JPH04356296A - スキューバ使用の潜水者の呼吸数計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスキューバを装着した潜
水者が水中で行動しているときの呼吸数を計測する方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボンベの高圧空気を減圧して呼吸するこ
とにより水中で自由な行動を可能とした空気自給式の器
具はスキューバの呼び名で広く知られており、一般的に
高圧空気を充填したボンベに一次減圧器を取付け、これ
より延びる中圧ホースの先端に二次減圧器を接続した構
成を有していて、潜水者は二次減圧器と一体のマウスピ
ースを咬えて呼吸する。

【０００３】即ち、ボンベを携行してその中の空気を消
費することによって水中で生存するので、空気の残量を
正確に知ることは安全のための最も基本的なことの一つ
であり、そのために一次減圧器の高圧側に圧力計（残圧
計）を接続して具えている。更に、水中での位置や状況
を適確に知ることも安全のために重要であり、そのため
に水深計、コンパス更に水温計、時計をスキューバに組
合せたり潜水者が別途に携行することも周知の通りであ
る。

【０００４】そして、前記の計器類によって現在の位置
および環境、進行方向、潜水開始から現在までの行動殊
に運動量を知ることができ、また今後の行動を計画する
ことが可能である。また、これらに加えてボンベの空気
残量が少なくなったとき警報を発して不注意や計画の誤
算などによる事故の防止を計ることも考えられている（
特公昭４９−２９６７８号公報、特公昭５９−８５９９
号公報参照）。

【０００５】一方、潜水者の呼吸について見ると、ゆっ
くりした深い呼吸を一定リズムで続けることが必要とさ
れており、これは肺胞中の炭酸ガス分圧を正常値に保っ
て血液中の炭酸ガス濃度の増加による中毒症状の発生を
防ぐためである。

【０００６】しかしながら、実際には減圧器に呼吸抵抗
があること、特殊な環境のため興奮状態にあること、は
げしい運動をしたこと、などのため熟練者以外の人は呼
吸のリズムを乱しやすく、また要求空気量が減圧器の供
給能力を超えて息苦しさを覚えることがある。このよう
な場合、潜水者はその場所に楽な姿勢で静止して正常な
呼吸状態に戻るのを待つことが必要とされているが、初
心者はあわてて水面に浮上しようとしがちであり、その
ために運動量が増加して要求空気量を更に増し混乱状態
に陥るという危険がある。

【０００７】前述のように、呼吸数は減圧器の呼吸抵抗
や潜水者自身の精神的肉体的状態、即ち潜水者の負荷状
態によって変化するものであり、従って潜水開始から終
了までの呼吸状態の変化を調べることができれば学習や
反省の資料に使用して潜水技術の向上に役立てることが
できる。また、潜水中に現在の呼吸数を把握できれば行
動予定を変更するなどによってそれ以上の呼吸数増加を
避け安全を計ることができるが、現在スキューバで使用
されている計器類では呼吸状態の変化を記録しておくこ
とができないばかりか、潜水者の現在の呼吸数を正確に
知ることもできず、安全を期するうえで万全ではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、現在のスキューバで使用されている計器類
では潜水者の呼吸状態の変化や現在の呼吸数を知ること
ができず安全性の面で万全ではない、という点である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
、本発明は一次減圧器から二次減圧器に送られる空気の
圧力変化を一定時間間隔でサンプリングし、各回のサン
プル値とその前回のサンプル値との差を計算して予め定
めた設定値よりも大きい値となる回数を集計することに
よって単位時間当りの呼吸数を順次求め、この呼吸数を
潜水のほぼ全時間に亘り記録すること、および／または
呼吸数を計器に逐一表示することとした。これにより、
潜水者の呼吸状態の変化を調べて潜水技術の向上に役立
てたり潜水中の呼吸数を随時確認して安全を計ることが
できる呼吸数計測手段を提供する、という目的が達成さ
れる。

