CN112221031A - 一种消防用多功能供气方式自动转换装置及转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及安全防护技术领域，具体来说是一种消防用多功能供气方式自动转换装置及转换方法，包括安装在呼吸面罩上的信号采集模块和平视显示模块，以及安装在正压式呼气器上的磁控供气阀和动力送风过滤式呼吸器的控制开关，所述信号采集模块与所述平视显示模块、磁控供气阀和控制开关通信连接，所述信号采集模块检测周围环境空气质量数据并控制所述磁控供气阀与控制开关自动切换使用正压式空气呼吸器或动力送风过滤式呼吸器，并将周围环境空气质量数据显示在平视显示模块上。本发明所提供的一种消防用多功能供气方式自动转换装置及转换方法，实现了两种供气装备自动转换功能，将装备的工作状态以及报警信息实时传送到面罩内显示装置。

Description

一种消防用多功能供气方式自动转换装置及转换方法

技术领域

本发明涉及安全防护技术领域，具体来说是一种消防用多功能供气方式自动转换装置及转换方法，能够广泛的应用于消防救援、冶金、化工、船舶等领域的抢险与救援。

背景技术

目前，随着救援环境越来越复杂，对个人防护系统的安全性及使用时长也要求越来越高，特别在大跨度范围、高层救援工作时，单一空气呼吸器个人防护时间(平均值为30分钟)已难满足现场救援需要。尤其是在被困、遇险的情况下，延长个人防护时间就显得尤为重要。目前虽然也有组合式个人防护装置，但需要手动操作完成，问题在于因对现场有毒有害气体的分布情况无法做出快速、有效的辨别，特别是无色、无味的混合性气体，不知在何时、何地、选用哪种供气方式，且事故现场受自然气候的影响(大风、降雨等)，处于瞬息万变的事故现场很可能因人为主观判断错识使用危及使用者的生命安全。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种消防用多功能供气方式自动转换装置及转换方法，所述自动转换装置包括通过送风管相互连接的呼吸面罩和呼吸系统，所述呼吸系统包括动力送风过滤式呼吸器和正压式呼吸器，还包括安装在所述呼吸面罩上的信号采集模块和平视显示模块，以及与安装在所述正压式呼气器上的磁控供气阀和动力送风过滤式呼吸器的控制开关，所述信号采集模块与所述平视显示模块、磁控供气阀和控制开关通信连接，所述信号采集模块检测周围环境空气质量数据并控制所述磁控供气阀与控制开关自动切换使用呼吸系统中的正压式空气呼吸器或动力送风过滤式呼吸器，并将周围环境空气质量数据显示在平视显示模块上。

进一步的，所述信号采集模块包括微处理器、毒气检测模块、无线传输模块和供电管理电路，所述毒气检测模块用于检测周围环境空气质量数据，并与所述微处理器通信连接，所述微处理器根据环境空气质量数据，通过无线传输模块控制所述磁控供气阀和控制开关，并将周围环境空气质量数据发送至平视显示模块上。

进一步的，所述毒气检测模块包括可燃气体含量传感器、氧气含量传感器、硫化氢含量传感器、一氧化碳含量传感器和温度传感器。

进一步的，所述磁控供气阀包括阀体，电磁阀置于所述阀体内，所述阀体上设有与所述呼吸面罩连接的供气口和手动供气开关，所述电磁阀包括具有蓝牙功能的单片机，用于控制所述呼吸系统中的正压式空气呼吸器开关。

进一步的，所述平视显示模块包括OLED显示屏和无线通讯装置，所述OLED安装在呼吸面罩上，所述无线通信装置与所述信号采集模块连接，用于接收信号采集模块检测的周围环境空气质量数据，并显示在OLED显示屏上。

进一步的，所述自动转换装置的信号采集模块还包括与所述微处理器连接的呼吸系统检测模块，用于检测呼吸系统的工作状态，所述微处理器可以通过无线传输模块将所述呼吸系统的工作状态显示在所述平视显示模块上。

