EP2097312B1 - Verfahren zum betreiben eines kreislauftauchgerätes und ein kreislaufgerät - Google Patents
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- EP2097312B1 EP2097312B1 EP07858177A EP07858177A EP2097312B1 EP 2097312 B1 EP2097312 B1 EP 2097312B1 EP 07858177 A EP07858177 A EP 07858177A EP 07858177 A EP07858177 A EP 07858177A EP 2097312 B1 EP2097312 B1 EP 2097312B1
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- 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
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- B63C11/32—Decompression arrangements; Exercise equipment
Definitions
- the invention relates to a method for operating a rebreather, in which oxygen is metered into the respiratory gas, the content of the oxygen being monitored by at least one oxygen sensor, and wherein the oxygen sensor is checked by flushing with a gas having a known oxygen concentration.
- Open diving equipment is characterized by a breathing gas storage bottle which is filled with compressed air or another breathing gas mixture and a one- or two-stage pressure reducer which reduces the pressure of the gas in the bottle to ambient pressure.
- the exhaled air is released into the water, whereby only a small part of the oxygen in the breathing gas was actually consumed.
- about 3% (25 l respiratory minute volume, 0.8 l spent oxygen, at rest) of the inhaled gas are consumed at the water surface; at a depth of, for example, 20 m, this value is only one due to the increased ambient pressure of 2 bar Third, that is 1%.
- a dive at 20 m one hundred times as much breathing gas must be carried along as is actually consumed.
- Semi-closed and closed rebreather systems are used to circumvent the systemic low efficiency of open diving equipment (SCUBA, SCBA) for breathing gas consumption. These devices are breathed in a cycle.
- the exhaled air is purified in these devices by means of a carbon dioxide absorber of carbon dioxide and re-enriched with oxygen.
- Such devices are characterized by a one- or two-part counterlung, which can absorb the exhaled gas volume. With rebreathers, the efficiency of gas consumption can be increased up to 100%.
- the present invention relates to such semi-closed and closed rebreathers and to a method of operating such devices.
- Electrochemical sensors are usually used as pO 2 sensors, which are calibrated on the surface with air or 100% O 2 before the dive.
- a correctly functioning pO 2 sensor for use in rebreathers has an output signal (current or voltage), which depends linearly only on the pO 2 in front of the diaphragm of the sensor.
- the susceptibility to failure of the pO 2 sensors is countered by the redundant use of pO 2 sensors.
- three oxygen sensors are usually used in closed rebreathers. If a sensor fails, therefore, its output signal is different from that of the other two, this is by comparing all three sensor signals with a "voting algorithm" ( GB 240 45 93 A . WO 2004/112905 A1 ), and this sensor is no longer used to control the pO 2 .
- depth profile, time and pO 2 are often stored in an internal memory of the pO 2 meter and can be transferred to a personal computer after the dive, the temporal resolution and the maximum length of the recording depends on the internal memory size and is therefore limited.
- the invention as claimed in independent claims 1 and 10 is therefore the object of a pO 2 measuring device in such a way that errors in the pO 2 sensor signals, non-linearities of pO 2 sensor signals, a possible current limitation of pO 2 sensors reliably detected and a detailed record the dive-relevant data are made possible.
- this object is achieved in that the test is triggered automatically. It will be so after a necessary and prescribed Calibration performs a check that is not started manually, but is triggered automatically.
- the test is thus independent of any stress situation in which the diver is located. Especially in such a stress situation, however, due to an increased oxygen demand and an increased respiratory rate, as well as the associated increased production of CO 2 increases the probability of failure of a sensor.
- the test can lead to an alarm signal, trigger a changeover to emergency operation or cause a correction of the calibration.
- the test is carried out under water taking into account the ambient pressure.
- Essential to the present invention is the fact that the ambient pressure in the test is also crucial for the choice of the time of the test.
- the partial pressure of oxygen is in the range of the upper limit of the partial pressure of oxygen which, for medical reasons, can be expected of humans.
- a purge with pure oxygen is carried out, in which the partial pressure is then about 1.6 bar.
- the rinsing is carried out until a reliable signal is obtained, which corresponds to pure oxygen. This will usually take four to six seconds.
- the linearity of the oxygen sensor and the function in the important range of higher oxygen partial pressures can be checked by this test of the first type.
- This test of the first kind is usually carried out during descent, when the above-described depth of about 6 m is reached.
- ongoing further checks, namely tests of the second kind can be carried out, for example, to discover when an oxygen sensor is impaired by condensation in its function. Since these checks are usually carried out at greater depths, they are not carried out with pure oxygen, since otherwise unacceptably high partial pressures would be achieved.
