Методика проведения испытаний средств защиты органов дыхания
PROCEDURE FOR TESTS OF MEANS OF RESPIRATORY SYSTEM PROTECTION

1. Область техники, к которой относится изобретение
Разработанная методика относится к области испытания (проверки) индивидуальных средств защиты органов дыхания человека, респираторов, противогазов и самоспасателей для защиты органов дыхания человека (далее - СИЗОД).
2. Уровень техники
На настоящий момент известны два способа определения качества средств защиты органов дыхания, описанные в ГОСТ 12.4.288-2015 «Межгосударственный стандарт. Система стандартов безопасности труда. СРЕДСТВА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ АВТОНОМНЫЕ ИЗОЛИРУЮЩИЕ», ГОСТ 12.4.290-2015 «Межгосударственный стандарт. Система стандартов безопасности труда. АВТОНОМНЫЕ ИЗОЛИРУЮЩИЕ СРЕДСТВА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ», ГОСТ 12.4.291-2015 «Межгосударственный стандарт. Система стандартов безопасности труда. АВТОНОМНЫЕ ИЗОЛИРУЮЩИЕ СРЕДСТВА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ», ГОСТ 12.4.292-2015 «Межгосударственный стандарт. Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты органов дыхания. ИЗОЛИРУЮЩИЕ САМОСПАСАТЕЛИ С ХИМИЧЕСКИ СВЯЗАННЫМ ИЛИ СЖАТЫМ КИСЛОРОДОМ», ГОСТ 12.4.295-2015 «Межгосударственный стандарт. Система стандартов безопасности труда. СРЕДСТВА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ», ГОСТ Р 12.4.294-2013 (ЕН 403:2004) «Система стандартов безопасности труда (СББТ). Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Самоспасатель фильтрующий с капюшоном для защиты персонала опасных производственных объектов от химически опасных веществ и продуктов горения. Общие технические требования. Методы испытаний. Маркировка», ГОСТ Р ЕН 404-2011 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Самоспасатель фильтрующий для защиты от монооксида углерода с загубником. Общие технические условия».
Указанные выше методы можно условно разделить на два вида испытания:
Первый вид – проведение испытаний на установке «Искусственные легкие» по ГОСТ 12.4.292, который заключается в настройке стенда на определенный режим и присоединении исследуемого СИЗОД.  Недостатком данного способа является отсутствие соответствия настроенного режима реальному дыханию человека, выполняющего физические упражнения, использующего в СИЗОД.
Второй вид заключается в проведении испытания СИЗОД испытателями-добровольцами. Недостатками указанного способа испытания СИЗОД являются – субъективность и уникальность (отсутствие свойства повторяемости эксперимента), что существенно осложняет процесс испытаний и проверки параметров СИЗОД. Фильтрующие СИЗОД не используют данный метод испытаний.
Существующие нормативно-правовые акты, которые регламентируют проверку параметров СИЗОД, не учитывают индивидуальные физические параметры человека, использующего СИЗОД, и изменение его параметров при динамических нагрузках.
Используемым на настоящий момент арсеналом технических средств и приемов невозможно точно определить фактическое время защитного действия (далее – ВЗД) СИЗОД в реальных условиях, в виду несоответствия заданных (задаваемых) параметров реально осуществляемым нагрузкам, а также субъективным оценкам испытателей, осуществляющих испытание СИЗОД.
Существует ряд вероятных режимов эксплуатации СИЗОД  в условиях, проверка которых либо не прописана в ГОСТах либо невозможна с использованием метода испытания добровольцами – испытателями, в связи с условиями испытаний или повышенным риском для здоровья и жизни, такими как:
- проведение испытаний СИЗОД, когда время работы может превышать 4 и более часов, а также на предельно возможных нагрузках;
- обеспечение повторяемости измерений (создание одинаковых параметров внешнего дыхания человека) при проведении испытаний, а также объективного сравнения характеристик СИЗОД различных партий, видов и производителей;
- проверка максимального ВЗД;
- проверка защитных характеристик СИЗОД при динамической нагрузке (например, характерной конкретному маршруту эвакуации).
На настоящий момент не решенными остаются следующие проблемы:
- не проверяются защитные характеристики СИЗОД при эксплуатации в динамическом режиме, понимаемым как переменная нагрузка пользователя на СИЗОД в реальных условиях;
- отсутствие рекомендаций и правил использования СИЗОД человеком в динамическом режиме работы, по отношению к изменяющимся свойствам СИЗОД при этом;
-  отсутствует зависимость изменений характеристик СИЗОД от условий эксплуатации, кроме крайне простых, определенных в стандартах (нет зависимости работы СИЗОД от состояния человека, параметров окружающей среды, вибрации оборудования и т.п.).
