CN113368427A - 一种具有状态检测功能的安全带 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有状态检测功能的安全带，包括身体带、绳索、挂钩、控制模块、通信模块、报警模块、充水软管、压力检测模块和拉力检测模块，绳索两端分别连接身体带和挂钩；充水软管内注满液体，充水软管两端连接至身体带和挂钩，压力检测模块包括安装在充水软管两端的液体压力传感器；拉力检测模块用于检测绳索上的拉力；通信模块用于实现安全带与外部上位机的通信。与现有技术相比，本发明设置了充水软管及压力检测模块来检测安全带是否按照高挂低用方式使用，通过拉力检测模块来检测是否发生人员跌落，在使用不当或人员跌落时发出报警信息，从而提高了高空作业的安全性，减小了现场监管的工作压力，保证了作业人员的安全性。

Description

一种具有状态检测功能的安全带
技术领域
本发明涉及高空工作防护技术领域，尤其是涉及一种具有状态检测功能的安全带。
背景技术
高空作业中为保证作业人员安全，要求作业人员正确佩戴、使用安全带。安全带包括身体带、绳索和挂钩，身体带包括腰带、背带等，绳索连接挂钩和身体带，一般将身体带系在作业人员的身体上，将挂钩固定在吊索、工作梯等固定位置处，从而在作业人员失足跌落时起到保护作用。如图1所示，安全带使用中要求高挂低用的方式，作业人员佩戴好腰带、背带后，将挂钩连接在高处的钢构件等固定位置。但是，安全带作为经典的安防用品，在现场使用过程中仍然存在着一些不足。
一方面，少数作业人员安全意识不强，高空作业中虽然佩戴了安全带，但经常发生图方便或侥幸心理导致的挂钩不挂、低挂高用的情况，使作业人员失去了应有的保护。一旦发生失足跌落，就会造成高处坠落的人身伤亡事故。为保证现场施工安全，施工单位现场必须增大现场监护力度，对作业人员的安全带佩戴状况进行现场检查，造成管理成本增大。另一方面，在个别的施工地点，只能单人进入施工，一旦发生作业人员失足跌落情况，即使跌落人员在安全带的保护下未发生事故，外部救援人员也往往不能及时发现，导致施救工作不及时，对作业人员的生命安全造成威胁。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有状态检测功能的安全带，通过充水软管及压力检测模块来检测安全带是否按照高挂低用方式使用，通过拉力检测模块来检测是否发生人员跌落，在使用不当或人员跌落时发出报警信息，从而提高了高空作业的安全性，减小了现场监管的工作压力，保证了作业人员的安全性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具有状态检测功能的安全带，包括身体带、绳索、挂钩、控制模块、通信模块、报警模块、充水软管、压力检测模块、拉力检测模块和电源，绳索的两端分别与身体带和挂钩连接，电源用于提供工作电源；
所述充水软管内注满液体，充水软管的两端分别连接至身体带和挂钩，所述压力检测模块包括安装在充水软管两端的液体压力传感器，根据液体压强公式P＝ρgh可以算出充水软管两端的高度差，从而判断安全带是否按高挂低用的方式使用，并在使用不当时自动报警；
所述拉力检测模块设置在绳索的端部，用于检测绳索上的拉力值，如果作业人员失足跌落，那么绳索上的拉力值会增大，因此可以通过监测绳索上的拉力值来监测是否发生人员跌落；
所述通信模块用于实现安全带与外部上位机的通信；
所述控制模块与通信模块、报警模块、压力检测模块和拉力检测模块通信连接。
进一步的，所述拉力检测模块包括固定端、活动端和弹簧，所述弹簧的一端固定在固定端上，弹簧的另一端与活动端连接，所述活动端在拉力的作用下运动并带动弹簧伸缩，所述固定端上设有第一电极和静触头，所述活动端上设有第二电极和可调动触头，所述可调动触头与静触头之间的距离可调节，静触头与可调动触头接触时第一电极和第二电极导通，控制模块与第一电极和第二电极电连接。当拉力大于弹簧的形变力时，静触头与可调动触头接触，第一电极和第二电极导通，控制模块接收到电信号。
