CN111846158A - 一种轻便式防溺水智能救生系统 - Google Patents

Abstract

本发明的一种轻便式防溺水智能救生系统，包括控制装置、体态传感装置、救生气囊以及触发装置，其中，控制装置包括微处理器，体态传感装置包括压力传感器、六轴MEMS加速度计及陀螺仪以及心率传感器，触发装置包括阀体、气瓶、击针、内置有火药的火药盒以及点火线圈，微处理器能控制点火线圈位于火药盒中的一端产生火花，引爆火药盒中的火药，爆炸的冲击波能推动击针下移，尖针部戳穿破密封封盖，使气瓶内的液态二氧化碳气化并经出气口充入救生气囊。本发明具有体积小，重量轻，气囊能够快速自动充气打开的优点。

Description

一种轻便式防溺水智能救生系统

技术领域

本发明涉及溺水救生技术领域，尤其指一种轻便式防溺水智能救生系统，它适用于游泳、潜水、水下工作等场合。

背景技术

目前，人们在水中为了防止溺水，通常普遍采用的一些装置，如水上救生圈、救生衣、动力充气救生装置或者化学反应充气救生装置等，然而这类救生装置都具有一些缺点，如重量大，体积大，不方便携带等，使得配戴这类装置的人，影响游泳者的舒适度，更不能进行潜水等水中作业，另有一些救生系统，简单的压力和三轴传感器使设备自动监测溺水状态然后触发救援措施，但是其触发机械装置过于复杂，往往需要很大的体积。还有一些救生装置应用化学反应触发装置， 从而达到救援的目的，但这类产品化学反应需要一定的时间，影响了救援的时效性，有时候这类产品由于反应不充分常常会导致救援气囊装置不能完全打开，显然目前的产品技术还不够成熟。

现有专利号为CN107985530A游泳救生系统及其控制方法，通过加热燃烧反应产生氮气，充进气囊，这种方式反应速度较慢，不够及时，并且燃烧反应常常不够稳定，产生的氮气量有限，从而影响气囊的充气量。CN111099001A一种智能防溺水手环，通过控制舵机转动，转轴上的凸轮推动连杆做平移运动，连杆推动刺破机构做平移运动刺破气瓶，气瓶被刺破后，气体向气囊充气，这种方式需要很多一系列的机械结构来完成，从而增大救生系统结构体积，并且这整个过程一连串的机械动能需要大量的电能来支撑，对电量供给有一定的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供基于传感器技术的体积小，重量轻，气囊能够快速自动充气打开的一种轻便式防溺水智能救生系统。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种轻便式防溺水智能救生系统，其中：包括控制装置、体态传感装置、救生气囊以及触发装置，其中，控制装置包括微处理器，体态传感装置包括压力传感器、六轴MEMS加速度计及陀螺仪以及心率传感器，压力传感器、六轴MEMS加速度计及陀螺仪、心率传感器以及微处理器均封装于密封容器中，且该密封容器佩戴于使用者身上，压力传感器用于检测密封容器外的水压，六轴MEMS加速度计及陀螺仪用于检测使用者的动态情况和姿态信息，心率传感器用于收集使用者的心率信息，压力传感器、六轴MEMS加速度计及陀螺仪以及心率传感器均与微处理器连接并能将收集的信息发送至微处理器，触发装置包括阀体、气瓶、击针、内置有火药的火药盒以及点火线圈，阀体固定安装在使用者身上或与密封容器固定配合，阀体设有轴向贯通的内腔，阀体的内腔开设有出气口，救生气囊与出气口对接，气瓶内封装有液态二氧化碳，其上端设有可被戳破的密封封盖，气瓶密封安装在阀体的下端，且密封封盖与阀体的内腔下端对齐，击针可轴向滑动地安装在阀体的内腔中，击针下端为尖针部，击针上端为火药盒，火药盒固定安装在阀体上并密封阀体的内腔上端开口，点火线圈一端与微处理器连接，另一端伸入火药盒中，微处理器能控制点火线圈位于火药盒中的一端产生火花，引爆火药盒中的火药，爆炸的冲击波能推动击针下移，尖针部戳穿破密封封盖，使气瓶内的液态二氧化碳气化并经出气口充入救生气囊。