【００１０】スキューバは周知のように、ボンベの高圧
空気を一次減圧器で水圧に８〜１０ｋｇ／ｃｍ２を加え
た圧力まで減圧し、更に二次減圧器で水圧と同程度の圧
力まで減圧して吸気するものであり、一次減圧器は吸気
時にボンベの高圧空気を減圧しながら二次減圧器へ送っ
ており、一次減圧器から二次減圧器に至る部分は空気流
れが停止する呼気時に比べると明かにかなり低い圧力と
なっている。即ち、一次減圧器から二次減圧器に送られ
る空気圧力は吸気に同期して一時的に低下し、呼気時に
上昇する動作を繰返す。

【００１１】本発明は潜水者の呼吸に同期して周期的に
変化する前記圧力を検知する圧力センサと、前記センサ
からの信号を処理するマイクロコンピュータと、呼吸数
を記録、表示する記憶装置および計器のいずれかまたは
両方とをスキューバに装備して潜水者に携行させること
によって実施される。

【００１２】圧力センサとしては容積形、半導体ピエゾ
抵抗形などの既知のものが使用可能であるが、精度より
も応答速度の高いものを用いるのが好ましい。このよう
な圧力センサからの信号は一般にパルス波形の連続信号
であって、呼吸と同期して変動し吸気時に低い値となり
呼気時に高い値となる。

【００１３】このような圧力変化をサンプリングする時
間間隔は、通常考えられる最大の呼吸数よりも短かい間
隔、一般には１秒乃至０，５秒間隔に設定するものであ
り、圧力センサに電力を連続供給して連続信号を発生さ
せる代りにサンプリング時にのみ供給して信号値をその
ままサンプル値とすることもできる。

【００１４】ここで、呼吸に伴い図３のように圧力変化
をしているとき、この圧力信号値を一定時間間隔でサン
プリングして得たサンプル値ＤＰ（ｎ）について、今回
のサンプリングによって得たサンプル値と前回のサンプ
リングによって得たサンプル値との差を計算して予め定
めた設定値βとの大小を比較させる。βは吸気および呼
気の途中で呼吸以外の原因により圧力が変動したとき、
この変動値を無視して呼吸による変動と誤認させないた
め設定した適宜幅の不感帯である。

【００１５】そして、図３のようにサンプリングを行な
っているとき、ＤＰ（ｉ−３）−ＤＰ（ｉ−４）＞βで
あれば吸気から呼気に移行したものと判断し、ＰＦＬＧ
＝ＰＦＬＧ＋１（ＰＦＬＧ初期値＝０）とする。また、
ＤＰ（ｉ＋１）−ＤＰ（ｉ）＞−βであれば呼気から吸
気に移行したものと判断し、ＭＦＬＧ＝ＭＦＬＧ＋１（
ＭＦＬＧ初期値＝０）とする。

【００１６】前記の演算をサンプリング毎に新しく入力
されるＤＰ（ｎ）について繰返し、単位時間一般には１
分間当りの呼吸数ＢをＢ＝ＰＦＬＧ＋ＭＦＬＧによって
求めるものであり、ＤＰ（ｎ）に基く前記の計算はマイ
クロコンピュータによって行なわれる。

【００１７】このように１分間刻みで得られた呼吸数は
マイクロコンピュータ内部の主記憶装置または外部の補
助記憶装置に順次格納記録され任意に読出し可能に保存
される。或いはデジタル式またはアナログ式の計器をマ
イクロコンピュータの出力装置に接続して呼吸数をリア
ルタイムに表示させ、潜水中任意に確認できるようにす
る。

【００１８】尚、潜水者の負荷によっては１分間の始め
と終りとでは呼吸速度にかなりの差がある場合があるの
で、例えば３０秒間毎の呼吸数を求めて記録し、計器に
表示するときはこれを慣用の１分間当りの呼吸数に換算
して表示させることも好ましい手段である。

【００１９】

【作用】呼吸に同期して変化する空気の圧力をサンプリ
ングして前回のサンプル値と比較し、その差が正の設定
値よりも大きいとき吸気から呼気に移行し負の設定値よ
りも大きいとき呼気から吸気に移行したものと判断して
その回数を集計し単位時間当りの呼吸数を求めることを
繰返す。呼吸数を順次記録しておくことにより潜水の全
時間に亘る呼吸状態の変化を調べることができ、また逐
一表示することにより潜水中に随時確認することができ
る。

