CN217133827U - 一种有限空间跌倒报警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种有限空间跌倒报警装置，涉及跌倒报警技术领域，包括警报背心，所述警报背心正面中部安装有跌倒报警装置，所述跌倒报警装置包括安装板和报警主体，所述安装板安装在警报背心上，且安装板前端相反两侧安装有两个插座，所述两个插座的相对端均开设有插槽，所述报警主体两侧端安装有两个插块，且通过两个插块插入在两个插座的插槽中；本实用新型提供，通过警报主体采用插接的方式安装，方便后期单独拆卸进行充电，操作简单方便实用性高，且通过加速度传感器和陀螺仪实时采集数据，通过处理主板预处理将活动姿态数据通过蓝牙模块发送到监控室的外部处理终端进行计算对人体当前状态进行判断，判断作业人员状态异常，方便进行救援。

Description

一种有限空间跌倒报警装置

技术领域

本实用新型涉及跌倒报警技术领域，尤其涉及一种有限空间跌倒报警装置。

背景技术

有限空间是指封闭或者部分封闭，与外界相对隔离，出入口较为狭窄，作业人员不能长时间在内工作，自然通风不良，易造成有毒有害、易燃易爆物质积聚或者氧含量不足的空间。有限空间作业人员对有限空间概念的陌生，以致于根本无法认清相应空间存在的危害性，这是有限空间事故高发生率的根本原因，适用救援、报警设备的缺失也是导致相应作业人员高死亡率的原因，现有的报警监测设备包括人员自主启动型报警和有限空间视频监控。

人员自主启动型报警，即作业人员携带报警器，作业途中跌倒遇到危险，只需按下一个简单的按钮来启动报警。这类技术局限性大，需要作业人员摔倒后依然保持清醒，并具有行动能力，但作业人员摔倒后会发生失去意识的情况，导致无法启动报警设备。

有限空间视频监控，即在有限作业空间内安装监控设备，用来实时监控作业人员的作业状态，此类技术存在局限性，不是所有有限空间都装有视频监控设备，视频监控不是24小时有人值班。

为此需要设计一种有限空间跌倒报警装置来解决问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种有限空间跌倒报警装置，解决了上述提出的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种有限空间跌倒报警装置，包括警报背心，所述警报背心背面相反两侧均匀连接有多个固定带，且多个固定带另一头均设置有魔术贴结构，所述魔术贴结构分为粘接面和毛勾面，且粘接面连接在固定带上，毛勾面连接在警报背心正面一侧，所述警报背心正面中部安装有跌倒报警装置，所述跌倒报警装置包括安装板和报警主体，所述安装板安装在警报背心上，且安装板前端相反两侧安装有两个插座，所述两个插座的相对端均开设有插槽，所述报警主体两侧端安装有两个插块，且通过两个插块插入在两个插座的插槽中，所述报警主体前端中部设置有按键报警模块，且按键报警模块上方设置有扬声器模块，所述报警主体底部，位于报警主体内部安装有气体传感器。

优选的，所述报警主体内部还设置有处理主板模块、蓝牙模块、蓄电池模块、加速度传感器和陀螺仪模块。

优选的，所述加速度传感器、陀螺仪模块和按键报警模块为数据采集系统，且与处理主板模块输入电性连接。

优选的，所述处理主板与蓝牙模块输出电性连接连接，且蓝牙模块与外部监控室中的外部处理终端电性输入连接。

优选的，所述按键报警模块与蓄电池分别与处理主板模块输入电性连接。

优选的，所述扬声器模块与处理主板输出电性连接。

优选的，所述报警主体上还设置有充电模块与蓄电池模块电性连接。

与相关技术相比较，本实用新型提供的一种有限空间跌倒报警装置具有如下有益效果：

本实用新型提供，将警报背心穿戴到使用者身上，然后将多个背面的固定带通过魔术贴结构与警报背面正面粘接，然后将报警主体通过两个插块插入到安装板上两个插座的插槽中，使其跌倒报警装置安装在警报背心上进行监测工作，通过警报主体采用插接的方式安装，方便后期单独拆卸进行充电，操作简单方便实用性高。