本发明的另一方面，还包括一种多功能供气方式自动转换方法，该方法包括以下步骤：

S1、将信号采集模块和平视显示模块配对完成，使蓝牙自动连接成功，之后依次打开动力送风过滤式呼吸器的控制开关和正压式呼吸器的磁控供气阀，此时，所述的信号采集模块会对周围环境空气质量进行自动检测；

S2、当所述信号采集模块检测到周围环境空气质量无法满足人体，控制所述磁控供气阀打开，动力送风过滤式呼吸器的控制开关关闭，切换至正压式呼吸器供气，当所述信号采集模块检测到周围环境空气质量中有毒有害物质低于一定阈值时，控制所述磁控供气阀关闭，动力送风过滤式呼吸器的控制开关打开，切换至动力送风过滤式呼吸器供气；

进一步的，所述步骤S2中还包括以下步骤：

S2.1所述信号采集模块内安装有毒气检测模块以检测周围环境空气质量，将检测到的周围环境空气质量经微处理器识取、判断确认后，通过无线传输模块分三路输出：一路输出给平视显示模块，所述的平视显示模块可根据信号采集模块传来的无线信号来显示目前周围环境空气质量，另一路输出给磁控供气阀，以根据信号采集模块传来的周围环境空气质量信息控制磁控供气阀开/关，最后输出给动力送风过滤式呼吸器的控制开关，根据周围环境空气质量数据控制动力送风过滤式呼吸器的开/关状态。

进一步的，还包括步骤S3：所述信号采集模块内安装有呼吸系统检测模块，用于检测呼吸系统的工作状态，将检测到的呼吸系统工作状态进微处理器识取后，通过无线传输模块传输给平视显示模块。

发明的有益效果

本发明所提供的一种消防用多功能供气方式自动转换装置及转换方法的优点包括以下几个方面：

1、两种供气装备自动转换：主要实现了两种供气装备自动转换功能，将装备的工作状态、低电量、低气量、过滤罐失效等报警信息实时传送到面罩内显示装置。

2、延长防护时长：本装置可根据事故影响的区域合理的安排供气装备，延长呼吸设备的有效使用时长。

3、面罩内安装有平视显示模块，所述平视显示模块可实时观察供气装备的工作装态及报警信息，以解放救援人员的双手，提升救援效率，保证救援人员自身的安全。

附图说明

图1示例性示出了本发明的工作原理示意图；

图2和图3示例性示出了本发明的装置结构示意图；

图4示例性示出了本发明的平视显示模块的结构示意图；

图5示例性示出了本发明的磁控供气阀的结构示意图；

图6示例性示出了本发明的信号采集模块的结构示意图；

图7为现有的消防事故案例示意图；

图8为有毒、有害气体含量自动切换条件示意图；

图中：1.头套2.面罩3.平视显示模块4.磁控供气阀5.灌毒罐6.动力送风过滤式呼吸器及控制开关7.固定绑带8.信号采集模块9.送风管10.压力表11.中压管12.气瓶。

301.显示屏302.动力送风过滤式呼吸器接口303.LED指示灯304.磁控供气阀接口305.PTT键306.扩音器307.对码键308.耳麦。

401.手动供气开关402.电磁阀触点403.内置电磁阀404.供气口405.阀体406.橡胶保护套。

801.正压式呼吸器指示灯802.动力送风过滤式呼吸器指示灯803.信号指示灯804.电源开关805.温度传感器806.配对接键807.气源输出端口808.蓝牙配对指示灯809.4合1气体传感器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例，对本发明所采用的技术方案做进一步说明。

如图7所示，现有的消防事故案例如图所示，分为事故中心区域、事故波及区域和受影响区域。

其中中心区即距事故现场0～500m的区域。此区域危险化学品浓度指标高，有危险化学品扩散，并伴有爆炸、火灾发生，建筑物设施及设备损坏，人员急性中毒。

事故波及区即距事故现场500～1000m的区域。该区域空气中危险化学品浓度较高，作用时间较长，有可能发生人员伤害或物品损坏。

受影响区域是指事故波及区外可能受影响的区域，可能受到从中心区和波及区扩散的小剂量危险化学品危害。该区救援工作重点放在及时指导群众进行防护，对群众进行有关知识的宣传，稳定群众的思想情绪，做好基本应急准备。