进一步的，所述拉力检测模块设置在绳索靠近身体带的一端，能够准确的反映作业人员与绳索之间的拉力，避免因绳索中间部分钩挂在其他位置导致拉力检测模块不能反映作业人员与绳索之间的拉力。
进一步的，所述充水软管嵌入绳索内部，一定程度上保护了充水软管不被磨损。
进一步的，所述液体压力传感器通过测量电缆与控制模块通信连接，所述测量电缆嵌入绳索内部，一定程度上保护了测量电缆不被磨损，提高了安全带的耐用性和可靠性。
进一步的，所述报警模块为声光报警器，包括蜂鸣器和LED灯。
进一步的，所述安全带还包括语音对讲模块，所述语音对讲模块包括拾音单元和放音单元，拾音单元和放音单元与控制模块通信连接，控制模块通过通信模块发送和接收声音信号。拾音单元采集声音信号并发送至控制模块，控制模块将声音信号通过通信模块传输至外部上位机；外部上位机通过通信模块将声音信号传输至控制模块，控制模块将声音信号发送至放音单元并播放。
进一步的，所述安全带还包括存储模块，所述存储模块用于存储压力检测模块和拉力检测模块的测量数据。
进一步的，所述控制模块包括CPU和I/O接口，所述CPU通过I/O接口与通信模块、报警模块、压力检测模块和拉力检测模块连接。
进一步的，所述通信模块为无线通信模块，采用5G通信方式进行数据传输。
与现有技术相比，本发明通过充水软管及压力检测模块来检测安全带是否按照高挂低用方式使用，通过拉力检测模块来检测是否发生人员跌落，在使用不当或人员跌落时发出报警信息，从而提高了高空作业的安全性，减小了现场监管的工作压力，保证了作业人员的安全性。
附图说明
图1为高空作业安全带的高挂低用示意图；
图2为本发明的系统结构示意图；
图3为实施例中安全带的绳索截面图；
图4为实施例中压力检测模块的测量示意图；
图5为实施例中拉力检测模块的布置示意图；
图6为实施例中拉力检测模块的结构示意图；
图7为实施例中高挂低用检测功能的校验示意图；
附图标记：1、身体带，2、绳索，3、挂钩，4、控制模块，5、通信模块，6、报警模块，7、充水软管，8、压力检测模块，801、液体压力传感器，802、测量电缆，9、拉力检测模块，901、固定端，902、活动端，903、弹簧，904、第一电极，905、静触头，906、第二电极，907、可调动触头，10、语音对讲模块，11、存储模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件。
实施例1：
一种具有状态检测功能的安全带，包括身体带1、绳索2、挂钩3、控制模块4、通信模块5、报警模块6、充水软管7、压力检测模块8、拉力检测模块9和电源，系统结构如图2所示，绳索2的两端分别与身体带1和挂钩3连接，电源用于提供工作电源，本实施例使用5V电源为控制模块4、通信模块5、报警模块6、压力检测模块8、拉力检测模块9等提供电能；
充水软管7内注满液体(可以是水或者其他液体)，充水软管7的两端分别连接至身体带1和挂钩3，压力检测模块8包括安装在充水软管7两端的液体压力传感器801，根据液体压强公式P＝ρgh可以算出充水软管7两端的高度差，从而判断安全带是否按高挂低用的方式使用，如果使用不恰当，则报警模块6会发出报警信息，提醒使用人员及时改正；
拉力检测模块9设置在绳索2的端部，用于检测绳索2上的拉力值，如果作业人员失足跌落，绳索2承受作业人员的全部重力，那么绳索2上的拉力值会增大，因此可以通过监测绳索2上的拉力值来监测是否发生人员跌落，如果人员跌落，则报警模块6发出报警信息，同时通过通信模块5将报警信息传输至上位机，以保证及时施救；
通信模块5用于实现安全带与外部上位机的通信，实时得到的充水软管7两端高度差、拉力值可以直接传输至上位机，供监管人员查看，高挂低用使用不当报警信息、跌落报警信息会同步发送至上位机或监管人员使用的手机上，以保证高空作业的安全性；
控制模块4与通信模块5、报警模块6、压力检测模块8和拉力检测模块9通信连接。
如图5所示，拉力检测模块9设置在绳索2靠近身体带1的一端，能够准确的反映作业人员与绳索2之间的拉力，避免因绳索2中间部分钩挂在其他位置导致拉力检测模块9不能反映作业人员与绳索2之间的拉力。
