Комплекс измерения и записи параметров функционирования средств индивидуальной защиты органов дыхания.
COMPLEX FOR MEASURING AND RECORDING THE PARAMETERS OF FUNCTIONING OF PERSONAL RESPIRATORY PROTECTION EQUIPMENT.

1. Область техники к которой относится изобретение.
Настоящее изобретение предназначено для измерения и записи показателей функционирования изолирующих средств индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) при проведении испытаний с участием испытателей-добровольцев.
СИЗОД, которые могут быть испытаны с использованием настоящего изобретения, ГОСТ 12.4.292-2015, ГОСТ 12.4.272-2014, ГОСТ 53260-2009 (2019), ГОСТ 12.4.295-2015.
2. Уровень техники
Изолирующее СИЗОД - это средства индивидуальной защиты органов дыхания, изолирующее дыхательные пути от окружающей атмосферы и предназначенное для экстренной защиты органов дыхания и зрения человека в непригодной для дыхания атмосфере при эвакуации и/или в ожидании помощи.
Существующими на настоящий момент стандартами утвержден порядок проведения испытания СИЗОД испытателями-добровольцами. Во время проведения испытаний добровольцы-испытатели в СИЗОД выполняют комплексы упражнений. После окончания испытания у испытателя измеряют температуру, пульс и артериальное давление.
Испытания СИЗОД с участием испытателей-добровольцев дополняют основную оценку самоспасателя, полученную при испытаниях на стенде - имитаторе внешнего дыхания человека.
Испытания проводят с целью определения:
- защитных свойств СИЗОД;
- условий дыхания в СИЗОД;
- физиологических реакций людей на работу в СИЗОД;
- особенности работы составных частей и систем СИЗОД;
- удобства пользования СИЗОД.
В рамках подготовки к испытаниям в капюшон (лицевую часть) СИЗОД оборудуют штуцером для определения сопротивления дыханию, дыхательный мешок оборудуют штуцером для замера в нем объемных долей диоксида углерода и кислорода.
Испытания СИЗОД проводят до наступления одного из событий:
- достижения частоты пульса 150 мин ;
- увеличения объемной доли диоксида углерода в дыхательном мешке более 3,0%;
- уменьшения объемной доли кислорода в дыхательном мешке менее 17,0%.
- невозможности испытателем продолжать дальнейшую работу.
Проводя анализ нормативной документации, можно сделать вывод о составе необходимого оборудования при испытании СИЗОД: термометр, пульсометр, тонометр, секундомер и газоанализатор для измерения концентрации диоксида углерода. В нормативной документации не раскрывается как работает оборудование и средства измерения для проведения испытаний СИЗОД испытателями-добровольцами.
Известно «Устройство для определения параметров внешнего дыхания и газообмена» (SU 229733 A1) содержащее сдвоенный спирометр, записывающее приспособление с бумагопротяжным механизмом, фотоэлектронный счетчик легочной вентиляции и систему трубопроводов с клапанами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности исследования, в нем имеется установленный на линии выдоха смеситель, выполненный, например, в виде емкости с неполными перегородками, к которому подключены газоанализаторы кислорода и углекислого газа.
В настоящем описании приняты следующие термины, определения и сокращения:
1) Термины и определения
газовая дыхательная смесь; ГДС
- : Смесь газов и паров воды, заполняющая внутренний объем СИЗОД и используемая для дыхания.
дыхательный мешок; ДМ:
-  Составная часть СИЗОД, представляющая собой эластичную емкость для ГДС.
лицевая часть:
- Составная часть СИЗОД, обеспечивающая поступление выдыхаемой ГДС в аппарат на очистку, а очищенной ГДС в органы дыхания и изолирующая дыхательные пути от окружающей атмосферы
изолирующее средство индивидуальной защиты органов дыхания; изолирующее СИЗОД:
-  Средство индивидуальной защиты органов дыхания, изолирующее органы дыхания от окружающей среды и подающее пользователю ГДС из источника, независимого от окружающей среды.
маятниковая схема дыхания
- : Схема движения ГДС во внутреннем объеме СИЗОД, при которой поток ГДС в регенеративном патроне и/или поглотительном патроне (при наличии), на фазах вдоха и выдоха имеет противоположное направление.
- круговая схема дыхания:
Схема движения ГДС во внутреннем объеме СИЗОД, при которой ГДС проходит, при наличии, регенеративный и/или поглотительный патрон водном направлении, независимо от фазы дыхания.