为优化上述结构形式，采取的具体措施还包括：

上述的阀体的内腔上端宽下端窄，击针由下至上依次由尖针部、缩颈段、连接段和挡环组成，尖针部为椎体，缩颈段的直径小于尖针部上端的直径，挡环的直径大于阀体的内腔上端直径而小于阀体的内腔下端直径，当火药爆炸，挡环下移卡在阀体的内腔的某处，此时，尖针部戳破的密封封盖并完全进入气瓶内，缩颈段则部分位于气瓶内，部分位于气瓶内上方，出气口位于挡环下方。

上述的击针的连接段与阀体的内腔之间设置有上下两道击针密封圈，击针密封圈用于防止二氧化碳气体越过击针向上外逸。

上述的微处理器连接有GPS模块以及无线信号发射模块，微处理器能将信号经无线信号发射模块发出。

上述的气瓶的上端与所述阀体之间设置有气瓶密封圈，气瓶密封圈用于防止二氧化碳气体从阀体的内腔下端外逸。

上述的出气口的外端呈锥体，救生气囊套在该锥体上固定。

上述的救生气囊在未充气状态下可折叠、卷曲收纳。

上述的救生气囊采用柔性的橡胶材料制成。

上述的火药盒与阀体通过螺纹连接；气瓶与阀体螺纹连接。

上述的火药盒和气瓶均为一次性部件。

本发明的有益效果是：

1、本发明的微处理器能控制点火线圈产生火花，引爆火药盒中的火药，爆炸的冲击波推动击针下移，尖针部戳穿破密封封盖，使气瓶内的液态二氧化碳气化并经出气口充入救生气囊，触发结构简单，机械传动结构少，因此可靠性大幅增加，出现机械故障的概率低，同时本发明的电量使用较低，只需要在密封容器中安装一个电池，为压力传感器、六轴MEMS加速度计及陀螺仪、心率传感器以及微处理器供电即可。

2、本发明气瓶中封装液态二氧化碳，一旦戳破气瓶封盖，液态二氧化碳会迅速转化为气态二氧化碳，填充救生气囊，产量大而稳定，保证气囊的充气量。

3、本发明结构少，重量轻，使用方便。

附图说明

图1是本发明气囊未充气时的结构示意图；

图2是图1的A部结构放大图；

图3是本发明气囊充气后的结构示意图；

图4是图3的B部结构放大图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

如图1至图4所示为本发明的结构示意图，

其中的附图标记为：微处理器1、体态传感装置2、压力传感器21、六轴MEMS加速度计及陀螺仪22、心率传感器23、救生气囊3、触发装置4、阀体41、出气口41a、一次性气瓶42、密封封盖42a、击针43、尖针部43a、挡环43b、缩颈段43c、火药盒44、点火线圈45、气瓶密封圈51、击针密封圈52。

本实施例的一种轻便式防溺水智能救生系统，包括控制装置、体态传感装置2、救生气囊3以及触发装置4，其中，控制装置包括微处理器1，体态传感装置2包括压力传感器21、六轴MEMS加速度计及陀螺仪22以及心率传感器23，压力传感器21、六轴MEMS加速度计及陀螺仪22、心率传感器23以及微处理器1均封装于密封容器中，且该密封容器佩戴于使用者身上，压力传感器21用于检测密封容器外的水压，六轴MEMS加速度计及陀螺仪22用于检测使用者的动态情况和姿态信息，心率传感器23用于收集使用者的心率信息，压力传感器21、六轴MEMS加速度计及陀螺仪22以及心率传感器23均与微处理器1连接并能将收集的信息发送至微处理器1，触发装置4包括阀体41、气瓶42、击针43、内置有火药的火药盒44以及点火线圈45，阀体41固定安装在使用者身上或与密封容器固定配合，阀体41设有轴向贯通的内腔，阀体41的内腔开设有出气口41a，救生气囊3与出气口41a对接，气瓶42内封装有液态二氧化碳，其上端设有可被戳破的密封封盖42a，气瓶42密封安装在阀体41的下端，且密封封盖42a与阀体41的内腔下端对齐，击针43可轴向滑动地安装在阀体41的内腔中，击针43下端为尖针部43a，击针43上端为火药盒44，火药盒44固定安装在阀体41上并密封阀体41的内腔上端开口，点火线圈45一端与微处理器1连接，另一端伸入火药盒44中，微处理器1能控制点火线圈45位于火药盒44中的一端产生火花，引爆火药盒44中的火药，爆炸的冲击波能推动击针43下移，尖针部43a戳穿破密封封盖42a，使气瓶42内的液态二氧化碳气化并经出气口41a充入救生气囊3。