- the test is carried out with mixed gas, in which case the oxygen partial pressure may well be below 1 bar.
- the present invention relates to a rebreather with at least one pressure bottle for oxygen and another pressure bottle for a thinner gas and with a valve for the supply of oxygen and / or thinner gas in the circuit, which valve is controlled in response to the signal of at least one oxygen sensor, wherein means for purging the oxygen sensor is provided with a gas having a known oxygen concentration.
- this rebreather device is characterized in that the device is in communication with a pressure sensor and is controlled in dependence on the signal of the pressure sensor in order to test the oxygen sensor.
- the gas requirement for the inspection of the oxygen sensor can be minimized in particular by the fact that the reference gas injection is mounted directly in front of the sensor membrane and so only the space in front of the membrane is rinsed.
- a memory card slot allows dive-related data to be stored with high time resolution and a personal computer with memory card slot is sufficient to read the data.
- the measuring device is characterized by one or more integrated reference gas feeds.
- a microcontroller with suitable software is used for signal processing, for the calculations, for the control of the solenoid valves, for outputs on the display and the storage of data on a memory card.
- a reference gas on the one hand pure oxygen and the diluent gas in closed rebreathers, or the supply gas in semi-closed rebreathers, used.
- the reference gases can be injected directly in front of the membrane of the oxygen sensors.
- the injection duration is preferably between 5 and 10 seconds, depending on the response time of the oxygen sensors.
- the oxygen sensor only measures the oxygen partial pressure of the reference gas, while the gas mixture in the circuit in front of the sensor is displaced by the comparison gas flow. From the depth, which is usually determined with a pressure sensor, the ambient pressure is calculated and calculated together with the known oxygen content of the reference gases, the actual oxygen partial pressure upstream of the sensor diaphragm (setpoint) and the actual value (calculated from the sensor signal and the sensitivity determined during the calibration ) of the sensor. Furthermore, the maximum comparison mass flow is limited to 1 to 2 bar l / min by integrated orifices.
- the function of the rebreather during these checks is not affected and the diver can breathe normally.
- the timed amount of oxygen in the 100% oxygen test is approximately equal to human psychological oxygen consumption per unit of time and should therefore not lead to a significant increase in the oxygen partial pressure in the circulation.
- the invention is characterized by an integrated memory card slot.
- Dive-relevant data such as sensor signals from one or more sensors, time, depth and battery voltage are written once per s to a Secure Digital memory card (file system FAT 12, 16 or 32).
- a 60-minute dive corresponds to a file of about 500 kbytes. This file can then be read by any personal computer equipped with a commercially available reader / card slot for Secure Digital memory cards.
- Fig. 1 shows the basic structure of a closed rebreather.
- the diver exhales through the mouthpiece with directional valves 1 through the exhalation tube into the exhalation counterlung 2.
- excess gas can be discharged into the environment.
- the exhaled air is purified in the soda lime tank 4 of carbon dioxide.
- With the inhalation counter-lung 13 and the inhalation hose closes the cycle.
- the oxygen sensors 11 are mounted in the lime container.
- a ⁇ -controller 12 calculates the pO 2 from the signals of the oxygen sensors and displays the dive-relevant data on a display 14. If the oxygen partial pressure pO 2 in the circuit is too low, is via the oxygen cylinder 5, the pressure reducer 8 and a solenoid valve 10 supplied oxygen.
- thinner gas can be supplied to the circuit via an automatic lungs-automatic valve or a bypass valve 9 from the diluting gas cylinder 6 and a further pressure reducer 7 (important when diving, when flushing the circuit, or when blowing out the mask).
- the pressure reducers reduce the cylinder pressure to a pressure ⁇ 8 - 12 bar higher than the ambient pressure.
- a pressure sensor 30 is used to determine the ambient pressure.
- Fig. 2 is the subject invention, which represents an extension for rebreathers, for example.
- the ⁇ -controller 20 evaluates the signals of the oxygen sensor (s) 11. These are screwed in a suspension 24 on the outlet side in the lime container. Via a Serial Peripheral Interface (SPI short) connection 22, a display 21 is connected. Another SPI connection 23, a memory card slot 19 for Secure Digital (SD cards short) is connected. If Compact Flash cards are used, they are not described via an SPI connection but via a parallel connection.