如图6所示，拉力检测模块9包括固定端901、活动端902和弹簧903，弹簧903的一端固定在固定端901上，弹簧903的另一端与活动端902连接，活动端902在拉力的作用下运动并带动弹簧903伸缩，固定端901上设有第一电极904和静触头905，第一电极904和静触头905电连接，活动端902上设有第二电极906和可调动触头907，第二电极906和可调动触头907电连接。可调动触头907通过绝缘螺母安装在活动端902上。
可调动触头907与静触头905之间的距离可调节，静触头905与可调动触头907接触时第一电极904和第二电极906导通，控制模块4与第一电极904和第二电极906电连接。当拉力大于弹簧903的形变力时，静触头905与可调动触头907接触，第一电极904和第二电极906导通，控制模块4接收到电信号。
本申请使用弹簧通断式拉力传感器，结构简单，成本低，经过预先调试后能够在拉力大于阈值时导通并报警。在正常使用时，拉力检测模块9中弹簧903的形变量小，静触头905与可调动触头907之间存在一定距离，第一电极904和第二电极906断开，没有电信号。在拉力增大时，拉力大于弹簧903形变力，活动端902运动，弹簧903发生形变，活动端902上的静触头905与固定端901上的可调动触头907接触，第一电极904和第二电极906导通，出现电信号，控制模块4可以判定此时出现人员跌落，继而进行报警。
可以令绳索2上的拉力为零，调节可调动触头907与静触头905之间的距离，从而设定不同的拉力报警阈值，如本实施例中调节可调动触头907与静触头905之间的距离，使得绳索2下坠50kg的物体时第一电极904和第二电极906导通，进行报警。
如图3所示，充水软管7嵌入绳索2内部，液体压力传感器801通过测量电缆802与控制模块4通信连接，测量电缆802嵌入绳索2内部，一定程度上保护了充水软管7和测量电缆802不被磨损。
报警模块6为声光报警器，包括蜂鸣器和LED灯，通过声光报警提示使用人员按高挂低用的方式使用安全带，在作业人员失足跌落时声光报警也能提醒周围人员及时施救。
安全带还包括语音对讲模块10，语音对讲模块10包括拾音单元和放音单元，拾音单元和放音单元与控制模块4通信连接，控制模块4通过通信模块5发送和接收声音信号。拾音单元采集声音信号并发送至控制模块4，控制模块4将声音信号通过通信模块5传输至外部上位机；外部上位机通过通信模块5将声音信号传输至控制模块4，控制模块4将声音信号发送至放音单元并播放。
安全带还包括存储模块11，存储模块11用于存储压力检测模块8和拉力检测模块9的测量数据、报警信息以及语音对讲信息等，这些数据除了传输至上位机外，也在存储模块11存储，一定程度相当于数据备份。
控制模块4包括CPU和I/O接口，CPU通过I/O接口与通信模块5、报警模块6、压力检测模块8和拉力检测模块9连接。
通信模块5为无线通信模块，采用5G通信方式进行数据传输。
进行高挂低用检测功能校验时，将安全带垂直悬挂，在距离绳索2顶端不同位置处向上折回绳索，从而改变充水软管7两端的高度差，如图7所示，在距离绳索2顶端H+(L－H)/2处向上折回，然后增大或减小充水软管7两端的高度差，以验证是否能正常报警。本实施例中预设置的高度差阈值H＝60％×L。
进行跌落检测功能校验时，将安全带垂直悬挂，在绳索2底部悬挂砝码，调节拉力检测模块9中的可调动触头907与静触头905之间的距离，使得当砝码所产生的拉力为预设置的拉力阈值F时发出报警。本实施例中，在绳索2底部悬挂50kg的砝码，当砝码质量超过50kg时，拉力检测模块9内部弹簧903变形，使内部可调动触头907与静触头905闭合，第一电极904和第二电极906之间电路导通，触发报警。减小砝码重量，弹簧903恢复，第一电极904和第二电极906之间电路断开，不再报警。
