EP0193546A1 - Decompressimetre numerique a perfusions variables et procede pour la realisation. - Google Patents

Decompressimetre numerique a perfusions variables et procede pour la realisation.

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EP0193546A1
EP0193546A1 EP19850904004 EP85904004A EP0193546A1 EP 0193546 A1 EP0193546 A1 EP 0193546A1 EP 19850904004 EP19850904004 EP 19850904004 EP 85904004 A EP85904004 A EP 85904004A EP 0193546 A1 EP0193546 A1 EP 0193546A1
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EP
European Patent Office
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pressure
decompression
diver
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time
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EP0193546B1 (fr
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Michel Jullian
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Individual
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Publication of EP0193546B1 publication Critical patent/EP0193546B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/02—Divers' equipment
    • B63C11/32—Decompression arrangements; Exercise equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/02—Divers' equipment
    • B63C2011/021—Diving computers, i.e. portable computers specially adapted for divers, e.g. wrist worn, watertight electronic devices for detecting or calculating scuba diving parameters

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the minimum non-pathological decompression program for a person (diver, hyperbaric worker, aviator, cosmonaut, etc.) who has stayed and breathed a gaseous mixture containing one or more gases which cannot be tabulated at ambient pressures higher than that of the "surface" that it ultimately wants to reach, as well as an automatic device for determining and indicating said program and related parameters applying the said method as well as a diving set incorporating the said device .
  • the need for a decompression program stems from the fact that, during the stay under pressure, the non-tabolatable gases dissolve via the lungs and the blood in the tissues of the organism in larger quantities than they may exist there. the pressure of the surface, and that a too rapid decompression would release in situ, rather than in the exhalation gases via the blood and the lungs, the excess of said gases not consumable by the organism in the form of bubbles called "pathological" ", that is to say capable of inflicting lesions on the tissues in which they appear and / or of interrupting the blood circulation in certain vessels, the spectrum of observable and generally delayed consequences of these decompression sicknesses ranging from slight localized itching until death.
  • the two main types of decompression are continuous decompression and step decompression.
  • Continuous decompression is to reduce the ambient pressure continuously or in small steps, and is faster but hands practice as decompression in stages, which consists in making stops of relatively long duration at predetermined ambient pressures relatively distant from each other, generally spaced 3 mem (meters of sea water) in 3 mem up to 'on the surface, the speed of movement to the first level and between the levels being limited by a given maximum admissible value, generally between 10 and 20 mem / min.
  • the ideal decompression program is the minimal program, ie the one whose total duration is the shortest without compromising the safety of the person concerned.
  • a method for determining decompression programs is precise when the program prescribed by this method for a given exposure comes as close as possible to the minimum program, any deviation going in the direction of safety.
  • the first is the accuracy of determining the state of saturation of the person with non-metabolizable gases after a given exposure.
  • the second is the precision with which the constraints to which said state of saturation must be obeyed are known during decompression to avoid the appearance of pathological bubbles.
  • the method of the invention has a better first factor and, in turn, a better second factor than conventional methods.
  • the state of saturation of the organism is represented by the tensions of non-metabolizable gases in a certain number of tissues. These tensions represent concentrations of dissolved gases scaled so that at Saturation of a given tissue for a given gas (we will use Saturation here with a capital S in the direction of the equilibrium state where the tissue contains in solution all the gas which can reside therein in a stable manner), the ten
  • the gas in the tissue is numerically equal to the partial pressure of the said gas in the breathed mixture, itself equal to the product of the ambient pressure and the molar concentration. gas in the mixture.
  • These tissues do not represent well defined anatomical tissues, but rather sets of diverse anatomical tissues united by a common behavior with regard to the dynamics of exchanges of a given non-metabolizable gas with respiratory gases.
  • Each tissue is characterized for a given gas by a constant called period or half-life, which according to the tissue can go from a few minutes to a few hundred minutes, which is defined as the time necessary for the tension of this gas in this tissue to halved the difference initially separating it from the Saturation voltage, equal to the partial pressure of the gas in the respiratory mixture, the latter being assumed to be constant.
  • certain methods employ calculation devices for estimating the tensions when the ambient pressure is high, such as the "magnification" of the times actually spent at ambient pressures greater than 70 mem by a factor of 1.5 or 2.
  • C is the blood perfusion of the tissue
  • B is the solubility of gas in the blood
  • S is the solubility of the gas in the tissue.
  • This vasodilatation is accompanied by an increase in cardiac output in order to maintain a constant blood pressure.
  • cardiac output in humans can vary between 5 and 25 1 / min, that is to say by a factor of 5, or even more: heart rates of around 40 1 / min have been measured in well-trained athletes providing maximum effort.
  • the ambient temperature that is to say the temperature of the medium which receives the plunger, influences the perfusion of the organic tissues. This is how a temperature low re reduces tissue perfusion and reduces the rate of gas exchange.
  • the purpose of the method according to the invention is to take into account the exercise of the diver and / or the temperature of the ambient environment in order to more accurately determine the optimal decompression program.
  • the method according to the invention for determining in real time the decompression program of a diver or a hyperbaric worker is essentially characterized in that it consists:
  • the method according to a first embodiment consists in measuring the plon time and the ambient pressure, to memorize the highest ambient pressure to deduce the maximum diving depth, to measure one of the exercise parameters 1 to 5 above (for example pulmonary ventilation) and the ambient temperature, to memorize the highest value of said exercise parameter and the lowest value of ambient temperature, to be selected as a function of these last two parameters, ie a first pre-recorded decompression table, for example the Gers table, said table being selected if, for example, the ventilation has never been higher than 40 liters / minute and if the ambient temperature has never been lower, for example, at 10 ° C, i.e. a second premorised decompression table, for example the table of the French Ministry of work and to indicate to the diver the data of this selected decompression table in relation to the dive time and the value of the depth maximum reached.
  • a first pre-recorded decompression table for example the Gers table
  • a second premorised decompression table for example the table of the French
  • qi is the quantity of gas present in the corresponding tissue
  • ⁇ i is equal to either (gp - qi) if qi ⁇ (p + Ki) or to (gp - (p + Ki)) otherwise
  • g is the molar fraction of the neutral gas in the breathable mixture
  • p is the ambient pressure
  • Ki> 0 is a constant determined by experimentation, which can represent the threshold for bubble formation in the tissue and where the exponential coefficient ki> 0 of tissue is obtained from the exercise parameter measured, for example from VE (value of pulmonary ventilation), T (room temperature) and the sign of ⁇ i,
  • Qc is the upper limit of the cardiac output taking into account the measured exercise parameter, the ambient pressure and the composition of the respiratory mixture, the said limit being determined on the basis of predicted experimental physiological data and in which the coefficients are constants determined by experimentation,
  • the pulmonary ventilation (respectively the oxygen consumption) can be determined by monitoring the pressure of the respiratory gas tank for an open circuit respiratory device (respectively that of the oxygen tank for a device for recycling neutral gases) , according to the following isothermal expansion expression:
  • V is the volume of the tank concerned
  • P is the pressure of the tank concerned (dP / dt rate of variation of P, is obviously negative at constant temperature),
  • Knowing P has other obvious safety advantages by allowing good management of respiratory reserves.
  • Ps is the value of P predicted on arrival at the surface Po is the present value of P x0 is the presumed constant value of ventilation (oxygen consumption respectively) during decompression.
  • the present invention also relates to a device for determining in real time the decompression program of a diver, for the implementation of the method defined above.
  • indication means receiving the output signals from the calculation means and / or the output signals from the measurement means
  • the measurement means each consist of a sensor which delivers an analog electrical signal and by an analog digital converter which receives the analog electrical signal and converts it into a digital signal in the form of binary coding while the calculation means are constituted by a microcomputer comprising the memories mentioned above.
  • the means for measuring pulmonary ventilation or oxygen consumption are constituted by a bottle pressure sensor connected to said bottle by a flexible hose, by the analog-digital converter, by a clock. programmable and by the microcomputer which receives from the analog digital converter for a period of time determined by the programmable clock or timer, successive values of the gas pressure in the bottle, to calculate the ventilation or the oxygen consumption, by calculating the speed of pressure drop in said bottle.
  • the memories of the microcomputer include data representative of those of the table of GERS and those of the table of the French Ministry of Labor or any other tables.
  • the memories of the microcomputer equipping the device contain the data of a program for calculating in real time the quantities of neutral gases present in the theoretical tissues.
  • the device according to the invention for determining in real time the diver's decompression program comprises:
  • - automatic memory calculation means receiving the output signals from the measurement means, estimating from said signals and prerecorded programs the saturation state of the diver, determining the optimal decompression program and producing output signals representative of the decompression program and / or values measured by the measuring means,
  • - indication means receiving the output signals from the calculation means and / or measurement means, and / or data input means.
  • the device further comprises a housing equipped with compartments for receiving the various means mentioned above.
  • the memory of the calculation means includes the data of at least two decompression tables, for example the table of GERS and the table of the French Ministry of Labor.
  • the device also includes two registers for receiving the highest value of the pulmonary ventilation and the lowest value of the ambient temperature, these two registers preferably being constituted by two areas of the random access memory.
  • the device also includes two other registers which respectively receive the value of the highest ambient pressure. experienced by the diver and the value of the dive time.
  • the means of calculation based on the value of the highest ambient pressure, determine the maximum diving depth and thereafter, as a function of the value of the minimum ambient temperature and the value of the maximum pulmonary ventilation recorded in the registers, select either the GERS table or the French Ministry of Labor table.
  • the GERS table is selected if the ambient temperature has never been below 10 ° C and if the pulmonary ventilation has never been above 40 liters / minute.
  • the calculation means via the indication means, indicate to the diver the parameters fixing the decompression stages (stages and durations of the stages).
  • the device automatically detects the fact that the diver ascends, checks whether the diver follows the indications of the decompression table and is therefore able to warn him by l intermediary means of indication if this is not the case, and to update the decompression program according to the actual progress of the decompression.
  • the calculation means calculate the quantities of neutral gases contained in one or more theo tissues risks, by real-time integration of the gas exchange rates of said tissues, following the instructions of a program stored in the memory of the device.
  • This calculation takes into account the ambient pressure, the time, at least one of the exercise parameters (for example ventilation), and the ambient temperature, to evaluate the state of saturation of said diver, whose optimal decompression program is then deducted according to a conventional method.
  • this second variant of embodiment lends itself more than the first to the reactualization of the decompression program as a function of the actual progress of the ascent, as well as to the execution of successive dives and / or at altitude and / or caving. Indeed, it takes into account the actual profile of an exposure and not only the extreme values of the parameters.
  • This second variant can also coexist with the first to take over in the event that the diving profile goes beyond the framework of the prerecorded tables.
  • the device comprises a means for measuring the ambient pressure, a means for measuring the time, a means for measuring the ambient temperature and a means for measuring the exercise.
  • the device according to the invention comprises at least one means for measuring the pulmonary ventilation or the oxygen consumption to determine the exercise.
  • the pulmonary ventilation (respectively the oxygen consumption) is determined by measuring the speed of decrease of the pressure P of the respiratory gas reservoir (respectively of the oxygen reservoir) according to (Eq.4).
  • the calculation means and possibly the indication means are sensitive to the signals coming from said pressure measurement means P.
  • Said calculating means evaluate the speed of variation of the pressure P as a function of the signals coming from said means for measuring the pressure P and from those coming from the time measuring means at the ends of a small time interval.
  • Said calculation means determine the pulmonary ventilation (respectively oxygen consumption) of the user as a function of said speed of variation of P, of the ambient pressure, and of the volume of the reservoir concerned.
  • the calculation means also use the current measured value of. pressure P to predict, on the basis of and possibly simultaneously with the current decompression program, the value of P when it arrives at the surface in the event that the user immediately performs his ascent according to the indications of the device and where his pulmonary ventilation during said ascent would have a given presumed value, said value may or may not depend on the values measured until the time when the prediction is made.
  • Said calculation means are capable of warning the user by means of one or more of the indication means as soon as the value P predicted upon arrival at the surface becomes less than a given safety threshold.
  • the above prediction is also done by doing preced der the ascent of a hypothetical residual stay at this depth, at the end of which the new state of saturation and the new decompression program are calculated as for an actual stay, so that the calculation means predict by successive tests the duration maximum possible residual at this depth taking into account the available breathing gas reserves.
  • the means for measuring the ambient pressure, the ambient temperature, and the pressure of the bottle (s) each comprise at least one sensor which delivers an analog electrical signal and at least one analog digital converter which receives the analog electrical signal and the converts to digital signal.
  • the means for measuring the ventilation in combination with the bottle pressure sensor and the analog-to-digital converter includes a programmable clock or timer so that the calculation means in relation to the programmable clock can evaluate the speed of variation. pressure in the bottle.
  • the bottle pressure sensor is connected to said bottle by a flexible hose.
  • the outputs of these sensors are connected to at least one multiplexer controlled by the calculation means, the output of this multiplexer is electrically connected to the input of the analog to digital converter.
  • the calculation means select the outputs of the different sensors sequentially.
  • the sensors of the pressure measurement means are reactive or resistive, electro-mechanical or electrical, passive or active, precalibrated or not, with or without internal thermal compensation for sensitivity and / or zero, sensitive to absolute pressures or pressures relative to that prevailing inside the housing or one of its compartments. They may or may not include bellows, Bourdon tubes, levers, converters for displacement into an electrical signal, membranes, intermediate fluids transmitting pressure, flexible or rigid pipes or conduits equipping the sensitive parts of the sensors and the environments where pressures are measured.
  • Their electrical part can be composed of one or more discrete or integrated electronic elements, which can behave electrically like a "Wheatstone bridge" whose resistance of one or more of the branches varies according to the pressure measured thus varying the output voltage of said bridge, or as a differential electric oscillator or not, the impedance of one or more of the elements of which varies as a function of the pressure measured, thus varying the oscillation frequency of said oscillator.
  • Said means for measuring the pressure or pressures may also include circuits for amplification and / or external thermal compensation of the input (excitation) and / or output signals of the base sensor (s).
