisa a faixa de freqüência acima de 10 kHz. Se, na faixa de freqüência predeterminada, um som for detectado em um certo ní- vel, isto é, acima de uma intensidade determinada, por exemplo, acima de 60 dBa, pode ser considerado que o microfone está capturando um ruído parasítico.

Uma análise espectral do ruído gerado pelo gás de inalação em uma máscara res- piratória mostrou que esse ruído é similar a um ruído branco, isto é, tem aproximadamente a mesma intensidade ao longo de uma faixa de freqüência grande. A análise mostra particu- larmente um componente de intensidade elevada acima de 10 kHz.

Portanto, se o monitor de som detectar um som com freqüências acima de 10 kHz e com intensidade acima de 60 dBa nessa faixa de freqüência, pode ser deduzido que o som está vindo do gás de inalação.

Quando o monitor de som detecta, etapa 44, um tal som, envia um sinal para o con- trolador 38. Na recepção do sinal, o controlador 38 ativa, etapa 46, o dispositivo de atenua- ção com o efeito de que os sinais de som transmitidos são atenuados durante a detecção do ruído vindo do gás de inalação. Se nenhum som for detectado nessa faixa de freqüência, o monitor de sons 44 en-

via, etapa 48, um segundo sinal para o controlador 38 que desativa, etapa 49, o dispositivo de atenuação, isto é, que coloca o dispositivo de atenuação no modo de "passar através".

Em uma segunda modalidade, figura 4, um segundo monitor de sons 50 é conecta- do em paralelo ao monitor de sons 38 na saída para o microfone 30. O segundo monitor 50 é montado para detectar um som em uma faixa de freqüên-

cia utilizada pela voz falada. Por exemplo, detecta sons em uma faixa abaixo de 500 Hz. Se um som nessa faixa de freqüência for detectado como tendo intensidade acima de um se- gundo nível predeterminado, por exemplo 60 dBa, é deduzido que o usuário está falando. Portanto, o controlador 38 é montado para não ativar o dispositivo de atenuação, mesmo se o monitor de som 36 detectar um ruído a partir do gás de inalação, isto é, na primeira faixa de freqüência predeterminada.

Em uma terceira modalidade, figura 5, um filtro 60 é instalado entre o dispositivo de atenuação e o transmissor 32. O filtro 60 é um filtro de passagem de faixa com uma largura de banda dentro da largura de banda de voz falada, isto é, a partir de 300 Hz a 3000 Hz. Portanto, mesmo quando o dispositivo de atenuação está em um modo de "passar através", ruídos parasitas são eliminados pelo filtro 60.

Embora a invenção tenha sido ilustrada e descrita em detalhes nos desenhos e descrição supra, tal ilustração e descrição devem ser consideradas ilustrativas ou exempla- res e não restritivas; a invenção não é limitada à modalidade revelada. Por exemplo, os monitores de sons podem ser conectados a um segundo microfone

tendo uma resposta acústica diferente do microfone 30.

O microfone 30 pode ser selecionado para ser particularmente sensível a sinais de voz e com poucas distorções dentro da largura de banda de voz. E o segundo microfone pode ser escolhido para obter uma resposta de largura de banda larga porém sem nenhuma exigência referente à distorção.

A montagem de microfone pode ser desenvolvida como um painel impresso eletrô- nico utilizando componentes análogos discretos como filtro, amplificadores operacionais utilizados para amplificar os sinais e comparar os mesmos a níveis predeterminados, e componentes lógicos para controlar o comportamento do painel.

Pode ser também desenvolvido como um painel digital ou um painel analógi- co/digital misto, utilizando software e processador de sinais digitais (DSP) para incorporar as funções descritas acima.

Por exemplo, um conversor de analógico em digital pode converter os sinais trans- mitidos pelo microfone 30 em um fluxo de números inteiros representativos dos sons captu- rados.

O fluxo de números inteiros é processado por um processador gerenciado por soft- ware para analisar as características dos sons capturados e determinar a atenuação a apli- car como explicado acima.

Claims (5)

1. Máscara respiratória adaptada para ser colocada sobre o rosto de um usuário, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um corpo de máscara (14) incluindo uma porta de entrada de gás (18, 20) a ser disposta em comunicação de fluxo com a passagem respiratória do usuário para fluxo de um gás em uma vazão predeterminada através da mesma quando da inalação pelo usuário; um microfone de comunicação (30) montado no dito corpo de máscara para capturar a voz do usuário, o dito microfone de comunicação gerando sinais de som; um dispositivo de atenuação (34) para atenuar os ditos sinais de som; um monitor de som (36) para monitorar a intensidade de som perto do microfone de comunicação em uma faixa de freqüência predeterminada, conectado a um dispositivo controlador (38) para ativar o dispositivo de atenuação quando a intensidade de som monitorada pelo monitor de som estiver em uma faixa de nível predeterminada.

2. Máscara respiratória, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a faixa de freqüência predeterminada está aproximadamente acima de 10 kHz e a faixa de nível predeterminada está aproximadamente acima de 60 dBa.

3. Máscara respiratória, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende um segundo monitor de som (50) para monitorar a intensidade de som perto do microfone de comunicação em uma segunda faixa de freqüência predeterminada, a dita faixa de freqüência estando aproximadamente abaixo de 500 Hz, e o dito controlador (38) sendo adaptado para não ativar o dispositivo de atenuação quando a intensidade de som monitorada pelo segundo monitor de som estiver acima de 60 dBa.

4. Máscara respiratória, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADA pelo fato de que os primeiro e segundo monitores estão monitorando os sinais de som gerados pelo dito microfone de comunicação.

5. Máscara respiratória, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende um filtro (60) para filtrar os sinais de som tendo uma freqüência fora de uma banda de freqüência de voz falada.