CN1047014C - 小型报警系统 - Google Patents

Abstract

运动响应报警系统，包括运动传感器，运动传感器带有一个外壳，滚珠松松地限制在外壳中转盘周围的环形空腔内。转盘上带有多个孔，这些孔穿过位于转盘一侧上的LED和位于转盘另一侧上的光电晶体管之间。通过遮住在LED和光电晶体管之间的光可以将光电晶体管的信号送到触发电路中。该电路包括其脉冲保持和间歇时间比为10%的振荡器。该装置可连接到自备呼吸装置上并且只有当使用者戴上自备呼吸装置的面罩时才启动该装置。

Description

小型报警系统

技术领域

本发明主要涉及小型报警系统，更确切地说涉及这样一种小型报警系统，其包括和自备呼吸装置一起使用的间歇式运动传感器，以便当配戴自备呼吸装置的人停止运动超过预定的时间周期时发出声音警报。

背景技术

已有过多种实例，在这些实例中重要的是设置一种能在配戴装置的人停止运动超过预定时间周期时发出声音报警的装置。这类装置的目的是使潜在的救援者能确定陷入困境和陷入困境时失去知觉的人的位置。

在已有技术中有很多装置试图提供这类信息。在授予Stumberg等人的U.S.专利5,157,378中公开了一种与压力和温度传感器相结合的运动传感器，它可以在自备呼吸装置中的压力下降或温度超过预定值或运动停止超过预定的时间周期时发出声音警报。

Davis的U.S.专利4,196,429中提供了一种供消防队员或其它工人在危险环境下使用的运动传感器，该传感器包括机械传感器、电子线路和装在其中的报警系统，这样，在运动停止超过预定的时间周期时警报器会发出声音或以其它形式报警以示该工人或其它某个人已失去能力。

已有的装置中存在许多问题。由于需要装置在配戴者的运动停止足够长的时间周期并假定他已不能运动时发出警报，因此人体运动检测器装置是所需装置的核心。此外，人体运动的特性是最难掌握的，但是对于该产品来说，由于真正需要检测的是“无运动”的状态，所以没有必要对运动进行定量。假设可在三个轴向上同时检测人体的运动，但是在此认为检测二个轴向上的运动就足够了。此外，由于与人体运动有关的加速度的幅值和频率可能较小，所以用于人体检测的传感器需要在很低的机械能输入下工作。摆锤原理是非常合适的，因为摆锤通常会产生由低能输入维持的低频振荡运动。此外，为了监视摆锤运动，可使用光电器件，因为发光二极管和光电晶体管可构成无数种结构，它们价格低、体积小且不需要机械接触。如果使用机械接触，则需要提供密封部件。可以用与把光电晶体管信号作为输入信号的装置相适应的电子线路来检测一个平面中或一个转轴周围所有360度范围内的运动。检测的分辩率取决于装置的机械精度。

发明简述

本发明提供一种运动传感器系统，其中传感器本身包括具有空腔的外壳。将一个转盘安装在空腔中使其能绕转轴自由转动。在转盘上成弧形地设置多个间隔孔。把一个位于外壳内的重物偏心地耦接到可自由转动的转盘上以便在外壳加速时使重物带动转盘围绕转轴转动。使设在转盘一侧上的光源与由转盘上的孔构成的弧形通道对准而将光探测器设置在转盘的另一侧上以便当外壳基本上同时沿至少两个垂直轴运动时通过盘的转动遮住从光源穿过孔射向光探测器的光，从而使光探测器产生输出电信号。将这样一个重物例如滚珠安装在转盘上的一个开口中，将转盘可转动地装在外壳内。将滚珠松松地限制在外壳中转盘周围的环形空腔中。该转盘包括多个孔或窗，它们必须在转盘一侧上的LED和转盘另一侧上的光电晶体管之间穿通。每当转盘上的一个洞或孔在LED和光电晶体管之间并与之对准时，就将来自光电晶体管的信号送到触发电路

由于滚珠松松地包含在环形空腔和转盘的开口中，所以运动传感器可检测垂直于转盘方向的运动。开口的宽度和滚珠在开口中合适的松度是确定装置灵敏度的一个要素。将装置设计成能与自备呼吸装置一起使用并将其设计成在人体只有呼吸而无运动时启动传感器。

转盘通过盘上的孔自由地使光通过或将光遮住，以此来触发对运动的感觉。换言之，给出的孔能够以往复的方式移入或移出LED和光电晶体管之间的直线从而建立起传感器的检测运动。传感器不需要滚珠从一个孔移到另一个孔来完成检测运动。