实施例中，阀体41的内腔上端宽下端窄，击针43由下至上依次由尖针部43a、缩颈段43c、连接段和挡环43b组成，尖针部43a为椎体，缩颈段43c的直径小于尖针部43a上端的直径，挡环43b的直径大于阀体41的内腔上端直径而小于阀体41的内腔下端直径，当火药爆炸，挡环43b下移卡在阀体41的内腔的某处，此时，尖针部43a戳破的密封封盖42a并完全进入气瓶42内，缩颈段43c则部分位于气瓶42内，部分位于气瓶42内上方，出气口41a位于挡环43b下方。

实施例中，击针43的连接段与阀体41的内腔之间设置有有上下两道击针密封圈52，击针密封圈52用于防止二氧化碳气体越过击针43向上外逸。

实施例中，微处理器1连接有GPS模块以及无线信号发射模块，微处理器1能将信号经无线信号发射模块发出。

实施例中，气瓶42的上端与所述阀体41之间设置有气瓶密封圈51，气瓶密封圈51用于防止二氧化碳气体从阀体41的内腔下端外逸。

实施例中，出气口41a的外端呈锥体，救生气囊3套在该锥体上固定。

实施例中，救生气囊3在未充气状态下可折叠、卷曲收纳。

实施例中，救生气囊3采用柔性的橡胶材料制成。

实施例中，火药盒44与阀体41通过螺纹连接；气瓶42与阀体41螺纹连接。

实施例中，火药盒44和气瓶42均为一次性部件。

本发明的工作原理如下：

使用者将本智能救生系统佩戴于身上(一般佩戴于手部)，传感器模块内压力传感器21、MEMS加速度计22以及陀螺仪23进行实时监测，并将监测信号传递至微处理器1，由微处理器1对收取信号进行处理，以判断使用者是否发生溺水。

判断的基本原理如下：

微处理器1将通过六轴MEMS加速度计及陀螺仪采集得到的数据，经过一系列的算法得到使用者的动态情况和姿态信息，若使用者的动态情况和姿态信息均正常，不作处理；若动态信息或者姿态信息处于杂乱无规律运动，则表明使用者很可能出现异常溺水现象，这时候算法做出判断，向气囊控制器发出信号，打开救生气囊3。同时，微处理器1获取压力传感器以及心率传感器采集到的数据，运用水中的压力值与水深的换算关系处理得到使用者在水中的深度，结合姿态的信息以及心率传感器信息根据相关算法判断使用者在水中的状态是否正常安全，是否处于溺水状态。微处理器1整合判断并实时监控使用者在水中的状态，当达到设定的危险值时，则立刻发送信号至气囊控制器，使救生气囊3打开。

微处理器1的算法程序综合了以下多种情况：(1)正常情况下，携带者在游泳或者是浮在水面上，通过微处理器1接收到的信息所传递的状态是平稳有规律的，则微处理器1判断为安全情况，此时气囊不打开；(2)正常情况下，携带者在潜水作业，达到一定的深度，这时通过压力传感器21传递的信息可以得到水的深度，并且通过微处理器1得到数据是平稳有规律的动作，则判断为安全情况，气囊不打开；(3)非正常情况下，当人发生抽筋溺水情况时，人的动作是杂乱无规律的，通过微处理器1得到的信息较正常情况下的数据有很大差别，且有较大的波动，此时判断为危险情况，发出信号打开救生气囊3；(4)非正常情况下，当人发生疲劳心悸溺水时，沉入了水底，并没有动作，当达到一定水深，且无动态情况时，此时判断为危险情况，发出信号打开救生气囊3。