【００２０】

【実施例】図１は本発明の計測手段を具えたスキューバ
の一例を概略的に示した図であって、ボンベ１に充填さ
れている圧力空気はボンベ１に取付けた一次減圧器２に
よって水圧に８〜１０ｋｇ／ｃｍ２を加えた圧力まで減
圧され、中圧ホース３を通って二次減圧器４により水圧
と同程度の圧力まで減圧されて二次減圧器４と一体のマ
ウスピース５により潜水者に供給される。一次減圧器２
には空気の圧力を検知する圧力センサ６が内蔵されてお
り、その信号を処理するマイクロコンピュータ７が耐圧
防水構造とされて一次減圧器２に取付けられているとと
もに、水圧計８および水深計９と呼吸数を表示する呼吸
計１０とを組込んだコンソール１１がボンベ１に吊下げ
られている。

【００２１】図２を参照して、一次減圧器２はボンベ側
の高圧室２１と中圧ホース側の中圧室２２とピストン形
の弁体２３と弁座２４とばね２５とを有しており、吸気
を開始して中圧室２２の圧力が低下するとばね２５の力
によって弁体２３が中圧室２２の方へ移動し高圧室２１
の弁座２４から離れて弁通路２６を開放し、空気が流れ
るようになる。このとき、中圧室２２は低い圧力、即ち
水圧に８〜１０ｋｇ／ｃｍ２を加えた圧力となっている
。吸気を終ると高圧空気が中圧室２２、中圧ホース３に
溜って弁体２３を押し弁座２４に着座させて弁通路２６
を閉鎖するので中圧室２２は高い圧力となる。

【００２２】圧力センサ６は中圧室２２に設置されてお
り、呼吸に同期する圧力変化を検知してマイクロコンピ
ュータ７に送る。マイクロコンピュータ７の中央処理装
置７１は、圧力変化の信号をサンプリングして各回のサ
ンプル値を前回のサンプル値と比較し設定値よりも大き
いときの回数を集計し単位時間当りの呼吸数を求める操
作を繰返して主記憶装置７２に順次格納記録すると同時
に、呼吸計１０に信号を送って呼吸数をリアルタイムに
表示させる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によると、呼吸に同期して一次減
圧器から二次減圧器への空気の流れが発生停止し、それ
に対応して空気圧力が変化することを利用してこの変化
のサンプル値を順次比較するという簡単な操作で単位時
間当りの呼吸数を計測することができる。

【００２４】そして、この呼吸数を潜水のほぼ全時間に
亘り記録することによって水中における呼吸状態の変化
を調べ、学習や反省の資料に使用して潜水技術の向上に
役立て事故防止を計ることができる。また、呼吸数を計
器に逐一表示することによって潜水者が自身の呼吸数を
リアルタイムに正確に知り、行動予定を変更するなどに
より安全を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す概略配置図である。

【図２】図１の拡大断面部分図である。

【図３】圧力温度の変化とサンプリングの一例を示す図
である。

【符号の説明】

１　　ボンベ ２　　一次減圧器 ４　　二次減圧器 ５　　マウスピース ６　　圧力センサ ７　　マイクロコンピュータ １０　　呼吸計 ７２　　主記憶装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一次減圧器から二次減圧器に送られる
   空気の圧力変化を一定時間間隔でサンプリングし、各回
   のサンプル値とその前回のサンプル値との差を計算して
   予め定めた設定値よりも大きい値となる回数を集計する
   ことによって単位時間当りの呼吸数を順次求め、この呼
   吸数を潜水のほぼ全時間に亘り記録することを特徴とす
   るスキューバ使用の潜水者の呼吸数計測方法。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の構成に加えて、前記呼
   吸数を計器に逐一表示することを特徴とするスキューバ
   使用の潜水者の呼吸数計測方法。
3. 【請求項３】　　請求項１記載の構成において、呼吸数
   を潜水のほぼ全時間に亘り記録する代りに呼吸数を計器
   に逐一表示することを特徴とするスキューバ使用の潜水
   者の呼吸数計測方法。