滚珠可以将孔移到光束中，改变其运动方向并将孔移出光束，再改变其运动方向并将同一个孔移回到光束中，这样就可以对运动进行检测。

然而，比滚珠宽的滚珠开口需要有适合上述运动的预定量，这样可降低对与人体运动无关的振动的灵敏度。

还使用了脉冲间隔定时电路，该电路只放过那些以预定速率或更快速率出现的运动脉冲，例如以一秒钟三个脉冲的间隔或更快。当转盘静止(不运动)而滚珠开始作使盘进入运动状态的运动时，由于孔中有光束穿过，所以将阻断第一运动脉冲。第二脉冲不会受阻挡，而且如果后面的脉冲出现在规定的时间间隔内，那么它们也不会受阻挡。间隔定时器和开口宽度一起形成了一个装置，该装置可控制传感器对振动和慢速运动的敏感度，而振动和慢速运动都不必作为人体的运动进行检测。用可20秒复位的时间电路能够检测出在目前的系统中未出现运动。因转盘运动而产生的运动脉冲在时间上的间隔足够小所以它们不会被间隔定时器阻挡，这些运动脉冲使20秒定时器复位。如果在整个20秒内未能复位，就要启动报警程序。

当来自LED的红外光通过转盘上的窗或孔射向光电晶体管时，输出信号接近零伏。当运动转盘遮住射向光电晶体管上的光时，输出信号接近源电压。当然，转盘的转动需要传感器运动而且由此可通过变化的输出信号来指示运动。

在上述装置全都要求得到运动指示的同时，电路中引出了适合LED的约20毫安连续电流，该电流对于自备呼吸装置上使用的电池控制的传感器来说是没必要的。因此，为了真正地降低LED电流，在大约100Hz下使LED实际上在10％的时间里处于ON而在90％的时间里处于OFF。这样，例如可使LED在一毫秒的时间里为ON而在九毫秒的时间里为OFF。当ON脉冲是20毫安时采用上述的脉冲保持和间歇时间比，得到的可接受平均值是2毫安。在100Hz的重复频率下，当转盘上的窗口允许光通过时，公知的是将有一个或多个脉冲甚至以最快速的运动通过窗口，因此转盘可能会产生最快的转动。

减小电流的技术所引发的问题是光电晶体管无法显示LED是处于ON还是处于OFF或者是转盘的窗口是否正在遮挡光束。本发明通过只在有运动出现时才形成输出信号的方式解决了这个问题。

可以用微处理机来完成报警电路的功能。微处理机可代替下述的分离元件。它们与运动传感器具有相同的功能和控制原理。微处理器使LED在10％的时间里处于ON，通过分析由传感器发出的脉冲可以完成对窗口或孔的鉴别，检测亮-暗和暗-亮转换的状态变化，在脉冲间隔定时器和门电路中对检测进行定时和按同样的标准启动或不启动报警器。所有控制动作均由微处理器控制。因此用微处理器可实现与分离元件同样的结果。

因此本发明涉及一种运动响应报警系统，该系统包括由氧气源、面罩和将氧气源接到面罩上的管道构成的自备呼吸装置；装在自备呼吸装置上用于选择性地启动系统和将氧气从气源接至面罩上的装置；接在自备呼吸装置上的运动传感器，其产生表示运动障碍的信号；状态转换输出信号装置，其耦接到运动传感器上以便接收所产生的电信号和只在有运动产生时才使它的输出信号在第一状态和第二状态之间交替转换；输出装置，其耦接到状态转换装置上以便每当状态转换装置在第一和第二状态之间转换时产生运动脉冲；间隔定时器，其阻断那些除了在时间上非常靠近的连续脉冲之外的运动脉冲；定时器，其连接到间隔定时器上用于接收运动脉冲，该定时器由运动脉冲复位并且只有当定时器未在预定的时间周期内复位时才产生报警信号；和开关装置，其响应系统装置的工作，仅在系统启动时触发运动响应报警系统。

本发明还涉及一种运动传感器，该传感器包括外壳，其内部为空腔；转盘，将该转盘安装成可在空腔中围绕转轴自由转动；多个彼此间隔的孔，这些孔在转盘上布置成弧形；处于外壳中环形腔内的重物，将该重物偏心地耦接到自由转盘上以便在外壳加速时使重物带动转盘围绕所说转轴转动；设置在转盘一侧上的光源，其对准由盘上的孔构成的弧形通道；和设置在转盘另一侧上的光探测器，这样，当外壳运动时，通过盘的转动可以遮断从光源穿过孔射向光电探测器的光从而使光探测器产生输出电信号。

本发明还涉及一种带有节电电路的运动响应报系统，该系统包括施密特触发反相器，其具有输入端和用于产生输出信号的输出端；接在反相器和地电势之间的电容器；将反相器输出端耦接到反相器输入端和电容器上的第一和第二并联电阻器R1和R2，所说第一电阻器R1的电阻值是第二电阻器R2的X倍；和只与第二电阻器R2串联的二极管，其使电容器通过第一和第二电阻器R1和R2充电至第一电平并使反相器产生第一电平输出信号和使电容连续充电达到第二电平且使反相器产生第二电平输出信号并且使电容器只通过第一电阻器R1放电，由此使振荡器电路产生的脉冲保持和间歇时间比为R1/R2，从而使振荡器在1/X的时间里处于ON并产生和输出电信号而在X-1/X的时间里处于OFF。

