JP3474563B2 - 一体型安全監視および警報システム - Google Patents

一体型安全監視および警報システム

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は、個人用監視および警報システムに関す
る。より詳しくは、この発明は消防活動中に複数のパラ
メータを監視し、適切な警報を出して、消防士に危険な
状況を知らせる自動警報システムを提供する。
発明の背景 過去数年間、消防士は各種のシステムを使うことによ
って、危険な状況での単独な作業中の安全を確保してき
た。例えば消防士は、手動で電子警笛を出すことのでき
る「非常ボタン」型のスイッチを備える個人用警報安全
システムを使用してきた。更にこの個人用警報安全シス
テムは、携帯者が例えば30秒間身体を動かさなかった場
合に、これを検知して自動的にシステムの警報を出すこ
とができる。しかしこの種の個人用警報安全システムに
共通する問題点は、消防士がしばしば装置を作動させる
ことを忘れるということである。すなわち、消防車から
飛び降り、消防具を身につけ、火事の状況を判断し、命
令を受けるという大混乱の中では、消防士は火事現場に
すぐ突入するため、安全装置を作動させるのを忘れ勝ち
になる。
また消防士は、空気温度が所定の温度限界以上になる
と可聴警報を出す温度警報を用いてきた。しかし消防服
の断熱性がよくなったので、消防士は周囲の空気の温度
を余り感じなくなった。従って熱が服の中に蓄積して、
消防士には事前に何も警告せずに貫通する（break thro
ugh）可能性がある。また消防士は、携帯する空気シリ
ンダ内の圧力を示す圧力ゲージを用いてきた。しかし単
に空気の圧力が分かるだけでは、消防士の消防活動に必
要な残存空気時間が分からない。従って従来のシステム
は、危険な消防環境にある消防士が使うにはいろいろ限
界があった。
図面の簡単な説明 第１図は、この発明の消防士用コンピュータ・システ
ムのシステム要素の略ブロック図である。
第３図は、システムの外箱内の要素の取り付け状況を
示す。
第４図は、この発明の消防士用コンピュータ・システ
ムの外箱の平面図である。
第５図は、この発明の消防士用コンピュータ・システ
ムの外箱の上面図である。
第６図は、この発明の消防士用コンピュータ・システ
ムの外箱の側面図である。
第７図は、この発明の消防士用コンピュータ・システ
ムの外箱の反対側の側面図である。
第８図は、この発明の消防士用コンピュータ・システ
ムの外箱の部分側面図である。
第９図は、この発明の消防士用コンピュータ・システ
ムに用いられる液晶ディスプレーのくさび配列の断面図
である。
望ましい実施態様の詳細な説明 第１図は、この発明の消防士用システムのシステム要
素の略図である。このシステムは、以下のパラメータに
関連する複数の入力信号を受ける。（１）空気タンクの
圧力、（２）周囲の温度と消防服内の温度勾配、（３）
消防士の身体の動き（すなわち、動作や停止）。マイク
ロプロセッサはこれらのパラメータに関する情報を処理
して、適切なメッセージを表示し、または可聴警報を出
す。更に消防士は、手動の非常スイッチを押すことによ
って可聴警報を出してもよい。
第１図は、データ入力信号をマイクロプロセッサ12に
送る複数の変換器を示す。マイクロプロセッサ12は、プ
ログラム記憶装置14に記憶されている、以下に詳細に説
明する複数のアルゴリズムに従って、このデータ信号を
処理する。プロセッサは適切なメッセージをディスプレ
ー16に表示する。これは液晶ディスプレー（LCD）でよ
い。またプロセッサは可聴警報18aおよび18bを出し、可
能性のある、または実際の緊急状況を知らせる。
空気源20に関する情報は圧力インタフェース22を経て
供給され、空気ライン28、30を経て、圧力スイッチ24と
圧力変換器26にそれぞれ空気圧信号が送られる。空気圧
によって圧力スイッチ24が入ると、電源32から電力が送
られてマイクロプロセッサ12が作動する。使用者が圧力
スイッチ24を切ると、マイクロプロセッサ12は停止す
る。圧力変換器26は圧力インタフェース22から空気信号
を受けて、空気源20内の圧力に対応するアナログ電圧信