本实用新型提供，实时采集数据，通过加速度传感器获得的数据为三个轴方向的加速度，陀螺仪获取一个与角速度有线性关系的数据，获取的数据发送给处理主板模块，通过处理主板预处理，将活动姿态数据通过蓝牙模块发送到监控室的外部处理终端，外部处理终端对数据进行计算对人体当前状态进行判断，当使用者跌倒时检测的获取的数据发生大幅变化，外部处理终端根据计算得出的结果，判断作业人员状态异常，提醒监控室的人员进行救援。

本实用新型提供，通过按键报警模块，当使用者无法脱离有限空间时，可自行按下按键报警模块，处理主板模块接受信息后，将数据通过蓝牙模块发送给监控室的外部处理终端，提醒监控室的人员进行救援。

本实用新型提供，实时监测的过程中，通过气体传感器检测有限空间中的气体含量，当检测到有毒气体时，将检测数据发送给处理主板模块，处理主板控制扬声器模块响起，提醒使用者离开。

附图说明

图1为本实用新型整体示意图；

图2为本实用新型整体局部示意图；

图3为本实用新型安装板示意图；

图4为本实用新型报警主体示意图；

图5为本实用新型报警主体系统示意图

图6为本实用新型跌倒报警装置系统流程示意图。

图中标号：1、警报背心；2、固定带；3、魔术贴结构；4、跌倒报警装置；41、安装板；411、插座；4111、插槽；42、报警主体；421、扬声器模块；422、按键报警模块；423、气体传感器；424、插块。

具体实施方式

实施例一，由图1-4给出，一种有限空间跌倒报警装置，包括警报背心1，警报背心1背面相反两侧均匀连接有多个固定带2，且多个固定带2另一头均设置有魔术贴结构 3，魔术贴结构3分为粘接面和毛勾面，且粘接面连接在固定带2上，毛勾面连接在警报背心1正面一侧，警报背心1正面中部安装有跌倒报警装置4，跌倒报警装置4包括安装板41和报警主体42，安装板41安装在警报背心1上，且安装板41前端相反两侧安装有两个插座411，两个插座411的相对端均开设有插槽4111，报警主体42两侧端安装有两个插块424，且通过两个插块424插入在两个插座411的插槽4111中；

其中，将警报背心1穿戴到使用者身上，然后将多个背面的固定带2通过魔术贴结构3与警报背面正面粘接，然后将报警主体42通过两个插块424插入到安装板41上两个插座411的插槽4111中，使其跌倒报警装置4安装在警报背心1上进行监测工作，通过警报主体采用插接的方式安装，方便后期单独拆卸进行充电，操作简单方便实用性高。

实施例二，在实施例一的基础上，由图5给出，报警主体42前端中部设置有按键报警模块422，且按键报警模块422上方设置有扬声器模块421，报警主体42底部，位于报警主体42内部安装有气体传感器423，报警主体42内部还设置有处理主板模块、蓝牙模块、蓄电池模块、加速度传感器和陀螺仪模块；加速度传感器、陀螺仪模块和按键报警模块422为数据采集系统，且与处理主板模块输入电性连接；处理主板与蓝牙模块输出电性连接连接，且蓝牙模块与外部监控室中的外部处理终端电性输入连接；按键报警模块422与蓄电池分别与处理主板模块输入电性连接；扬声器模块421与处理主板输出电性连接；报警主体42上还设置有充电模块与蓄电池模块电性连接；