Представленная методика испытаний СИЗОД, решает техническую и эксплуатационную проблему определения адекватного ВЗД СИЗОД для заданного набора нагрузок или работ, который должен быть выполнен человеком с использованием данного СИЗОД. Ранее проблема не могла быть решена из-за недостаточного уровня развития техники и технологий.
3. Раскрытие сущности изобретения
Представленная в настоящем изобретении методика позволяет проводить испытания СИЗОД для определения времени его защитного действия и характера функционирования в условиях, соответствующим реальным динамическим нагрузкам на человека.
Сущность настоящего изобретения заключается в применении ранее не используемого способа испытания СИЗОД. Методика испытания СИЗОД устанавливает порядок проведения испытаний, проводимых последовательно.  Испытания проводятся с участием испытателей-добровольцев, выполняющих комплекс нагрузок, максимально приближенных к реальным условиям эксплуатации СИЗОД, с использованием устройства, регистрирующего биометрические параметры человека (далее - РБПЧ), с записью, хранением и обработкой полученных данных на программно-аппаратном комплексе (далее - ПАК) и дальнейшим переносом полученной информации на стенд имитации внешнего дыхания человека (далее - ИВД), предназначенного для испытания СИЗОД, для определения фактического ВЗД.
Методика испытания СИЗОД, описанная выше, может также проводиться в опасных для жизни и здоровья человека условиях, путем помещения ИВД, испытывающего СИЗОД в опасные для жизни и здоровья условия, для определения фактического ВЗД в таких условиях.
В настоящем описании используются следующие термины:
Комплекс нагрузок –
действия испытателя, имитирующие реально выполняемые работычеловеком в СИЗОД.Комплекс нагрузокформируется исходя из реально существующих нагрузок на человека, проводящего какую – либо работу в СИЗОД.
Испытатель
– человек, имеющий практический опыт в использовании СИЗОД и по роду деятельности использующий СИЗОД, допущенный к испытаниям медицинским работником, а также изучивший руководство по эксплуатации СИЗОД.
Динамическая нагрузка
– изменение основных параметров дыхания человека, при выполнении им работы в реальных условиях.
Биометрические данные
– данные испытателя, такие как глубина и частота дыхания, пульс, газообмен, и др.
Регистратор биометрических параметров человека
(РБПЧ) – устройство, позволяющее регистрировать биометрические параметры человека во время выполнения комплекса нагрузок. Регистратор может фиксировать  параметры дыхания, пульс и прочее. Помимо этого, РБПЧ создает условия дыхания, близкие к условиям дыхания в реальном СИЗОД. РБПЧ может быть представлен в виде имитаторов различных СИЗОД.
Программно-аппаратный комплекс (ПАК),
позволяющий принимать обрабатывать и хранить данные,  полученные в результате тренировки, и состоящий из персонального компьютера, средства радиокоммуникации с одним или несколькими РБПЧ одновременно, а также программного обеспечения  предоставляющего необходимый функционал работы с данными.
Стенд имитации внешнего дыхания человека (ИВД),
который обеспечивает воспроизведение данных, полученных от испытателя, с помощью РБПЧ, его функционал и параметры описаны в Патенте на полезную модель №186698.
4. Осуществление изобретения
Методика испытания средств индивидуальной защиты органов дыхания человека относится к области испытания (проверки) СИЗОД. Методика позволяет оценить защитные свойства СИЗОД, посредством определения его времени защитного действия и характера функционирования, соответствующего реальным условиям эксплуатации, обеспечивая условия повторяемости эксперимента и исключения влияния субъективных эффектов на результаты.
Цель изобретения – обеспечить возможность определения  динамических и  эксплуатационных характеристик СИЗОД по отношению к реальным физиологическим параметрам человека, выполняющего реальную работу и использующего СИЗОД.
Технический эффект – создание технического комплекса, реализующего данную методику и состоящего из Автономного регистратора биометрических параметров человека (РБПЧ), программно-аппаратного комплекса (ПАК), стенда имитации внешнего дыхания человека (ИВД),  для определения характера функционирования и фактического ВЗД СИЗОД при динамической нагрузке.