号を生成する。アナログ−ディジタル変換器36は変換器
26からのアナログ信号を、マイクロプロセッサ12が処理
できるディジタル信号に変換する。また圧力インタフェ
ース22は信号ライン38、40を通して、それぞれ初期タン
ク圧力および初期タンク容量に関する情報をアナログ−
ディジタル変換器36に送る。
周囲温度に関する情報については、温度検知器42がア
ナログ信号を出し、アナログ−ディジタル変換器44でデ
ィジタル信号に変換し、マイクロプロセッサ12が処理す
る。温度情報は以下に述べるアルゴリズムを用いて処理
し、消防服を通す過剰の熱エネルギーの「貫通」を予測
する。
動作検出器46は、消防士が動作中であるかどうかを示
す入力信号を出す。マイクロプロセッサは動作検出器を
定期的にサンプリングして、消防士が所定の時間、例え
ば20秒間、身体を動かしていないかどうかを決定し、こ
の時間が過ぎると可聴警報18a出す。身体を動かさない
時間が第２の所定の時間限度、例えば30秒を超えると、
第２可聴警報18bを出す。
手動の非常スイッチ48は使用者が操作するもので、緊
急状況を示すデータ信号をマイクロプロセッサに送る。
第2a図−第2c図は、プログラム記憶装置14に記憶され
ているアルゴリズムに従って、マイクロプロセッサ12が
実行するデータ処理段階を説明するフローチャートであ
る。段階100でマイクロプロセッサ12は、圧力インタフ
ェース22からの空気信号で始動する。段階102で、初期
タンク圧力に関するデータを受ける。段階104で、タン
ク圧力の現在値を決定し、段階106で、この圧力値を用
いて前の期間からのタンク圧力の変化を計算する。段階
108で圧力値をテストし、現在の圧力が初期タンク圧力
の30％より低いかどうかを決定する。このテストの結果
が「いいえ」であれば、処理は段階120に進む。しかし
このテストによって圧力が初期の値の30％より低いこと
が分かると、LCDスクリーンの圧力指示が警告点滅を行
い、処理は段階112に移って、圧力が初期圧力の25％よ
り低いかどうかをテストする。段階112のテストの結果
が「いいえ」であれば、処理は段階120に進む。しかし
ながらこのテストにより現在の圧力が初期圧力の25％よ
り低いことが分かれば、段階114で、「低圧」メッセー
ジを点滅表示する。処理は段階116に進み、現在の圧力
が初期圧力の20％より低いかどうかテストする。段階11
6のテストの結果が「いいえ」であれば、処理は段階120
に進む。しかし段階116のテストの結果により現在の圧
力が初期圧力の20％より低いことが分かると、段階118
で可聴警報を出して、使用者にタンクの圧力が低いこと
を警報する。
段階120で空気の消費速度を計算し、この値を用いて
段階122で残存空気時間を計算する。残存空気時間（RA
T）は、タンク圧力がゼロになるまでの残存時間を計算
した予測値である。これは、測定したタンク圧力を空気
消費速度で割って得る。
消費速度は直接には測定できないので、空気圧力の変
化を、変化に要した時間で割って得る。
圧力変化を測る時間は状況による。時間が短いと、呼
吸が断続することや測定圧力がディジルであることによ
って、計算したRATは誤差や変化が大きくなる。時間が
長いと、「実際の」変化速度への応答が遅くなる。応答
が適当になるような一定時間内に圧力変化を測って速度
を決めると、遅い速度では誤差や変動が大きくなる。こ
れに対して、この装置では一定の変化が起こる時間を測
定するので、消費速度が大きい場合の応答が良く、また
あらゆる速度で誤差と変動が小さい。ただし、消費速度
が小さい場合に応答が遅いのは止むをえない。
この発明のシステムは、31個のレジスタを用いて最新
の31個の圧力増分変化の時間を記憶する。圧力の増分
は、アナログ−ディジタル変換器の分解度である（現在
フルスケールの1/256、すなわち2240psi（157.5kg/c
m2）に対して約10psi（0.70kg/cm2）である。時間は1/1
6秒の分解度で記録する。圧力が「過去の最低値」より
下がらない場合は、各時間増分毎に第１（最新の）レジ
スタを増分する。圧力が過去の最低値より下がるると、
過去の最低値を減分し、各レジスタの値を最も古いレジ