- SPI short Serial Peripheral Interface
- SD cards short Secure Digital
- the ⁇ -controller 20 can via a solenoid valve 10 from an oxygen cylinder 5 and pressure reducer 8 100% oxygen directly in front of the membrane (the) pO 2 sensor (s) (s), wherein the flow rate (for example, 1 bar I / min) through an aperture 18 is defined.
- diluent gas of known oxygen content can pass from reservoir cylinder 6 via pressure reducer 7 and another solenoid valve 16 to the membrane of the pO 2 sensor (s).
- the maximum gas flow is defined by a diaphragm 17 (again, for example, 1 bar I / min).
- the leads are fastened by means of a holder 25 in front of the sensor membrane.
- Fig. 2 an extension too Fig. 1 represents, that is, the solenoid valve 10 and the manual valve 9 are still part of the circuit.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kreislauftauchgerätes, bei dem dem Atemgas Sauerstoff zudosiert wird, wobei der Saustoffgehalt durch mindestens einen Sauerstoffsensor überwacht wird und wobei der Sauerstoffsensor durch Spülung mit einem Gas mit bekannter Sauerstoffkonzentration geprüft wird.
- Offene Tauchgeräte weisen sich durch einen Atemgasvorratsflasche, welche mit Pressluft oder einem anderen Atemgasgemisch gefüllt ist und einem ein- oder zweistufigen Druckminderer, welcher den Druck des Gases in der Flasche auf Umgebungsdruck reduziert, aus. Die ausgeatmete Luft wird ins Wasser abgegeben, wobei nur ein kleiner Teil des Sauerstoffs im Atemgas auch wirklich verbraucht wurde. So werden an der Wasseroberfläche ca. 3% (25 l Atemminutenvolumen, 0,8 l verbrauchter Sauerstoff, in Ruhe) des eingeatmeten Gases verbraucht, in einer Tiefe von beispielsweise 20 m beträgt dieser Wert bedingt durch den um 2 bar erhöhten Umgebungsdruck nur noch ein Drittel, also 1%. Somit muss für einen Tauchgang auf 20 m einhundertfach soviel Atemgas mitgeführt werden wie tatsächlich verbraucht wird.
- Um die systembedingte den Atemgasverbrauch betreffende geringe Effizienz von offenen Tauchgeräten (SCUBA, Presslufttauchgeräte) zu umgehen, werden halbgeschlossene und geschlossene Kreislauftauchgeräte eingesetzt. Bei diesen Geräten wird in einem Kreislauf geatmet. Die ausgeatmete Luft wird bei diesen Geräten mittels eines Kohlendioxidabsorbers von Kohlendioxid gereinigt und wieder mit Sauerstoff angereichert. Weiters zeichnen sich solche Geräte durch eine ein- oder zweiteilige Gegenlunge aus, welche das ausgeatmete Gasvolumen aufnehmen kann. Mit Kreislaufgeräten kann die den Gasverbrauch betreffende Effizient auf bis zu 100% erhöht werden.
- Die vorliegende Erfindung betrifft solche halb geschlossene und geschlossene Kreislauftauchgeräte und ein Verfahren zum Betreiben dieser Vorrichtungen.
- Ein Kreislaufgerät und Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs der unabhängigen Ansprüche 1 und 10 sind bekannt aus
GB 2 329 343 - Während man bei offenen Tauchgeräten im Normalfall immer ein Gas mit atembaren Sauerstoffgehalt atmet, wird bei semigeschlossenen Kreislaufgeräten der pO2 im Kreislauf von der zugeführten Gasmenge und des Metabolismus des Tauchers bestimmt und in elektronisch gesteuerten geschlossenen Geräten mittels eines Regelkreises auf einem bestimmten Level gehalten (
GB 24 045 93 A US 2003188744 A1 ,WO 2005/107390 A2 ). Bei manuell gesteuerten geschlossenen Kreislaufgeräten wird die Sauerstoffzufuhr vom Taucher manuell eingestellt und somit der Sauerstoffpartialdruck manuell geregelt. Der Sauerstoffpartialdruck des Atemgases muss innerhalb bestimmter Grenzen liegen um atembar zu sein. Allgemein werden 0,16 bar als untere Grenze und 1,6 bar als obere Grenze angesehen. Ein pO2 unter oder oberhalb dieser Grenzen wird als lebensbedrohend eingestuft. Daraus wird ersichtlich, dass für Kreislaufgeräte eine ständige Überwachung des pO2 notwendig ist. Geschlossene Geräte benötigen pO2 Sensoren zur manuellen oder elektronisch gesteuerten Regelung des pO2 im Kreislauf. Als pO2 Sensoren werden üblicherweise elektrochemische Sensoren eingesetzt, welche vor dem Tauchgang an der Oberfläche mit Luft oder 100% O2 kalibriert werden. - Ein korrekt funktionierender pO2 Sensor für den Einsatz in Kreislauftauchgeräten weist ein Ausgangssignal (Strom oder Spannung) auf, welches linear nur von dem pO2 vor der Membran des Sensors abhängt.