用晶体管接通LED，该晶体管具有与反相器输出端相连的第一端，与地电势相连的第二端和与LED相连用于产生振荡器输出信号的第三端。

对附图的简要说明

通过以下结合附图所作的详细说明，将使本发明的上述和其它目的公开的更充分，其中用相同的标号表示相同的部件，在附图中：

图1是对所提出的新型运动传感器作一般性说明的示意图；

图2是本发明所述运动传感器优选实施例的示意图；

图3是这种运动传感器变型例的全视图；

图4是已组装好的本发明运动传感器的立体图；

图5是图4所示运动传感器的总体剖面图；

图6是本发明所述运动传感器中电子系统的示意性电路图；

图7A是本发明报警系统的总体方框图；

图7B是本发明整个运动响应报警系统的电路图；

图7C是表示本发明振荡式施密特触发器工作状态的波形图；

图7D是变换状态电路中与非门工作状态的真值表；

图8是向与自备呼吸器相结合的图7B中的系统供电的电子开关的示意图；

图9是当为使用者戴上氧气罩时将图8中所用的压力操作开关转至ON上并向图7B中的电路供电的过程示意图；

图10表示用于说明图7B中的电路工作状态的波形图(a)、(b)、(c)(d)、(e)、(f)和(g)；和

图11表示当使用者的面部上戴有氧气罩并且正在吸氧时可以用图7A和图7B的电路向运动传感器系统供电的自备呼吸器。

实现本发明的最佳方式

图1是表示本文公开的新型运动传感器原理的总体示意图。如图1所示，运动传感器10包括装在外壳壁14和16之间的转盘12，该转盘能够在轴17上自由转动，轴17装在轴承18和20上。盘12上带有多个彼此隔开的孔22，这些孔呈弧形布置在转盘上。借助臂29将一个重物28偏心连接到自由转盘12上以便在外壳壁14和16运动时能通过重物28使盘12围绕轴17所形成的轴线转动。将光源，例如发光二极管24放在盘12的一侧上使之对准由盘12上的孔22形成的弧形通道而且将光探测器26放在盘12的另一侧上以便在使外壳壁14和16沿着两个垂直平面中的至少一个平面加速时，通过盘12的转动能遮住从光源24通过孔22射向光探测器26的光，这样就能在光探测器的线27上产生输出电信号。LED由供给输入导线25的电流供电。

可以看出，将接收线27上的光电晶体管信号作为输入信号的电路可以检测一个平面或一个轴向上贯穿所有360度的运动。虽然原则上用图1中的轴17可以很好地工作，但当转轴17处于90度的竖直平面中时，重物28将在轴承18和20上施加侧向载荷，这样会妨碍低能运动。

图2中示出的运动传感器10的示意图解决了上述问题。如图2所示，设置一个从盘12的周边向内延伸的开口34而且在盘的开口34中夹持有一个球形体或滚珠32，该球形体或滚珠保持在一个能使滚珠32产生运动的环形通道30中以便在外壳14、16运动时能使球形体32在通道30中滚动以此来转动转盘12并使间隔孔22阻断从LED24到达光探测器26的光。可以看出，在这种情况下，滚珠32的重量作用在通道30的表面上而且这样就不会在保持轴17的轴承18、20上产生侧面载荷。在该优选实施例中，当盘半径为0.830英寸时，相间隔的孔或窗22的增量为15度。显然，当条件发生变化时也可以使用其它尺寸。

此外，在盘12上还加设了一个附加开口35以便对盘12进行平衡和对已去除的开口34的材料进行补偿。否则，由于除去了开口34的材料重量会使盘12不平衡。

图3表示运动传感器的一种变换形式，其中轮36具有一定质量而且通过轴或臂38以任何公知的方式连接到盘12的边缘上。轮36靠在外壳壁14、16的通道30的表面上而且由于在通道中转动的质量36向下的重量被通道30吸收，所以不会形成侧向载荷。

图4是运动传感器10优选实施例的整体立体图。运动传感器10包括第一和第二相对配合的半壳体14和16，其中设有如图5所示的环形通道30。在其中的一个半壳体14上装有LED24，如图4所示，从该LED上引出输入导线25，而在另一半壳体16上装有光电晶体管26，从该光电晶体管上引出输出导线27。在一种优选形式中，可以将运动传感器10装在一个自备呼吸器(SCBA)后架上，并使盘12的平面与水平方向成60度且位于表示某个人正常向前的直线上，即，使盘的边缘面朝向前运动的方向。

图5是图4中所示装置的剖面图。如图所示，传感器10的两个半壳体14和16以相互配合的关系装在一起形成一个中间带有空腔19的外壳。将转盘12装在空腔19中使其能绕由装有盘12的轴17形成的轴线自由转动。将轴17可自由转动地安装在轴承18和20上。在外壳中形成环形通道30，该通道围绕盘12的周边延伸。滚珠32是一个夹持在图2所示盘边开口34中的球形体，该滚珠32保持在能使其形成运动的环形通道30中，以便于由半壳体14和16产生的壳体加速度能使滚珠32在通道30中产生滚动，这样就可以使盘12转动并利用盘12上的间隔孔22阻断从光源24到达盘12对面的光探测器26上的光。光源或LED24可以在红外区的频率范围内工作而光电探测器26则可以是已有技术中能够检测这种光的一种公知类型的探测器。

