CN114408129B - 视觉显示增强的智能潜水面罩 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种视觉显示增强的智能潜水面罩，包括潜水面罩框体、面镜部件、头带、水下对讲机；所述潜水面罩框体用于安装固定面镜部件、头带及提供对外接口；所述面镜部件用于提供对外部环境的感知、信息处理及显示；所述头带用于将潜水面罩固定在蛙人头部；所述水下对讲机用于水下其他蛙人或者水上基站人员进行语音通信；所述面镜部件通过其面镜部件框架后端可拆卸式密封固定在潜水面罩框体的前安装口处；所述头带通过带扣与潜水面罩框体的后部可拆卸式连接；所述水下对讲机与潜水面罩框体及头带侧部可拆卸式连接。本发明具有携带方便、信息集成度高、显示效果清晰、扩展性强的优点。

Description

视觉显示增强的智能潜水面罩
技术领域
本发明属于潜水装置技术领域，尤其涉及一种潜水面罩，特别涉及一种视觉显示增强的智能潜水面罩。
背景技术
蛙人在水下进行查勘、打捞、修理和水下工程等作业时通常会携带大量必要的辅助设备下水，由于各设备处于少数集成、多数独立的状态，均需由蛙人一一穿戴至身上后入水，且设备间常常通过电缆进行连接，穿戴极为不便，作业准备时间较长，影响了水下作业的便捷性。
由于蛙人经常在低水质浑浊、能见度低的环境下作业，并且携带信息显示设备屏幕小、显示内容少，使得蛙人无法清晰查看甚至完全看不见设备显示，由此导致蛙人在水下作业时无法及时获取周围及自身状态信息，降低作业效率，甚至带来危险。
如何能方便地使蛙人携带更少的装备能够更清晰、全面地获取周围及自身状态信息成为本领域技术人员亟待解决的问题之一
发明内容
本发明的目的是在于克服现有技术的不足之处，提供一种集成度高、携带方便、信息显示清晰全面的视觉显示增强的智能潜水面罩。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：
一种视觉显示增强的智能潜水面罩，其特征在于：包括潜水面罩框体、面镜部件、头带、水下对讲机；所述潜水面罩框体用于安装固定面镜部件、头带及提供对外接口；所述面镜部件用于提供对外部环境的感知、信息处理及显示；所述头带用于将潜水面罩固定在蛙人头部；所述水下对讲机用于水下其他蛙人或者水上基站人员进行语音通信；
所述面镜部件主要由面镜部件框架、两块透明面板、集成固定于两块透明面板之间的数据处理模块、全息显示模块、线路板、供电模组、摄像头、LED补光灯、连接器及传感器模组；两块透明面板的边缘部位嵌固在面镜部件框架的前端口位置；在面镜部件框架的两侧设置有防水按钮，面镜部件框架后端通过压圈可拆卸式密封固定在潜水面罩框体的前安装口处；
所述头带通过带扣与潜水面罩框体的后部可拆卸式连接；
所述水下对讲机与潜水面罩框体及头带侧部可拆卸式连接。
进一步的：所述数据处理模块采用嵌入式Linux系统，预留有外部传感器和设备接口，用于接收外部发来的信息，通过计算处理后将信息传输到全息显示模块上供蛙人查看，通过接收外部按钮和语音控制信息，与蛙人进行人机交互。
进一步的：所述全息显示模块采用的DLP图像投影与衍射波导的组合系统；DLP图像投影系统由DMD数字微反射镜和DLP控制芯片组成。
进一步的：所述传感器模组包括惯性测量单元、环境光传感器、压力传感器、入水检测传感器、水温传感器、体温传感器、血氧饱和度和心率传感器，各传感器采集的数据通过相应的总线传输给数据处理模块。
进一步的：所述供电模组包括电池和电源管理芯片组成，通过电源管理芯片和线路板相连，为智能潜水面罩提供电源。
进一步的：所述头带由NBR橡胶制成。
进一步的：所述水下对讲机由对讲机主体、开关以及麦克风组成，对讲机主体内部集成无线超声波收发器、信号处理模块和喇叭，对讲机主体背部安装有弹性挂扣用于挂在头带上；麦克风密封插装固定在预留于潜水面罩框体对应侧的麦克风接口位置。