  • circuits can be integrated in a single component or made up of operational amplifiers and passive components (resistances, capacities). These circuits can also be common to other sensors by insertion of one or more analog demultiplexers and / or multiplexers controlled by the calculation means between said circuits and the inputs and / or outputs of said sensors.
  • Said means for measuring the pressure or pressures may comprise at least one constant voltage source, the output of which is connected either directly or by means of the said amplification and / or thermal compensation circuits at the input (excitation) of the sensor or sensors, said constant voltage source being able, according to an arrangement called “ratiometric", to be that which internally or externally calibrates the analog-digital converter (s).
  • the ambient temperature sensor is of the resistive temperature detector (RTD), thermistor, thermocouple, diode or integrated circuit type.
  • Said means for measuring the temperature may have parts in common with other elements of the device, the temperature sensor being able in particular to be integrated into one of the pressure sensors or to the analog-to-digital converter being able to be of the voltage-frequency type.
  • the signals from the temperature measurement means can be used to compensate for the thermal coefficients of the other measurement means and possibly of the indication means.
  • the temperature measurement means comprise at least one analog-digital converter which can be of the voltage-frequency type which they can share with other measurement means if an analog multiplexer is provided. deputy, the output or outputs of said converter being connected to one or more lines of the calculation means, said converter also being able to contain the base temperature sensor.
  • the indication means can be directly sensitive, via amplification circuits or via calculation means, to signals from the temperature measurement means and capable of informing the user of the value of said temperature.
  • a possible version of the device also includes a means of measuring the heart rate.
  • this means is constituted by a pulse sensor of a known type which is sensitive to the cardiac pulse and which transforms the said pulse into an electrical pulse.
  • This means is also constituted by the progr ammab clock or "timer" which measures by means of an interruption line of the microcomputer the time interval between two electrical pulses received.
  • This circuit can for example be a flip-flop of the "Schmidt trigger" type.
  • the heartbeat sensor is mounted in a bracelet intended to be attached to the wrist of the diver.
  • An electric line constituted by an electric wire coated with an insulator connects this sensor to the rest of the device.
  • the means of data entry allow the possible modification, for purposes of experimentation or adaptation to new diving conditions or simply for reasons of personal preferences, of some of the quantities that can be held explicitly or implicitly in the memory of the means of calculation such as pressure prevailing at the surface, volume of the tank in which the pressure P is measured, type of respiratory device used, safety threshold, of the pressure P predicted on arrival at the surface, composition of the respiratory mixture possibly under the form of a function of the ambient pressure, number and basic periods (for a given basic cardiac output) of the tissues constituting the mathematical model of the organism, initial values of the tensions of the various gases which cannot be metabolized in said tissues, values maximum admissible of said voltages in the form of functions of ambient pressure, rate of ascent ma ximal, desired decompression mode (continuous or stepwise), depths or ambient pressures authorized for the execution of steps in the case of step decompression, coefficients of correlation cardiac output / pulmonary ventilation / ambient pressure, coefficients of correlation of cardiac output / period for each tissue, dive time not to be exceeded, depth or
  • the data entry means are composed of magnetic action switches of the "reed” or Hall effect type located inside the housing, controlling the binary state of lines of the calculation means and one or more several magnets encapsulated in or covered with a material capable of protecting them from corrosion, situated outside said housing and movable in translation and / or rotation by the user in order to actuate said switches selectively and remotely.
  • the data entry means may also include a locking device to protect the constants against any accidental modification during use or transport of the device.
  • the calculation means are for example constituted by a microcomputer which can be of CMOS construction comprising in one or more boxes one or more microprocessors with 4, 8, 16, 32 or even 64 bits, one or more clock signal generators, one or more random access memory elements which may be of the static or dynamic type or a combination of the two, possibly one or more programmable or non-programmable read-only memory elements, possibly one or more "timers”, possibly one or more decoders , eventually one or more binary signal amplifiers ("buffers”, “drivers”, buffers, transmitters, receivers, transmitters) possibly one or more auxiliary logic boxes (gates, inverters, monostable, multiplexers, counters, Schmidt flip-flops) possibly one or several passive components (resistors, capacitors), possibly one or more communication interfaces, programmable or not, parallel (PIA, - PIO) or synchronous or asynchronous series (SCI, UART, USART, ACIA).
  • PIA parallel
  • - PIO synchronous or asynchronous
  • the said clock signal generator (s) allow the said microprocessor (s) to execute in sequence the machine code instructions stored in memory (dead or in the case of a live fault) of which the various operations for entering, processing and transmitting assigned information are made up to the means of calculation.
  • the RAM can be kept under permanent voltage so that its content is preserved even during periods of device shutdown.
  • the microprocessor (s) can operate in various modes such as “active”, “sleep”, “standby” corresponding to various energy levels.
  • the computing means can have one or more hierarchical or non-hierarchical interruption facilities, whether or not concealable, internal and / or external, by hardware and / or software, allowing the execution of specific algorithms according to the state of the means of measurement and / or display means and / or timers or if applicable and / or data input means if necessary and / or electrical power supply means.
  • One of said interruption facilities preferably of the non-maskable type, controlled by the data input means, can trigger an organized system closure procedure which guarantees the backup of the contents of the RAM.
  • the timers can fulfill all or part of the functions of the time measurement means in association with the clock signal generator (s).
  • the clock signal generator (s) may be composed of independent oscillators (crystalline, for example quartz, or others, for example RLC circuits) or outputs from those of the time measurement means, if any, which are separate from the means of calculation.
  • the communications between the various components, if there are several, of the internal communication means) and between the calculation means and the other components of the device are made via programmable ports or no, with or without latch ("latches"), one-way or two-way or mixed, which may have an inhibition facility (high impedance state) and / or via interrupt lines (for example for reception of frequency type signals) and / or via control lines (such as selection lines, handshake lines) and / or via parallel or serial communication interfaces.
  • Some of these ports can be interconnected in a so-called "bus" arrangement.
  • the input-output ports can be specialized or projected in memory.
  • Said calculation means can fulfill part of the functions of the various measurement means, in particular by performing thermal calibrations and / or compensations for sensitivities and / or zeros, by generating via digital converters. ques-analogical analog signals allowing to evaluate the signals to be measured by the use of comparators or by measuring the frequency of an alternating signal using a "timer” and the ease of associated external interruption (" input capture interrupt "). Said calculation means can modify one or more excitation voltages of the measurement and / or indication means by means of digital-analog converters or analog multiplexers associated with potential dividers and possible operational amplifiers and components.
  • the sequences of instructions executed by said calculation means may include various tests of the correct functioning of the device, in particular likelihood tests, leading to a warning of the diver via the indication means in the event of a malfunction detected.
  • Said calculation means can, thanks to one or more switches of the "solid-state” type (for example Darlingtons or power Mosfets) or mechanical relays (for example of the "reed” type) selectively or globally control the supply of electrical energy other components of the system, in order to direct their operation (on / off of lamps, horns, etc.) and / or to save energy for example by temporarily deactivating certain measurement means while the output signals of said means are not “online” (active on the input lines of the computing means) or when the said output signals are observed, vary very slowly allowing infrequent sampling.
  • switches of the "solid-state” type for example Darlingtons or power Mosfets
  • mechanical relays for example of the "reed” type
  • the electrical energy supply means are for example constituted by rechargeable batteries of the cadmium-nickel type or non-rechargeable batteries of the lithium or mercury type.
  • Said means for supplying electrical energy occupy, for example, a separate and possibly detachable and replaceable compartment of the housing, hermetically isolated from the other compartment or compartments of said housing while being electrically connected to them.
  • Said supply means if they are of the rechargeable type are connected to two stainless steel contacts, for example gold or gold-plated contacts located outside the housing and allow recharging of said supply means, at least one of the two connections by means of a diode or a switch preventing the discharge of said supply means via said contacts in seawater or in the ambient environment of the user, whoever it may be, the switch, in the case of a switch which can be of the reed type controlled from the outside of the housing using a magnet by the user or a relay controlled by the calculation means as a function of the ambient pressure, and / or requests expressed by the user via the data entry means.
  • two stainless steel contacts for example gold or gold-plated contacts located outside the housing and allow recharging of said supply means, at least one of the two connections by means of a diode or a switch preventing the discharge of said supply means via said contacts in seawater or in the ambient environment of the user, whoever it may be, the switch, in the case of a switch which can be of the ree
  • the compartment of the box containing the said supply means is provided with a manual opening or with a valve for the elimination of the gases released by the supply means while preventing the entry of fluids or foreign bodies.
  • the device of the invention may also include means for determining the state of charge of the supply means. These determination means consist of a constant voltage source, possibly of a potential divider to which the potential difference is applied between the terminals of said supply means, and of a comparator or more simply of a divider of voltage connected to an additional input of the analog multiplexer downstream of the analog-digital converter. These means are totally or partially integrated into a single component, the output or outputs of said determination means being connected to one or more ports of the calculation means and / or to the indication means.
  • the means of determining the state of charge trigger, after possible expiration of a delay and possible warning of the diver via the indication means, an organized closure of the system guaranteeing the backup of the contents of the RAM.
  • the means of indication consist of visual, sound or tactile means.
  • the visual means comprise one or more simple light emitting diodes or arranged in segment display and / or dot matrix and / or "bar-graphs", one or more reflective, transmitive or transflective liquid crystal displays, with direct or multiplexed excitation, illuminable or not, with segments and / or matrixes of points and / or predefined symbols and / or "bar-graphs", one or more plasma screens, one or more cathode-ray tube screens, one or more needle dials, one or incandescent lamps, one or more flash lamps, one or more electroluminescent tubes or screens, painted and / or engraved legends.
  • These visual means are apparent to the user through one or more windows or transparent walls of the housing and are capable of representing, in digital or analog form or in "bar-graph” or binary (two-state display, such as an LED illuminating when a certain quantity exceeds a certain threshold) simultaneously or alternately , automatically or on request via the data entry means, any combination of the following information that the calculation means and possibly the measurement means are capable of providing them: decompression program in full or partial steps consisting of couples (depth or ambient pressure, time) and possibly the total duration of the ascent, depth or minimum ambient pressure accessible for continuous decompression, duration of this dive (stay at ambient pressures higher than that prevailing on the surface), time, date, possible residual dive time at this depth or ambient pressure depending on the estimated present state of saturation of the user's body and of its residual quantity of respiratory gas and possibly of the request which it has expressed via the data entry means in terms of maximum duration of the dive, depth or maximum ambient pressure reached during this dive, current depth or ambient pressure, current ascent rate, residual amount of respiratory gas present (pressure P or
  • the sound means comprise one or more electro-acoustic transducers adapted to the ambient environment (for example hydrophones in a marine or freshwater environment) as well as their associated generator and amplifier circuits. These transducers are electromagnetic or piezoelectric, monotone or multitone, capable of informing the user in a qualitative manner (alarms and signals differentiated or not according to the information transmitted, particularly suitable for information of binary type), or even quantitative for example by speech synthesis if they are associated with one or more speech synthesis circuits receiving their instructions from the calculation means, the information transmitted by said sound means can be any combination of those listed above with reference use of visual means.
  • Tactile means are made up of mechanical appendages driven by electromagnets or electric motors. These mechanical appendages come into contact with any part of the body of the user or of fixed electrodes in permanent contact with the skin of the user. These electrodes cause a slight discharge.
  • Said tactile means if present allow, in the event of important information to be transmitted to the user (see list referring to visual means), to draw his attention to said visual means even under ambient noise conditions which would make ineffective sound means.
  • the present invention also relates to a diving assembly
  • a breathing apparatus composed of reserves of compressed gases carried or not by the diver, one or more regulators, and optionally a breathing bag provided with valves and a carbon dioxide absorption cartridge and an automatic oxygen metering device, possibly a waterproof lamp, possibly orientation instruments (compass, goniometer), a diving mask or helmet, possibly means of propulsion (fins, "scooter” underwater), possibly means of protection against the cold (heated suit or not), possibly means of adjusting the buoyancy of the diver and his equipment (buoy for ascent, ballasts or dry suit) with or without a supply of inflation gas independent of the supply of respiratory gas, possibly a turret or box or c decompression chamber.
  • an electric turbine-generator assembly (dynamo or rectified alternator) associated with a regulator and capable of extracting the energy for expansion of the respiratory gases and / or of inflation from the means for adjusting the buoyancy and maintaining in a state of charge satisfying the means of supplying electrical power to the assembly during the dive.
  • Said device according to the invention can be incorporated into the diving helmet and may include a corrective optical assembly based on lenses and / or mirrors and / or prisms and / or semi-reflecting blades allowing close-up vision, and possibly superimposed in the normal field of vision, visual means of indication.
  • This device can also include conventional sound indication means (speakers, headphones) operating in the gaseous volume of the headset, and can include voice type data input means consisting of a microphone or laryngophone connected to the means of calculation via a speech recognition module.
  • the diving set can include two solenoid valves controlled by the calculation means, binary way via relays or switches known as “solid-state” or proportionally via digital-analog converters followed by amplifiers, one controlling the entry of the inflation gas into the jacket or dry suit and the other controlling the escape of said gas to the ambient environment, said electrovalves allowing said means of calculation as a function of time, ambient pressure and possibly its time derivatives - easily calculated as a function of the output signals over a period of time of the time measurement means and of the ambient pressure measurement means -, possibly of information previously stored in the memory by the user via the input means of data (such as the diver's mass, volume, sound coefficient of resistance to movement in water, the compressibility coefficient and the surface volume of his suit), and possibly the current decompression program, to
  • the means of calculating said device according to the invention may be able to similarly control a solenoid valve responsible for decompressing a diving turret or chamber or decompression chamber and possibly another responsible for its compression, thus automating the operation of said turret or box or chamber for decompression and possibly for compression.
  • a preferred embodiment among the combinations of embodiments given for each of the main components of the device, particularly suitable for the use of divers submarines, and which has the advantages of being economical, versatile and relatively simple, is as follows:
  • the ambient and reservoir pressures are transmitted to the "pressure" inputs, mouthed on one side of the housing, of two absolute pressure sensors, monolithic (with single semiconductor substrate) of the "Wheatstone bridge” type whose measurable pressure ranges are compatible to their respective measurands, via a rot-proof stainless membrane and an incompressible, non-corrosive and electrically non-conductive intermediate fluid in both cases, also via a flexible hose designed for high pressures (armed) connected to the HP outlet of the regulator in the second case.