一旦微处理器1经数据处理，判断为危险情况(即溺水)时，微处理器1发出控制信号控制点火线圈45点火，使火药盒44内的火药发生爆炸而产生瞬间的冲击力，将击针43快速向下推，使击针43下端的尖针部43a刺穿一次性气瓶42上端的密封封盖42a，将一次性气瓶42内的二氧化碳迅速释放，释放的二氧化碳迅速向救生气囊3内充气，使救生气囊3在短时间内鼓起而产生浮力，从而使溺水的使用者上浮而获救。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理上提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轻便式防溺水智能救生系统，其特征是：包括控制装置、体态传感装置(2)、救生气囊(3)以及触发装置(4)，其中，控制装置包括微处理器(1)，所述的体态传感装置(2)包括压力传感器(21)、六轴MEMS加速度计及陀螺仪(22)以及心率传感器(23)，所述的压力传感器(21)、六轴MEMS加速度计及陀螺仪(22)、心率传感器(23)以及微处理器(1)均封装于密封容器中，且该密封容器佩戴于使用者身上，所述的压力传感器(21)用于检测密封容器外的水压，六轴MEMS加速度计及陀螺仪(22)用于检测使用者的动态情况和姿态信息，所述的心率传感器(23)用于收集使用者的心率信息，所述的压力传感器(21)、六轴MEMS加速度计及陀螺仪(22)以及心率传感器(23)均与微处理器(1)连接并能将收集的信息发送至微处理器(1)，所述的触发装置(4)包括阀体(41)、气瓶(42)、击针(43)、内置有火药的火药盒(44)以及点火线圈(45)，所述的阀体(41)固定安装在使用者身上或与密封容器固定配合，所述的阀体(41)设有轴向贯通的内腔，阀体(41)的内腔开设有出气口(41a)，所述的救生气囊(3)与出气口(41a)对接，气瓶(42)内封装有液态二氧化碳，其上端设有可被戳破的密封封盖(42a)，气瓶(42)密封安装在阀体(41)的下端，且密封封盖(42a)与阀体(41)的内腔下端对齐，击针(43)可轴向滑动地安装在阀体(41)的内腔中，击针(43)下端为尖针部(43a)，击针(43)上端为火药盒(44)，所述的火药盒(44)固定安装在阀体(41)上并密封阀体(41)的内腔上端开口，所述的点火线圈(45)一端与微处理器(1)连接，另一端伸入火药盒(44)中，微处理器(1)能控制点火线圈(45)位于火药盒(44)中的一端产生火花，引爆火药盒(44)中的火药，爆炸的冲击波能推动击针(43)下移，尖针部(43a)戳穿破密封封盖(42a)，使气瓶(42)内的液态二氧化碳气化并经出气口(41a)充入救生气囊(3)。

2.根据权利要求1所述的一种轻便式防溺水智能救生系统，其特征是：所述的阀体(41)的内腔上端宽下端窄，所述的击针(43)由下至上依次由尖针部(43a)、缩颈段(43c)、连接段和挡环(43b)组成，所述的尖针部(43a)为椎体，所述的缩颈段(43c)的直径小于尖针部(43a)上端的直径，所述的挡环(43b)的直径大于阀体(41)的内腔上端直径而小于阀体(41)的内腔下端直径，当火药爆炸，挡环(43b)下移卡在阀体(41)的内腔的某处，此时，尖针部(43a)戳破的密封封盖(42a)并完全进入气瓶(42)内，缩颈段(43c)则部分位于气瓶(42)内，部分位于气瓶(42)内上方，出气口(41a)位于挡环(43b)下方。

3.根据权利要求2所述的一种轻便式防溺水智能救生系统，其特征是：所述的击针(43)的连接段与阀体(41)的内腔之间设置有有上下两道击针密封圈(52)，所述的击针密封圈(52)用于防止二氧化碳气体越过击针(43)向上外逸。

4.根据权利要求3所述的一种轻便式防溺水智能救生系统，其特征是：所述的微处理器(1)连接有GPS模块以及无线信号发射模块，所述的微处理器(1)能将信号经无线信号发射模块发出。

5.根据权利要求4所述的一种轻便式防溺水智能救生系统，其特征是：所述的气瓶(42)的上端与所述阀体(41)之间设置有气瓶密封圈(51)，所述的气瓶密封圈(51)用于防止二氧化碳气体从阀体(41)的内腔下端外逸。

6.根据权利要求5所述的一种轻便式防溺水智能救生系统，其特征是：所述的出气口(41a)的外端呈锥体，所述的救生气囊(3)套在该锥体上固定。

7.根据权利要求6所述的一种轻便式防溺水智能救生系统，其特征是：所述的救生气囊(3)在未充气状态下可折叠、卷曲收纳。

8.根据权利要求7所述的一种轻便式防溺水智能救生系统，其特征是：所述的救生气囊(3)采用柔性的橡胶材料制成。

9.根据权利要求8所述的一种轻便式防溺水智能救生系统，其特征是：所述的火药盒(44)与阀体(41)通过螺纹连接；气瓶(42)与阀体(41)螺纹连接。

10.根据权利要求9所述的一种轻便式防溺水智能救生系统，其特征是：所述的火药盒(44)和气瓶(42)均为一次性部件。

Images