图6表示图5中运动传感器10的电路。由电压源40通过电阻R1向发光二极管24供电而且二极管24与地46接通。LED需要20毫安工作电流。将带有孔22的盘12插在LED24和光电晶体管26之间。电压源40通过电阻R2向光电晶体管26的集电极54供电。当来自LED24的光通过孔22并投射到光电晶体管26的光接收部分58上时，将通过导线57上的发射极56与地46相接，由此在电阻R2的两端上形成电压降并在线50上产生输出信号。

如果观察一下盘12的开口34和转动滚珠32的关系将能明显地看到，与转动滚珠32直径有关的开口32的宽度形成了对装置固有灵敏度的控制。在优选实施例中，滚珠或重物32的的直径为0.312英寸而开口宽度等于滚珠的直径加上一个附加量，该附加量的范围为滚珠直径的5％-100％。这样，在盘不运动的情况下，较宽的开口将允许滚珠32在较大的范围内运动。可用此来控制传感器的灵敏度，由于某个不运动的人或使用者仍然有某些有规律的运动例如呼吸，所以传感器的灵敏度是很重要的。

图7A是完整的光电运动探测器电路的方框图。该电路包括传感器10，如上所述传感器10产生表示运动障碍的信号。

振荡器电路60通过导线25向传感器10提供驱动信号以便在光从LED24通过孔22射向光电晶体管26时能在传感器10的输出线50上产生脉冲输出信号。状态变换装置51通过线50接收来自传感器10的脉冲输出信号并通过线78接收来自振荡器60的信号而且只有当传感器检测到有运动出现时该状态变换装置才通过线85使其输出信号在第一和第二状态之间交替转换。单稳多谐振荡器电路89起输出装置的作用并通过线85与状态转换电路51相连接而且只有当转换装置51从第一状态转到第二状态时才通过线99产生运动脉冲。脉冲间隔定时器/门电路通过线99接收来自单稳多谐振荡器电路(MV)的运动脉冲而且在运动脉冲结束后(脉冲后沿)开始另一个脉冲。第二脉冲使具有预定放电时间(即1/3秒)的电容器充电。把从电阻/电容器(RC)输出的信号与原始运动脉冲进行逻辑与运算(线99)。如果满足逻辑与的关系，那么线99上的运动脉冲将进入定时和报警电路102。如果不满足逻辑与关系(电容器已经放电)，运动脉冲将被与门锁住。未锁住的脉冲使定时和报警电路102中的可复位定时器复位。只有当定时和报警电路102在预定的时间周期内未复位时，上述电路才发出报警信号。这样，线99上的运动脉冲下降沿在由字母“X”表示的线上开始一个新的脉冲。“X”上的脉冲使电容器充电，而该电容器又通过电阻“R”放电。“C”必须保持充电以使线99上的脉冲通过与门101到达定时和报警电路102。如果“C”已放电，线99上的脉冲将不通过与门101达到定时和报警电路102。

图7B公开了图7A中所示方框图的详细电路。如图7B所示，光电运动传感器10包括发光二极管24和光探测器26。电压源40通过电阻R1连接到发光二极管24上。LED24的阴极则与振荡器电路60中晶体管62的集电极相连。当红外光从LED24穿过转盘12上的孔或窗22射向光电晶体管26时光电晶体管26导通而且输出信号接近于零，这是因为由电源40提供的电压全部落在电阻R2的两端，因此在线50上产生基本上为零的输出信号。当盘12转动遮住射向光电晶体管26的光时，由于光电晶体管26不再导通，所以输出信号接近电源40的电压。当然，盘转动是以传感器10运动为前提的，所以线50上输出信号的改变能指示运动状态。不管窗22使光电晶体管26接收到的光是从亮到暗或是从暗到亮，该系统都能正确地工作。

用例如40106A型施密特触发反相器(Schmitt trigger inverter)65与电阻器R4、R5、二极管74和电容器72一起构成一个振荡器。由于使用了施密特触发反相器65，所以该装置能产生振荡。虽然标准的反相器和门电路只有一个能使输出发生改变的输入阈电压，但是施密特触发转换器的门电路具有两个不同的输入阈电压：一个是当输入从低变高时的阈值而另一个是当输入从高变低时的阈值。

参照图7C，假设输入为低(0电压)，而输出为高(通常为3.4伏)。当输入电压增加时，在输入信号达到如图7C所示的1.7伏之前输出信号并不改变。当输入电压进一步增加时，输出信号突然转到低状态(通常为0.2伏)并停在低状态时。如果输入信号从高状态开始并逐渐向零减小，那么输出信号将停留在低状态直到输入信号达到约0.9伏。然后输出信号将突然转向高状态。

