CN108354241A - 一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服 - Google Patents

一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服，包括防护服本体、气囊模块、传感器电子模块和驱动模块；所述气囊模块位于高空电力检修防护服的外套夹层中，用于危险发生时提供安全气囊；所述传感器电子模块位于高空带电作业防护服的内侧，用于测量传感器数据并进行转换和判断，判断危险发生时用于启动气囊模块；所述驱动模块位于传感器电子模块附近，用于给传感器电子模块提供工作电源。该防护服基于安全气囊技术，借助加速度传感器对工人的加速度检测从而判断其是否跌落，对线路运检人员的高空带电作业防护服进行改良，当危险发生时气囊及时从衣服夹层中膨胀冲出，从而起到保护运检工人的效果。

Description

一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服
技术领域
本发明属于输电运检技术领域，涉及高空作业防护领域，具体涉及一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服。
背景技术
对于高空线路运检工人来说，核心的防止跌落设施是安全带和安全绳，如遇突发状况包括安全绳滑落、安全带松脱等，那么工人的安全就没有二次保障的措施，而且在很多情况下，比如攀爬杆塔等，基本上没有安全绳的保护，检修工人一旦不慎从塔上跌落，后果将不堪设想。为了避免类似悲剧的再次发生，对检修工人生命提供二次安全保障具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是为了给输电检修工人提供二次安全保障，提供一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服。该防护服基于安全气囊技术，借助加速度传感器对工人的加速度检测从而判断其是否跌落，对线路运检人员的高空带电作业防护服进行改良，若检测到人员加速度超过某预定值且满足反时限的设定时间要求时，则电子控制单元(ECU)下达“点火”指令，使得气体发生器动作，气囊从衣服夹层中膨胀冲出，从而对高空坠落且丧失安全绳等保护措施的运检工人起到防止硬着陆而造成内脏器官破裂或大出血而致命的效果。
为此，本发明采用了以下技术方案：
一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服，包括防护服本体、气囊模块、传感器电子模块和驱动模块；所述气囊模块位于高空带电作业防护服的外套夹层中，用于危险发生时提供安全气囊；所述传感器电子模块位于高空带电作业防护服的内侧，用于测量传感器数据并进行转换和判断，判断危险发生时用于启动气囊模块；所述驱动模块位于传感器电子模块附近，用于给传感器电子模块提供工作电源。
优选地，所述气囊模块包括气囊和气体发生器，二者均布置在防护服的外套夹层中；所述气体发生器位于气囊内，包括一个小型隔热不锈钢盒子，盒子内安置有点火装置和气体发生剂。
进一步地，所述气囊材料采用尼龙66、420旦布料。
进一步地，所述气囊设有泄气***，用于当压强增加到一定值后适当减小压强。
优选地，所述气体发生剂包括燃料、氧化剂、催化剂、降温剂和助剂，用于短时间内产生大量燃温低、主要成分为氮气的非可燃气体。
进一步地，所述燃料为叠氮化钠，所述氧化剂为硝酸钾、所述催化剂为三氧化二铁，所述降温剂为碳酸亚铁，所述助剂为氮化硼。
优选地，所述传感器电子模块包括加速度传感器、AD转换器、碰撞传感器和电子控制单元；所述加速度传感器用于测量当前加速度，并以电压模拟量的形式传递给AD转换器；所述AD转换器用于将传送过来的模拟量转换成数字量，并将其传送给电子控制单元；所述碰撞传感器用于测量碰撞发生时相关信息并将其传送给电子控制单元；所述电子控制单元用于对采集到的数字信号进行计时分析，当同时满足安全时间要求和碰撞信号要求时发出点火指令，启动气囊模块开始工作。
进一步地，所述加速度传感器采用电容式传感器，负责监视当前加速度；所述AD转换器采用逐次比较型TLC549；所述碰撞传感器相当于控制开关，用于利用碰撞时应变电阻的变形使其电阻值变化或压电晶体受力使输出电压变化，将相关信息发送给电子控制单元；所述电子控制单元包括STM32单片机。
进一步地，所述碰撞传感器共有6个，相互独立，分布于防护服正反两面相对应的位置，每面3个；其中，防护服正面上部靠近胸部处左右各有1个，下部靠近肚脐处设有1个。
优选地，所述驱动模块采用锂电池供电，所述工作电源电压为3.3V。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)针对内脏和颈椎这两块部位进行集中防护，可以极大程度上减小检修人员不慎摔落时遭受致命伤的概率。纵观近年来的电力施工和检修的跌落事故，发现最终致死的原因最多是内脏衰竭和颈椎断裂，因而针对内脏和颈椎这两块部位进行集中防护，针对性强，保护效果好。
(2)气囊的制作材料尼龙具有优良的电气性能，耐击穿电压高并且具有优秀的阻燃性能,在干燥环境下，可作绝缘材料，即使在高湿环境下仍具有较好的电绝缘性。极端条件下，当屏蔽服被电弧损坏的情况下也不会引燃，而对作业人员造成伤害，将其折叠放入带电作业服中，在一定程度上增加了作业服的绝缘性，保护检修人员。
