BRPI0720750B1 - Respiratory mask adapted to be placed on a user's face - Google Patents

Description

“MÁSCARA RESPIRATÓRIA ADAPTADA PARA SER COLOCADA SOBRE O ROSTO DE UM USUÁRIO” A invenção refere-se a uma máscara respiratória possuindo 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 tripulantes 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 recebidos pelo microfone incluem não somente a voz do usuário como também, infelizmente, ruído de fundo. Quando o usuário inala, o som do fluxo de gás através do regulador de respiração da máscara é freqüentemente particularmente alto e é transmitido como ruído tendo um componente grande comparável tanto em frequência 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 a inalação por outros na tripulação pode interferir seriamente com a audição ou compreensão do tripulante que fala. Além disso, quando os membros da tripulação são expostos a condições de emergência sob tensão, sua taxa de respiração é aumentada ainda mais, intensificando o nível de interferência de ruído. Essa interferência apresenta um problema muito sério porque é em tal momento de emergência que a comunicação efetiva entre os membros da tripulação e a torre é imperativa.

Outros se esforçaram em superar a interferência de ruído incorporando filtros eletrônicos e meios abafadores de ruído aos sistemas de microfone. Entretanto, verificou-se que tais filtros e abafadores também filtram os sons da fala.

Outros forneceram máscaras respiratórias em que 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 desabilitando eletricamente o microfone durante a inalação pelo usuário.

Um tal dispositivo de desativação foi proposto o qual incorpora um par de contatos normalmente fechados carregado em uma mola laminada, conectado em série com o microfone e acoplado a uma lingueta de incidência de ar disposta na trajetória de fornecimento de gás de modo que o gás que entra deslocará essa lingueta contra a propensão da mola para abrir os contatos e desabilitar o microfone. Tal dispositivo apresenta a desvantagem de que o fluxo de ar que entra para ativar o interruptor pode retardar o ciclo de inalação do piloto, desse modo, deixando um espaço de tempo antes de o 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 podería interferir na operação responsiva e suave.

Outro tal dispositivo de desativação inclui um dispositivo de comutação diapasão eletromagnético normalmente fechado em circuito com o microfone. Um ímã móvel é disposto no fluxo de ar de inalação da máscara para, quando do movimento da mesma, abrir o comutador ou interruptor diapasão para desabilitar o microfone. Como tais dispositivos de ímã/comutador diapasão podem ser relativamente pequenos e exigir somente um mínimo de força para operar, verificou-se que tais dispositivos são desejáveis para uso em aplicações de máscara respiratória para minimizar o volume e o peso da máscara.Tlesses~dispositivos de desativação, o ímã é propelido por uma mola para uma posição normal espaçada a partir do comutador de modo que, durante exalação quando o piloto está falando, o campo magnético do ímã atuando sobre o comutador diapasão seja de intensidade insuficiente para fechar esse comutador, de modo que o circuito para o microfone seja feito e a transmissão de voz seja mantida. Quando da inalação pelo usuário, o fluxo de ar incide sobre o conjunto de ímã para mover o ímã contra a propensão da mola helicoidal para uma posição adjacente ao comutador diapasão de modo que o campo magnético interaja com o comutador 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 comutador seja aberto pelo ímã durante a inalação pelo usuário. Como o versado na técnica sabe, a resistência de uma mola pode variar à medida que o tempo passa, e, portanto, a mola deve ser ajustada regularmente durante a operação de manutenção.

Portanto, seria vantajoso obter uma máscara respiratória possuindo microfones na mesma, que tenha um dispositivo de desativação sensível ao ruído de modo que tal ruído não seja captado pelo microfone, o dispositivo de desativação sendo seguro ou confiável e não propenso à perturbação.

Para tratar melhor uma ou mais preocupações, em um primeiro aspecto da invenção, uma máscara respiratória adaptada para ser colocada sobre o rosto de um usuário, compreende: - um corpo de máscara que inclui 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 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 para atenuar os ditos sinais de som; - um monitor de som para monitorar a intensidade de som perto do microfone de comunicação em uma faixa de frequência predeterminada, conectado a - um controlador para ativar o dispositivo de atenuação quando a intensidade de som monitorada pelo monitor de som estiver 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 frequências de voz falada. Se um tal som for detectado, é considerado como 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 vantagem de transmitir voz em todas as circunstâncias, mesmo sê'ar respírável 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 minimizar o número de partes da máscara respiratória.