  • the two bridges are excited by constant voltages obtained by amplification of the constant voltage output of the single voltage-frequency converter ("ratiometric" arrangement), on the "voltage to measure” input of which are multiplexed, after amplification and offset, the output signals of said bridges as well as the "temperature” output with which said converter is also provided.
  • the time calculation and measurement means consisting of an 8-bit CMOS microcomputer in a box (microprocessor, read-only memory, random access memory, 16-bit timer or timer, 29 input-output lines), control multiplexing analog signals to be measured by two of their input-output lines, and receive the output frequency of the converter on their "frequency to be measured” line. They are therefore able to know at any time the non-calibrated values of the pressure ambient temperature, tank pressure and temperature, calibrate them and, with regard to pressures, apply thermal compensations to them.
  • the calibration and thermal compensation constants are introduced into the microcomputer's RAM thanks to data input means of the "reed" type controlling the state of input-output lines of said microcomputer.
  • the device is provided with a second charge level detector for the main batteries, constituted as the first of a po ti ti al di visor and with a threshold detector, which change the state of an input-output line of the micro-computer when the said charge level only allows a few hours of operation, so that the user is informed.
  • This arrangement is advantageous for several reasons: a) it allows the use of non-calibrated and not thermally compensated pressure sensors, therefore inexpensive. b) It allows calibration without delicate manipulation of potentiometers or other variable components and even without opening the device housing, by simply reading the indications of the device subjected to known pressures and temperatures and introduction of constants easily calculated from said indications and said known values. c) It provides precise calibration / compensation because downstream of all analog circuits. d) It authorizes recalibrations as frequent as necessary, possibly being carried out by the user himself. e) It allows the display of the water temperature for the benefit of the diver. f) It allows the entry of other constants such as surface pressure, composition of the respiratory mixture, etc., which will also be preserved when the device is stopped or discharged.
  • the main batteries are simply charged via two bare stainless steel contacts emerging from the housing, the discharge of said batteries by the same path being prevented by the interposition of a diode.
  • This diode can be short-circuited by an externally controlled reed switch allowing in the event of an emergency, a rapid total discharge of the main batteries via the external contacts, a condition necessary for the subsequent execution of a rapid total charge at 2A in 15 minutes without harm to the batteries.
  • a second diode connected to the positive pole of the back-up battery via a resistor, performs a 1 mA bypass of the current charging, allowing relatively quick recharging of said "back-up” battery when it has been used for a prolonged period, which the "trickle charging" current cannot guarantee.
  • the maximum permanent charge current of the assembly is 68 mA.
  • the visual means consist of a transflective LCD screen module (lighting either behind or in front) with 32 alphanumeric multiplex characters, in a resistance scale associated with an analog multiplexer allowing the optimal viewing angle of the screen to be adjusted. by that of the excitation voltage of the liquid crystals, into an electroluminescent panel underlying the screen and into a wave generator intended to supply said panel.
  • the calculation means control said visual means by fifteen of their input-output lines: eleven are dedicated to data transmissions, three to control the multiplexer 8-1, one to the wave generator of the EL panel controlled via a Darlington .
  • the audible indication means consist of a piezoelectric transducer connected to the "frequency output" line of the microcomputer via an amplifier.
  • a relatively simple automatic device can ensure constant current charging of the batteries in either of these two modes (including the remote triggering of the reed bypass switch by creating a magnetic field the along the reed using a coil traversed by a current, including also the discharge prior to rapid charging using a switching and threshold detection device) safely, the timing of the fast charge that can be done using a simple timer.
  • Such an automatic charging device can be designed to operate indifferently from a mains supply or from a 12 or 24 V vehicle battery.

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Abstract

Le décompressimètre a pour but de tenir compte de l'exercice du plongeur et/ou de la température du milieu ambiant pour déterminer avec plus d'exactitude le programme de décompression optimal. Ainsi, le procédé de détermination en temps réel du programme de décompression d'un plongeur ou d'un travailleur hyperbare consiste essentiellement: - à mesurer en cours d'exposition le temps et la pression ambiante, - à mesurer et/ou à déterminer toujours en cours d'exposition au moins un des paramètres supplémentaires suivants: 1) perfusion d'un ou plusieurs tissus, 2) débit cardiaque, 3) ventilation pulmonaire, 4) consommation d'oxygène, 5) fréquence cardiaque, 6) température ambiante - et à en déduire une estimation de l'état de saturation d'un plongeur et le programme de décompression approprié.

Description

Décompressimètre numérique à perfusions variables.
L'invention concerne un procédé de détermination du programme minimal de décompression non pathologique d'une personne (plongeur, travailleur hyperbare, aviateur, cosmonaute, etc..) ayant séjourné et respiré un mélange gazeux contenant un ou des gaz non mé tabolisables à des pressions ambiantes supérieures à celle de la "surface" qu'elle veut finalement atteindre, ainsi qu'un dispositif automatique de détermination et d'indication dudit programme et de paramètres connexes appliquant le dit procédé ainsi qu'un ensemble de plongée incorporant le dit dispositif.
La nécessité d'un programme de décompression provient du fait que, lors du séjour en pression, les gaz non mé tabolisables se sont dissous via les poumons et le sang dans les tissus de l'organisme en quantités plus importantes que ceLles pouvant y exister à la pression de la surface, et qu'une décompression trop rapide libérerait in situ, plutôt que dans les gaz d'expiration via le sang et les poumons, l'excès desdits gaz non consommables par l'organisme sous forme de bulles dites "pathologiques", c'est à dire susceptibles d'infliger des lésions aux tissus dans lesquels elles apparaissent et/ou d'interrompre la circulation sanguine dans certains vaisseaux, le spectre des conséquences observables et généralement différées de ces accidents de décompression allant de légères démangeaisons localisées jusqu'au décès.
Les deux principaux types de décompression, sont la décompression continue et la décompression par paliers.
La décompression continue consiste à réduire la pression ambiante de façon continue ou par petites étapes, et est plus rapide mais mains pratique que la décompression par paliers, qui consiste à effectuer des arrêts de durées relativement longues à des prsssions ambiantes prédéterminées relativement distantes l'une de l'autre, généralement espacées de 3 mem (mètres d'eau de mer) en 3 mem jusqu'à la surface, la vitesse de déplacement jusqu'au premier palier et entre les paliers étant limitée par une valeur maximale admissible donnée, généralement entre 10 et 20 mem/mn.
Quel que soit le type de décompression utilisé, le programme de décompression idéal est le programme minimal, c'est à dire celui dont la durée totale est la plus courte sans pour autant compromettre la sécurité de l'intéressé.
Les raisons pour cela sont évidentes, surtout dans le milieu de la plongée professionnelle où quelques dizaines de minutes perdues en temps de décompression superflu peuvent entraîner des pertes de plusieurs milliers de francs en raison du coût horaire important des plongeurs et des personnes et matériels qui les entourent.
Un procédé de détermination de programmes de décompression est précis lorsque le programme prescrit par ce procédé pour une exposition donnée s'approche au plus près du programme minimal, tout écart allant dans le sens de la sécurité.
Deux facteurs critiques limitent la précision d'une méthode donnée.
Le premier est la précision de détermination de l'état de saturation de l'intéressé en gaz non métabolisables après une exposition donnée.
Le second est la précision avec laquelle sont connues les contraintes auxquelles doit obéir ledit état de saturation pendant la décompression pour évitée l'apparition de bulles pathologiques.
Ces deux facteurs ne sont d'ailleurs pas indépendants ; en effet, plus les erreurs commises dans la détermination de l'état de saturation sont importantes, plus sévères doivent être les contraintes auxquelles l'ont doit soumettre le dit état en cours de décompression si l'on veut éviter une décompression sub-minimale et donc pathologique.
Le procédé de l'invention possède un meilleur premier facteur et, par contrecoup, un meilleur second facteur que les méthodes conventionnelles.
Avant de décrire comment cela est accompli, il est nécessaire d'exposer plus en détail les méthodes conventionnelles.
Ces méthodes, qu'elles soient appliquées à des scénarios pression ambiante/temps fictifs comme pour l'établissement de tables de décompression ou au profil réel d'une exposition comme dans les appareils du type décompressimè tre analogique ou numérique, sont nombreuses mais possèdent toutes, ou tout au moins les plus fiables et donc les plus employées, une architecture de base commune due aux travaux précurseurs de physiologiste britannique J.S. Haldane au début de ce siècle :
L'état de saturation de l'organisme est représenté par les tensions de gaz non métabolisables dans un certain nombre de tissus. Ces tensions représentent des concentrations de gaz dissous mises à l'échelle de telle sorte qu'à Saturation d'un tissu donné pour un gaz donné (on emploiera ici Saturation avec un S majuscule dans le sens de l'état d'équilibre où le tissu contient en dissolution tout le gaz qui peut y résider de façon stable), la ten sion du gaz dans le tissu soit numériquement égale à la pression partielle du dit gaz dans le mélange respiré, elle-même égale au produit de la pression ambiante et de la concentration molaire. du gaz dans le mélange.
Ces tissus ne représentent pas des tissus anatomiques bien définis, mais plutôt des ensembles de tissus anatomiques divers réunis par un comportement commun en ce qui concerne la dynamique des échanges d'un gaz non métabolisable donné avec les gaz respiratoires.
Le nombre nécessairement fini de tissus pris en compte par les diverses méthodes constitue un échantillonnage qui se veut représentatif du nombre théoriquement quasi-infini de tels ensembles possibles.
Chaque tissu est caractérisé pour un gaz donné par une constante appelée période ou demi-vie, pouvant selon le tissu aller de quelques minutes à quelques centaines de minutes, qui est définie comme le temps nécessaire pour que la tension de ce gaz dans ce tissu voie réduite de moitié la différence la séparant initialement de la tension de Saturation, égale à la pression partielle du gaz dans le mélange respiratoire, cette dernière étant supposée constante.
Cette définition implique que la tension varie exponentiellement en fonction du temps t, selon une loi qui peut s'exprimer différentiellement de la façon suivante :
(Eq. 1) dq/dt = k (gp - q) où q est la tension du gaz dissous dans le tissu g est la fraction molaire du gaz dans le mélange p est la pression ambiante k = Log 2/h est le coefficient exponentiel du tissu où
Log 2 est le logarithme népérien de 2 h est la période du tissu
ou, si gp et k sont constants, sous la forme intégrée : (Eq. 2) q = qo + (gp - qo) (1-exp (-kt))
où qo est la valeur initiale (au temps 0) et q est la valeur finale (au temps t) de la tension.
En addition, certaines méthodes emploient des artifices de calcul pour l'estimation des tensions lorsque la pression ambiante est élevée, comme le "grossissement" des temps réellement passés aux pressions ambiantes supérieures à 70 mem par un facteur de 1,5 ou 2.
L'état de saturation de l'organisme étant ainsi représenté, les contraintes auxquelles il doit obéir lors de la décompression se composent essentiellement de tensions maximales admissibles pour chaque tissu et pour chaque gaz qui sont des fonctions croissantes, généralement linéaires mais ne passant pas nécessairement par l'origine, de la pression ambiante.
Ces tensions maximales admissibles à une pression ambiante donnée pour un gaz donné sont supérieures à' la dite pression ambiante et donc bien évidemment supérieures à la pression partielle du gaz à cette pression ambiante, accordant ainsi aux tissus un certain degré de sursaturation (tension en excès de la tension de Saturation ) permise et par là-même la possibilité à au moins l'un d'entre eux de se désaturer à chaque étape de la décompression, la vitesse de désaturation étant proportionnelle à l'amplitude de la sursaturation comme l'indique (Eq. 1).
Une autre contrainte dont il a déjà été fait état est la vitesse maximale de décompression ou remontée, qui suffit à assurer la désaturation non pathologique des tissus les plus rapides, comme le sang.
Afin de comprendre en quoi les méthodes conventionnelles sont susceptibles d'amélioration, on peut se référer par exemple au paragraphe 3.4.1 du rapport de recherche 6-65 de 1'U.S. Navy Expérimental Diving Unit par R.D. Workman (1965), où il est dit en substance :
"Il est également reconnu que l'admission de gaz inerte durant le travail est plus importante qu'au repos, en raison de l'accroissement du débit cardiaque et de la perfusion des tissus. De même, l'élimination de gaz inerte au cours des périodes de repos sera plus lente que pendant le travail.
La détermination des tensions maximales admissibles à partir de plongées de travail prend cette différence en compte dans une certaine mesure".
La perfusion d'un tissu anatomique (débit sanguin tissulaire) est en effet un facteur important des processus de saturation et désaturatiαn en gaz non métabolisables. Boycott, Damant et Haldane (The prévention of compressed air illness ; J. Hyg. Lond. 8, 445-456, 1908) estiment que le coefficient exponentiel caractéristique k d'un tissu donné pour un gaz donné qui, comme nous l'avons vu, est inversement proportionnel à la période de ce tissu pour ce gaz, peut s'exprimer comme suit :
(Eq. 3) k = a C B / S
où a est une constante
C est la perfusion sanguine du tissu
B est la solubilité du gaz dans le sang
S est la solubilité du gaz dans le tissu.
Selon ces auteurs, donc, la période de tout tissu varierait en proportion inverse de la perfusion de ce tissu, toutes choses étant égales par ailleurs.
On s'accorde cependant de nos jours à penser que cela ne serait vrai que pour des tissus bien vascularisés, et que les périodes des tissus mal vascularisés, c'est à dire ceux où le gaz en solution doit diffuser sur une distance comparativement longue avant de rencontrer un vaisseau sanguin, dépendraient peu ou prou des perfusions de ces tissus.
Ces derniers tissus seraient également ceux dont les périodes sont les plus longues.