- pO2 Sensoren sind sehr fehleranfällig. Typische Fehler, die auftreten können, sind:
- a. Nichtlinearität;
- b. Stromlimitierung: in diesem Fall wird der pO2 Sensor ab einem bestimmten pO2 nichtlinear da der Ausgangsstrom des Sensors (oder Ausgangsspannung) fehlerbedingt nicht über einen bestimmten Level ansteigen kann. Dies resultiert in zu niedrigen Sensorsignalen bei hohem pO2;
- c. Fehlerhafte Signale von einem oder mehreren Sensoren bzw. der Sensorsignalverarbeitung;
- d. Fehlerhafte Kalibration;
- pO2 Messgeräte werden wie schon erwähnt an der Oberfläche mit Luft oder 100% O2 unter normobaren Bedingungen (auf Meeresniveau daher ∼1000 mbar Umgebungsdruck) kalibriert, wobei die Empfindlichkeit der Sensoren bestimmt wird. Der maximal erreichbare pO2 ist daher 1,0 bar. Da bei Tauchgängen oft ein pO2 höher als 1,0 bar auftritt, ist es wichtig die Sensoren auf a) und b) zu prüfen. (Beispiel für eine Kalibration mit 100% O2: Umgebungsdruck: 1000 mbar, Ausgangsspannungssignal: 50 mV -> Empfindlichkeit = 50 mV/bar pO2)
- Der Fehleranfälligkeit der pO2 Sensoren versucht man mit dem redundanten Einsatz von pO2 Sensoren zu entgegnen. So werden in geschlossenen Kreislaufgeräten üblicherweise drei Sauerstoffsensoren eingesetzt. Falls ein Sensor ausfällt, sich daher sein Ausgangssignal von dem der anderen beiden unterscheidet, wird dieser durch einen Vergleich aller drei Sensorsignale mit einem "Votingalgorithmus" (
GB 240 45 93 A WO 2004/112905 A1 ) erkannt, und dieser Sensor nicht mehr zur Regelung des pO2 herangezogen. - Ein fehlerhafter Sensor kann so ermittelt werden. Diese Methode versagt aber bei folgenden Fehlern:
- e. Ausfall von zwei Sensoren, die jedoch ein gleiches Ausgangssignal haben;
- f. gleiche Nichtlinearität von mindestens zwei Sensoren (>= zwei Sensoren aus der gleichen Produktionscharge, gleiches Alter, gleiche Bedingungen ...);
- g. gleiche Stromlimitierung von mindestens zwei Sensoren
- Weiters ist für eine detaillierte Tauchgangsanalyse eine kontinuierliche Aufzeichnung aller tauchgangsrelevanten Daten notwendig, so werden Tiefenprofil, Zeit und pO2 oft in einem internen Speicher des pO2 Messgerätes abgelegt und können nach dem Tauchgang auf einen Personal Computer übertragen werden, wobei die zeitliche Auflösung und die maximale Länge der Aufzeichnung von der internen Speichergröße abhängt und somit limitiert ist.
- Zur Übertragung auf den Personal Computer werden üblicherweise spezielle Interface Kabel benötigt. Speziell für die effektive Behandlung von Tauchunfällen ist eine rasche Auswertung der Tauchgangsdaten wichtig. Oft ist jedoch das passende Interface Kabel nicht vor Ort verfügbar. Die Möglichkeit zum Auslesen der Tauchgangsdaten ohne solch spezielle Kabel mit jedem handelsüblichen PC ist somit wünschenswert.
- Der Erfindung wie beanspruchs in unabhängigen Ansprüchen 1 und 10 liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine pO2 Messvorrichtung so auszugestalten, dass Fehler in den pO2 Sensorsignalen, Nichtlinearitäten der pO2 Sensorsignalen, eine eventuelle Strombegrenztheit von pO2 Sensoren zuverlässig erkannt und eine detaillierte Aufzeichnung der tauchgangsrelevanten Daten ermöglicht werden.