本发明具有的优点和积极效果：
1.本发明智能潜水面罩由潜水面罩框体、面镜部件、头带和水下对讲机四个部分构成，四个部分模块化，可拆卸式连接，其中，面镜部件集成有传感测量、摄像、补光、全息显示、供电和数据处理等功能模块，整体具有携带方便、信息集成度高、显示效果清晰、扩展性强。
2.本发明智能潜水面罩采用全息投影技术能够在真实场景下叠加显示界面显示信息，显示效果不受外部环境影响。
3.本发明智能潜水面罩采用能够为蛙人提供导航信息、生命体征信息、潜水信息及通过外接装备(如声纳)提供外接装备的显控信息，能够为蛙人提供全面、可扩展的信息保障。
附图说明
图1为本发明智能潜水面罩的结构示意图；
图2为本发明智能潜水面罩的运行流程图；
图3为本发明智能潜水面罩的使用效果图；
图4为本发明智能潜水面罩的面镜部分结构示意图；
图5为本发明智能潜水面罩除去面镜部分结构示意图；
图6为本发明智能潜水面罩面镜部分电子元器件连接图。
具体实施方式
以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。
一种视觉显示增强的智能潜水面罩，请参见图1-6，主要包括潜水面罩框体20、面镜部件10、头带30、水下对讲机40。
所述潜水面罩框体是视觉显示增强的智能潜水面罩的框架结构，用于集成安装并固定视觉显示增强的智能潜水面罩的其他部分及对外接口。所述面镜部件用于提供对外部环境的感知、信息处理及显示。所述头带用于将潜水面罩固定在蛙人头部。所述水下对讲机用于水下其他蛙人或者水上基站人员进行语音通信。面镜部件、头带及水下对讲机均可从潜水面罩框体分离，采用模组化独立设计方式以方便维护和替换。
参考图1和图5，所述潜水面罩框架依据人体面部轮廓形状设计，采用不锈钢材质，潜水面罩框架的前下部对应于嘴部和鼻子下部位置，在该位置安装有呼吸阀21，潜水面罩的前上部对应于眼部和鼻上部位置，在该位置设置有前安装口20.1，用于安装面镜部件。潜水面罩框架的两侧分别安装有多功能接口22和USB接口23，所述多功能接口用于连接外部设备互传信息(如声纳)等。所述多功能接口和USB接口采用成熟商用水下密封插拔连接器，以保证连接到外部设备后在水下的密封性。
所述潜水面罩框体与人脸贴合部分使用软性橡胶材质，实现罩体与人脸紧密贴合。所述潜水面罩框体的后部固定有带扣，用于连接头带。潜水面罩框架整体具有轻便、可靠强度和刚性高的优点。
参考图1和图4，所述面镜部件主要由面镜部件框架16、两块透明面板14、集成固定于两块透明面板之间的数据处理模块、全息显示模块13、线路板、供电模组、摄像头12、LED补光灯11、连接器及传感器模组等构成，用于提供对外部环境的感知、信息处理及显示。见附图1，多个LED补光灯设置于摄像头的上部，全息显示模块设置于摄像头的下部，其他的部分设置于LED补光灯和摄像头设置位置的内侧。
所述面镜部件框架采用不锈钢材质，其前端口用于与两块透明面板的边缘部位配合，其后端用于潜水面罩框体固定连接，在面镜部件框架的后端16.1一圈采用专业防水橡胶材料作隔水保证，配合边缘一圈螺栓17紧固，压合胶圈，将面镜部件密封固定在潜水面罩框体上，满足40米水深正压环境要求。所述面镜部件框架两侧设计有四个大尺寸方便操控防水按钮15，可满足戴手套操作；所述防水按钮选用hall开关模式，暴露在水面的部分采用橡胶材质密封以达到防水目的。
两块透明面板采用高强度透光率较高的透明工程塑胶片。通过把两块透明面板螺丝对锁，紧密压合连续防水橡胶胶圈，将装入其间的数据处理模块、全息显示模块、线路板、供电模组、摄像头、LED补光灯、连接器及传感器模组处于此密闭空间中，保证强度及防撞，透明面板表面再用纳米涂层做防雾加硬处理。两块透明面板之间通过抽真空的方式保证主体结构内的湿度范围，保证整个系统的稳定形，两块透明面板的边缘部位嵌固在面镜部件框架的前端口位置，其中，在位于内侧的透明面板上密封引出有多处接线，用于分别与镜部件框架上两边的按钮连接及与潜水面罩框体上的多功能接口和USB接口连接。