La perfusion d'un tissu dont le métabolisme s'accroît, comme un muscle fournissant un effort augmente par dilatation des vaisseaux sanguins qui l'irriguent en réponse à l'hypoxie temporaire provoquée par le dit accroissement de métabolisme.
Cette vaso-dilatation s'accompagne d'une augmentation du débit cardiaque afin de maintenir une pression artérielle constante.
Entre le repos et un effort soutenu, le débit cardiaque chez l'homme peut varier entre 5 et 25 1/mn, c'est à dire par un facteur 5, ou même plus : des débits cardiaques d'environ 40 1/mn ont été mesurés chez des athlètes bien entraînés fournissant un effort maximal.
Le simple fait de marcher lentement fait augmenter le débit cardiaque d'environ 50 % par rapport à la valeur au repos. Or, par conservation des débits, une multiplication du débit cardiaque par un facteur "x" supérieur à 1 doit nécessairement être associée à une multiplication par un facteur "y" au moins égal à "x" de la perfusion des tissus dont le métabolisme accru est à l'origine de l'augmentation de débit cardiaque.
Si l'on en croit Boycott, Damant et Haldane, cela signifie que les coefficients exponentiels et donc les vitesses d'échanges gazeux desdits tissus sont multipliés par le même facteur "y". Les facteurs "x" et donc "y" pouvant être supérieurs à 5, on voit que les erreurs dues à cet effet, commises par les méthodes conventionnelles dans la détermination de l'état de saturation d'un individu, auxquelles Workman fait allusion dans l'extrait de son rapport présenté plus haut, peuvent être importantes.
Si l'on considère un modèle simplifié de l'organisme où les coefficients exponentiels de tous les tissus varieraient proportionnellement au débit cardiaque, et si l'on admet qu'un plongeur peut travailler au fond à un déb-it cardiaque de 25 1/mn puis se décomprimer ensuite à un débit cardiaque de 5 1/mn selon une méthode conventionnelle en toute sécurité - ce dont il est permis de douter -, alors il est simple de voir, par interchangeabilité de "k" et de "t" dans (Eq. 2), que le même plongeur aurait pu en toute sécurité subir le même programme de décompression après une plongée à la même profondeur mais de durée 5 fois plus éle vée si son débit cardiaque au fond n'avait été que de 5 1/mn, c'est à dire s'il n'avait fourni aucun effort au fond.
En effet, son état de saturation au moment d'amorcer sa remontée aurait été exactement le même dans les deux cas.
En d'autres termes, il serait parfaitement sûr, dans certains cas, d'utiliser les tables conventionnelles en entrant une durée fictive 5 fois moindre que la durée réelle de la plongée. Par exemple, si l'on utilisait la table de plongée à l'air, annexée au décret de 1974 du Ministère du Travail français régissant les mesures particulières de protection applicables aux travailleurs hyperbares (Bulletin Officiel, fascicule spécial n° 74-48 bis), on pourrait, dans certains cas, remonter en toute sécurité d'une plongée de 50 mn à 57 m en un temps total de 11,4 mn (durée de la remontée préconisée pour une plongée de 50/5 = 10 mn à 57 m) que l'on peut comparer aux 141,6 mn du programme de décompression obtenu par application stricte de la table, réalisant ainsi une économie non négligeable de plus de deux heures ou 92 % sur le temps de décompression.
Il va sans dire qu'un plongeur qui se laisserait tenter par l'économie de temps réalisée dans l'exemple ci-dessus courrait vers de graves ennuis vu la simplicité de nos hypothèses, qui n'étaient destinées qu'à fournir un ordre de magnitude des répercussions possibles sur les durées de décompression réellement nécessaires des variations d'exercice au cours d'une exposition donnée à la pression.
D'autre part, il est reconnu que la température ambiante, c'est à dire la température du milieu qui reçoit le plongeur, influence la perfusion des tissus organiques. C'est ainsi qu'une températu re basse réduit la perfusion des tissus et réduit la vitesse des échanges gazeux.
Il découle de ce qui précède qu'un plongeur soumis à un milieu froid devra subir une décompression plus lente que lorsque la température ambiante est modérée.
Le procédé selon l'invention a pour but de tenir compte de l'exercice du plongeur et/ou de la température du milieu ambiant pour déterminer avec plus d'exactitude le programme de décompression optimal.
Ainsi, le procédé selon l'invention de détermination en temps réel du programme de décompression d'un plongeur ou d'un travailleur hyperbare se caractérise essentiellement en ce qu'il consiste :
- à mesurer en cours d'exposition le temps et la pression ambiante,
- à mesurer et/ou à déterminer toujours en cours d'exposition au moins un des paramètres supplémentaires suivants :
1) perfusion d'un ou plusieurs tissus,
2) débit cardiaque,
3) ventilation pulmonaire,
4) consommation d'oxygène,
5) fréquence cardiaque,
6) température ambiante
- et à en déduire une estimation de l'état de saturation d'un plongeur et le programme de décompression approprié.
Pαur déduire une estimation de l'état de saturation d'un plongeur et le programme de décompression approprié, le procédé selon une première forme de réalisation consiste à mesurer le temps de plon gée et la pression ambiante, à mémoriser la plus forte pression ambiante pour en déduire la profondeur maximale de plongée, à mesurer l'un des paramètres d'exercice 1 à 5 susmentionnés (par exemple la ventilation pulmonaire) et la température ambiante, à mémoriser la plus forte valeur du dit paramètre d'exercice et la plus faible valeur de la température ambiante, à sélectionner en fonction de ces deux derniers paramètres, soit une première table de décompression pré-enregistrée par exemple la table du Gers, la dite table étant sélectionnée si par exemple la ventilation n'a jamais été supérieure à 40 litres/minute et si la température ambiante n'a jamais été inférieure par exemple à 10°C, soit une seconde table de décompression prémémorisée par exemple la table du ministère français du travail et à indiquer au plongeur les données de cette table de décompression sélectionnée en relation avec le temps de plongée et la valeur de la profondeur maximale atteinte.
Pour estimer l'état de saturation d'un plongeur et le programme de décompression approprié, le procédé selon une autre variante, consiste : a) toujours à mesurer le temps , la pression ambiante, l'un des paramètres d'exercices sus-mentionnés (par exemple la ventilation pulmonaire) et la température ambiante, b) puis à calculer les quantités de gaz neutre contenues dans un ou plusieurs tissus théoriques constituant le modèle mathématique de l'organisme du plongeur, le dit calcul étant opéré par intégration en temps réel des vitesses d'échanges gazeux des dits tissus théoriques, lesquelles vitesses sont définies par la relation: = ki . Δi où qi est la quantité de gaz présente dans le tissu correspondant, où Δ i est égal soit à (gp - qi) si qi < (p + Ki) soit à (gp - ( p + Ki)) dans le cas contraire, où g est la fraction molaire du gaz neutre dans le mélange respirable, p est la pression ambiante, où Ki>0 est une constante déterminée par expérimentation, pouvant représenter le seuil de formation des bulles dans le tissu et où le coefficient exponentiel ki>0 du tissu est obtenu à partir du paramètre d'exercice mesuré, par exemple à partir de VE (valeur de la ventilation pulmonaire), de T (température ambiante) et du signe de Δi ,
-si Δi>0 en appliquant la fonction du débit cardiaque suivante: ki s dont la forme non triviale la plus simple est: «U,o
dans laquelle Qc est la limite supérieure du débit cardiaque compte tenu du paramètre d'exercice mesuré, de la pression ambiante et de la composition du mélange respiratoire, la dite limite étant déterminée à partir de données physiologiques expérimentales prémémorisées et dans laquelle les coefficients sont des constantes déterminées par expérimentation,
-si Δ i<0 en appliquant la fonction suivante de la température ambiante T : ki s dont la forme non triviale la plus simple est
où les sont des constantes déterminées par expérimen tation, c) à en déduire le programme de décompression approprié selon l'une des méthodes existantes. La ventilation pulmonaire (respectivement la consommation d'oxygène) peut être déterminée par le monitorage de la pression du réservoir de gaz respiratoire pour un appareil respiratoire à circuit ouvert (respectivement de celle du réservoir d'oxygène pour un appareil à recyclage des gaz neutres), selon l'expression de détente isotherme suivante :
(Eq. 4) x = -V/p. dP/dt
où x est le paramètre à déterminer,
V est le volume du réservoir concerné,
p est la pression ambiante
P est la pression du réservoir concerné (dP/dt vitesse de variation de P, est bien évidemment négatif à température constante),
voire selon une loi de détente non isotherme faisant intervenir la température ambiante si celle-ci. est mesurée.
La connaissance de P présente d'autres avantages bien évidents en matière de sécurité en permettant une bonne gestion des réserves respiratoires.
Cette gestion est rendue d'autant plus facile que la présente méthode permet, grâce à la connaissance simultanée de P et du programme de décompression, de prédire la valeur de P à l'arri vée en surface par application de l'équation suivante obtenue par intégration de (Eq 4):
(Eq.5) Ps = Po - xo/ p dt
où Ps est la valeur de P prédite à l'arrivée en surface Po est la présente valeur de P x0 est la valeur présumée constante de la ventilation (respectivement consommation d'oxygène) lors de la décompression.
Afin de majorer pour raisons de sécurité la chute de pression P-Ps , on pourra utiliser une valeur relativement élevée par exemple 20 1/mn (respectivement 1 1/mn).
La mention "prog" sous le signe intégrale signifie que l'intégration est pratiquée sur le profil pression ambiante/temps du programme de décompression.
Naturellemen t cette prédict ion peut être ef fectuée en faisant précéder la remontée d'un séjour résiduel hypothétique à la présente profondeur au terme duquel le nouvel état de saturation et le nouveau programme de décompression sont calculés comme pour un séjour réel, de sorte que l'on peut prédire par essais successifs la durée résiduelle maximale possible à la présente profondeur compte tenu des réserves de gaz respirable disponibles. La présente invention a pour objet également un dispositif de détermination en temps réel du programme de décompression d'un plongeur, pour la mise en oeuvre du procédé défini plus haut.
Le dispositif selon l'invention se caractérise essentiellement en ce qu'il comprend :
a) au moins un moyen de mesure du temps produisant des signaux représentatifs du dit temps,
b) au moins un moyen de mesure de la pression ambiante, produisant des signaux représentatifs de la valeur de la dite pression,
c) au moins un moyen de mesure d'au moins un des paramètres suivants : perfusion d'un ou plusieurs tissus, débit cardiaque, ventilation pulmonaire, consommation d'oxygène, fréquence cardiaque, température ambiante, produisant des signaux représentatifs de la valeur desdits paramètres
d)des moyens de calcul automatiques à mémoires recevant les signaux de sortie des moyens de mesure,
-estimant, à partir des dits signaux selon un programme préenregistré dans les mémoires, l'état de saturation du plongeur, -déterminant le programme de décompression optimal et produisant des signaux de sortie représentatifs du dit programme de décomp ress ion , e) des moyens d'indication recevant les signaux de sortie des moyens de calcul et/ou les signaux de sortie des moyens de mesure
f) des moyens d'introduction de données permettant notamment la sélection de la ou des tables de plongée à utiliser et/ou l'entrée du volume de la bouteille de gaz respirable et/ou la sélection de la méthode de calcul du programme de décompression à utiliser.
Suivant une autre caractéristique de l'invention les moyens de mesure sont constitués chacun par un capteur qui délivre un signal électrique analogique et par un convertisseur analogique numérique qui reçoit le signal électrique analogique et le convertit en signal numérique sous forme de codé binaire tandis que les moyens de calcul sont constitués par un micro- ordinateur comportant les mémoires sus évoquées.
Suivant une autre caractéristique de l'invention les moyens de mesure de la ventilation pulmonaire ou de la consommation d'oxygène sont constitués par un capteur de pression bouteille connecté à la dite bouteille par un tuyau flexible, par le convertisseur analogique numérique, par une horloge programmable et par le micro-ordinateur qui reçoit du convertisseur analogique numérique pendant une période de temps déterminée par l'horloge programmable ou timer, des valeurs successives de la pression de gaz dans la bouteille, pour calculer la ventilation ou la consommation d'oxygène, par calcul de la vitesse de baisse de pression dans la dite bouteille. Suivant une autre caractéristique de l'invention les mémoires du micro-ordinatëur comprennent des données représentatives de celles de la table du GERS et celles de la table du Ministère Français du Travail ou de toutes autres tables.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention les mémoires du micro-ordinateur équipant le dispositif contiennent les données d'un programme de calcul en temps réel des quantités de gaz neutres présentes dans les tissus théoriques.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'une forme préférentielle de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif en se référant au dessin annexé qui montre un schéma synoptique du dispositif selon l'invention.
Tel que représenté le dispositif selon l'invention de détermination en temps réel du programme de décompression d'un plongeur comprend :
- au moins un moyen de mesure du temps de plongée produisant des signaux représentatifs du dit temps,
- au moins un moyen de mesure de la pression ambiante produisant des signaux représentatifs de la dite pression,
- au moins un moyen de mesure et/ou de détermination d'au moins un des paramètres suivant:
-perfusion d'un ou plusieurs tissus, -débit cardiaque, -ventilation pulmonaire, -consommation d'oxygène, -fréquence cardiaque, -température ambiante, produisant des signaux représentatifs de la valeur des dits paramètres,
- des moyens de calcul automatiques à mémoire recevant les signaux de sortie des moyens de mesure, estimant à partir des dits signaux et des programmes préenregistrés l'état de saturation du plongeur , déterminant le programme de décompression optimal et produisant des signaux de sortie représentatifs du programme de décompression et/ou des valeurs mesurées par les moyens de mesure,
- des moyens d'indication recevant les signaux de sortie des moyens de calcul et/ou des moyens de mesure, et/ou des moyens d'introduction de données.
Le dispositif comporte de plus un boîtier équipé de compartiments pour recevoir les différents moyens sus évoqués.
Selon une première forme de réalisation la mémoire des moyens de calcul comporte les données d'au moins deux tables de décompression par exemple la table du GERS et la table du Ministère Français du Travail.