人走路的平均速度是5.6公里每小时，由于救援装备或其他救援物资的负荷，抢险或作业人员平均速度大约为5.6*0.8≈4.5公里每小时。假定XX事故后，救援人员需要穿过A、B区到达C区，直线距离假定为1.5公里，救援人员需要的花费的时间为：1.5*1.2(系数)/4.5≈24分钟，也就是说来回需要花费的时间路程时间为48分钟。

在这样的条件下，消防救援人员需要切换正压式空气呼吸器与动力送风过滤式呼吸器在现场进行救援，动力送风过滤式呼吸器需配合滤毒罐使用，适合在含氧量不低于18％、环境温度>+65℃的有毒有害气体环下抢险救援工作，正压式空气呼吸器适合在火灾现场、含氧量低于18％、有毒有害气体、浓烟、高温、密闭空间的环境下使用。但是消防救援人员很难在火场的复杂情况下准确判断环境空气质量适合于使用哪一种呼吸机。

因此，参照图2和3，为本发明一种消防用多功能供气方式自动转换装置，该装置包括了呼吸面罩和呼吸系统，其中呼吸系统包括了正压式空气呼吸器与动力送风过滤式呼吸器，此外，还包括平视显示模块3和信号采集模块8，所述正压式空气呼吸机上设有磁控供气阀4，所述动力送风过滤式呼吸器上设有控制开关6，所述动力送风过滤式呼吸器是通过滤毒罐5进行过滤，所述正压式空气呼吸器包括了气瓶12，所述呼吸系统都通过固定绑带固定在救援人员身上，所述呼吸面罩包括了头套1和面罩2，所述呼吸面罩通过送风管9与所述呼吸系统连接，在所述面罩上设有所述平视显示模块3和信号采集模块8，所述平视显示模块3和信号采集模块8与所述磁控供气阀4和控制开关通信6连接。

其中，所述平视显示模块3如图4所示，包括显示屏301、动力送风过滤式呼吸器接口302、LED指示灯303、磁控供气阀接口304、PTT键305、扩音器306、对码键307和耳麦308。所述平视显示模块3安装在所述面罩2的内部，为了方便呼吸，因此设有对应动力送风过滤式呼吸器的接口302和磁控供气阀的接口304，所述LED显示灯303用于显示工作状态，为了方便救援人员互相联系，因此所述平视显示模块设有PTT键305、扩音器306和耳麦308，所述平视显示模块中还设有无线通讯装置，所述无线通讯装置通过对码键307与所述信号采集模块8相匹配，以此进行数据传输。

所述磁控供气阀如图5所示，包括手动供气开关401、电磁阀触点402、内置电磁阀403、供气口404、阀体405、橡胶保护套406。当启动正压式空气呼吸器时，所述的信号采集模块8的指令经蓝牙信号无线与平视显示模块3相连，所述的平视显示模块3安装于面置的外部。当平视显示模块3接收到信号采集模块8的指令时，会将指令信息传送给磁控供气阀，所述的磁控供气阀有供电触点402，当与面罩插接使用时，电磁阀触点402与平视显示模块3弹片相接触，所述的电磁阀403有电流流过时可做切换动作。所述的磁控供气阀会自动切换正压式空气呼吸器的工作状态，开启供气口404，送压缩空气给面罩，供配戴人员呼吸使用。同时正压式空气呼吸器的工作数据会传给显示屏301，进入实时监控状态，显示屏301可显示工作时间、气瓶压力、信号强度、电池电量、环境温度、大气压力、各种报警信息等。