所述数据处理模块采用嵌入式Linux系统，预留外部传感器和设备接口用于接收外部发来的信息，通过计算处理后将信息传输到全息显示模块上供蛙人查看，通过接收外部按钮和语音控制信息，与蛙人进行人机交互。
所述嵌入式Linux系统中运行设备的软件，所述软件具有实时查看并存储作业环境信息、生命体征信息、设备状态信息功能、潜水减压方案管理功能、声纳显控功能、视频显控功能、数据通信管理功能、潜水作业回放功能等。
所述全息显示模块通过全息投影技术,将虚拟界面内容投影到蛙人眼前，使蛙人透过镜片能直接观察到真实的物理世界的同时，在镜片上叠加人们当下想要了解的信息。
所述全息显示模块采用的DLP图像投影系统+衍射波导的方案；DLP图像投影系统由DMD数字微反射镜和DLP控制芯片组成，DMD数字微反射镜内部微反射镜单元阵列进行反射需要的光，来实现影像的投影。
所述传感器模组包括惯性测量单元、环境光传感器、压力传感器、入水检测传感器、水温传感器、体温传感器、血氧饱和度和心率传感器，采集的数据都通过相应的总线传输，由数据处理模块处理。所述惯性测量单元包含加速度传感器、陀螺仪和电子罗盘传感器用于采集蛙人的6DOF姿态。所述环境光传感器选用光敏元器件获取周围环境光亮度情况用于根据周围环境信息自动调整屏幕亮度。所述压力传感器采用压敏元器件用于获取当前水深情况。所述入水检测传感器包含两个暴露在外侧透明面板外的电极，当蛙人入水后通过水作为导电介质使两个电极导通以此判断是否入水。所述水温传感器和体温传感器均采用热敏元器件用于检测外部水温和蛙人体温，水温传感器的侧头端从设置于外侧透明面板上的预留孔密封伸出，与水接触，而体温传感器的侧头端从设置于内侧透明面板上的预留孔伸入到面罩内部，可直接与蛙人的头部接触。所述血氧饱和度和心率传感器采用光电信号转换装置获取蛙人血样饱和度和心率信息。
所述供电模组包括电池和电源管理芯片组成，其中电池由电芯、保护板、塑料框、外层保护贴纸四个部分组成。电芯是电池电能的存储核心，通过外层保护贴纸，把焊接好的电芯和保护板固定在塑料框中，形成具备过压、过流保护功能的电池组件，通过电源管理芯片和线路板相连，为整套设备提供电源。
所述头带通过带扣与潜水面罩框体的后部连接。所述头带采用通用四段和/或五段式结构的绷带，用于将增强设备固定在蛙人头部。所述头带采用NBR橡胶材质，能够有效防止碳氢化合物暴露。
所述水下对讲机由对讲机主体41、开关42以及麦克风43组成，用于水下其他蛙人或者水上基站人员进行语音通信，对讲机主体内部集成无线超声波收发器、信号处理模块和喇叭，对讲机主体背部安装有弹性挂扣用于挂在头带上。麦克风密封插装固定在预留于潜水面罩框体对应侧的麦克风接口位置，用于采集声音，通过信号处理模块过滤掉不必要的噪声和失真，保证通话质量清晰。
参考图2，示出了视觉显示增强的智能潜水面罩典型运行流程，典型运行流程包括以下步骤：
步骤1：蛙人佩戴上视觉显示增强的智能潜水面罩后，按下开机键(其中一防水按钮)，系统开始工作，首先系统采集佩戴者当前的生命体征并显示在全息显示屏幕上供佩戴者查看，包括心率、血氧饱和度和呼吸频率等。若身体状态无法执行潜水任务，系统将发出报警提示。
步骤2：在身体状况无碍的情况下，系统将开始对系统工作状态进行自检，将各信息反馈到全息显示屏幕上供佩戴者查看，包括系统电池电量信息等。若系统工作状态无法支持潜水任务，系统也将发出报警提示佩戴者。
步骤3：准备就绪后蛙人入水。入水瞬间，入水检测传感器检测佩戴者已经入水，系统开始进入水下模式，系统采集水下环境信息反馈到全息显示屏幕上。系统采集当前环境光亮度信息用于自动调节全息显示屏幕亮度和控制LED补光开启/关闭和亮度调节，全息显示屏幕亮度和LED补光灯的控制也可以由佩戴者通过外部按钮手动调整。系统同时接收惯性测量单元发送的航姿信息为佩戴者提供导航功能。