испытание:
тренировку
-  комплекс действий, направленных на определение характеристики функционирования СИЗОД, включающие в себя  - комплекс упражнений проводимых испытателем-добровольцем в СИЗОД, и отслеживание состояние испытателя-добровольца.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается настоящим изобретением, состоит в создании устройства обеспечивающего выполнение комплекса замеров объемной доли диоксида углерода, доли кислорода в ГДС, температуры ГДС на вдохе, сопротивление дыханию на вдохе и выдохе, частоту сердечных сокращений (далее - пульс) испытателя-добровольца, во время испытания СИЗОД их запись, передачу на ЭВМ (компьютер), с возможностью формирования протокола проведения испытаний, а также формирование и наглядного отображения хода проведения испытания.
Технический результат, на получение которого направлено настоящее изобретение, заключается в создании комплекса позволяющего измерять, записывать, хранить и передавать информацию о характере функционирования СИЗОД при проведении тренировок с участием испытателей-добровольцев, с возможностью отражения информации во время проведения тренировки, формировать и наглядно отражать ход тренировки, а также с возможностью формирования протокола проведения тренировки.
Настоящее изобретение фиксирует и отображает в электронной памяти ПК следующие показатели работы испытываемого СИЗОД и состояния человека:
- объемная доля диоксида углерода в ГДС;
- объемная доля кислорода в ГДС;
- температура ГДС на вдохе;
- сопротивление дыханию на вдохе и выдохе;
- частота сердечных сокращений (далее - пульс) испытателя-добровольца;
а также наглядно отображает добровольцу испытателю информацию о ходе тренировки.
3. Раскрытие сущности полезной модели.
Принцип работы комплекса заключается в измерении параметров ГДС в системе «человек-изолирующее СИЗОД», контроль которых предусмотрен требованиями нормативной документации.
Изобретение представляет собой комплекс и состоит из:
- измерительного блока (далее - ИБ), представляющего корпус, в котором компактно смонтированы блок беспроводной передачи информации, газоанализатор, включающий пробоотборники, соединенные с СИЗОД, датчик температуры, включающий термопары, соединенные с СИЗОД, датчик давления, соединенный с СИЗОД, блок питания, микроконтроллер, выполняющий функцию сбора и передачи данных полученных от датчиков посредством радиоволнового передатчика на носимое устройство;
- СИЗОД, соединенного пробоотборниками с датчиком давления, термопарой, газоанализатором на линии вдоха имитатора СИЗОД;
- Кардиопередатчика, передающего данные носимому устройству;
- носимого устройства, представляющего собой умное устройство, оснащенное экраном, пользовательским интерфейсом, радиоволновым передатчиком, совместимым с радиоволновым передатчиком ИБ и кардиопередатчиком, радиоволновым передатчиком, совместимым с персональным компьютером, снабженное программным обеспечением, обрабатывающим данные, синхронизирующим данные полученные от ИБ и выполняющим функцию калибровки датчиков ИБ. Носимое устройство, получая данные от ИБ отображает ход проведения тренировки на пользовательском интерфейсе, а также полученные данные от датчиков и газоанализаторов. Обработанные данные передаются на компьютер;
- Компьютера оснащенного радиоволновым передатчиком, с предустановленным программным обеспечением, обеспечивающим возможность формирования заданий, для выполнения испытателем-добровольцем, передаваемое на носимое устройство, сбор информации и записи полученных данных от носимого устройства, формирование протокола тренировок полностью в автоматическом режиме.
Комплекс позволяет производить в режиме реального времени мониторинг, фиксацию и анализ биометрических показателей испытателя, таких как доля диоксида углерода в ГДС, доля кислорода в ГДС, температура ГДС на выдохе, частота сердечных сокращений, обрабатывать результаты наблюдений, хранить результаты наблюдений и предоставлять доступ к ним и результатам анализа испытателю, контролирующим процесс испытания работникам и прочим заинтересованным лицам.
В области проведения испытаний СИЗОД с участием добровольцев-испытателей представленная совокупность устройств и технологий ранее не использовалась.
4. Краткое описание чертежей.
На фиг. №1 изображена схема изобретения в общем виде, где 1 - испытываемое СИЗОД; 2 - измерительный блок (ИБ); 3 - штуцер термопары; 4 - штуцер датчика давления; 5 - штуцер для отбора пробы ГДС; 6 - штуцер возврата ГДС; 15 - носимое устройство; 18 - кардиопередатчик; 19 - персональный компьютер (ЭВМ), 25 - дыхательный мешок СИЗОД.
На фиг. №2 изображена принципиальная схема ИБ 2, где 1- испытываемое СИЗОД; 3 - штуцер термопары; 4 - штуцер датчика давления; 5 - штуцер для отбора пробы ГДС; 6 - штуцер возврата ГДС; 7 - газоанализатор/ датчик газового анализа; 8 - датчик температуры; 9 - датчик давления; 10 - микрокомпрессор; 11 - микроконтроллер; 12 - блок беспроводной передачи информации ИБ; 13 - блок питания; 14 - тумблер включения/выключения питания; 16 - блок синхронизации данных и времени с носимым устройством.