当启动动力送风过滤式呼吸器时，信号采集模块8传来的指令会给到单片机进行处理，将处理结果通知动力送风过滤式呼吸器启动，风机转动，将送封给面罩供配戴人员呼吸使用。同时,所述的动力送风过滤式呼吸器的工作状态会蓝牙传送到显示屏301进行实时监控，监控内容包括：送风量、过滤罐使用寿命、电池电量、信号强度、环境温度、大气压力等。

所述信号采集模块8如图6所示，包括正压式呼吸器指示灯801、动力送风过滤式呼吸器指示灯802、信号指示灯803、电源开关804、温度传感器805、配对接键806、气源输出端口807、蓝牙配对指示灯808、和4合1气体传感器809，其内部包括了微处理器，所述毒气检测模块包括了温度传感器805和4合1气体传感器809，所述毒气检测模块用于检测周围环境空气质量数据，并与所述微处理器通信连接，所述微处理器根据环境空气质量数据，通过无线传输模块控制所述磁控供气阀和控制开关，具体的控制结果通过正压式呼吸器指示灯801、动力送风过滤式呼吸器指示灯802显示，并将周围环境空气质量数据发送至平视显示模块上。

在周围环境空气质量数据达到一定要求时，信号采集模块8会发出切换指令，在本实施例中，具体的切换条件如图8所示。当检测阀值满足以上任意一项时即可切换。

参照图1，在进行具体的切换工作时，本实施例的具体流程如下：

准备：平视显示模块安装2节AAA电池；动力送风过滤式呼吸器充电6H以上；

配对：长按平视显示模块对码键3S以上，同进快速连续按信号采集模块对码键3次，蓝灯快闪后红灯亮起，配对成功。

开机：长按平视显示模块和AP 2S以上开机。

自检：开机后装置进行自检模式(1分钟左右)，根据环境状况启动供气装备。自检过程中，所有指示灯快闪1s,蓝牙连接成功，OLED屏幕显示基本信息：电池电量、环境温度、大气压力，信号强度。

工作过程：自检模式完成后，根据自检结果(见图1)切换供气装备。当工作在动力送风过滤式呼吸器供气装备状态时，平视显示模块屏幕显示：信号强度、电池电量、环境温度、送风量、工作时长、低压报警、滤罐失效报警；当工作在氧气呼吸器装备的时，平视显示模块屏幕显示：信号强度、电池电量、环境温度、压力监测、工作时长、大气压力、低压报警；当工作在正压式呼吸器装备时，HUD屏幕显示：信号强度、电池电量、环境温度、送风量、剩余呼吸使用时间、低压报警、大气压力。

在切换过程中，所述信号采集模块内安装有毒气检测模块以检测周围环境空气质量，将检测到的周围环境空气质量经微处理器识取、判断确认后，通过无线传输模块分三路输出：一路输出给平视显示模块，所述的平视显示模块可根据信号采集模块传来的无线信号来显示目前周围环境空气质量，另一路输出给磁控供气阀，以根据信号采集模块传来的周围环境空气质量信息控制磁控供气阀开/关，最后输出给动力送风过滤式呼吸器的控制开关，根据周围环境空气质量数据控制动力送风过滤式呼吸器的开/关状态。

由于正压式空气呼吸器的有效工作时间为0.5小时，动力送风过滤式呼吸器的有效工作时间为8小时，本发明所采用的技术方案无需手动控操作，可根据现场有毒有害气体浓度、氧气含量、环境温度自动切换，如同时满足防护功能的情况下，优先级为：动力送风过滤式呼吸器>空气呼吸器。面置安装有HUD显示器，所述的HUD可实时观察供气装备的工作装态及报警信息。解放双手，提升救援效率，保证救援人员自身的安全。