スタの方へ１レジスタだけシフトする。最新のレジスタ
には、これまでの増分値をセットする。計算の便宜上、
レジスタをシフトする度に、各レジスタの値から最も古
いレジスタの値を差し引く。従って、最も古いレジスタ
は常にゼロであり、最新のレジスタは最後の30個の圧力
変化の増分の時間を記憶する。
段階124で、残存空気時間をLCDスクリーンに表示す
る。段階126で、残存空気時間が10分より少ないかどう
かを決めるテストを行なう。段階126のテストの結果が
「はい」であれば、段階128で「空気時間低」のメッセ
ージをLCDスクリーンに表示する。しかしテストの結果
が「いいえ」であれば、処理は段階130に直接進む。
段階130で周囲温度のデータを受け、段階132で温度を
LCDスクリーンに表示する。段階134で、消防士服の熱吸
収速度を計算する。次に段階136でこの情報を使って
「熱貫通」までの残存時間を計算する。熱貫通までの残
存時間は、200゜F（93.3℃）を超える温度の積分の逆数
で決まる値に比例する。段階138で、熱貫通までの残存
時間が２分より少ないかどうかを決めるテストを行な
う。テストの結果が「いいえ」であれば、処理は段階14
4に直接進む。しかしテストの結果が「はい」であれ
ば、段階140で高温警報表示をLCDスクリーンに表示し、
段階142で可聴警報を出す。
段階144で、動作検出器の状態に関するデータを受け
る。段階146で、20秒を超えても動作を検出しなかった
かどうかを決めるテストを行なう。このテストの結果が
「いいえ」であれば、処理は段階156に直接進む。しか
し段階146のテストの結果が「はい」であれば、段階148
でパス（PASS）警報をスクリーンに表示し、段階150で
第１可聴警報を出す。段階152で更に動作検出テストを
行い、30秒を超えても動作を検出しなかったかどうかを
決定する。このテストの結果が「いいえ」であれば、処
理は段階156に直接進む。しかしこのテストの結果が
「はい」であれば、段階154で第２可聴警報を出す。
段階156で、手動の非常スイッチの状態に関するデー
タを受け、段階158で、このスイッチを操作したかどう
かを決めるテストを行なう。このテストの結果が「いい
え」であれば、処理は段階162に直接進む。しかしこの
テストの結果が「はい」であれば、段階160で可聴警報
を出す。段階162で、データ処理を終わるためにハード
ウエア・スイッチを切ったかどうかを決めるテストを行
なう。このテストの結果が「はい」であれば、段階164
で処理が終わる。しかしこのテストの結果が「いいえ」
であれば、システムは段階104に戻って、段階104から16
2までの処理を繰り返す。
第３図−第５図に、外箱50に納めたシステム要素の物
理的な配列を示す。マイクロプロセッサ12、電池34、LC
D16は、以下に説明するコンピュータ・システムの他の
要素と共に、外箱18内に納められる。外箱50は、ベルト
または取り付けクリップを備えてよい。
再び第３図−第５図において、この発明のコンピュー
タ・システムに関連して用いる圧力監視装置は組み込み
の呼吸装置インタフェース接続22を含み、外箱50に正し
く取り付ける。接続22は、ライン25を経て圧力スイッチ
24に流体信号を送る。圧力スイッチ24はマイクロプロセ
ッサ12に接続し、消防士への空気供給が始まると、マイ
クロプロセッサ12およびコンピュータ・システムを起動
する。また接続22は、ライン27を経て圧力変換器26に流
体信号を送る。変換器26は、マイクロプロセッサ12に接
続する。
再び第３図−第５図において、コンピュータ・システ
ムの温度監視装置は温度検知器42を含み、温度検知器42
は外箱50の外側の近くに取り付け、マイクロプロセッサ
12に接続する。
再び第３図−第５図において、この発明の個人用警報
安全システムは、１対のピエゾ・ブザー警報18aと18b、
手動の非常スイッチ48、動作検出装置46を含み、これら
は全てマイクロプロセッサ12に接続する。
第３図−第６図において、この発明のコンピュータ・
システムは接続22によって消防士の空気シリンダ・ホー
スに取り付けられ、空気の供給が始まると自動的に起動
する。このシステムは、凹部にある押しボタンスイッチ