Selon cette forme de réalisation, le dispositif comporte également deux registres pour recevoir la plus forte valeur de la ventilation pulmonaire et la plus faible valeur de la température ambiante, ces deux registres étant constitués de préférence par deux zones de la mémoire vive.
Le dispositif comporte également deux autres registres qui reçoivent respectivement la valeur de la plus forte pression ambiante subie par le plongeur et la valeur du temps de plongée.
Les moyens de calcul, d'après la valeur de la plus forte pression ambiante, déterminent la profondeur maximale de plongée et par la suite, en fonction de la valeur de la température ambiante minimale et de la valeur de la ventilation pulmonaire maximale inscrites dans les registres, sélectionnent, soit la table du GERS soit, la table du Ministère Français du Travail.
A titre d'exemple la table du GERS est sélectionnée si la température ambiante n'a jamais été inférieure à 10°C et si la ventilation pulmonaire n'a jamais été supérieure à 40 litres/ minutes.
En corrélation avec le temps de plongée et avec la profondeur de plongée maximale atteinte les moyens de calcul, par l'intermédiaire des moyens d'indication indiquent au plongeur les paramètres fixant les étapes de la décompression (paliers et durées des paliers) .
Il est intéressant de noter que par l'intermédiaire des moyens de mesure le dispositif dé tec te automatiquement le fait que le plongeur remonte, vérifie si le plongeur suit les indications de la table de décompression et est donc à même de l'avertir par l'intermédiaire des moyens d'indication si ce n'est pas le cas, et de réactualiser le programme de décompression en fonction du déroulement réel de la décompression.
Selon une autre variante de réalisation, pour déterminer les étapes de la décompression, les moyens de calcul calculent les quantités de gaz neutres contenues dans un ou plusieurs tissus théo riques, par intégration en temps réel des vitesses d'échanges gazeux des dits tissus, en suivant les instructions d'un programme mémorisé dans la mémoire du dispositif.
Ce calcul prend en compte la pression ambiante, le temps, au moins un des paramètres d'exercice (par exemple la ventilation), et la température ambiante, pour évaluer l'état de saturation du dit plongeur, dont le programme de décompression optimal est ensuite déduit selon une méthode conventionnelle.
Il est à noter que cette deuxième variante de réalisation se prête plus que la première à la réactualisatiαn du programme de décompression en fonction du déroulement réel de la remontée, ainsi qu'à l'exécution de plongées successives et/ou en altitude et/ou spéléologiques. En effet, elle prend en compte le profil réel d'une exposition et non pas seulement les valeurs extrêmes des paramètres. Cette deuxième variante peut également coexister avec la première pour en prendre la relève dans le cas où le profil de plongée sortirait du cadre des tables préenregistrées.
Le dispositif comporte un moyen de mesure de la pression ambiante, un moyen de mesure du temps, un moyen de mesure de la température ambiante et un moyen de mesure de l'exercice. A titre d'exemple le dispositif selon l'invention comporte au moins un moyen de mesure de la ventilation pulmonaire ou de la consommation d'oxygène pour déterminer l'exercice.
De préférence la ventilation pulmonaire (respectivement la consommation d'oxygène) est déterminée par mesure de la vitesse de baisse de la pression P du réservoir de gaz respiratoire ( respectivement du réservoir d'oxygène) selon (Eq.4). Les moyens de calcul et éventuellement ,les moyens d'indication sont sensibles aux signaux issus desdits moyens de mesure de la pression P .
Lesdits moyens de calcul évaluent la vitesse de variation de la pression P en fonction des signaux issus desdits moyens de mesure de la pression P et de ceux issus des moyens de mesure du temps aux extrémités d'un petit intervalle de temps.
Lesdits moyens de calcul déterminent la ventilation pulmonaire (respectivement consommation d'oxygène) de l'utilisateur en fonction de ladite vitesse de variation de P, de la pression ambiante, et du volume du réservoir concerné.
Les moyens de calcul utilisent également la valeur mesurée courante de la. pression P pour prédire, sur la base du et éventuellement simultanément au programme de décompression courant, la valeur de P lors de son arrivée en surface dans l'hypothèse où l'utilisateur effectuerait immédiatement sa remontée selon les indications du dispositif et où sa ventilation pulmonaire lors de la dite remontée aurait une valeur présumée donnée, la dite valeur pouvant ou non dépendre des valeurs mesurées jusqu'au moment où la prédiction est effectuée.
Les dits moyens de calcul sont aptes à avertir l'utilisateur par l'intermédiaire d'un ou plusieurs des moyens d'indication dès que la valeur P prédite lors de l'arrivée en surface devient inférieure à un seuil de sécurité donné.
La prédiction ci-dessus est également effectuée en faisant précé der la remontée d'un séjour résiduel hypothétique à la présente profondeur, au terme duquel le nouvel état de saturation et le nouveau programme de décompression sont calculés comme pour un séjour réel, de sorte que les moyens de calcul pré disent par essais successifs la durée résiduelle maximale possible à la présente profondeur compte tenu des réserves de gaz respirables disponibles.
Les moyens de mesure de la pression ambiante, de la température ambiante, et de la pression de la ou des bouteilles comprennent chacun au moins un capteur qui délivre un signal électrique analogique et au moins un convertisseur analogique numérique qui reçoit le signal électrique analogique et le convertit en signal numérique.
De plus le moyen de mesure de la ventilation en combinaison avec le capteur de pression bouteille et le convertisseur analogique numérique comprend une horloge programmable ou timer de manière à ce que les moyens de calcul en relation avec l'horloge programmable puissent évaluer la vitesse de variation de la pression dans la bouteille.
De préférence le capteur de pression bouteille est connecté à la dite bouteille par un tuyau souple.
Avantageusement, les sorties de ces capteurs sont connectées à au moins un multiplexeur commandé par les moyens de calculs, la sortie de ce multiplexeur est connectée électriquement à l'entrée du convertisseur analogique numérique.
Par l'intermédiaire du multiplexeur les moyens de calcul sélectionnent séquentiellement les sorties des différents capteurs. Les capteurs des moyens de mesure des pressions sont réactifs ou résistifs, électro-mécaniques ou électriques, passifs ou actifs, précalibrés ou non, munis ou non d'une compensation thermique interne de la sensibilité et/ou du zéro, sensibles aux pressions absolues ou aux pressions relatives à celle régnant à l'intérieur du boîtier ou d'un de ses compartiments . Ils peuvent comporter ou non des soufflets, des tubes de Bourdon, des leviers, des convertisseurs de déplacement en signal électrique, des membranes, des fluides intermédiaires transmetteurs de pression, des tuyaux ou canalisations souples ou rigides mettant en équipression les parties sensibles des capteurs et les milieux où les pressions sont mesurées. Leur partie électrique peut être composée d'un ou plusieurs éléments électroniques discrets ou intégrés, qui peuvent se comporter électriquement comme un "pont de Wheatstone" dont la résistance d'une ou plusieurs des branches varie en fonction de la pression mesurée faisant ainsi varier la tension de sortie du dit pont, ou comme un oscillateur électrique différentiel ou non dont l'impédance d'un ou plusieurs des éléments varie en fonction de la pression mesurée faisant ainsi varier la fréquence d'oscillation du dit oscillateur.
Les dits moyens de mesure de la ou des pressions peuvent comporter également des circuits d'amplification et/ou de compensation thermique externe des signaux d'entrée (excitation) et/ou de sortie du ou des capteurs de base.
Ces circuits peuvent être intégrés en un seul composant ou constitués d'amplificateurs opérationnels et de composants passifs (résistances, capacités). Ces circuits peuvent en outre être communs aux autres capteurs par insertion d'un ou plusieurs démultiplexeurs et/ou multiplexeurs analogiques contrôlés par les moyens de calcul entre les dits circuits et les entrées et/ou sorties des dits capteurs.
Les dits moyens de mesure de la ou des pressions peuvent comporter au moins une source de tension constante dont la sortie est connectée soit directement soit par l'intermédiaire des dits circuits d'amplification et/ou de compensation thermique à l'entrée (excitation) du ou des capteurs, ladite source de tension constante pouvant selon un agencement dit "ratiométrique" être celle qui calibre de façon interne ou externe le ou les convertisseurs analogiques-numériques.
Le capteur de mesure de la température ambiante est du type détecteur résistif de température (RTD), thermistor, thermocouple, diode ou circuit intégré.
Les dits moyens de mesure de la température peuvent avoir des parties communes avec d'autres éléments du dispositif, le capteur de température pouvant en particulier être intégré à un des capteurs de pression ou au convertisseur analogique numérique pouvant être du type tension-fréquence.
Il est intéressant de noter que les signaux issus des moyens de mesure de la température peuvent être employés à compenser les coefficients thermiques des autres moyens de mesure et éventuellement des moyens d'indication.
Ces compensations peuvent être effectuées analogiquement, soit par excitation directe de l'organe à compenser par la tension de sortie des dits moyens de. mesure de la température, soit par l'emploi d'amplificateurs opérationnels pouvant ou non faire partie d'étages amplificateurs.
Ces compensations peuvent également être effectuées numériquement au quel cas les moyens de mesure de la température comportent au moins un convertisseur analogique-numérique pouvant être du type tension-fréquence qu'ils peuvent partager avec d'autres moyens de mesure si un multiplexeur analogique lui est adjoint, la ou les sorties du dit convertisseur étant connectées à une ou plusieurs lignes des moyens de calcul, le dit convertisseur pouvant en outre contenir le capteur de température de base.
Les moyens d'indication peuvent être sensibles directement, par l'intermédiaire de circuits d'amplification ou par l'intermédiaire des moyens de calcul, aux signaux issus des moyens de mesure de la température et aptes à informer l'utilisateur de la valeur de la dite température.
Comme dit précédemment, une version possible du dispositif comporte également un moyen de mesure de la fréquence cardiaque. A titre d'exemple, ce moyen est constitué par un capteur d'impulsion d'un type connu qui est sensible à la pulsation cardiaque et qui transforme la dite pulsation en impulsion électrique. Ce moyen est également constitué par l'horloge progr ammab le ou "timer" qui mesure par l'intermédiaire d'une ligne d'interruption du micro-ordinateur l'intervalle de temps entre deux impulsions électriques reçues.
Il est prévu en sortie du capteur de fréquence cardiaque un circuit de mise en forme des impulsions. Ce circuit peut par exemple être une bascule du type "trigger de Schmidt".
Avantageusement le capteur de pulsations cardiaques est monté dans un bracelet destiné à être fixé au poignet du plongeur. Une ligne électrique constituée par un fil électrique revêtu d'un isolant relie ce capteur au reste du disposif.
Les moyens d'entrée de données permettent la modification éventuelle, à fins d'expérimentation ou d'adaptation à de nouvelles conditions de plongée ou simplement pour raisons de préférences personnelles, de certaines des quantités pouvant être tenues explicitement ou implicitement dans la mémoire des moyens de calcul telles que pression régnant en surface, volume du réservoir dans lequel la pression P est mesurée, type de l'appareil respiratoire utilisé, seuil de sécurité, de la pression P prédite à l'arrivée en surface, composition du mélange respiratoire éventuellement sous la forme d'une fonction de la pression ambiante, nombre et périodes de base (pour un débit cardiaque de base donné) des tissus constituant le modèle mathématique de l'organisme, valeurs initiales des tensions des divers gaz non métabαlisables dans lesdits tissus, valeurs maximales admissibles des dites tensions sous la forme de fonctions de la pression ambiante, vitesse d'ascension maximale, mode de décompression désiré (continue ou par paliers), profondeurs ou pressions ambiantes autorisées pour l'exécution de paliers dans le cas d'une décompression par paliers , coefficients de la corrélation débit cardiaque/ventilation pulmonaire/pression ambiante, coefficients de la corrélation débit cardiaque/période pour chaque tissu, durée de plongée à ne pas dépasser, profondeur ou pression ambiante à ne pas dépasser, constantes de calibration des moyens de mesure, coefficients thermiques de sensibilité et/ou de zéro des moyens de mesure et/ou des moyens d'indication, mode d'indication désiré, angle optimal de lecture et/ou demande d'illumination de l'affichage dans le cas d'un affichage à cristaux liquides.
Par exemple les moyens d'entrée de données sont composés d'interrupteurs à action magnétique du type "reed" ou à effet Hall situés à l'intérieur du boîtier, commandant l'état binaire de lignes des moyens de calcul et d'un ou plusieurs aimants encapsulés dans ou recouverts d'un matériau propre à les protéger de la corrosion, situés à l'extérieur dudit boîtier et déplaçables en translation et/ou en rotation par l'utilisateur afin d'actionner sélectivement et à distance lesdits interrupteurs.
Les moyens d'entrée de données peuvent comporter également un dispositif de verrouillage pour protéger les constantes contre toute modification accidentelle en cours d'utilisation ou de transport du dispositif.
Les moyens de calcul sont par exemple constitués par un micro-ordinateur pouvant être de construction CMOS comportant en un ou plusieurs boitiers un ou plusieurs microprocesseurs à 4, 8, 16, 32 ou voire 64bits, un ou plusieurs générateurs de signaux d'horloge, un ou plusieurs éléments de mémoire vive pouvant être du type statique ou dynamique ou une combinaison des deux, éventuellement un ou plusieurs éléments de mémoire morte programmable ou non, éventuellement un ou plusieurs "timers" (registres de comptage), éventuellement un ou plusieurs décodeurs, éventuellement un ou plusieurs amplificateurs de signaux binaires ("buffers", "drivers", tampons, émetteurs, récepteurs, transmetteurs) éventuellement un ou plusieurs boîtiers de logique annexe ( portes, inverseurs, monostables, multiplexeurs, compteurs, bascules de Schmidt) éventuellement un ou plusieurs composants passifs (résistances, condensateurs), éventuellement une ou plusieurs interfaces de communication, programmables ou non, parallèles (PIA,- PIO) ou séries synchrones ou asynchrones (SCI, UART, USART, ACIA). Le ou lesdits générateurs de signaux d'horloge permettent au ou auxdits microprocesseurs d'exécuter en séquence les instructions en code machine stockées en mémoire ( morte ou à défaut vive) dont sont constituées les diverses opérations de saisie, traitement et transmission d'informations assignées aux moyens de calcul.