将高阈值(1.7伏)和低阈值(0.9伏)之间的差值称为滞后。对于不同类型的反相器而言，这些值是变化的，而这些固定值适用于54/7414施密特触发反相器。

由于该装置是用电池驱动的而且很显然电池的寿命是很短的，所以无法为LED提供20毫安的连续电压。这样实际上就会减少LED的电流，因此要求在约100赫兹下，使LED实际上在10％的时间里处于ON状态而实际上在90％的时间里处于OFF状态。众所周知，在100赫兹重复频率下，当盘上的开孔允许光通过时，既使对于最激烈的运动和因而使盘产生最快的转动，也会存在从LED偶联到光电晶体管上的一个或多个脉冲。因此，在这种情况下，LED会在ON上保持1毫秒而在OFF上保持9毫秒。在ON脉冲为20毫安时，能接收到的平均电流是2毫安。为了使LED在10％的时间保持ON和在90％的时间保持OFF，而将二极管74与电阻器R5相串联。由于二极管74可通过电阻器R4和R5使电容器72充电而只通过R4使电容器72放电，所以就使得振荡器电路60具有不对称输出。如果R5是0.1R4(R4比R5大10倍)，则输出信号在10％的时间里是高电平。因此，由于振荡器电路60的作用，将施密特触发反相器65的输出通过电阻器R3耦接到晶体管62的基极，由此使其以10％的频率在ON和OFF上转换，即10％为ON和90％为OFF。这使得LED在10％的时间里为ON而在90％的时间里为OFF。电阻器R3限制到达基极62的电流，其作用是如图10中的波形图(a)所示使LED转为ON。如图10中的曲线(a)所示，振荡器电路60输出的脉冲是那些当振荡器电路60在10％的时间里为ON时所产生的脉冲而20毫安LED脉冲则是在脉冲保持与间歇时间比为10％时的脉冲。传感器10中的电阻器R1将LED电流限制在20毫安。

图10中的曲线(b)表示盘12中的孔22或“窗”。随着滚珠的随机运动，开口22成为曲线(b)中的窗136，来自LED的脉冲将通过该“窗”导向光电探测器26。如果盘是“慢盘”，时间窗可以象波形136所示的那样长。如果盘是“快盘”，时间窗可以象图10的曲线(b)中的波形137所示的那样短。

因此，当窗处于允许光从LED24射向光电探测器26的状态时，运动传感器10在线50上的输出信号与振荡器在线78上的输出信号相反。这可以从图10中的波形(a)和(b)中看到。当振荡器电路60的输出信号为正向信号时，LED24向光电探测器26发射光和使光电探测器26导通，这时电压落在电阻R2两端，由此引起运动传感器10在线50上输出信号为负脉冲。这在波形(c)中表示成信号“b”。将振荡器电路60在线78上的输出设定为图10内波形(a)中的信号“a”并将传感器10在线50上的输出设定为图10内波形(c)中的信号“b”。由此可以看出，在图10中，振荡器信号134处于正向状态而传感器信号138处于负向状态。

图7B中所示的状态转换电路51包括施密特反相器80、二极管84、与非门82、二极管86和电容器88。在图10的波形(d)中用信号“c”表示施密特反相器80的输出信号而且该信号包括脉冲140，脉冲140与从传感器10输出到线50上的脉冲138相反。与非门82的输出是图10的波形(e)中所示的信号“d”。将线50上的信号“b”和从振荡器输出到线78上的信号“a”耦接至与非门82上。图7D中示出了与非门82的真值表。即当信号“a”和“b”为“0”时，从与非门82输出的信号“d”是“1”。用同样的方式，如果信号“a”是0而信号“b”是“1”，那么与非门82的输出将是“1”。如果信号“a”是“1”而信号“b”是“0”，那么与非门的输出将是“1”，如果信号“a”和“b”都是“1”，那么与非门82的输出将是“0”。这样，从施密特反相器80输出的信号“c”就能通过二极管84使电容器88充电。这些信号是图10中波形(d)所示的脉冲140。图10中的波形(f)表示电容器88上的电压。该充电电压用波形(f)中的标号144表示。

然而，当盘12中的窗或孔22闭合时，通过线50输入到施密特反相器80的信号“b”中止从而使施密特反相器80的输出信号“c”也中止。由于没有信号“b”而有信号“a”，所以，根据图7D中的真值表，与非门82产生能使电容器88通过二极管86放电的输出信号。因此，只要有需要检测的运动，电容器88就产生充电和放电。

通过线85将电容器88的充电和放电电压144耦接到单稳多谐振荡器电路89中的施密特反相器90中。施密特反相器90、电容器92、电阻器R6、二极管96和施密特反相器98共同构成单触发电路89。每当状态转换装置51中的电容器88充电时，这个单稳态电路都会产生脉冲。在施密特反相器98的输出信号中出现的脉冲是表示已产生运动的脉冲。参见图10中波形(g)里的脉冲146。当施密特反相器90的输出信号变为低电平时，单稳态电路89开始工作，上述低电平在电容器92通过电阻器R6充电之前使施密特反相器98的输出信号为高电平。然后，施密特反相器98转为正常的低电平输出。当施密特反相器90的输出变为高电平时，电容器92通过二极管96放电，然后可以重复这些步骤。