Esses e outros aspectos da invenção ficarão 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 aeronave em um membro de tripulação de vôo incluindo na mesma um conjunto 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 um conjunto de microfone da máscara respiratória da figura 1; - A figura 3 é um fluxograma da operação do conjunto de microfone da figura 2; - A figura 4 é uma vista esquemática de uma segunda modalidade de um conjunto de microfone da máscara respiratória da figura 1; e - A figura 5 é uma vista esquemática de uma terceira modalidade de um conjunto de microfone da máscara respiratória da figura 1.

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

Com referência à figura 1, uma máscara de rosto completa 10 para uso por um tripulante 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 de regulador saliente 16 que aloja no mesmo um conjunto regulador de demanda convencional (não mostrado) para fornecer ar respirável tal 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 pressurizado 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 um conjunto de microfone, genericamente indicado em 22, encaixado dentro do 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 de rosto de forma conformável sobre a cabeça do usuário quando em uso.

Com referência à figura 2, o conjunto de microfone 22 inclui um microfone 30 conectado 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, urrTdispositiVo de atenuação 34 é conectado 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 se modificam os sinais de som vindos do microfone 30. E o segundo modo é um modo de “atenuação” no qual se atenuam os sinais de som vindos do microfone. O dispositivo de atenuação pode ser um comutador ou interruptor e o modo de atenuação consiste 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 dispositivo de atenuação 34. A saída do monitor de som 36 é direcionada para a entrada de um controlador 38 que controla o dispositivo de atenuação 34.

Com referência à figura 3, o conjunto 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 do regulador de gás respirável durante uma fase de inalação ou qualquer ruído vindo do ambiente em volta. - A largura de banda de frequência de uma voz falada é, aproximadamente, de 300 Hz a 3000 Hz. Por exemplo, em telefonia, a banda de frequência de voz usável varia de, aproximadamente, 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 frequência acima de 3000 Hz não é parte de uma voz falada, mas 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 frequência predeterminada está fora da faixa de frequência de voz fa- iada. Por exemplo, o monitor de som 36 analisa a faixa de frequência acima de 10 kHz.

Se, na faixa de frequência predeterminada, um som for detectado em um certo nível, 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 respiratória mostrou que esse ruído é similar a um ruído branco, isto é, tem aproximadamente a mesma intensidade ao longo de uma faixa de frequência grande. A análise mostra particularmente um componente de intensidade elevada acima de 10 kHz.

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

Quando o monitor de som detecta, na etapa 44, um tal som, ele envia um sinal para o controlador 38. Na recepção do sinal, o controlador 38 ativa, na etapa 46, o dispositivo de atenuação 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 frequência, o monitor de sons 44 envia, na etapa 48, um segundo sinal para o controlador 38 que desativa, na etapa 49, o dispositivo de atenuação, isto é, que coloca o dispositivo de atenuação no modo de “passagem através".

Em uma segunda modalidade, figura 4, um segundo monitor de som 50 é conectado em paralelo ao monitor de som 38 na saída para o microfone 30. O segundo monitor 50 é configurado para detectar um som em uma faixa de frequência utilizada pela voz falada. Por exemplo, ele detecta sons em uma faixa abaixo de 500 Hz. Se um som nessa faixa de frequência for detectado como tendo intensidade acima de um segundo nível predeterminado, por exemplo, 60 dBa, é deduzido que o usuário está falando. Portanto, o controlador 38 é configurado 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 frequência 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 passa-faixa com uma largura de banda dentro da largura de banda de voz falada, isto é, de 300 Hz a 3000 Hz. Portanto, mesmo quando o dispositivo de atenuação está em um modo de “passagem 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 exemplares e não restritivas; a invenção não é limitada à modalidade revelada.

Por exemplo, os monitores de som 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, mas sem nenhuma exigência quanto à distorção. O conjunto de microfone pode ser desenvolvido como uma placa impressa eletrônica utilizando componentes análogos discretos, tais como filtro, amplificadores operacionais utilizados para amplificar os sinais e comparar os mesmos com níveis predeterminados, e componentes lógicos para controlar o comportamento da placa.

Pode ser também desenvolvido come- uma placa digital ou uma placa analógi-ca/digital mista, 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 transmitidos pelo microfone 30 em um fluxo de números inteiros representativos dos sons capturados. O fluxo de números inteiros é processado por um processador gerenciado por software para analisar as características dos sons capturados e determinar a atenuação a aplicar como explicado acima.

REIVINDICAÇÕES

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 frequência predeterminada, conectado a um 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 frequência 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.