以上所述，仅为此发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案和新型的构思加于等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种消防用多功能供气方式自动转换装置，所述自动转换装置包括通过送风管相互连接的呼吸面罩和呼吸系统，所述呼吸系统包括动力送风过滤式呼吸器和正压式呼吸器，其特征在于，还包括安装在所述呼吸面罩上的信号采集模块和平视显示模块，以及与安装在所述正压式呼气器上的磁控供气阀和动力送风过滤式呼吸器的控制开关，所述信号采集模块与所述平视显示模块、磁控供气阀和控制开关通信连接，所述信号采集模块检测周围环境空气质量数据并控制所述磁控供气阀与控制开关自动切换使用呼吸系统中的正压式空气呼吸器或动力送风过滤式呼吸器，并将周围环境空气质量数据显示在平视显示模块上。

2.根据权利要求1所述的一种消防用多功能供气方式自动转换装置，其特征在于，所述信号采集模块包括微处理器、毒气检测模块、无线传输模块和供电管理电路，所述毒气检测模块用于检测周围环境空气质量数据，并与所述微处理器通信连接，所述微处理器根据环境空气质量数据，通过无线传输模块控制所述磁控供气阀和控制开关，并将周围环境空气质量数据发送至平视显示模块上。

3.根据权利要求1所述的一种消防用多功能供气方式自动转换装置，其特征在于，所述毒气检测模块包括可燃气体含量传感器、氧气含量传感器、硫化氢含量传感器、一氧化碳含量传感器和温度传感器。

4.根据权利要求1所述的一种消防用多功能供气方式自动转换装置，其特征在于，所述磁控供气阀包括阀体，电磁阀置于所述阀体内，所述阀体上设有与所述呼吸面罩连接的供气口和手动供气开关，所述电磁阀包括具有蓝牙功能的单片机，用于控制所述呼吸系统中的正压式空气呼吸器开关。

5.根据权利要求1所述的一种消防用多功能供气方式自动转换装置，其特征在于，所述平视显示模块包括OLED显示屏和无线通讯装置，所述OLED安装在呼吸面罩上，所述无线通信装置与所述信号采集模块连接，用于接收信号采集模块检测的周围环境空气质量数据，并显示在OLED显示屏上。

6.根据权利要求2所述的一种消防用多功能供气方式自动转换装置，其特征在于，所述自动转换装置的信号采集模块还包括与所述微处理器连接的呼吸系统检测模块，用于检测呼吸系统的工作状态，所述微处理器可以通过无线传输模块将所述呼吸系统的工作状态显示在所述平视显示模块上。

7.一种多功能供气方式自动转换方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、将信号采集模块和平视显示模块配对完成，使蓝牙自动连接成功，之后依次打开动力送风过滤式呼吸器的控制开关和正压式呼吸器的磁控供气阀，此时，所述的信号采集模块会对周围环境空气质量进行自动检测；

S2、当所述信号采集模块检测到周围环境空气质量无法满足人体，控制所述磁控供气阀打开，动力送风过滤式呼吸器的控制开关关闭，切换至正压式呼吸器供气，当所述信号采集模块检测到周围环境空气质量中有毒有害物质低于一定阈值时，控制所述磁控供气阀关闭，动力送风过滤式呼吸器的控制开关打开，切换至动力送风过滤式呼吸器供气。

8.根据权利要求7所述的一种多功能供气方式自动转换方法，其特征在于，所述步骤S2中还包括以下步骤：

S2.1所述信号采集模块内安装有毒气检测模块以检测周围环境空气质量，将检测到的周围环境空气质量经微处理器识取、判断确认后，通过无线传输模块分三路输出：一路输出给平视显示模块，所述的平视显示模块可根据信号采集模块传来的无线信号来显示目前周围环境空气质量，另一路输出给磁控供气阀，以根据信号采集模块传来的周围环境空气质量信息控制磁控供气阀开/关，最后输出给动力送风过滤式呼吸器的控制开关，根据周围环境空气质量数据控制动力送风过滤式呼吸器的开/关状态。

9.根据权利要求8所述的一种多功能供气方式自动转换方法，其特征在于，还包括步骤S3：所述信号采集模块内安装有呼吸系统检测模块，用于检测呼吸系统的工作状态，将检测到的呼吸系统工作状态进微处理器识取后，通过无线传输模块传输给平视显示模块。

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