显然，可以用传统的双稳态多谐振荡器电路代替状态转换电路51中的电容器88来保持状态转换。换句话说，反相器80的输出信号将双稳态多谐振荡器设置到一种状态而与非门82的输出信号则将双稳态多谐振荡器设置到另一种状态。

要准确选择上述单稳态振荡器电路89以便从由电容器92形成的交流耦联器中获得益处。不管盘12停在打开的窗22上(电容器88为高电压)还是停在闭合的窗22上(电容器88为低电压)交流耦联器都使施密特反相器98输出低电平。然后，仅仅当电容器88随着从亮窗到暗窗的转换而快速充电时才出现运动脉冲。然而，很显然，要将电路设计成随着从暗窗到亮窗的转换能使电容器88充电。

单稳态电路89输出到图7B中线99上的图10所示波形(g)中的运动脉冲146在间隔定时电路100中形成新脉冲或第二类似脉冲，该脉冲是由来自单稳态电路89的运动脉冲下降沿产生的。这个新的或第二脉冲借助于在间隔定时电路100中由电容器“C”和电阻器“R”构成的RC时间常数电路起动一个短时信号，该信号进入与门101。如果RC时间常数没有失效，那么在信号进入与门101时产生的下一个运动脉冲将通过与门101并且将借助RC时间常数电路再次起动定时信号。用同样的方式，只要前面的运动脉冲在时间上足够近就能使所有运动脉冲通过与门101，因此RC时间常数信号不会超时和不向与门101提供信号。用这种方式，当盘静止和因振动或撞击使孔移到光束照射处时(从亮到暗的转换)，除非在上述间隔内出现另一个脉冲，否则电路将对作为结果的运动脉冲不敏感或对其形成排斥。在因较大的运动动力而使盘的转速加快之前，要排除所有因窗以小于上述间隔时间的速率遮住光束而形成的很慢的运动。只有那些由RC时间常数电路设定的比上述速率出现的快的运动脉冲才不会被挡住，为此设置了10秒报警和定时电路102，这样就可以防止触发警报。方框内的定时电路102以及警报发生装置和发声装置在已有技术中都是公知的，在此不再详细说明。

最好是将新型光电运动探测器电路的工作方式直接运用到自备呼吸装置(SCBA)中。在这种情况下，当使用者开始呼吸时要求运动探测电路自动起动。当使用者例如消防队员休息、坐下和将其面罩摘下时会出现最大的问题。在上述时间点上，当超过预定的时间周期(即，20秒)后运动传感器将使警报器起动而且使用者将不得不用某种方式把警报器关掉或使该单元停止工作。如果该单元是通过面罩中的压力来开和关的，那么就只有在戴着面罩时系统才工作，而当摘下面罩例如呼吸时系统将不工作。图11公开了一种传统SCBA系统的示意图，该系统带有一个氧气罐或氧源150，其通过瓶阀157连接至任何一种公知的面罩156上。面罩具有面部部分或面盔部分152，使用者通过该部分可以观察到他周围的情况，面罩上还设有将面罩保持在面部位置上的带子或头带158。可将减压器160放在空气源150后面任何位置上以便将高压管162中的压力减小到供给呼吸罩所需的低压值。通过管线支管159将面罩管线154连接到减压器160。把能接通运动响应报警系统的压力开关组件104设置在减压器160和管线支管159之间以便对其加压但又不影响用于呼吸的空气从其中通过。图9公开了压力开关组件104的工作情况。为了不妨碍空气通过而又能控制一个标准微开关106而在空气源中设置了气缸164和活塞/O型圈组件166。设置回动弹簧168以便在将空气压力减至预定值(30psi)或关掉瓶阀157时能使活塞和O型圈组件166复位。

图8表示连接到运动响应系统上的压力开关的示意图。如从图8、9和11中所能看到的，当接通瓶150的阀157时运动响应系统也处于接通状态，反之亦然。在运动响应系统中有一种公知的电子闭锁电路，该电路在压力开关104转为OFF(关闭氧气瓶)后能使系统保持激励(与电池相接)，直到压下手动开关。

这样就形成了一种新型运动传感器，其包括中间设有空腔的外壳，安装在空腔中并能围绕某个轴线自由转动的转盘，多个彼此间隔且成弧形设置在转盘上的孔，在外壳内偏心耦接到自由转盘上以便在外壳加速时能使盘围绕转轴转动的重物。该重物可以是滚珠方式或其它球形体，将球形体夹持在盘的开口中并以能使滚珠运动的方式保持在外壳内的环形通道中，这样，当外壳加速时就能使滚珠在通道中滚动由此引起盘转动和使其上的间隔孔挡住从光源射向光探测器的光。