La mémoire vive peut être maintenue sous tension permanente afin que son contenu soit préservé même au cours des périodes d'arrêt du dispositif. Le ou les microprocesseurs peuvent fonctionner en divers modes tels que "actif", "sommeil", "standby" correspondant à divers niveaux énergétiques.
Les moyens de calcul peuvent posséder une ou plusieurs facilités d'interruptions hiérarchisées ou- non, masquables ou non, internes et/ou externes, par matériel et/ou logiciel, permettant l'exécution d'algorithmes spécifiques selon l'état des moyens de mesure et/ou des moyens d'affichage et/ou du ou des timers s'il y a lieu et/ou des moyens d'entrée de données s'il y a lieu et/ou des moyens d'alimentation en énergie électrique. L'une desdites facilités d'interruption, de préférence du type non masquable, commandée par les moyens d'entrée de données, peut déclencher une procédure de fermeture organisée du système qui garantisse la sauvegarde du contenu de la mémoire vive.
Les timers s'ils sont présents peuvent remplir tout ou partie des fonctions des moyens de mesure du temps en association avec le ou les générateurs de signal d'horloge. Le ou les générateurs de signal d'horloge peuvent être composés d'oscillateurs ( cristallins, par exemple quartz, ou autres, par exemple circuits RLC) indépendants ou de sorties de ceux des moyens de mesure du temps s'il en est, qui sont distincts des moyens de calcul. Les communications entre les divers composants, s'il sont plusieurs, des moyens de calcul Ccommunications internes) et entre les moyens de calculs et les autres composants du dispositif (communications d'entrées-sorties) se font par l'intermédiaire de ports programmables ou non, avec ou sans loquet ("latches"), à sens unique ou à double sens ou mixtes, pouvant posséder une facilité d'inhibition ( état de haute impédance) et/ou par l'intermédiaire de lignes d'interruption ( par exemple pour la réception des signaux de type fréquence) et/ou par l'intermédiaire de lignes de contrôle (telles que lignes de sélection, lignes de poignée de main "handshake") et/ou via des interfaces de communication parallèle ou série. Certains de ces ports peuvent être interconnectés selon un agencement dit de "bus". Les ports d'entrées-sorties peuvent être spécialisés ou projetés en mémoire. Lesdits moyens de calcul peuvent remplir une partie des fonctions des divers moyens de mesure, notamment en effectuant des calibrations et/ou compensations thermiques de sensibilités et/ou de zéros calculées, en générant par l'intermédiaire de convertisseurs numéri ques-analogiques des signaux analogiques permettant d'évaluer les signaux à mesurer par l'emploi de comparateurs ou en mesurant la fréquence d'un signal alternatif à l'aide d'un "timer" et de lafacilité d'interruption externe associée ("input capture interrupt"). Lesdits moyens de calcul peuvent modifier une ou plusieurs tensions d'excitation des moyens de mesure et/ou d'indication par l'intermédiaire de convertisseurs numériques-analogiques ou de multiplexeurs analogiques associés à des diviseurs de potentiel et d'éventuels amplificateurs opérationnels et composants passifs afin, par exemple dans le cas d'un affichage à cristaux liquides, de modifier l'angle optimal de lecture pour satisfaire les demandes exprimées par l'utilisateur via les moyens d'entrée de données ou afin de maintenir ledit angle constant en compensant les effets thermiques qui l'affectent. Les séquences d'instructions exécutées par lesdits moyens de calcul peuvent comporter divers tests de bon fonctionnement du dispositif, en particulier des tests de vraisemblance, conduisant à un avertissement du plongeur via les moyens d'indication en cas de malfonction détectée.
Lesdits moyens de calcul peuvent, grâce à un ou plusieurs interrupteurs de type "solid-state" (par exemple Darlingtons ou Mosfets de puissance) ou relais mécaniques (par exemple du type "reed") contrôler sélectivement ou globalement l'alimentation en énergie électrique des autres composants du système, afin de diriger leur fonctionnement (marche-arrêt de lampes, avertisseurs sonores, etc) et/ou d'économiser de l'énergie par exemple en désactivant temporairement certains moyens de mesure pendant que les signaux de sortie desdits moyens de mesure ne sont pas "en ligne" (actifs sur les lignes d'entrée des moyens de calcul) ou lorsque les dits signaux de sortie sont observés, varier très lentement autorisant un échantillonnage peu fréquent.
Les moyens d'alimentation en énergie électriques sont par exemple constitués par des batteries rechargeables du type au cadmiumnickel ou de piles non rechargeables du type au lithium ou au mercure.
Les dits moyens d'alimentation en énergie électrique occupent par exemple un compartiment séparé et éventuellement détachable et remplaçable du boîtier, hermétiquement isolé du ou des autres compartiments dudit boîtier tout en leur étant relié électriquement.
Lesdits moyens d'alimentation s'ils sont du type rechargeable sont connectés à deux contacts inoxydables par exemple en or ou plaqués or situés à l'extérieur du boîtier et permettent la recharge desdits moyens d'alimentation, l'une au moins des deux connexions se faisant par l'intermédiaire d'une diode ou d'un interrupteur interdisant la décharge desdits moyens d'alimentation via lesdits contacts dans l'eau de mer ou le milieu ambiant de l'utilisateur quel qu'il soit, l'interrupteur, s'il s'agit d'un interrupteur pouvant être du type reed commandé de l'extérieur du boîtier à l'aide d'un aimant par l'utilisateur ou un relais commandé par les moyens de calcul en fonction de la pression ambiante et/ou des requêtes exprimées par l'utilisateur via les moyens d'entrée de données.
Le compartiment du boîtier contenant les dits moyens d'alimentation est muni d'une ouverture manuelle ou d'une valve pour l'élimination des gaz relâchés par les moyens d'alimentation tout en interdisant l'entrée de fluides ou corps étrangers. Le dispositif de l'invention peut comporter également des moyens de détermination de l'état de charge des moyens d'alimentation. Ces moyens de détermination se composent d'une source de tension constante, éventuellement d'un diviseur de potentiel auquel est appliquée la différence de potentiel entre les bornes desdits moyens d'alimentation, et d'un comparateur ou plus simplement d'un diviseur de tension relié à une entrée supplémentaire du multiplexeur analogique en aval du convertisseur analogique-numérique. Ces moyens sont totalement ou partiellement intégrés en un seul composant, la ou les sorties desdits moyens de détermination étant connectées à un ou des ports des moyens de calcul et/ou aux moyens d'indication. Les moyens de détermination de l'état de charge déclenchent, après écoulement éventuel d'un délai et avertissement éventuel du plongeur via les moyens d'indication, une fermeture organisée du système garantissant la sauvegarde du contenu de la mémoire vive.
Les moyens d'indication se composent de moyens visuels, sonores ou tactiles.
Les moyens visuels comportent une ou des diodes électroluminescentes simples ou agencées en affichage à segments et/ou matrices de points et/ou "bar-graphs", un ou des affichages à cristaux liquides réflectifs, transmitifs ou transflectifs, à excitation directe ou multiplexée, illuminables ou non, à segments et/ou matrices de points et/ou symboles prédéfinis et/ou "bar-graphs", un ou des écrans à plasma, un ou des écrans à tube cathodique, un ou des cadrans à aiguilles, une ou des lampes à incandescence, une ou des lampes à éclats, un ou des tubes ou écrans électroluminescents, des légendes peintes et/ou gravées. Ces moyens visuels sont apparents à l'utilisateur à travers une ou plusieurs fenêtres ou parois transparentes du boîtier et sont aptes à représenter, sous forme numérique ou analogique ou de "bar-graph" ou binaire (affichage à deux états, tel une DEL s'illuminant lorsque une certaine quantité dépasse un certain seuil) simultanément ou alternativement, automatiquement ou sur requête via les moyens d'entrée de données, une combinaison quelconque des informations suivantes que les moyens de calcul et éventuellement les moyens de mesure sont aptes à leur fournir: programme de décompression par paliers intégral ou partiel constitué de couples (profondeur ou pression ambiante, temps) et éventuellement de la durée totale de la remontée, profondeur ou pression ambiante minimale accessible pour la décompression continue, durée de la présente plongée ( séjour à des pressions ambiantes supérieures à celle régnant en surface), heure, date, durée résiduelle possible de plongée à la présente profondeur ou pression ambiante en fonction de l'état présent estimé de saturation de l'organisme de l'utilisateur et de sa quantité résiduelle de gaz respiratoire et éventuellement de la requête qu'il a exprimée via les moyens d'entrée de données en matière de durée maximale de la plongée, profondeur ou pression ambiante maximale atteinte au cours de la présente plongée, profondeur ou pression ambiante actuelle, vitesse de remontée actuelle, quantité résiduelle présente de gaz respiratoire (pression P ou volume équivalent pour une pression ambiante donnée pouvant être la pression régnant à la surface), quantité résiduelle de gaz respiratoire prédite au terme de la remontée prescrite par le dispositif, ventilation pulmonaire, consommation d'oxygène, débit cardiaque de l'utilisateur, température ambiante,, toute information pouvant avoir été mise en mémoire par l'utilisateur via les moyens d'entrée de données, réponse à la question " la profondeur maximale admissible (pouvant avoir été définie par l'utilisateur) est-elle dépassée ?", réponse à la question "le temps maximal de plongée (pouvant avoir été défini par l'utilisateur) est-il dépassé?", réponse à la question " le temps maximal de plongée aura t'il été dépassé au terme de la remontée prescrite par le dispositif ?" réponse à la question " la quantité résiduelle de gaz respiratoire permet-elle de remonter selon les indications du dispositif (compte tenu d'un seuil de sécurité pouvant avoir été défini par l'utilisateur)?", réponse à la question " la vitesse maximale admissible de remontée est-elle dépassée?", réponse à la question "la profondeur actuelle est-elle inférieure à celle du premier palier à exécuter?", réponse à la question " la profondeur actuelle est elle inférieure à la profondeur minimale admissible de la décompression continue ?", réponse à la question " l'état de charge des moyens d'alimentation en énergie électrique est-il satisfaisant?".
Les moyens sonores comportent un ou plusieurs transducteurs électro-acoustiques adaptés au milieu ambiant ( par exemple des hydrophones en milieu marin ou d'eau douce) ainsi que leurs circuits générateurs et amplificateurs d'ondes électriques associés. Ces transducteurs sont électromagnétiques ou piézo-électriques, monotones ou multitones, aptes à informer l'utilisateur de façon qualitative ( alarmes et signaux différenciés ou non selon l'information transmise, particulièrement adaptés aux informations de type binaire), ou voire quantitative par exemple par synthèse de la parole s'ils sont associés à un ou des circuits de synthèse de la parole recevant leurs instructions des moyens de calculs, les informations transmises par lesdits moyens sonores pouvant être une combinaison quelconque de celles listées ci-dessus avec réfé rence aux moyens visuels.
Les moyens tactiles se composent d'appendices mécaniques mus par des électro-aimants ou des moteurs électriques. Ces appendices mécaniques entrent en contact avec une partie quelconque du corps de l'utilisateur ou d'électrodes fixes en contact permanent avec la peau de l'utilisateur. Ces électrodes provoquent une décharge légère.
Lesdits moyens tactiles s'ils sont présents permettent en cas d'information importante à transmettre à l'utilisateur ( voir liste faisant référence aux moyens visuels), d'attirer son attention vers les dits moyens visuels même dans des conditions de bruit ambiant qui rendraient les moyens sonores inefficaces.
La présente invention concerne également un ensemble de plongée comprenant outre un dispositif selon l'invention, un appareil respiratoire composé de réserves de gaz comprimés portées ou non par le plongeur, d'un ou plusieurs détendeurs, et éventuellement d'un sac respiratoire muni de valves et d'une cartouche d'absorption du gaz carbonique et d'un dispositif de dosage automatique de l'oxygène, éventuellement une lampe étanche, éventuellement des instruments d'orientation ( compas, goniomètre), un masque ou casque de plongée, éventuellement des moyens de propulsion (palmes, "scooter" sous marin), éventuellement des moyens de protection contre le froid (combinaison chauffante ou non), éventuellement des moyens de réglage de la flottabilité du plongeur et de son équipement ( bouée de remontée, ballasts ou combinaison étanche) munis ou non d'une réserve de gaz de gonflage indépendante des réserves de gaz respiratoire, éventuellement une tourelle ou caisson ou chambre de décompression. Il peut comporter un ensemble turbine-générateur électrique (dynamo ou alternateur redressé) associé à un détendeur et apte à extraire l'énergie de détente des gaz respiratoires et/ou de gonflage des moyens de réglage de la flottabilité et à maintenir dans un état de charge satisfaisant les moyens d'alimentation en énergie électrique de l'ensemble en cours de plongée. Ledit dispositif selon l'invention peut être incorporé au casque de plongée et peut comporter un ensemble optique correctif à base de lentilles et/ou de miroirs et/ou de prismes et/ou de lames semi-réfléchissantes permettant la vision rapprochée, et éventuellement superposée au champ de vision normal, des moyens d'indication visuels. Ce dispositif peut comporter également des moyens d'indication sonores conventionnels (hauts parleurs, écouteurs) fonctionnant dans le volume gazeux du casque, et peut comporter des moyens d'entrée de données du type vocal constitués d'un microphone ou laryngophone connecté aux moyens de calcul via un module de reconnaissance de la parole. L'ensemble de plongée peut comporter deux électrovannes contrôlées par les moyens de calcul, de façon binaire via des relais ou interrupteurs dits " solid-state" ou de façon proportionnelle via les convertisseurs numériques-analogiques suivis d'amplificateurs, l'une commandant l'entrée du gaz de gonflage dans le gilet ou combinaison étanche et l'autre commandant l'échappement dudit gaz vers le milieu ambiant, lesdites électrovanπes permettant aux dits moyens de calcul en fonction du temps, de la pression ambiante et éventuellement de ses dérivées temporelles -aisément calculées en fonction des signaux de sortie sur une période de temps des moyens de mesure du temps et des moyens de mesure de la pression ambiante -, éventuellement d'informations préalablement mises en mémoire par l'utilisateur via les moyens d'entrée de données (telles la masse du plongeur, son volume, son coefficient de résistance au mouvement dans l'eau, le coefficient de compressibilité et le volume en surface de sa combinaison), et éventuellement du programme de décompression courant, de stabiliser le plongeur à une profondeur donnée ( sur requête du plongeur via les moyens d'entrée de données) ou à toutes profondeurs, de lui faire exécuter une remontée "en catastrophe" ou à vitesse contrôlée ( après avertissement éventuel, via les moyens d'indications du plongeur, laissant à ce dernier l'option d'avorter la procédure via les moyens d'entrée de données ou en déconnectant simplement les électrovannes) en cas de détection de condition d'urgence (par exemple une noyade rendue probable par une apnée -débit ventilatoire nul- de durée anormalement longue, ou une pression ambiante anormalement élevée rendant probable un état de. narcose chez le plongeur) ou de lui faire exécuter la remontée continue ou par paliers prescrite par le dispositif (sur requête du plongeur via les moyens d'entrée de données).