- Aus der
US 4,939,647 A ist ein Verfahren bekannt, das die oben beschriebenen Probleme zumindest teilweise löst. Dabei wird ein Sauerstoffsensor durch Spülung mit reinem Sauerstoff kalibriert. Dies ermöglicht eine Kalibration bei einem Sauerstoffpartialdruck von 1 bar. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine solche Kalibrierung nicht ausreicht, um die oben dargestellten Fehlerfälle zuverlässig zu erkennen. - Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Prüfung automatisch ausgelöst wird. Es wird also nach einer notwendigen und vorgeschriebenen Kalibrierung eine Überprüfung vorgenommen, die jedoch nicht manuell gestartet wird, sondern automatisch ausgelöst wird. Die Prüfung ist somit unabhängig von einer eventuellen Stresssituation, in der sich der Taucher befindet. Gerade in einer solchen Stresssituation ist jedoch bedingt durch einen erhöhten Sauerstoffbedarf und eine erhöhte Atemfrequenz, sowie die damit verbundene gesteigerte Produktion von CO2 die Wahrscheinlichkeit des Ausfalls eines Sensors vergrößert. Die Prüfung kann je nach Einstellung, Art der Abweichung und dgl. zu einem Alarmsignal führen, eine Umschaltung auf Notbetrieb auslösen oder eine Korrektur der Kalibrierung bewirken.
- Vorzugsweise erfolgt dabei die Prüfung unter Wasser unter Berücksichtigung des Umgebungsdrucks. Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, dass der Umgebungsdruck bei der Prüfung auch für die Wahl des Zeitpunktes der Prüfung ausschlaggebend ist. Auf diese Weise kann man die Prüfung bei einem Sauerstoffpartialdruck durchführen, der im oberen Bereich des gewöhnlichen Messbereiches liegt. Dies bedeutet, dass insbesondere der Sauerstoffpartialdruck im Bereich des oberen Grenzwertes des Sauerstoffpartialdruckes liegt, der aus medizinischen Gründen Menschen zugemutet werden kann. Dies bedeutet etwa, dass bei einer Tauchtiefe von 6 m eine Spülung mit reinem Sauerstoff vorgenommen wird, bei dem dann der Partialdruck bei etwa 1,6 bar liegt. Die Spülung wird dabei so lange durchgeführt, bis zuverlässig ein Signal vorliegt, das reinem Sauerstoff entspricht. Dies wird in der Regel vier bis sechs Sekunden benötigen.
- Durch diese Prüfung erster Art kann insbesondere die Linearität des Sauerstoffsensors und die Funktion in dem wichtigen Bereich höherer Sauerstoffpartialdrücke überprüft werden. Dies ermöglicht die Aufdeckung von Fehlerquellen, die bei einer Kalibrierung oder Überprüfung an Land nicht entdeckt werden können, da hier der maximale Sauerstoffpartialdruck mit 1 bar begrenzt ist. Diese Prüfung erster Art wird in der Regel während des Abtauchens durchgeführt, wenn die oben beschriebene Tauchtiefe von etwa 6 m erreicht ist. In weiterer Folge können laufende weitere Überprüfungen, nämlich Prüfungen zweiter Art durchgeführt werden, die beispielsweise aufdecken sollen, wenn ein Sauerstoffsensor durch Kondenswasser in seiner Funktion beeinträchtigt ist. Da diese Überprüfungen in der Regel bei größeren Tauchtiefen erfolgen, werden diese nicht mit reinem Sauerstoff durchgeführt, da ansonsten unzulässig hohe Partialdrücke erreicht werden würden. Die Überprüfung erfolgt mit Mischgas, wobei hier der Sauerstoffpartialdruck durchaus auch unterhalb von 1 bar liegen kann.
- Weiters betrifft die vorliegende Erfindung ein Kreislauftauchgerät mit mindestens einer Druckflasche für Sauerstoff und einer weiteren Druckflasche für ein Verdünnergas und mit einem Ventil zur Zufuhr von Sauerstoff und/oder Verdünnergas in den Kreislauf, welches Ventil in Abhängigkeit von dem Signal mindestens eines Sauerstoffsensors gesteuert ist, wobei eine Einrichtung zur Spülung des Sauerstoffsensors mit einem Gas mit bekannter Sauerstoffkonzentration vorgesehen ist.
- Erfindungsgemäß ist dieses Kreislauftauchgerät dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung mit einem Drucksensor in Verbindung steht und in Abhängigkeit vom Signal des Drucksensors gesteuert ist, um den Sauerstoffsensor zu prüfen.
- Der Gasbedarf für die Überprüfung des Sauerstoffsensors kann insbesondere dadurch minimiert werden, dass die Vergleichsgaseinspritzung direkt vor der Sensormembran angebracht ist und so nur der Raum vor der Membran gespült wird.