步骤4：佩戴者潜水至工作地点，到达指定工作地点后，佩戴者可以显示外接的声纳探测仪发送的声纳图像等信息，同时可以通过系统控制声纳探测仪的相关工作参数；佩戴者可以通过水下对讲机与其他蛙人和/或水上基站人员进行语音通信；佩戴者可以使用系统中的摄像头进行水下环境的拍摄和工作内容的录制，在昏暗的环境可以使用水下补光LED灯进行配合；此外，佩戴者的生命体征在全息显示屏幕上实时更新，一旦出现异常马上发出报警给佩戴者，由佩戴者判断是否终止任务，佩戴者也可以通过水下对讲机通知水上基站。
步骤5：结束任务或者终止任务后，佩戴者通过外部按钮开启潜水减压信息的显示，全息显示屏幕上将显示潜水减压相关信息如：停留站、停留时间，潜水经过时间、无减压潜水时间、减压深度、减压时间、上升需要时间等。当佩戴者未按照减压方案执行时具有报警提示功能。通过水下对讲机佩戴者可以将全息显示屏幕上的提示信息报给水上基站人员，水上基站人员结合提示信息指导蛙人减压。
步骤6：佩戴进行上浮，在上浮过程中，生命体征信息也实时在全息显示屏幕上更新。
步骤10：佩戴者出水后，入水检测传感器检测到佩戴者不在水中，系统将停止水下工作模式，关闭水下工作需要的传感器以节约功耗。
步骤11：佩戴者取下智能潜水面罩后，长时间心率传感器检测不到信息，系统将自动关闭。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (7)

1.一种视觉显示增强的智能潜水面罩，其特征在于：包括潜水面罩框体、面镜部件、头带、水下对讲机；所述潜水面罩框体用于安装固定面镜部件、头带及提供对外接口；所述面镜部件用于提供对外部环境的感知、信息处理及显示；所述头带用于将潜水面罩固定在蛙人头部；所述水下对讲机用于水下其他蛙人或者水上基站人员进行语音通信；
所述面镜部件主要由面镜部件框架、两块透明面板、集成固定于两块透明面板之间的数据处理模块、全息显示模块、线路板、供电模组、摄像头、LED补光灯、连接器及传感器模组；两块透明面板的边缘部位嵌固在面镜部件框架的前端口位置；在面镜部件框架的两侧设置有防水按钮，面镜部件框架后端通过压圈可拆卸式密封固定在潜水面罩框体的前安装口处；
所述头带通过带扣与潜水面罩框体的后部可拆卸式连接；
所述水下对讲机与潜水面罩框体及头带侧部可拆卸式连接。
2.根据权利要求1所述的视觉显示增强的智能潜水面罩，其特征在于：所述数据处理模块采用嵌入式Linux系统，预留有外部传感器和设备接口，用于接收外部发来的信息，通过计算处理后将信息传输到全息显示模块上供蛙人查看，通过接收外部按钮和语音控制信息，与蛙人进行人机交互。
3.根据权利要求1所述的视觉显示增强的智能潜水面罩，其特征在于：所述全息显示模块采用的DLP图像投影与衍射波导的组合系统；DLP图像投影系统由DMD数字微反射镜和DLP控制芯片组成。
4.根据权利要求1所述的视觉显示增强的智能潜水面罩，其特征在于：所述传感器模组包括惯性测量单元、环境光传感器、压力传感器、入水检测传感器、水温传感器、体温传感器、血氧饱和度和心率传感器，各传感器采集的数据通过相应的总线传输给数据处理模块。
5.根据权利要求1所述的视觉显示增强的智能潜水面罩，其特征在于：所述供电模组包括电池和电源管理芯片，通过电源管理芯片和线路板相连，为智能潜水面罩提供电源。
6.根据权利要求1所述的视觉显示增强的智能潜水面罩，其特征在于：所述头带由NBR橡胶制成。
7.根据权利要求1所述的视觉显示增强的智能潜水面罩，其特征在于：所述水下对讲机由对讲机主体、开关以及麦克风组成，对讲机主体内部集成无线超声波收发器、信号处理模块和喇叭，对讲机主体背部安装有弹性挂扣用于挂在头带上；麦克风密封插装固定在预留于潜水面罩框体对应侧的麦克风接口位置。
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