На фиг. №3 изображена блок-схема носимого устройства, где 17 блок беспроводного получения информации ИБ и кардиопередатчика носимым устройством; 20 - блок синхронизации данных и времени с ИБ; 21 - блок обработки данных; 22 - блок связи с ПК; 23 - блок взаимодействия с пользовательским интерфейсом носимого устройства; 24 - блок калибровки датчиков.
5. Осуществление изобретения.
ИБ 2 закрепляется на испытателе на подвесной системе, обеспечивающей комфортное размещение на испытателе, не стесняющее движений, так, чтобы обеспечить удобство эксплуатации испытываемого СИЗОД 1 и не препятствовать выполнению в ходе испытаний упражнений, предусмотренных нормативной документацией.
В процессе испытаний, ИБ 2 с помощью встроенных датчиков 7, 8, 9 измеряет следующие параметры:
- концентрация диоксида углерода в ГДС в линии вдоха или в ДМ;
- концентрации кислорода в ГДС в линии вдоха или в ДМ;
- температура ГДС на вдохе или на вдохе и выдохе;
- сопротивление дыханию на вдохе и выдохе;
Для измерения указанных параметров и передачи данных на носимое устройство 15 ИБ 2 оснащен следующими устройствами:
- микроконтроллер 11;
- блок 12 беспроводной передачи информации;
- микрокомпрессор 10 отбора проб ГДС, и возврата проб после анализа в дыхательный контур по герметичным трубопроводам через штуцер 5 для отбора пробы ГДС и штуцера6 для возврата пробы ГДС, соединенных с испытываемым СИЗОД 1;
- датчик 7 газового анализа, выполняющего функцию анализа концентрации диоксида углерода и концентрации кислорода;
- дифференциальный датчик 9 давления;
- термоэлектрический преобразователь, представляющий собой датчик 8 температуры, также может быть представлен в виде тремопары;
- автономный источник питания, представляющий собой блок 13 питания.
Для проведения испытаний СИЗОД необходимо подготовить в соответствии с требованиями нормативной документации.
Пример подготовки СИЗОД к испытаниям по нормативной документации (ГОСТ 12.4.288-2015):
а) пробивают два отверстия диаметром 3-4 мм для отбора и возврата пробы ГДС:
- в дыхательном мешке для СИЗОД с маятниковой схемой дыхания;
- в линии вдоха на расстоянии от 10 до 30 мм от клапанной коробки или в дыхательном мешке для СИЗОД с круговой схемой дыхания или с разделенными линиями вдоха и выдоха.
б) в пробитые отверстия монтируют штуцеры, которые герметично соединяют с помощью гибких шлангов с микрокомпрессором 10 и датчиком 7 газового анализа, для измерения, например концентрации кислорода и диоксида углерода, расположенными в компактном корпусе ИБ 2.
в) в лицевой части СИЗОД пробивают два отверстия диаметром 3-4 мм. В пробитые отверстия монтируют штуцеры, один из которых с помощью гибкого шланга соединяют с датчиком 9 давления, во второй штуцер монтируют датчик 8 температуры.
Штуцер 3 термопары крепится в лицевой части СИЗОД вблизи рта испытателя.
Остальные устройства ИБ 2 размещаются в компактном корпусе, носимом испытателем.
Кардиопередатчик 18 закрепляется на груди испытателя добровольца.
В ходе испытания микроконтроллер 11 принимает и обрабатывает сигналы, полученные от датчиков, и отправляет их посредством блока 12 беспроводной передачи информации, который оснащен специальным модулем приема информации. На случай потери радиосвязи микроконтроллер 11 имеет электронный буфер памяти, способный сохранить данные автономной работы.
Измерительный блок 2 включает в себя электротехнические компоненты, а именно, но не ограничиваясь:
Газоанализатор 7, может быть представлен в виде датчика газового анализа, снабженного микрокомпрессором 10, соединенного герметичным трубопроводом с испытываемым СИЗОД 1 посредством штуцером 5 для отбора пробы ГДС и штуцером 6 для возврата пробы ГДС. Микрокомпрессор 10 выполняет функцию побудителя движения ГДС «к» и «от» газоанализатору 7.
Датчик 8 температуры может быть представлен в виде термпопары, соединенный с испытываемым СИЗОД 1 через штуцер 3 термопары в гибком шланге.
Датчик 9 давления может быть представлен в виде датчика давления для монтажа на плате, соединенный с испытываемым СИЗОД 1 через штуцер 4 датчика давления.