- Ein Steckplatz für Speicherkarten ermöglicht, dass tauchgangsrelevante Daten mit hoher Zeitauflösung abgespeichert werden und ein Personal Computer mit Speicherkartensteckplatz ausreicht, um die Daten auszulesen.
- Die Messvorrichtung zeichnet sich durch ein oder mehrere integrierte Vergleichsgaszufuhren aus. Ein Mikrocontroller mit geeigneter Software wird dabei zur Signalverarbeitung, für die Berechnungen, zur Steuerung der Magnetventile, für Ausgaben am Display und das Abspeichern von Daten auf einer Speicherkarte eingesetzt. Wie oben ausgeführt, werden als Vergleichsgas einerseits reiner Sauerstoff und das Verdünnergas bei geschlossenen Kreislaufgeräten, bzw. das Versorgungsgas bei halbgeschlossenen Kreislaufgeräten, herangezogen. Mittels eines Magnetventils können die Vergleichsgase direkt vor die Membran der Sauerstoffsensoren eingespritzt werden. Die Einspritzdauer beträgt dabei vorzugsweise zwischen 5 und 10 Sekunden, je nach der Einstellzeit der Sauerstoffsensoren. So misst der Sauerstoffsensor für die Zeitdauer der Gaseinspritzung nur den Sauerstoffpartialdruck des Vergleichsgases, während das Gasgemisch im Kreislauf vor dem Sensor durch den Vergleichgasstrom verdrängt wird. Aus der Tiefe, die üblicherweise mit einem Drucksensor bestimmt wird, wird der Umgebungsdruck berechnet und zusammen mit dem bekannten Sauerstoffgehalt der Vergleichsgase der tatsächliche Sauerstoffpartialdruck vor der Sensormembran berechnet (Sollwert) und mit dem Istwert (berechnet aus dem Sensorsignal und der bei der Kalibration bestimmten Empfindlichkeit) des Sensors verglichen. Weiters wird durch integrierte Blenden der maximale Vergleichsmassenfluss auf 1 bis 2 bar l/min begrenzt.
- Es ist hervorzuheben, dass die Funktion des Kreislauftauchgerätes während dieser Überprüfungen nicht beeinträchtigt wird und der Taucher somit ganz normal atmen kann. Auch entspricht die zeitlich zugeführte Menge an Sauerstoff bei der Überprüfung mit 100% Sauerstoff etwa dem menschlichen psychologischen Sauerstoffverbrauch pro Zeiteinheit und sollte daher nicht zu einer nennenswerten Erhöhung des Sauerstoffpartialdruckes im Kreislauf führen.
- Die im Folgenden beschriebenen Überprüfungen a), b), c) und d) werden von dem µ-controller automatisch durchgeführt.
- Zur Überprüfung der korrekten Funktion eines pO2 Sensors wird folgendes Verfahren angewandt:
- In einem bestimmten Zeitintervall (beispielsweise alle 2 min) wird vom µ-controller der pO2 Messvorrichtung Verdünnergas bei geschlossenen Kreislaufgeräten oder das Versorgungsgas bei halbgeschlossenen Geräten vor die Membran des Sensors eingespritzt. Durch den Vergleich der Soll- und Istwerte kann der pO2 Sensor dann auf ein korrektes Funktionieren überprüft werden. Ebenso kann mit dieser Überprüfung auf korrekte Kalibration geprüft werden.
- Linearitätsüberprüfung bei halbgeschlossenen Kreislaufgeräten:
- Die pO2 Messvorrichtung wird an der Oberfläche mit Luft oder dem Versorgergas kalibriert. In einem bestimmten Zeitintervall (beispielsweise alle 2 min) wird vom µ-controller der pO2 Messvorrichtung Versorgungsgas (bekannter Sauerstoffgehalt) vor die Membran des Sensors eingespritzt. Durch den Vergleich der Soll- und Istwerte kann der pO2 Sensor auf Linearität überprüft werden.