Les moyens de calcul dudit dispositif selon l'invention peuvent être aptes à commander similairement une électrovanne responsable de la décompression d'une tourelle de plongée ou caisson ou chambre de décompression et éventuellement une autre responsable de sa compression, automatisant ainsi l'opération de ladite tourelle ou caisson ou chambre quant à la décompression et éventuellement quant à la compression.
Un mode de réalisation préférentiel parmi les combinaisons de modes de réalisation donnés pour chacun des composants principaux du dispositif, particulièrement adapté à l'usage des plongeurs sous marins, et qui présente les avantages d'être économique, versatile et relativement simple, est le suivant:
Les pressions ambiante et du réservoir sont transmises aux entrées "pression", embouchées sur une face du boîtier, de deux capteurs de pression absolue, monolithiques ( à substrat semiconducteur unique) du type "pont de Wheatstone" dont les domaines de pressions mesurables sont compatibles à leurs mesurandes respectifs, via une membrane inoxydable imputrescible et un fluide intermédiaire incompressible, non corrosif et électriquement non conducteur dans les deux cas, via également un tuyau flexible conçu pour les hautes pressions (armé) connecté à la sortie HP du détendeur dans le second cas.
Les deux ponts sont excités par des tensions constantes obtenues par amplification de la sortie à tension constante du convertisseur tension-fréquence unique (agencement " ratiométrique"), sur l'entrée "tension à mesurer" duquel sont multiplexes, après amplification et offset, les signaux de sortie desdits ponts ainsi que la sortie "température" dont ledit convertisseur est également muni.
Les moyens de calcul et de mesure du temps, constitués d'un micro-ordinateur CMOS 8 bits en un boîtier (microprocesseur, mémoire morte, mémoire vive, temporisateur ou timer 16 bits, 29 lignes d'entrées-sorties), contrôlent le multiplexage des signaux analogiques à mesurer par deux de leurs lignes d'entrées sorties, et reçoivent la fréquence de sortie du convertisseur sur leur ligne "fréquence à mesurer". Ils sont donc à même de connaître à tout instant les valeurs non calibrées de la pression ambiante, de la pression du réservoir et de la température, de les calibrer et, pour, ce qui concerne les pressions, de leur appliquer des compensations thermiques. Les constantes de calibration et de compensations thermiques sont introduites dans la mémoire vive du micro-ordinateur grâce à des moyens d'entrée de données du type "reed" commandant l'état de lignes d'entrées-sorties dudit micro-ordinateur. Cette manipulation n'a pas besoin d'être répétée lors de chaque mise en marche du dispositif, mais peut l'être à intervalles annuels si une dégradation de la précision du dispositif était constatée. Les constantes stockées dans la mémoire vive survivent en effet aux périodes d'arrêt du dispositif et même à la décharge totale des batteries principales (cadmium-nickel), "sintered cells", 5 X 1,2V 0,5 Ah) grâce au passage automatique en mode "Standby" (consommation de quelques microampères, mémoires vive sauvegardée) du micro-ordinateur lors de l'arrêt du dispositif ou de la détection par un dispositif approprié d'un état de décharge avancée des batteries principales, ainsi qu'à l'utilisation d'une batterie de "back-up" (cadmiumnickel, "mass plate", 3 X 1,2V, 0,1Ah) à faibles pertes par auto décharge destinée à prendre le relais en cas d'épuisement des batteries principales en ce qui concerne exclusivement l'alimentation du micro-ordinateur en Standby et de ses satellites indispensables dans ce mode, qu'elle peut assurer pendant plusieurs mois. Le reste du temps, c'est à dire lorsque les batteries principales sont chargées, elles maintiennent en charge ladite batterie de "back-up" par "trickle charging" à 0,25 mA. D'autre part, le dispositif est muni d'un deuxième détecteur de niveau de charge des batteries principa les , cons ti tué comme le premi er d ' un di v iseur de po ten t i el et d'un détecteur de seuil, qui fait changer d'état une ligne d'entrée-sortie du micro-ordi nateur lorsque ledit niveau de charge ne permet plus que quelques heures de fonctionnement, afin que l'utilisateur en soit averti.
Cet agencement est avantageux à plusieurs titres: a) il permet l'usage de capteurs de pression non calibrés et non thermiquement compensés, donc bon marché. b) Il permet une calibration sans manipulation délicate de potentiomètres ou autres composants variables et même sans ouverture du boîtier du dispositif, par simple lecture des indications de l'appareil soumis à des pressions et températures connues et introduction de constantes aisément calculées à partir desdites indications et desdites valeurs connues. c) Il assure une calibration/compensation précise parce qu'en aval de tous les circuits analogiques. d) Il autorisé des recalibratiαns aussi fréquentes que nécessaires, pouvant être effectuées éventuellement par l'utilisateur lui-même. e) Il permet l'affichage de la température de l'eau au bénéfice du plongeur. f) Il permet l'entrée d'autres constantes telles que pression en surface, composition du mélange respiratoire etc..., qui seront également préservées lors de l'arrêt ou de la décharge du dispositif.
La charge des batteries principales s'effectue tout simplement via deux contacts inoxydables nus émergeant du boîtier, la décharge desdites batteries par le même chemin étant empêchée par interposition d'une diode. Cette diode peut être court-circuitée par un interrupteur reed commandé de l'extérieur autorisant en cas d'urgence une décharge totale rapide des batteries principales via les contacts extérieurs, condition nécessaire à l'exécution subséquente d'une charge totale rapide à 2A en 15mn sans danger pour les batteries. En amont de cette diode, c'est-à-dire entre la diode et le contact positif extérieur, une deuxième diode connectée au pôle positif de la batterie de "back-up" via une résistance, effectue une dérivation de 1 mA du courant de charge, permettant une recharge relativement rapide de ladite batterie de "back-up" lorsque celle-ci a été mise à contribution de façon prolongée, que le courant de "trickle charging" ne saurait assurer. Le courant de charge permanent maximum de l'ensemble est de 68 mA.
Les moyens d'indication sont de deux types : visuels et audibles. Les moyens visuels consistent en un module-écran LCD transflectif (éclairage indiféremment par derrière ou par devant) à 32 caractères alphanumériques multiplexes, en une échelle de résistances associée à un multiplexeur analogique permettant le réglage de l'angle optimal de lecture de l'écran par celui de la tension d'excitation des cristaux liquides, en un panneau électroluminescent sous jacent à l'écran et en un générateur d'onde destiné à alimenter ledit panneau. Les moyens de calcul commandent lesdits moyens visuels par quinze de leurs lignes d'entrées-sorties : onze sont consacrées aux transmissions de données, trois à la commande du multiplexeur 8-1, une au générateur d'onde du panneau E.L. commandé via un Darlington.
Les moyens d'indication audibles consistent en un transducteur piezo-électrique connecté à la ligne "sortie fréquence" du micro-ordinateur via un amplificateur. En conclusion, voici les avantages que présente un dispositif tel que celui dont la réalisation vient d'être décrite, appliquant les méthodes de calcul du programme de décompression décrites plus haut, par rapport à l'un ou l'autre (tous, en ce qui concerne au moins a,b et c) des dispositifs et procédés existants ou déjà proposés :
a) Meilleure précision dans la détermination de l'état de saturation de l'utilisateur, conduisant à l'établissement de programmes de décompression plus appropriés aux saturations réelles des tissus, donc généralement plus fiables que ceux prescrits par les dispositifs et procédés existants. b) Cette meilleure précision conduit dans de nombreux cas à un programme de décompression substantiellement plus court que celui obtenu par une autre méthode. c) L'économie de temps évoquée en (b) se traduit par une économie financière importante en ce qui concerne les compagnies de travaux hyperbares autorisant l'exécution d'une tâche donnée à moindre coût. d) Le dispositif mesure et affiche le temps de plongée, la pression ambiante, la pression bouteille, la température ambiante. e) Le dispositif prend à sa charge tous les calculs relatifs à la décompression de l'utilisateur, allant jusqu'à la détermination du moment où cette décompression devrait commencer en fonction de la quantité résiduelle de gaz respiratoires. f) Le programme de décompression est évolutif, c'est-à-dire que même en cours de décompression, le programme qui reste à effectuer s'adapte aux conditions dans lesquelles la décompression a réellement été effectuée jusqu'à ce moment. Cette adaptabilité peut même aller jusqu'à l'application de la règle thérapeutique de la demi-pression ou celle de la demi-profondeur en cas de violation importante des contraintes de décompression, ladite application ne présentant aucune difficulté du point de vue logiciel. g) bonnes communications du dispositif vers le plongeur grâce à des moyens d'indication s'adressant à plusieurs des sens du plongeur. Bonne lisibilité des moyens visuels quelle que soit la lumière ambiante. Flexibilité de l'affichage sur écran, autorisant, outre l'affichage routinier de paramètres numériques relatifs à l'exposition et à la décompression, l'affichage occasionnel de messages alphanumériques explicites ( avertissements, alarmes, rappels) accompagnés d'un signal sonore. h) Souplesse de calibration, compensation thermique, adaptation à de nouvelles conditions de plongée (pression de surface, composition du mélange respiratoire, etc..) et possibilité de personnalisation du dispositif ( constantes définissant la relation ventilation pulmonaire/débit cardiaque/pression, tensions de contrôle, etc...) grâce aux moyens d'entrée de données, i) Le dispositif convient tant aux professionnels qu'aux plongeurs d'exploration grâce à sa méthode de calcul qui tient compte du travail effectué au fond. j)Fiabilité technique et longue durée de vie du dispositif, grâce à la possibilité de sceller le boîtier en usine en atmosphère inerte, due à la facilité de charge extérieure des batteries. k) Faible consommation électrique, permettant le fonctionnement continu du dispositif sur ses réserves énergétiques pendant plusieurs jours et le calcul de désaturation des tissus pendant les intervalles de surface.
1) Avertissement de l'utilisateur plusieurs heures avant la décharge totale des batteries principales. m) Batterie de back-up assurant la sauvegarde des constantes de calcul dans toutes circonstances ( sauf abandon du dispositif pendant plusieurs mois sans le recharger, au quel cas une ré-initialisation des constantes est nécessaire; cette circonstance sera de toute façon détectée par le dispositif et signalée à l'utilisateur). n) Recharge indéfinie ( après 10 h les batteries principales sont entièrement rechargées mais une prolongation indéfinie de la durée de charge ne les met pas en danger) ou rapide ( 15mn, une décharge préalable étant nécessaire et rendue possible par l'interrupteur by-passant la diode de charge, une prolongation de la durée de charge risquant d'endommager les batteries) au choix de l'utilisateur et selon l'urgence de la situation. Un dispositif automatique relativement simple peut assurer la charge à courant constant des batteries dans l'un ou l'autre de ces deux modes (y compris le déclenchement à distance de l'interrupteur reed de by-pass par création d'un champ magnétique le long du reed à l'aide d'une bobine parcourue par un courant, y compris également la décharge préalable à la charge rapide à l'aide d'un dispositif de commutation et de détection de seuil) en toute sécurité, la temporisation de la charge rapide pouvant se faire à l'aide d'un simple timer. Un tel dispositif automatique de charge peut être conçu de façon à fonctionner indifféremment à partir d'une alimentation secteur ou d'une batterie de véhicule de 12 ou 24 V.
Il va de soi que la présente invention peut recevoir tous aménagements et toutes variantes sans pour autant sortir du cadre du présent brevet.

Claims

REVENDICATIONS R1/ Procédé de détermination en temps réel du programme de décompression d'un plongeur ou d'un travailleur hyperbare caractérisé en ce qu'il consiste:
- à mesurer en cours d'exposition les paramètres de base suivants : le temps et la pression ambiante.
- à mesurer et/ou à déterminer toujours en cours d'exposition au moins un des paramètres d'exercice supplémentaires suivants :
1) perfusion d'un ou plusieurs tissus 2) débit cardiaque,
3) ventilation pulmonaire,
4) consommation d'oxygène
5) fréquence cardiaque
- à mesurer toujours en cours d'exposition la température ambiante, et à en déduire une estimation de l'état de saturation d'un plongeur et le programme de décompression approprié.
R2/ Procédé selon la revendication 1 consistant à déduire une estimation de l'état de saturation d'un plongeur et le programme de décompression approprié selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer le temps de plongée et la pression ambiante, à mémoriser la plus forte pression ambiante pour en déduire la profondeur maximale de plongée, à mesurer l'un des paramètres d'exercice 1 à 5 susmentionnés (par exemple la ventilation pulmonaire) et la température ambiante, à mémoriser la plus forte valeur du dit paramètre d'exercice et la plus faible valeur de la température ambiante, à sélectionner en fonction de ces deux derniers paramètres, soit une première table de décompression pré-enregistrée par exemple la table du Gers, la dite table étant sélectionnée si par exemple la ventilation n'a jamais été supérieure à 40 litres/minute et si la température ambiante n'a jamais été inférieure par exemple à 10°C, soit une seconde table de décompression prémémorisée par exemple la table du ministère français du travail et à indiquer au plongeur les données de cette table de décompression sélectionnée en relation avec le temps de plongée et la valeur de la profondeur maximale atteinte.