Микроконтроллер 11 представляет собой главный вычислительный бл ИБ 2, отвечающий за сбор, хранение и обработку входной информации, поступающей от блоков и датчиков, осуществляет управление ими, включая сбор, передачу и обработку данных. Информация, получаемая от датчиков, преобразуется в цифровой код
Блок 12 беспроводной передачи информации, может представлять собой, например: WLAN/Wi-Fi модуль, Bluetooth модуль, BLE модуль, NFC модуль, IrDa, RFID модуль и т.п. С помощью блока 12 беспроводной передачи информации, функционально сопрягаемого с соответствующими устройствами комплекса, обеспечивается организация обмена данными по беспроводному каналу передачи данных, например, WAN, PAN, ЛВС (LAN), WLAN, WMAN.
Источник питания, в виде блока 13 питания.
Тумблер 14 включения питания является электромеханическим компонентом, выполненным в виде кнопки и включателя.
Кардиопередатчик 18 может быть представлен в виде кардиопередатчика Suunto ANT
На основании данных, полученных от ИБ 2, носимое устройство 15 отображает (интерпретирует) полученные данные испытателю-добровольцу, например, на экране.
Носимое устройство 15, например, но не ограничиваясь, смартфон, снабженный программным обеспечением, выполняющим функцию обработки данных полученных от микроконтроллера ИБ 11 и кардиопередатчика 18 на блок 17 беспроводного получения информации ИБ и кардиопередатчика носимого устройства предоставляет обработанную блоком 21 обработки данных информацию показателях датчиков, о ходе тренировки, а также о последующих действиях для проведения тренировки посредством блока 23 взаимодействия с пользовательским интерфейсом носимого устройства. Получая данные от ИБ 2 на блок 23 взаимодействия с пользовательским интерфейсом носимого устройства через блок 21 обработки данных и блок 17 беспроводного получения информации от ИБ и кардиопередатчика на носимое устройство, в необходимых случаях передается на блок 24 калибровки данных и обратно, запуская калибровку датчика 8 температуры, датчика 9 давления и 7 газоанализатора до необходимых параметров.
Блок 17 беспроводного получения информации ИБ и кардиопередатчика носимого устройства может представлять собой, например: WLAN/Wi-Fi модуль, Bluetooth модуль, BLE модуль и т.п. С помощью блока 17 беспроводного получения информации ИБ и кардиопередатчика носимого устройства, функционально сопрягаемого с соответствующими устройствами комплекса, обеспечивается организация обмена данными по беспроводному каналу передачи данных, например, WAN, PAN, ЛВС (LAN), WLAN, WMAN.
Блок 21 обработки данных осуществляет обработку данных полученного от ИБ 2, а также расчет параметров полученных данных и пульсометрии от кардиопередатчика 18, хранение обработанных данных.
Блок 23 взаимодействия с пользовательским интерфейсом носимого устройства предоставляет:
- доступ к обработанным блоком 21 обработки данных о характере функционирования СИЗОД, а также об измеренных биометрических данных добровольцу-испытателю, например, на дисплее;
- управление ходом тренировки, например, но не ограничиваясь, отражение выполняемого задания и времени до его завершения;
- управление передачей данных на компьютер;
- запуск калибровки.
Блок 22 связи с компьютером может представлять собой, например: WLAN/Wi-Fi модуль, Bluetooth модуль, BLE модуль и т.п. С помощью блока 22 связи с компьютером, функционально сопрягаемого с соответствующими устройствами комплекса, обеспечивается организация обмена данными по беспроводному каналу передачи данных, например, WAN, PAN, ЛВС (LAN), WLAN, WMAN. Блок 22 связи с компьютером обеспечивает обоюдную передачу и прием информации между носимым устройством 15 и соответствующим блоком ПК 19.
На основании полученных и обработанных данных носимое устройство 15 формирует и передает посредством блока 22 связи с компьютером информацию ПК 19 с установленным ПО формирует электронный протокол испытаний с занесением и хранением в базе данных и возможностью вывода в табличном формате. ПК 19 обладает следующим функционалом:
- получение информации от носимого устройства 15;
- преобразование полученной информации о ходе тренировки в протокольную форму (таблица);
- формирование тренировки;
- хранение данных о проведенной тренировке и характеристиках СИЗОД.
Таким образом, вышеописанным комплексом подтверждается возможность измерять, записывать, хранить и передавать информацию о характере функционирования СИЗОД при проведении тренировок с участием испытателей-добровольцев, с возможностью отражения информации во время проведения тренировки, формировать и наглядно отражать ход тренировки, а также с возможностью формирования протокола проведения тренировки.