- Linearitätsüberprüfung bei geschlossenen Kreislauftauchgeräten:
- Die pO2 Messvorrichtung wird an der Oberfläche mit 100% Sauerstoff (1,0 bar pO2) kalibriert. Am Beginn des Tauchganges wird vom µ-controller automatisch in einer Tiefe von vorzugsweise 5 m bis 7 m 100% Sauerstoff vor die Membran des Sensors eingespritzt. Der tatsächliche Wert des pO2 des Gases vor der Sensormembran ist demnach 1,5 bar - 1,7 bar. Ein Vergleich mit dem tatsächlichen Sensorsignal lässt eine Beurteilung des Sensors auf Linearität zu. Prinzipiell ließe sich auch das Sauerstoffventil des Regelkreises einsetzen um den Raum vor den Sensoren zu fluten, um so eine automatische Linearitätsüberprüfung durchzuführen. In diesem Fall sollte der Taucher für die Zeit der Überprüfung den Atem anhalten, um nicht das Messergebnis zu verfälschen.
- Diese Linearitätsüberprüfungen eignen sich genauso zur Prüfung der Sensoren auf Strombegrenztheit.
- Diese Prüfmethoden erlauben im Gegensatz zum Votingalgorithmus ein echtes Prüfen eines Sauerstoffsensors während des Tauchganges. Die Fehlerfälle a), b), c), d), e), f) und g) können zuverlässig erkannt werden. Insbesondere ist eine Überprüfung der Sensoren auf eine korrekte Funktion während des ganzen Tauchganges in bestimmten Intervallen möglich.
- Somit ist im Prinzip auch der sichere Betrieb eines geschlossenen Kreislauftauchgerätes mit nur einem Sauerstoffsensor möglich.
- Weichen Soll- und Istwerte voneinander ab, so wird der Taucher durch eine Alarmfunktion aufmerksam gemacht. Bei geschlossenen Kreislauftauchgeräten werden für die Regelung nur pO2 Sensoren verwendet, die die automatische Funktionsüberprüfung erfolgreich bestanden haben.
- Bedingt durch Kondensation von Wasser direkt auf der Membran (Wassertropfen) von Sauerstoffsensoren kann Fehlerfall c) auftreten. Mittels dem Vergleichsgasvolumenstrom kann solch ein Wassertropfen von der Membran weggeblasen werden. Danach sollte der pO2 Sensor wieder korrekte Werte liefern.
- Weiters zeichnet sich die Erfindung durch einen integrierten Speicherkartensteckplatz aus. Tauchgangsrelevante Daten wie Sensorsignale von einem oder mehreren Sensoren, Zeit, Tiefe und Batteriespannung werden einmal pro s auf eine Secure Digital Speicherkarte geschrieben (Filesystem FAT 12, 16 oder 32). Ein 60 min Tauchgang entspricht einer Datei mit etwa 500 kByte. Diese Datei lässt sich dann mit jedem Personal Computer auslesen, der mit einem handelsüblichen Lesegerät/Kartensteckplatz für Secure Digital Speicherkarten ausgestattet ist.
- In der Folge wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemäßen Kreislauf- tauchgerätes; und
- Fig. 2
- eine erweiterte Ausführungsvariante der Erfindung.
- In
Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau eines geschlossenen Kreislaufgerätes dargestellt. Der Taucher atmet durch das Mundstück mit Richtungsventilen 1 durch den Ausatemschlauch in die Ausatemgegenlunge 2 aus. Durch das Überdruckventil 3 kann überschüssiges Gas in die Umgebung abgegeben werden. Die ausgeatmete Luft wird im Atemkalkbehälter 4 von Kohlendioxid gereinigt. Mit der Einatemgegenlunge 13 und dem Einatemschlauch schließt sich der Kreislauf. Die Sauerstoffsensoren 11 sind im Kalkbehälter angebracht. Ein µ-controller 12 berechnet aus den Signalen der Sauerstoffsensoren den pO2 und zeigt die tauchgangsrelevanten Daten auf einem Display 14 an. Falls der Sauerstoffpartialdruck pO2 im Kreislauf zu niedrig ist, wird über die Sauerstoffflasche 5, dem Druckminderer 8 und einem Magnetventil 10 Sauerstoff zugeführt. Weiters kann über ein lungenautomatisches Ventil oder ein Bypassventil 9 aus der Verdünnergasflasche 6 und einem weiteren Druckminderer 7 Verdünnergas dem Kreislauf zugeführt werden (wichtig beim Abtauchen, beim Spülen des Kreislaufes, oder beim Ausblasen der Taucherbrille). Die Druckminderer reduzieren den Flaschendruck auf einen Druck ∼8 - 12 bar höher als der Umgebungsdruck. Weiters dient ein Drucksensor 30 zur Bestimmung des Umgebungsdruckes. - In
