專利名稱：一種具有感知礦工生命體征和危險環境及預警功能的礦用安全帽的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種井下工人使用的安全帽，特別涉及一種具有感知礦工生命體征和危險環境及預警功能的礦用安全帽。
背景技術：
安全帽是保障井下工作人員生命安全的重要工具之一，是井下工作人員必備的設備。最近幾年來我國礦井事故頻發，事故發生前對井下危險氣體濃度及其他危險因素的監測和預警成功率有待提高，而且，在事故發生后，無法及時獲取井下人員生命體征和移動速度及方向信息，導致事故救援有效性偏低。另一方面，在井下人員正常工作過程中，需要根 據礦工的移動速度和方向以及身體姿態等信息對礦工的工作情況進行監測和評估，根據監測結果對礦工進行綜合考察，必要時進行人員調整。

發明內容
為了對井下危險氣體濃度等井下危險因素進行實時監測和預警以及及時掌握井下人員的生命體征、運動狀態等信息，本發明提供了一種礦用安全帽，該安全帽不僅可以實時采集井下工作人員的生命體征信息及周圍環境信息，當監測到異常情況時可以及時向井下管理部門和井下工作人員發出預警信息，而且，當發生井下安全事故時，有利于救援人員及時掌握井下人員的生命體征、運動速度和方向以及身體姿態等信息，為救援方案的制定提供可靠依據，有效提高救援效率，減少事故造成的人員傷亡。此外，在正常工作情況下，管理部門可以根據檢測到的井下人員位移速度、方向和身體姿態等信息對其工作狀態作出可靠評估，有利于對井下人員工作狀況的管理。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種具有感知礦工生命體征和危險環境及預警功能的礦用安全帽，包括安全帽帽殼，安全帽帽襯，揚聲器，人體溫度傳感器，壓力傳感器，甲烷探測傳感器，一氧化碳探測傳感器，外部溫度傳感器，透氣口，微處理器，無線傳輸模塊及充電電池，水平速度檢測傳感器，垂直速度檢測傳感器，重力感應傳感器，揚聲器透聲口，電源開關，充電接口，系統更新接口。鑲嵌在安全帽內部的微處理器與揚聲器，人體溫度傳感器，壓力傳感器，甲烷探測傳感器，一氧化碳探測傳感器，外部溫度傳感器，微處理器，無線傳輸模塊及充電電池，水平速度檢測傳感器，垂直速度檢測傳感器，重力感應傳感器相連接，充電電池為它們供電。其中
當開啟電源開關時，安全帽帽襯里的人體溫度傳感器檢測人體體溫溫度信息，壓力傳感器檢測人體頭部所受的壓力信息，水平速度檢測傳感器和垂直速度檢測傳感器綜合檢測井下人員的移動速度和方向信息，重力感應傳感器檢測人體軀體姿勢信息，并將這些信息經過微處理器進行處理，再通過無線傳輸模塊發送到井上安全生產管理部門，實現對人體生命體征的監測。
當井下人員佩戴安全帽在井下工作正常時，井上安全生產管理部門根據安全帽無線傳輸模塊上傳的水平速度檢測傳感器、垂直速度檢測傳感器綜合檢測所得的井下人員移動速度和方向信息，重力感應傳感器檢測的人體軀體姿勢信息，綜合這些信息分析井下人員的工作狀態，對井下人員工作情況進行評估，實現對井下人員工作狀況的可靠性管理。
當井下發生安全事故時，救援隊可以根據井下人員所佩戴安全帽中人體溫度傳感器檢測的溫度信息，壓力傳感器檢測到的人體頭部所受的壓力信息、水平速度檢測傳感器和垂直速度檢測傳感器綜合檢測到的井下人員的移動速度和方向信息，重力感應傳感器檢測人體軀體姿勢信息，判定被困人員的受困狀態，提供救援方案。
當開啟電源開關時，甲烷探測傳感器、一氧化碳探測傳感器、外部溫度傳感器分別檢測外部環境中的甲烷濃度信息、一氧化碳濃度信息、外部溫度信息，并將這些信息經過微處理器進行處理，再通過無線傳輸模塊發送到井上安全生產管理部門，實現對井下人員所處環境的實時監測。