将光源放在盘的一侧上使其与由盘上的孔构成的弧形通道对齐而将光探测器放在盘的另一侧上以便在使外壳沿着两个正交面中的至少一个平面加速时能通过盘的转动遮断从光源穿过孔射向光探测器的光，从而使光探测器产生输出电信号。

外壳由第一和第二两个彼此相对匹配的半壳体构成并包括围绕装在其内部的盘周边延伸的环形通道。为球形体而设的开口从盘的周边向内延伸以便将球形体夹持在盘的开口中而且要将球形体以能够运动的形式保持在环形通道中以便在外壳加速时能使球形体在环形通道中滚动，由此使盘转动和使间隔孔遮断到达光探测器的光。开口的宽度可随传感器的灵敏度而改变。使滚珠转动的开口越宽，灵敏度就越低。

在变换实施例中，一个臂或轴从盘的周边向外径向伸出，臂的外侧端上装有一个重物，重物与环形通道可运动地接合从而使重物起摆锤的作用而且当传感器外壳加速时该重物使盘绕轴转动并遮断到达光探测器的光。该重物可以是装在轴外端上且能在环形通道表面上滚动的轮子。光源可以是在红外光频率范围内工作的发光二极管而光探测器是光电晶体管。

可以将这种新型运动传感器用于运动响应报警系统中，其中将运动传感器的输出耦接到状态转换输出信号装置上以便仅在出现运动时使状态转换装置的输出信号在第一和第二状态之间交替转换。将单稳态装置耦接到状态转换装置上以便当状态转换装置在第一和第二状态之间进行每次转换时产生运动脉冲。由于用一个脉冲无法形成“速率”，所以在总是被阻止的第一个脉冲之后，如果脉冲是以足够快的速率出现的，那么借助于脉冲间隔定时装置就能使运动脉冲通过。将脉冲间隔定时和门电路耦接到时间设置装置上而且当未接收到预定时间的设定脉冲时，该定时器将触发报警信号。可以将脉冲定时器置于单稳态多谐振器和报警电路之间以降低运动传感器对振动的灵敏度。

该装置可以和自备呼吸装置共同使用，所述呼吸装置包括装在自备呼吸装置上用来使系统选择性地启动并使被接的氧气从氧源到达使用者面罩上的装置。只有当自备呼吸装置工作时，开关才响应系统启动装置的工作激发运动响应报警系统。

此外，运动传感器由脉冲保持和间歇时间比为10％的新型振荡器电路驱动。换句话说，该装置有10％的时间为ON而在90％的时间里为OFF，这样可节省电流。振荡器采用施密特触发反相器，它的输入和输出信号形成振荡器的输出信号。在反相器输入端和地电势之间耦接一个电容器。第一和第二并联电阻器将转换器的输出端联接到反相器的输入端和电容器上。第一电阻器的阻值比第二电阻器大10倍。二极管只与第二电阻器串联以便使电容器通过两个电阻器充电至第一电平并使反相器产生第一电平输出而且使电容器连续充电至第二电平和使反相器产生第二电平输出。二极管使电容器只通过具有较大阻值的第一电阻放电从而使振荡器产生的脉冲保持时间和间歇比即第一和第二电阻器的比为10％，由此使振荡器处于ON并在10％的时间里产生和输出信号而在90％的时间里处于OFF。LED可以由晶体管驱动，该晶体管的第一端耦接到反相器的输出端，第二端耦接到地电势，而第三端耦接到LED以便形成振荡器输出信号。

虽然以上针对特定的实施例对本发明进行了展示和说明，但这只是为了说明而并不构成限制，对熟悉本领域的人员来说，很显然，在本发明的构思和范围内可以对上面展示和说明的具体实施例作出其它的改进和变化。而且该专利申请既不受上面所展示和说明的具体实施例的构思限制也不会受任何与本发明所显示的进步不相符的内容的影响。

Claims (20)

1、一种由使用者配戴的运动传感器，包括：

外壳，其内部为空腔；其特征在于，所述传感器还包括：

转盘，将该转盘安装成可在空腔中围绕转轴自由转动；

多个彼此间隔的孔，这些孔在转盘上布置成弧形；

处于外壳中的重物，该重物耦接到自由转盘上以便在外壳运动时使重物带动转盘围绕所说转轴转动；和

设置在转盘一侧上的光源，其对准由转盘上的孔构成的弧形通道；和设置在转盘另一侧上的光探测器，这样，当外壳运动时，通过转盘的转动可以遮断从光源穿过孔射向光电探测器的光从而使光探测器产生输出电信号。

2、如权利要求1所述的运动传感器，其中所说的外壳包括：

在外壳内围绕转盘周边延伸以便容纳重物的环形通道。

3、如权利要求2所述的运动传感器，进一步包括：

从转盘周边向内延伸的开口；和

所说的重物是一个球形体，该球形体夹持在转盘开口中且以可使球形体运动的方式将球形体保持在环形通道中以便外壳运动时能使球形体在环形通道中产生滚动，由此使转盘转动并使间隔孔阻断到达光探测器上的光。