其中，工作时实时采集数据，通过加速度传感器获得的数据为三个轴方向的加速度，陀螺仪获取一个与角速度有线性关系的数据，获取的数据发送给处理主板模块，通过处理主板预处理，将活动姿态数据通过蓝牙模块发送到监控室的外部处理终端，外部处理终端对数据进行计算对人体当前状态进行判断，当使用者跌倒时检测的获取的数据发生大幅变化，外部处理终端根据计算得出的结果，判断作业人员状态异常，提醒监控室的人员进行救援。

且通过按键报警模块422，当使用者无法脱离有限空间时，可自行按下按键报警模块 422，处理主板模块接受信息后，将数据通过蓝牙模块发送给监控室的外部处理终端，提醒监控室的人员进行救援。

实时监测的过程中，通过气体传感器423检测有限空间中的气体含量，当检测到有毒气体时，将检测数据发送给处理主板模块，处理主板控制扬声器模块421响起，提醒使用者离开。

外部处理终端通过算法，识别作业人员的当前姿态为正常状态或异常状态。

1.作业人员作业姿态建模

两个监测指标：人体躯干合加速度+人体旋转角速度

作业人员躯干部位沿x轴方向的加速度为a_x，沿y轴方向的加速度为a_y，沿z轴方向的加速度为a_z，则加速都矢量

对应的合加速度为:

作业人员体躯干相对于地面坐标系OXYZ的转角θ₁、θ₂、θ₃，其中θ₁为侧倾角，绕x轴转动；θ₂为俯仰角，绕Y轴转动；θ₃是自旋角，绕z轴转动。

设

其中，ω₁为人体绕x轴旋转的角加速度，ω₂为人体绕y轴旋转的角加速度，则有，如2.1所述的θ₁、θ₂与ω₁、ω₂的关系为：

θ₁＝∫ω₁(t)dt

θ₂＝∫ω₂(t)dt

因为ω₁、ω₂的单位同为rad/s²，因此ω的单位也同为rad/s²。

设

θ＝∫ω(t)dt

则θ既能衡量人体向前向后的偏转角的变化程度，也可以衡量人体向两侧的偏转角变化程度。

2.作业人员跌倒姿态识别

作业人员在跌倒过程当中，合加速度会有明显的变化，这种变化会明显超出正常活动时和加速度的变化范围。设有合加速度阈值a_T，使得：

当合加速度a≤a_T时，作业人员处于正常活动状态；

当合加速度a>a_T时，作业人员活动不正常，有可能跌倒。

当检测到人体加速度异常增大时，作业人员就有可能跌倒。获取作业人员在当前时刻2s内的角速度的变化，并计算出在这期间作业人员偏转角的变化量。即计算

其中，t是当前时刻，ω为作业人员运动的角速度(见公式2-1)，θ即为作业人员在这段时间内的偏转角。

作业人员在跌倒过程当中，偏转角也会有明显的变化，这种变化会明显超出正常活动时和加速度的变化范围。设有偏转角阈值θ_T，使得：

当合加速度θ≤θ_T时，作业人员处于正常活动状态；

当合加速度θ>θ_T时，作业人员摔倒。

由此得出识别作业人员是否摔倒的算法，具体算法流程图如图6所示，具体步骤如下：

(1)系统启动。

(2)系统进行初始化。初始化人体运动的合加速度和角速度，并不断将合加速度合角速度进行存储，存储范围为2s内的所有数据，每次写入新数据时，删除无用数据以释放空间。

(3)判断人体是否摔倒。不断监测当前合加速度值a，若未溢出(即a≤a_T)，则继续监测；若溢出(即a>a_T)则提取当前时刻2s前到当前时刻期间人体角速度的变化数据，并计算人体从当前时刻2s前到当前时刻的偏转角的变化量θ。若偏转角未溢出 (即θ≤θ_T)，则确定人体未摔倒，返回继续监测当前合加速度；若偏转角溢出(即θ>θ_T)，则确定人体摔倒。