當井下人員佩戴安全帽在井下工作時，人體溫度傳感器檢測井下人員體溫信息，壓力傳感器檢測人體頭部所受的壓力信息，甲烷探測傳感器、一氧化碳探測傳感器、外部溫度傳感器分別檢測外部環境中的甲烷濃度信息、一氧化碳濃度信息和外部溫度信息，當這些信息不在安全的取值范圍時，及時的將感知到的環境危險隱患信息存儲在微處理器中，通過無線傳輸模塊向安全生產管理部門發送報警信息，并通過揚聲器發出警報。本發明的有益效果是，當礦井發生事故時，救援人員可以根據一種具有感知礦工生命體征和危險環境及預警功能的礦用安全帽及時獲取井下人員的生命體征信息、移動速度和方向信息、身體姿態信息以及井下危險氣體濃度等環境信息，有利于救援方案的科學制定，從而減小事故造成的人員傷亡。事故發生前，安全帽可以對采集到的井下危險氣體濃 度等信息進行監測，當超出警戒值時會自動向地面管理人員和井下工作人員作出預警，防止安全隱患進一步升級而造成重大事故。正常工作狀態下，管理部門可根據安全帽采集的井下人員移動速度和方向信息以及人體軀體姿勢信息分析井下人員的工作狀態，對井下人員工作情況進行評估，實現對井下人員工作狀況的可靠性管理。


圖I為圖I的正面剖面構造圖。圖2為本發明的側面圖。圖3為本發明的背面圖。圖中I.安全帽帽殼，2.安全帽帽襯，3.揚聲器，4.人體溫度傳感器，5.壓力傳感器，6.甲烷探測傳感器，7. —氧化碳探測傳感器，8.外部溫度傳感器，9.透氣口，10.微處理器，11.無線傳輸模塊及充電電池，12.水平速度檢測傳感器，13.垂直速度檢測傳感器，14.重力感應傳感器，15.揚聲器透聲口，16.電源開關，17.充電接口，18.系統更新接口。
具體實施例方式如圖I所示實施例中，本發明包括安全帽帽殼1，由硬質合成材料制成，可以抵御外部壓力，保護人的頭部和內部裝置，安全帽帽襯2中鑲嵌有2塊人體體溫傳感器和4塊壓力傳感器，其中2塊人體體溫傳感器鑲嵌在人體攜帶安全帽時人體頭部兩側太陽穴偏上位置，4塊壓力傳感器鑲嵌在安全帽帽襯I頂部四周，揚聲器3固定在安全帽兩側中部，甲烷探測傳感器6、一氧化碳探測傳感器7和外部溫度傳感器8固定在安全帽帽殼I內頂部內側，通過透氣口 9采集外部信息，微處理器10，無線傳輸模塊及充電電池11，水平速度檢測傳感器12，垂直速度檢測傳感器13，重力感應傳感器14固定在安全帽帽殼I頂部與安全帽帽襯2之間的區域，充電電池為其供電，當井下人員正常工作時，可以通過傳感器采集人員生命體征信息和外部環境信息，通過水平速度傳感器12、垂直速度傳感器13和重力感應傳感器采集的水平速度信息、垂直速度信息以及重力感應信息，綜合分析這些傳感器信息可以獲知井下人員的工作情況。當井下人員長時間 未移動或者身體姿態異常、人體體溫信息不在正常值范圍內時，通過揚聲器報警，安全生產管理部門獲得該信息后，及時做出人員調整，當所測壓力信息值出現異常增大時，微處理器10通過無線傳輸模塊發送塌方事故警報，指揮部做出相應安全措施，當所測甲烷值或者一氧化碳值超標時，通過揚聲器進行報警，同時向安全生產管理部門發出瓦斯爆炸預警信息，及時消除安全隱患，當所測外部溫度突然升高時，向安全生產管理部門發送火災事故警報，指揮部做出相應安全措施；當礦井事故發生后，根據傳感器所采集傳輸的井下環境信息可以獲得事故類型，根據監測到的人體生命體征信息分析傷亡情況，根據采集到的人員移動速度和方向信息以及身體姿態等信息制定科學合理的救援方案。在圖2所不實施例中，揚聲器透聲口 15開在安全帽帽殼的兩側,利于聲音的傳播。在圖3所示實施例中，可以通過充電接口 17對充電電池進行充電；系統更新接口18對微處理器10的系統進行更新；當井下人員正常工作時，打開電源開關16，使安全帽內部裝置進行工作，檢測人體生命體征信息和周圍環境信息。
權利要求
1.一種具有感知礦工生命體征和危險環境及預警功能的礦用安全帽，包括安全帽帽殼(I)，安全帽帽襯(2)，揚聲器(3)，人體溫度傳感器(4)，壓力傳感器(5)，甲烷探測傳感器(6)，一氧化碳探測傳感器(7)，外部溫度傳感器(8)，透氣口(9)，微處理器(10)，無線傳輸模塊及充電電池(11)，水平速度檢測傳感器(12)，垂直速度檢測傳感器(13)，重力感應傳感器(14)，揚聲器透聲口(15)，電源開關(16)，充電接口(17)，系統更新接口(18)。其特征是鑲嵌在安全帽內部的微處理器(10)與揚聲器(3)、人體溫度傳感器(4)、壓力傳感器(5)、甲烷探測傳感器￠)、一氧化碳探測傳感器(7)、外部溫度傳感器(8)、微處理器(10)、無線傳輸模塊及充電電池(11)、水平速度檢測傳感器(12)、垂直速度檢測傳感器(13)、重力感應傳感器(14)相連接，充電電池為它們供電。