高挂低用检测功能：在安全带使用过程中，如图4所示，基于充水软管7两端的实时压力测量数据P1和P2计算安全带两端的高度差Δh，如果安全带两端的高度差Δh不超过预设置的高度差阈值H，则报警模块6发出报警信息；
Δh＝(P1－P2)/(ρg)－Δh0
其中，ρ表示液体的密度，g表示重力加速度，Δh0是预先计算的初始高度差(实际上为系统静态测量误差)，确定Δh0的步骤如下：
将安全带水平放置，充水软管7两端的高度相同，基于充水软管7两端的压力测量数据P10和P20计算得到初始高度差Δh0(实际上为系统静态测量误差)：
Δh0＝(P10－P20)/(ρg)
跌落检测功能：在安全带使用过程中，如果绳索2上的拉力值大于预设置的拉力阈值F，则报警模块6发出报警信息。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有状态检测功能的安全带，其特征在于，包括身体带(1)、绳索(2)、挂钩(3)、控制模块(4)、通信模块(5)、报警模块(6)、充水软管(7)、压力检测模块(8)和拉力检测模块(9)，绳索(2)的两端分别与身体带(1)和挂钩(3)连接；
所述充水软管(7)内注满液体，充水软管(7)的两端分别连接至身体带(1)和挂钩(3)，所述压力检测模块(8)包括安装在充水软管(7)两端的液体压力传感器(801)；
所述拉力检测模块(9)设置在绳索(2)的端部，用于检测绳索(2)上的拉力值；
所述通信模块(5)用于实现安全带与外部上位机的通信；
所述控制模块(4)与通信模块(5)、报警模块(6)、压力检测模块(8)和拉力检测模块(9)通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有状态检测功能的安全带，其特征在于，所述拉力检测模块(9)包括固定端(901)、活动端(902)和弹簧(903)，所述弹簧(903)的一端固定在固定端(901)上，弹簧(903)的另一端与活动端(902)连接，所述活动端(902)在拉力的作用下运动并带动弹簧(903)伸缩，所述固定端(901)上设有第一电极(904)和静触头(905)，所述活动端(902)上设有第二电极(906)和可调动触头(907)，所述可调动触头(907)与静触头(905)之间的距离可调节，静触头(905)与可调动触头(907)接触时第一电极(904)和第二电极(906)导通，控制模块(4)与第一电极(904)和第二电极(906)电连接。
3.根据权利要求1所述的一种具有状态检测功能的安全带，其特征在于，所述拉力检测模块(9)设置在绳索(2)靠近身体带(1)的一端。
4.根据权利要求1所述的一种具有状态检测功能的安全带，其特征在于，所述充水软管(7)嵌入绳索(2)内部。
5.根据权利要求1所述的一种具有状态检测功能的安全带，其特征在于，所述液体压力传感器(801)通过测量电缆(802)与控制模块(4)通信连接，所述测量电缆(802)嵌入绳索(2)内部。
6.根据权利要求1所述的一种具有状态检测功能的安全带，其特征在于，所述报警模块(6)为声光报警器，包括蜂鸣器和LED灯。
7.根据权利要求1所述的一种具有状态检测功能的安全带，其特征在于，所述安全带还包括语音对讲模块(10)，所述语音对讲模块(10)包括拾音单元和放音单元，拾音单元和放音单元与控制模块(4)通信连接，控制模块(4)通过通信模块(5)发送和接收声音信号。
8.根据权利要求1所述的一种具有状态检测功能的安全带，其特征在于，所述安全带还包括存储模块(11)，所述存储模块(11)用于存储压力检测模块(8)和拉力检测模块(9)的测量数据。
9.根据权利要求1所述的一种具有状态检测功能的安全带，其特征在于，所述控制模块(4)包括CPU和I/O接口，所述CPU通过I/O接口与通信模块(5)、报警模块(6)、压力检测模块(8)和拉力检测模块(9)连接。
10.根据权利要求1所述的一种具有状态检测功能的安全带，其特征在于，所述通信模块(5)为无线通信模块。
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