R3/ Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il consiste
a) à mesurer le temps , la pression ambiante, l'un des paramètres d'exercices sus-mentionnés (par exemple la ventilation pulmonaire) et la température ambiante, b) puis à calculer les quantités de gaz neutre contenues dans un ou plusieurs tissus théoriques constituant le modèle mathématique de l'organisme du plongeur, le dit calcul étant opéré par intégration en temps réel des vitesses d'échanges gazeux des dits tissus théoriques, lesquelles vitesses sont définies par la relation : ki .Δi
où qi est la quantité de gaz présente dans le tissu correspondant, où Ai est égal soit à (gp - qi) si qi < (p + Ki) soit à (gp - (p + Ki)) dans le cas contraire, où g est la fraction molaire du gaz neutre dans le mélange respirable, p est la pression ambiante, où Ki>0 est une constante déterminée par expérimentation pouvant représenter le seuil de formation des bulles dans le tissu et où le coefficient exponentiel ki>0 du tissu est obtenu à partir du paramètre d'exercice mesuré par exemple à partir de VE (valeur de la ventilation pulmonaire), de T (température ambiante) et du signe de Δ.i ,
- si Δ.i>0 en appliquant la fonction du débit cardiaque suivante : ki = ont la forme non triviale la plus simple est : dans laquelle Qc est la limite supérieure du débit cardiaque compte tenu du paramètre d'exercice mesuré, de la pression ambiante et de la composition du mélange respiratoire, la dite limite étant déterminée à partir de données physiologiques expérimentales prémémorisées et dans laquelle les coefficients sont des constantes déterminées par expérimentation,
- si Δi<0 en appliquant la fonction suivante de la température ambiante T : ki = dont la forme non triviale la plus simple est ki = où les sont des constantes déterminées par expéri mentation, c) à en déduire le programme de décompression approprié selon l'une des méthodes existantes.
R4/ Procédé selon les revendications 1,2 et 3 caractérisé en ce que la ventilation pulmonaire ( respectivement la consommation d'oxygène) est déterminée, dans le cas d'un appareil respiratoire à circuit ouvert ( respectivement à recyclage des gaz neutres), à partir de la pression ambiante, de mesures successives du temps, de la pression du réservoir de mélange respiratoire (respectivement d'oxygène) et éventuellement de la température ambiante, à partir également de la valeur préenregistrée du volume du réservoir concerné, par application d'une loi connue de détente des gaz comme par exemple : x = - V/p.dP/dt où x est le paramètre à déterminer
V est le volume du réservoir concerné p est la pression ambiante dP est la variation de pression du réservoir concerné entre deux mesures successives dt est l'intervalle de temps entre deux mesures successives.
R/5 Procédé selon les RI à R4 caractérisé en ce que la valeur de la pression de gaz respiratoire (respectivement pression d'oxygène) à l'arrivée en surface est prédite à partir de la pression actuelle et du programme de décompression par application de l'équation suivante:
Ps = Po - xo p dt
où Ps est la valeur de P prédite à l'arrivée en surface, Po est la présente valeur de P xo est la valeur présumée constante de la ventilation (respectivement consommation d'oxygène) lors de la décompression,
V est le volume du réservoir concerné et où la mention "prog",sous le signe intégrale, signifie que l'intégrale est pratiquée sur le profil pression ambiante/temps du programme de décompression. R/6 Procédé selon la R5 caractérisé en ce que la durée résiduelle maximale possible à la présente profondeur , compte tenu des réserves de gaz respirable disponibles, est prédite en faisant précéder la remontée d'un séjour hypothétique à la présente profondeur au terme duquel le nouvel état de saturation et le nouveau programme de décompression sont calculés comme pour un séjour réel et en procédant par essais successifs.
R7/ Dispositif automatique de détermination et d'indication d'un programme optimal de décompression selon le procédé défini en revendication 1 à revendication 6 caractérisé en ce qu'il comprend : a) au moins un moyen de mesure du temps produisant des signaux représentatifs du dit temps, b) au moins un moyen de mesure de la pression ambiante, produisant des signaux représentatifs de la valeur de la dite pression, c) au moins un moyen de mesure d'au moins un des paramètres suivants : perfusion d'un ou plusieurs tissus, débit cardiaque, ventilation pulmonaire, consommation d'oxygène, fréquence cardiaque, température ambiante, produisant des signaux représentatifs de la valeur desdits paramètres, d) des moyens de calcul automatiques à mémoires recevant les signaux de sortie des moyens de mesure,
-estimant à partir des dits signaux selon un programme préenregistré dans les mémoires l'état de saturation du plongeur, -déterminant le programme de décompression optimal et produisant des signaux de sortie représentatifs du dit programme de décompression, e)des moyens d'indication recevant les signaux de sortie des moyens de calcul et/ou les signaux de sortie des moyens de mesure f)des moyens d'introduction de données permettant notamment la sélection de la ou des tables de plongée à utiliser et/ou l'entrée du volume de la bouteille de gaz respirable et/ou la sélection de la méthode de calcul du programme de décompression à utiliser.
R8/ Dispositif selon la R7 caractérisé en ce que les moyens de mesure sont constitués chacun par un capteur qui délivre un signal électrique analogique et par un convertisseur analogique numérique qui reçoit le signal électrique analogique et le convertit en signal numérique sous forme de code binaire tandis que les moyens de calcul sont constitués par un micro-ordinateur comportant Les mémoires sus évoquées.
R9/ Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que les moyens de mesure de la ventilation pulmonaire ou de la consommation d'oxygène sont constitués par un capteur de pression bouteille connecté à la dite bouteille par un tuyau flexible, par le convertisseur analogique numérique, par une horloge programmable et par le micro-ordinateur qui reçoit du convertisseur analogique numérique, pendant une période de temps déterminée par l'horloge programmable ou timer, des valeurs successives de la pression de gaz dans la bouteille,pour calculer la ventilation ou la consommation d'oxygène par calcul de la vitesse de baisse de pression dans la dite bouteille. les moyens de mesure de la ventilation pulmonaire ou de la consommation d'oxygène sont constitués par un capteur de pression bouteille connecté à la dite bouteille par un tuyau flexible, par le convertisseur analogique numérique, par une horloge programmable et par le micro-ordinateur qui reçoit du convertisseur analogique numérique, pendant une période de temps déterminée par l'horloge programmable ou timer, des valeurs successives de la pression de gaz dans la bouteille,pour calculer la ventilation ou la consommation d'oxygène par calcul de la vitesse de baisse de pression dans la dite bouteille.
R10/ Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que les mémoires du micro-ordinateur comprennent des données représentatives de celles de la table du GERS et celles de la table du Ministère Français du Travail ou de toutes autres tables.
R11/ Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que les mémoires du micro-ordinateur équipant le dispositif contiennent les données d'un programme de calcul en temps réel des quantités de gaz neutre présentes dans les tissus théoriques. R12/ Dispositif selon les revendications 7 et 10 caractérisé en ce qu'il comporte des registres pour recevoir la plus forte valeur du paramètre d'exercice, par exemple la ventilation pulmonaire, la plus faible valeur de la température ambiante, la valeur de la plus forte pression ambiante subie par le plongeur et la valeur du temps de plongée, les moyens de calcul d'après la valeur de la plus forte pression ambiante déterminant la profondeur maximale de plongée et par la suite en fonction de la valeur de la température ambiante minimale et de la valeur du paramètre d'exercice maximal inscrites dans les registres, sélectionnant, soit la table du GERS, soit la table du Ministère Français du Travail.
R13/ Dispositif selon la revendication 9 comportant des moyens de mesure de la température ambiante caractérisé en ce que le signal de sortie des dits moyens est employé à compenser les coefficients thermiques des autres moyens de mesure et éventuellement des moyens d'indication, en ce que les dites compensations peuvent être effectuées analogiquement, soit par excitation directe de l'organe à compenser par la tension de sortie des dits moyens de mesure de la température, soit par l'emploi d'amplificateurs opérationnels pouvant ou non faire partie d'étages amplificateurs ou numériquement au quel cas les moyens de mesure de température comportent au moins un convertisseur analogique-numérique pouvant être du type tension-fréquence qu'ils peuvent partager avec d'autres moyens de mesure si un multiplexeur analogique lui est adjoint, la ou les sorties du dit convertisseur étant connectées à une ou plusieurs lignes des moyens de calcul, le dit convertisseur pouvant en outre contenir le capteur de température de base,et en ce que les moyens d'indication peuvent être sensibles directement, par l'intermédiaire de circuits d'amplification ou par l'intermédiaire des moyens de calcul, aux signaux issus des moyens de mesure de la température et aptes à informer l'utilisateur de la valeur de la dite température. R14/ Dispositif selon la revendication 7 comportant des moyens de mesure de la température ambiante dotés d'au moins un capteur de température caractérisé en ce que le capteur de température est, soit intégré à un capteur de pression, soit au convertisseur analogique numérique.
R15/ Dispositif selon la revendication 7 comportant un boîtier recevant notamment des moyens d'alimentation en énergie électrique constitués par des batteries rechargeables caractérisé en ce que les dits moyens sont disposés dans un compartiment séparé et détachable du boîtier et sont connectés électriquement à deux contacts inoxydables situés à l'extérieur du boîtier pour permettre la recharge des batteries, l'une au moins des deux connections étant assurée par l'intermédiaire d'une diode ou d'un interrupteur pour interdire la décharge de la batterie par passage du courant à travers l'eau de mer d'un contact à l'autre.
R16/ Dispositif selon la revendication 15 dont le boîtier comporte un compartiment recevant les batteries caractérisé en ce que le dit compartiment est muni d'une ouverture manuelle ou d'une valve pour éliminer les gaz relâchés par les batteries.
R17/ Dispositif selon la revendication 7 comportant des moyens d'indication caractérisé en ce que les dits moyens sont des moyens visuels et/ou des moyens sonores et/ou des moyens tactiles.
R18/ Ensemble de plongée caractérisé en ce qu'il comprend un dis positif de détermination et d'indication selon l'une quelconques des revendications précédentes, un appareil respiratoire composé de réserves de gaz comprimés portées ou non par le plongeur, d'un ou plusieurs détendeurs, et éventueilement d'un sac respiratoire muni de valves et d'une cartouche d'absorption du gaz carbonique et d'un dispositif de dosage automatique de l'oxygène, éventuellement une lampe étanche, éventuellement des instruments d'orientation ( compas, goniomètre), un masque ou casque de plongée, éventuellement des moyens de propulsion (palmes, "scooter" sous marin), éventuellement des moyens de protection contre le froid (combinaison chauffante ou non), éventuellement des moyens de réglage de la flottabilité du plongeur et de son équipement (bouée de remontée, ballasts ou combinaison étanche), munis ou non d'une réserve de gaz de gonflage indépendante des réserves de gaz respiratoire, éventuellement une tourelle ou caisson ou chambre de décompression, en ce qu'il comporte un ensemble turbine-générateur électrique (dynamo ou alternateur redressé) associé à un détendeur et apte à extraire l'énergie de détente des gaz respiratoires et/ou de gonflage des moyens de réglage de la flottabilité et à maintenir dans un état de charge satisfaisant les moyens d'alimentation en énergie électrique de l'ensemble en cours de plongée, en ce que ledit dispositif de détermina- tion et d'indication peut être incorporé au casque de plongée et peut comporter un ensemble optique correctif à base de lentilles et/ou de miroirs et/ou de prismes et/ou de lames semi-réfléchissantes permettant la vision rapprochée, et éventuellement superposée au champ de vision normal, des moyens d'indication visuels, peut comporter également des moyens d'indication sonores conventionnels (hauts parleurs, écouteurs) fonctionnant dans le volume gazeux du casque, et peut comporter des moyens d'entrée de données du type vocal constitués d'un microphone ou laryngophone connecté aux moyens de calcul via un module de reconnaissance de la parole et en ce qu'il peut comporter deux électrovannes contrôlées par les moyens de calcul, de façon binaire via des relais ou interrupteurs dits " solid-state" ou de façon proportionnelle via les convertisseurs numériques-analogiques suivis d'amplificateurs, l'une commandant l'entrée du gaz de gonflage dans le gilet ou combinaison étanche et l'autre commandant l'échappement dudit gaz vers le milieu ambiant, lesdites électrovannes permettant aux dits moyens de calcul en fonction du temps, de la pression ambiante et éventuellement de ses dérivées temporelles -aisément calculées en fonction des signaux de sortie sur une période de temps des moyens de mesure du temps et des moyens de mesure de la pression ambiante -, éventuellement d'informations préalablement mises en mémoire par l'utilisateur via les moyens d'entrée de données (telles la masse du plongeur, son volume, son coefficient de résistance au mouvement dans l'eau, le coefficient de compressibilité et le volume en surface de sa combinaison), et éventuellement du programme de décompression courant, de stabiliser le plongeur à une profondeur donnée ( sur requête du plongeur via les moyens d'entrée de données) ou à toutes profondeurs, de lui faire exécuter une remontée "en catastrophe" ou à vitesse contrôlée ( après avertissement éventuel, via les moyens d'indication du plongeur, laissant à ce dernier l'option d'avorter la procédure via les moyens d'entrée de données ou en déconnectant simplement les électrovannes) en cas de détection de condition d'urgence (par exemple une noyade rendue probable par une apnée -débit ventilatoire nul- de durée anormalement longue, ou une pression ambiante anormalement élevée rendant probable un état de narcose chez le plongeur) ou de lui faire exécuter la remontée continue ou par paliers prescrite par le dispositif ( sur requête du plongeur via les moyens d'entrée de données) et en ce que lesdits moyens de calcul dudit dispositif selon l'invention peuvent être aptes à commander similairement une électrovanne responsable de la décompression d'une tourelle de plongée ou caisson ou chambre de décompression et éventuellement, une autre responsable de sa compression, automatisant ainsi l'opération de ladite tourelle ou caisson ou chambre quant à la décompression et éventuellement quant à la compression.
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