2.根據權利要求I所述的一種具有感知礦工生命體征和危險環境及預警功能的礦用安全帽，其特征是當開啟電源開關(16)時，安全帽帽襯⑵里的人體溫度傳感器⑷檢測 人體體溫溫度信息，壓力傳感器(5)檢測人體頭部所受的壓力信息，水平速度檢測傳感器(12)和垂直速度檢測傳感器(13)綜合檢測井下人員的移動速度和方向信息，重力感應傳感器(14)檢測人體軀體姿勢信息，并將這些信息經過微處理器(10)進行處理，再通過無線傳輸模塊發送到井上安全生產管理部門，實現對人體體溫、運動速度和身體姿態等生命體征的監測。
3.根據權利要求I所述的一種具有感知礦工生命體征和危險環境及預警功能的礦用安全帽，其特征是當井下人員佩戴安全帽在井下正常工作時，井上安全生產管理部門根據安全帽無線傳輸模塊上傳的水平速度檢測傳感器(12)、垂直速度檢測傳感器(13)綜合檢測所得的井下人員移動速度和方向信息，重力感應傳感器(14)檢測的人體軀體姿勢信息，綜合這些信息分析井下人員的工作狀態，對井下人員工作情況進行評估，實現對井下人員工作狀況的可靠性管理。
4.根據權利要求2所述的一種具有感知礦工生命體征和危險環境及預警功能的礦用安全帽，其特征是當井下發生安全事故時，救援隊可以根據井下人員所佩戴安全帽中人體溫度傳感器(4)檢測的溫度信息，壓力傳感器(5)檢測人體頭部所受的壓力信息、水平速度檢測傳感器(12)、垂直速度檢測傳感器(13)綜合檢測井下人員的移動的速度和方向信息，重力感應傳感器(14)檢測人體軀體姿勢信息，判定被困人員的受困狀態，提供救援方案。
5.根據權利要求I所述的一種具有感知礦工生命體征和危險環境及預警功能的礦用安全帽，其特征是當開啟電源開關(16)時，甲烷探測傳感器(6)、一氧化碳探測傳感器(7)、外部溫度傳感器⑶分別檢測外部環境中的甲烷濃度信息、一氧化碳濃度信息、外部溫度信息，并將這些信息經過微處理器(10)進行處理，再通過無線傳輸模塊發送到井上安全生產管理部門，實現對井下環境的實時監測。
6.根據權利要求I所述的一種具有感知礦工生命體征和危險環境及預警功能的礦用安全帽，其特征是當井下人員佩戴安全帽在井下工作時，人體溫度傳感器(4)檢測井下人員體溫信息，壓力傳感器(5)檢測人體頭部所受的壓力信息，甲烷探測傳感器￠)、一氧化碳探測傳感器(7)、外部溫度傳感器(8)分別檢測外部環境中的甲烷濃度信息、一氧化碳濃度信息和外部溫度信息，當這些信息不在安全的取值范圍時，及時的將感知到的環境危險隱患信息存儲在微處理器(10)中，通過無線傳輸模塊向安全生產管理部門發送報警信息，并通過揚聲器(3)向井下人員發出警報。
全文摘要
本發明的目的是提供一種具有感知礦工生命體征和危險環境及預警功能的礦用安全帽，由安全帽帽殼，安全帽帽襯，揚聲器，人體溫度傳感器，壓力傳感器，甲烷探測傳感器，一氧化碳探測傳感器，外部溫度傳感器，透氣口，微處理器，無線傳輸模塊及充電電池，水平速度檢測傳感器，垂直速度檢測傳感器，重力感應傳感器，揚聲器透聲口，電源開關，充電接口，系統更新接口構成。實時采集并上傳井下人員的體溫、運動速度、身體姿態、頭部壓力信息以及井下環境監測數據。在事故發生時根據采集到的人員生命體征和運動狀態信息為救援方案制定提供服務，事故發生前根據環境監測信息進行預警，正常情況下根據人員移動和軀體姿態信息評估井下人員的工作狀況。
文檔編號A42B1/24GK102742954SQ20121023244
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月28日 優先權日2012年6月28日
發明者曾慶田, 李彥成, 魯法明 申請人:山東科技大學