34によって手動で停止させることができる。１対のソフ
トウェア・スイッチ（図示せず）を電池室52内に取り付
けてあり、その一方は特定の定格タンク圧力（2216psi
（155.8kg/cm2）、3000psi（210.9kg/cm2）、4500psi
（316.4kg/cm2））を示し、他方はタンクの定格容量（3
0分、45分、60分）を示す。システムを起動すると、シ
ステムは自動的にコンピュータがどう設定されているか
を表示する。設定が正しくなければ消防士は調整するこ
とができる。
コンピュータ・システムを使用している間、マイクロ
プロセッサ12はアナログ−ディジタル変換器と共に作動
して、圧力変換器26の電圧を測定する。この電圧はシリ
ンダの圧力に比例する。上に説明したように、マイクロ
プロセッサ12は極めて正確な時間間隔で多数の圧力を読
んで、消防士の空気の使用速度を決める。空気圧力に関
しては、全空気供給量と残存空気時間をLCD16に表示す
る。消防士の空気シリンダの圧力が最初の値の25％に達
すると、LCD16は点滅を始める。更に残存空気時間が10
分になると、LCD16は「10分」の表示を点滅する。
温度検知器42はマイクロプロセッサ12に接続し、実際
の空気温度をLCD16に表示する。更にマイクロプロセッ
サは時間／温度アルゴリズムを持っており、消防士が着
ている断熱材料の熱吸収速度を計算に入れる。「熱貫
通」の２分前に、LCD16上の可視点滅警報の他に、約75
デシベルの可聴警報を出す。全「熱貫通」が起こると、
約95デシベルの可聴警報を出す。
この発明の個人用警報安全システムは手動の非常スイ
ッチ48を備え、ピエゾ・ブザー警報18aと18bを出す。更
に動作検知スイッチ44は、動作していないことを検知す
る水銀スイッチまたはピエゾ型スイッチを備える。約20
秒間身体を動かさなければ、約75デシベルの可聴警報を
出す。もし消防士が単に立ち止まっているだけであれ
ば、外箱かスイッチ46を単に振るか動かすことによっ
て、スイッチ46をリセットすることができる。30秒間身
体を動かさなければ、約95デシベルの可聴警報を出す。
第７図と第８図において、外箱50には成形したプラス
チックのテザー・フック（tether hook）54が接続さ
れ、または金属の回転Ｂリング56が外箱50に鋲止めされ
る。
第９図においてくさび型のLCD配列は、上部ガラス部
分60、スペース62、一端にLED66を備える照明くさび64
を含む。照明くさび64はLCD68に接続し、LCD68は燐光裏
板70に接続する。
この発明の消防士用コンピュータ・システムの望まし
い実施態様に関して説明したが、この発明はここに述べ
た特定の形式に限定されるものではなく、請求の範囲に
規定するこの発明の精神と範囲内に含まれる代替物、変
形物、同等物を含むものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フルトン，ジェームズ，エイ. アメリカ合衆国19390 ペンシルバニア 州ウエスト グロウブ，フィリップス ミル ロード 102 (56)参考文献 特開 昭61−100265（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A62B 9/00

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】消防士に空気を供給する呼吸システムとと
    もに使用される監視および警報システムであって、 消防活動中の消防士の安全性に関する複数のパラメータ
    を監視する監視手段（26、42、46）と、 警報を提供する警報手段（18a、18b）と、 前記監視手段による監視結果に基づいて前記警報を提供
    するように前記警報手段を制御するマイクロプロセッサ
    （12）と、 前記呼吸システムに空気の供給を開始することにより発
    生する空気圧によってオンになり、それによって前記マ
    イクロプロセッサを自動的に起動する圧力スイッチ（2
    4）と を備えた監視および警報システム。
  2. 【請求項２】前記監視手段は、空気源（20）から供給さ
    れる空気の圧力を示すパラメータを監視する空気圧監視