Fig. 2 ist der Erfindungsgegenstand, welcher eine Erweiterung für Kreislaufgeräte beispielsweise, dargestellt. Der µ-controller 20 wertet die Signale des (der) Sauerstoffsensors(en) 11 aus. Diese sind in einer Aufhängung 24 an der Auslassseite im Kalkbehälter eingeschraubt. Über eine Serial Peripheral Interface (kurz SPI) Verbindung 22 ist ein Display 21 angeschlossen. Über eine weitere SPI Verbindung 23 ist ein Speicherkartensteckplatz 19 für Secure Digital (kurz SD) Karten angeschlossen. Werden Compact Flashkarten verwendet, so werden diese nicht über eine SPI Verbindung sondern über eine parallele Verbindung beschrieben. Der µ-controller 20 kann über ein Magnetventil 10 aus einer Sauerstoffflasche 5 und Druckminderer 8 100% Sauerstoff direkt vor die Membran des (der) pO2 Sensors(en) leiten, wobei die Durchflussmenge (beispielsweise 1 bar I/min) durch eine Blende 18 definiert wird. Weiters kann Verdünnergas mit bekanntem Sauerstoffgehalt aus der Vorratsflasche 6 über den Druckminderer 7 und einem weiteren Magnetventil 16 vor die Membran des (der) pO2 Sensors(en) leiten. Auch hier wird der maximale Gasfluss durch eine Blende 17 definiert (wieder beispielsweise 1 bar I/min). Die Zuleitungen werden mittels einer Halterung 25 vor der Sensormembran befestigt. Weiters ist noch anzumerken, dassFig. 2 eine Erweiterung zuFig. 1 darstellt, sprich das Magnetventil 10 und das manuelle Ventil 9 sind weiterhin noch Bestandteil des Kreislaufes.
Claims (14)
- Verfahren zum Betreiben eines Kreislauftauchgerätes, bei dem dem Atemgas Sauerstoff zudosiert wird, wobei der Saustoffpartialdsruck durch mindestens einen Sauerstoffsensor (11) überwacht wird und wobei der Sauerstoffsensor (11) durch Spülung mit einem Gas mit bekannter Sauerstoffkonzentration geprüft wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung automatisch ausgelöst wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung unter Wasser unter Berücksichtigung des Umgebungsdrucks erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülung durch direkte Eindüsung des Gases mit bekannter Sauerstoffkonzentration vor die Membran des Sauerstoffsensors (11) erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung in Abhängigkeit vom Umgebungsdruck durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prüfung erster Art bei einem vorbestimmten Umgebungsdruck durch Spülung mit reinem Sauerstoff durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung erster Art bei einem Umgebungsdruck durchgeführt wird, bei dem der Sauerstoff-Partialdruck pO2 im Bereich des oberen Grenzwerts des SauerstoffPartialdrucks pO2 liegt.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung erster Art bei einem Umgebungsdruck durchgeführt wird, bei dem der Sauerstoff-Partialdruck pO2 zwischen 1,5 bar und 2 bar, vorzugsweise bei etwa 1,6 bar liegt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Prüfungen zweiter Art in bestimmten Abständen durch Spülung mit einem Gas mit bekannter Sauerstoffkonzentration durchgeführt werden.
- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfungen zweiter Art durch Spülung mit Verdünnergas durchgeführt werden.
- Kreislauftauchgerät mit mindestens einer Druckflasche (5) für Sauerstoff und einer weiteren Druckflasche (6) für ein Verdünnergas und mit einem Ventil (9; 10) zur Zufuhr von Sauerstoff und/oder Verdünnergas in den Kreislauf, welches Ventil (9; 10) in Abhängigkeit von dem Signal mindestens eines Sauerstoffsensors (11) gesteuert ist, wobei eine Einrichtung zur Spülung des Sauerstoffsensors (11) mit einem Gas mit bekannter Sauerstoffkonzentration vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung mit einem Drucksensor (30) in Verbindung steht und in Abhängigkeit vom Signal des Drucksensors (30) gesteuert ist, um den Sauersoffsensor automatisch zu prüfen.
- Kreislauftauchgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor (11) eine Membran aufweist, auf die eine Spüldüse zur Spülung des Sauerstoffsensors (11) mit einem Gas mit bekannter Sauerstoffkonzentration gerichtet ist.
- Kreislauftauchgerät nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (20) vorgesehen ist, das die Spülung mit Sauerstoff bei Vorliegen eines bestimmten Umgebungsdrucks auslöst.
- Kreislauftauchgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (20) einen Speicherkartensteckplatz (19) aufweist.
- Kreislauftauchgerät nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Blende (18) vorgesehen ist, die den Volumenstrom des Gases reduziert.
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