Социальный эффект заключается в исключении возможности причинения вреда жизни и здоровью человека, использующего СИЗОД в экстремальных условиях/условиях максимально приближенных к реальным условиям эксплуатации, а также во время их испытаний.
Разработанная методика относится к способу по определенному назначению – испытание СИЗОД. Методика испытания СИЗОД является методом испытания СИЗОД, включает в себя этап (1 этап) автоматизированного сбора биометрических данных конкретного человека (испытателя), выполняющего комплекс нагрузок, этап (2 этап) обработки и хранения полученных данных и этап (3 этап) оценки качества СИЗОД путем проведения испытания его на ИВД, который в ходе испытания моделирует нагрузку на СИЗОД в соответствии с данными, полученными на первом этапе (Фиг. 1).
На этапе автоматизированного сбора данных формируют комплекс нагрузок. Надевают на испытателя РБПЧ (Фиг. 2).
РБПЧ состоит:
- из набора первичных преобразователей, обеспечивающих чтение биометрических параметров человека в процессе выполнения работ испытателем;
- из вторичного преобразователя (микроконтроллера), который обеспечивает перевод сигналов от первичных преобразователей в необходимые для обработки величины;
- а также модуля, обеспечивающего передачу биометрических данных по радиоканалу на принимающее устройство ввода данных, связанное с персональным компьютером;
- модуля питания.
Микроконтроллер координирует работу всего РБПЧ. Выполнение комплекса нагрузок может осуществлять несколько человек одновременно, используя сразу несколько РБПЧ.
После подготовки испытатель выполняет заданные упражнения с различной физической нагрузкой из подготовленного комплекса нагрузок на первом этапе в заданных условиях. РБПЧ в автоматическом режиме фиксирует, обрабатывает и передает полученные биометрические данные на ПАК (Фиг.3).
ПАК состоит из устройства ввода данных, которое управляется микроконтроллером и содержит радиомодуль, обеспечивающий прием данных от одного или нескольких РБПЧ, микроконтроллер, осуществляющий управление устройством ввода данных и передающим их на Персональный компьютер (далее - ПК) посредством проводной связи. ПК, оснащенный специальным программным обеспечением, позволяет оператору в автоматизированном режиме вводить антропометрические данные людей выполняющих комплекс нагрузок, последовательность упражнений самого комплекса нагрузок. Далее устройство ввода данных в автоматической режиме записывает биометрические данные каждого испытателя в отдельности.
После завершения выполнения комплекса нагрузок формируется математическая модель работы для каждого испытателя, содержащая антропометрические данные человека и его биометрические данные, такие как пульс, параметры дыхания, полученные во время выполнения комплекса нагрузок.
Затем к ИВД присоединяют СИЗОД, загружают с помощью специального программного обеспечения на ИВД математическую модель выполнения работ испытателя и запускают испытание. Результат испытания сохраняют при помощи ПАК. Таким образом, получают динамические параметры СИЗОД, при нагрузках соответствующих реальным, обеспечивающие повторяемость результатов.
Технический результат
– определение характера функционирования и времени защитного действия средства индивидуальной защиты органов дыхания в условиях динамической нагрузки от имитатора внешнего дыхания человека, который обеспечивает нагрузку, полученную от испытателя в ходе выполнения комплекса нагрузок (работ).
Представленная методика предполагает также использование ее применительно к условиям, опасным для жизни и здоровья человека, а именно:
Проведение 3 этапа, где ИВД совместно с СИЗОД помещают в камеру, используя данные, полученные на первом и втором этапе, имитируются или создаются опасные для жизни и здоровья условия. Тем самым проводится определение ВЗД в опасных для жизни и здоровья условиях.
Технический результат
– определение характера функционирования и времени защитного действия средства индивидуальной защиты органов дыхания в условиях динамической нагрузки от имитатора внешнего дыхания человека, который обеспечивает нагрузку, полученную от испытателя в ходе выполнения комплекса нагрузок (работ), в опасных для жизни и здоровья условиях.
Изобретение осуществляется с помощью следующих устройств:
Регистратор биометрических параметров человека (РБПЧ)
, который записывает биометрические данные человека – глубину дыхания, частоту дыхания, пульс и пр.
Программно-аппаратный комплекс
позволяющий принимать, обрабатывать и хранить, полученные биометрические данные, и состоящий из персонального компьютера, средства радиокоммуникации с одним или несколькими РБПЧ одновременно, а также программного обеспечения предоставляющего необходимый функционал работы с данными.
Стенд имитации внешнего дыхания человека
– Патент на полезную модель №186698.