    手段（26）を含み、前記マイクロプロセッサは、前記空
    気の圧力が所定の圧力レベルより下がった場合に前記警
    報を提供するように前記警報手段を制御する、請求項１
    に記載の監視および警報システム。
  3. 【請求項３】前記空気圧力監視手段は、前記空気源から
    供給される空気の圧力を繰り返しサンプリングし、前記
    マイクロプロセッサは、前記繰り返しのサンプリングか
    ら得られた測定値に基づいて残存空気時間を計算する、
    請求項２に記載の監視および警報システム。
  4. 【請求項４】前記残存空気時間を表示する表示手段（1
    6）をさらに備えた、請求項３に記載の監視および警報
    システム。
  5. 【請求項５】前記監視手段は、周囲空気温度を示すパラ
    メータを監視する周囲空気温度監視手段（42）を含み、
    前記マイクロプロセッサは、前記空気周囲温度が所定の
    時間、所定のレベルより上がった場合に前記警報を提供
    するように前記警報手段を制御する、請求項１に記載の
    監視および警報システム。
  6. 【請求項６】前記マイクロプロセッサは、200゜Fを超え
    る温度の積分の逆数によって決定される値に比例する量
    に対応する温度要因を計算する、請求項５に記載の監視
    および警報システム。
  7. 【請求項７】前記監視手段は、前記消防士の動作を示す
    パラメータを監視する動作監視手段（46）を含み、前記
    マイクロプロセッサは、前記消防士の動作が所定の時
    間、検出されなかった場合に前記警報を提供するように
    前記警報手段を制御する、請求項１に記載の監視および
    警報システム。
  8. 【請求項８】前記マイクロプロセッサは、第１の所定の
    時間、前記消防士の動作が検出されなかった場合に警告
    状態を示す第１の警報と、第２の所定の時間、前記消防
    士の動作が検出されなかった場合に緊急状態を示す第２
    の警報とを提供するように前記警報手段を制御する、請
    求項７に記載の監視および警報システム。
  9. 【請求項９】前記第１および第２の警報は、聞こえ方で
    区別される、請求項８に記載の監視および警報システ
    ム。
  10. 【請求項１０】前記消防士によって手動でオンにされる
    スイッチ（48）をさらに備えており、これにより、前記
    マイクロプロセッサが、前記警報を提供するように前記
    警報手段を制御する、請求項１に記載の監視および警報
    システム。
  11. 【請求項１１】消防士に空気を供給する呼吸システムと
    ともに使用される監視および警報システムにおける動作
    検出器を起動する方法であって、 前記呼吸システムにおける空気圧力を変換するステップ
    と、 所定の値より大きい前記呼吸システムにおける空気圧力
    で圧力スイッチをオンにすることにより、前記動作検出
    器を自動的に起動するステップと を包含する方法。
  12. 【請求項１２】消防士に空気を供給する呼吸システムと
    ともに使用される監視および警報システムであって、 前記呼吸システムにおける少なくとも１つの空気圧力変
    換器と、 所定の値より大きい前記呼吸システムにおける空気圧力
    で圧力スイッチをオンにすることにより自動的に起動さ
    れる動作検出器と、 検出された動作の欠如に応答して、少なくとも１つの警
    報を提供する手段と を備えた監視および警報システム。
  13. 【請求項１３】前記少なくとも１つの警報は、手動スイ
    ッチによって起動され得る、請求項12に記載の監視およ
    び警報システム。
  14. 【請求項１４】消防士に空気を供給する呼吸システムと
    ともに使用される監視および警報システムにおける動作
    検出器であって、 前記動作検出器は、呼吸のための空気の圧力が所定の値
    を超えた場合に圧力スイッチをオンにすることにより自
    動的に起動される、動作検出器。
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