4、如权利要求3所述的运动传感器，其中球形体是滚珠。

5、如权利要求3所述的运动传感器，其中开口的宽度影响传感器的运动和振动灵敏度。

6、如权利要求2所述的运动传感器，进一步包括：

连接到转盘上且从转盘周边径向向外延伸的臂；和

将所说重物安装在所说臂的外端并与环形通道运动接合以便使重物起摆锤的作用和当传感器的外壳加速时通过摆锤使转盘围绕所说转轴转动并阻断到达光探测器的光。

7、如权利要求6所述的运动传感器，其中所说的重物是安装在臂外端上且在环形通道表面上滚动的滚轮。

8、如权利要求1所述的运动传感器，其中：

光源是LED；和

光探测器是光电晶体管。

9、如权利要求8所述的运动传感器，其中LED在红外线频率范围内工作。

10、如权利要求8所述的运动传感器，进一步包括：

振荡器电路，其输出端耦接到LED上使LED发射传输到光探测器上的光脉冲，而且在外壳运动时该光被所说光盘上的孔阻断；和

电路装置，其在所说振荡器电路中使所说振荡器电路输出具有ON-OFF的脉冲保持和间歇时间比信号以便只在一个时间周期的预定部分产生输出脉冲。

11、如权利要求10所述的运动传感器，其中形成振荡器电路ON-OFF脉冲保持和间歇时间比信号的电路装置包括：

具有输入端并产生输出信号的施密特反相器；

耦接到反相器输出端、LED和地电势上以便接收输出信号并使LED转为ON的晶体管；

接在反相器输入端和地电势之间的电容器；

将反相器输出端耦接到反相器输入端的第一和第二并联电阻器R1和R2，所说第一电阻器R1的电阻值是第二电阻器R2的X倍；和

只与第二电阻器R2串联的二极管，其使电容器通过第一和第二电阻器R1和R2充电但却使电容器只通过第一电阻器R1放电，由此使振荡器电路产生的脉冲保持和间歇时间比为R1/R2从而使LED在1/X的时间里处于ON而在(X-1)/X的时间里处于OFF。

12、如权利要求11所述的运动传感器，其中X=10而R1=10R2，因此使电容器充电的总电阻是R1·R2/(R1+R2)而用于使电容器放电的总电阻是R1，这样就使振荡器电路在10％的时间里处于ON并且其脉冲保持和间歇时间比为10％。

13、如权利要求1所述的运动传感器，其中将重物偏心地耦接至转盘上。

14、如权利要求1所述的运动传感器，其中运动传感器外壳由使用者配戴，因此转盘的平面从水平方向倾斜60度并保持在沿表示使用者正常向前运动的直线上，由此传感器能检测出外壳在两个垂直平面中至少一个平面上的运动。

15、如权利要求2所述的运动传感器，其中外壳包括形成空腔和环形通道的第一和第二相对配置的部分。

16、一种运动响应报警系统，包括：具有外壳的传感器；其特征在于，所述报警系统还包括：

运动传感器外壳，其内部装有一个可绕转轴自由转动的转盘，以便在外壳运动时能使转盘围绕所说转轴转动；

多个在转盘上成弧形设置的间隔孔；

设置在转盘一侧上的光源，其对准由转盘上的孔构成的弧形通道；和设置在转盘另一侧上的光探测器，这样，当外壳运动时，通过转盘的转动可以遮断从光源穿过孔射向光电探测器的光从而使光探测器产生输出电信号；

自备呼吸装置，该装置带有氧气源，面罩和将氧气源接到面罩上的管道；和

将运动传感器外壳连接到自备呼吸装置上以便在自备呼吸系统的使用者没有运动时使运动响应传感器报警系统发出警报。

17、如权利要求16所述的运动响应报警系统，进一步包括：

状态转换输出信号装置，其连接到所说光探测器上以便接收所产生的电信号和只在有运动产生时才交替地产生第一状态和第二状态输出信号；

输出装置，其耦接到状态转换装置上以便只有在状态转换装置从第一状态转换到第二状态时接收复位信号；和

定时器，其耦接到输出装置上用于接收复位信号，该定时器通过复位信号复位并且只有当定时器未在预定的时间周期内复位时才产生报警信号。

18、如权利要求17所述的运动响应报警系统，进一步包括：

插在输出装置和定时器之间以便建立预定宽度的脉冲门的门电路；和

只有当两个相邻的复位脉冲出现在脉冲门中时所说的门电路才产生使定时器复位的信号，由此来降低系统对振动和运动的灵敏度。

19、如权利要求18所述的运动响应报警系统，进一步包括：

位于所说转盘周边上且具有一定宽度的至少一个开口；

在外壳中围绕转盘的周边延伸的环形通道；

重物，其在外壳中耦接到自由转盘上并能在环形通道中运动从而当外壳运动时能使该重物带动转盘围绕其转轴转动。

20、如权利要求19所述的运动响应报警系统，其中门电路和转盘上至少一个所说开口的宽度实际上消除了运动传感器对振动的灵敏度。

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