(4)若人体摔倒，则外部处理终端系统需要报警，报警后系统停止。

综上所述，跌倒报警装置4既考虑到人体运动合加速度的异常情况，同时又对人体在此期间的偏转角变化程度，该跌倒报警装置4实时收集数据，实时判断，具有很强的实时性，同时，由于合加速度合偏转角两个量的计算数据分别来自于两个独立的信息源 (加速度传感器和陀螺仪)，因此具有独立性，两个独立的信息源将使得算法识别的正确率更高。

工作原理：

使用时，将警报背心1穿戴到使用者身上，然后将多个背面的固定带2通过魔术贴结构3与警报背面正面粘接，然后将报警主体42通过两个插块424插入到安装板41上两个插座411的插槽4111中，使其跌倒报警装置4安装在警报背心1上进行监测工作，通过警报主体采用插接的方式安装，方便后期单独拆卸进行充电，操作简单方便实用性高；

工作时实时采集数据，通过加速度传感器获得的数据为三个轴方向的加速度，陀螺仪获取一个与角速度有线性关系的数据，获取的数据发送给处理主板模块，通过处理主板预处理，将活动姿态数据通过蓝牙模块发送到监控室的外部处理终端，外部处理终端对数据进行计算对人体当前状态进行判断，当使用者跌倒时检测的获取的数据发生大幅变化，外部处理终端根据计算得出的结果，判断作业人员状态异常，提醒监控室的人员进行救援。

且通过按键报警模块422，当使用者无法脱离有限空间时，可自行按下按键报警模块 422，处理主板模块接受信息后，将数据通过蓝牙模块发送给监控室的外部处理终端，提醒监控室的人员进行救援。

实时监测的过程中，通过气体传感器423检测有限空间中的气体含量，当检测到有毒气体时，将检测数据发送给处理主板模块，处理主板控制扬声器模块421响起，提醒使用者离开。

Claims (7)

1.一种有限空间跌倒报警装置，包括警报背心(1)，其特征在于：所述警报背心(1)背面相反两侧均匀连接有多个固定带(2)，且多个固定带(2)另一头均设置有魔术贴结构(3)，所述魔术贴结构(3)分为粘接面和毛勾面，且粘接面连接在固定带(2)上，毛勾面连接在警报背心(1)正面一侧，所述警报背心(1)正面中部安装有跌倒报警装置(4)，所述跌倒报警装置(4)包括安装板(41)和报警主体(42)，所述安装板(41)安装在警报背心(1)上，且安装板(41)前端相反两侧安装有两个插座(411)，所述两个插座(411)的相对端均开设有插槽(4111)，所述报警主体(42)两侧端安装有两个插块(424)，且通过两个插块(424)插入在两个插座(411)的插槽(4111)中，所述报警主体(42)前端中部设置有按键报警模块(422)，且按键报警模块(422)上方设置有扬声器模块(421)，所述报警主体(42)底部，位于报警主体(42)内部安装有气体传感器(423)。

2.根据权利要求1所述的一种有限空间跌倒报警装置，其特征在于，所述报警主体(42)内部还设置有处理主板模块、蓝牙模块、蓄电池模块、加速度传感器和陀螺仪模块。

3.根据权利要求2所述的一种有限空间跌倒报警装置，其特征在于，所述加速度传感器、陀螺仪模块和按键报警模块(422)为数据采集系统，且与处理主板模块输入电性连接。

4.根据权利要求2所述的一种有限空间跌倒报警装置，其特征在于，所述处理主板与蓝牙模块输出电性连接连接，且蓝牙模块与外部监控室中的外部处理终端电性输入连接。

5.根据权利要求2所述的一种有限空间跌倒报警装置，其特征在于，所述按键报警模块(422)与蓄电池分别与处理主板模块输入电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种有限空间跌倒报警装置，其特征在于，所述扬声器模块(421)与处理主板输出电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种有限空间跌倒报警装置，其特征在于，所述报警主体(42)上还设置有充电模块与蓄电池模块电性连接。

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