(3)本产品只需要在传统的作业屏蔽服上面多加工一层夹层，加工便捷，而且采用阻燃的尼龙材料制作的气囊，穿戴轻便，对作业人员的体力消耗基本无影响，不会加重检修负担。
本发明的主要创新点包括：
(1)将安全气囊的保护机制运用在带电作业领域里，防止作业人员在不小心坠落时受到致命的伤害，为作业人员提供二次的安全保障。
(2)在带电作业服中装入两类传感器，其中加速度传感器是用于防止气囊的误动作，碰撞传感器用于判断碰撞的发生与否，只有当二者条件都满足时，气囊才会动作。
(3)加速度传感器的动作判据为反时限判据，当加速超过启动加速6m/s 时开始计时，若t2≥4/a时，则判断作业人员为高空坠落。
附图说明
图1是本发明所提供的一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服的结构组成示意图。
图2是本发明所提供的一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服的工作原理图。
图3是本发明所提供的一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服的气囊内压力图。
图4是本发明所提供的一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服中传感器电子模块的电路原理图。
图5是本发明所提供的一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服中碰撞传感器的位置分布图。
图6是本发明所提供的一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服的效果示意图。
附图标记说明：1、防护服本体；2、气囊模块；3、传感器电子模块；4、驱动模块；2-1、气囊、2-2、气体发生器；2-3、氮气；3-1、加速度传感器；3-2、 AD转换器；3-3、碰撞传感器；3-4、电子控制单元；3-5、塑料盖饰。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明公开了一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服，包括防护服本体1、气囊模块2、传感器电子模块3和驱动模块4；所述气囊模块2位于高空带电作业防护服的外套夹层中，用于危险发生时提供安全气囊；所述传感器电子模块3位于高空带电作业防护服的内侧，用于测量传感器数据并进行转换和判断，判断危险发生时用于启动气囊模块2；所述驱动模块4位于传感器电子模块3附近，用于给传感器电子模块3提供工作电源。
具体地，如图2所示，所述气囊模块2包括气囊2-1和气体发生器2-2，二者均布置在防护服的外套夹层中；所述气体发生器2-2位于气囊内，包括一个小型隔热不锈钢盒子，盒子内安置有点火装置和气体发生剂。
具体地，所述气囊材料采用尼龙66、420旦布料。
具体地，所述气囊2-1设有泄气***，用于当压强增加到一定值后适当减小压强。气囊内的压力变化如图3所示。
具体地，所述气体发生剂包括燃料、氧化剂、催化剂、降温剂和助剂，用于短时间内产生大量燃温低、主要成分为氮气2-3的非可燃气体。
具体地，所述燃料为叠氮化钠，所述氧化剂为硝酸钾、所述催化剂为三氧化二铁，所述降温剂为碳酸亚铁，所述助剂为氮化硼。
具体地，如图4所示，所述传感器电子模块3包括加速度传感器3-1、AD 转换器3-2、碰撞传感器3-3和电子控制单元3-4；所述加速度传感器3-1用于测量当前加速度，并以电压模拟量的形式传递给AD转换器3-2；所述AD转换器 3-2用于将传送过来的模拟量转换成数字量，并将其传送给电子控制单元3-4；所述碰撞传感器3-3用于测量碰撞发生时相关信息并将其传送给电子控制单元3-4；所述电子控制单元3-4用于对采集到的数字信号进行计时分析，当同时满足安全时间要求和碰撞信号要求时发出点火指令，启动气囊模块2开始工作。
具体地，所述加速度传感器3-1采用电容式传感器，负责监视当前加速度；所述AD转换器3-2采用逐次比较型TLC549；所述碰撞传感器3-3相当于控制开关，用于利用碰撞时应变电阻的变形使其电阻值变化或压电晶体受力使输出电压变化，将相关信息发送给电子控制单元3-4；所述电子控制单元3-4包括STM32 单片机。
具体地，如图5所示，所述碰撞传感器3-3共有6个，相互独立，分布于防护服正反两面相对应的位置，每面3个；其中，防护服正面上部靠近胸部处左右各有1个，下部靠近肚脐处设有1个。
具体地，所述驱动模块4采用锂电池供电，所述工作电源电压为3.3V。
本发明的技术效果如图6所示。
实施例
一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服，包括三大模块，一是气囊模块，二是传感器电子模块，三是驱动模块。
(一)气囊模块：包括气囊和气体发生器，二者都布置在屏蔽服的外套夹层中，气囊材料援用尼龙66、420旦布料，气体发生器由一个小形隔热不锈钢盒子构成，其中安置有点火装置和气体发生剂配方，包括燃料(叠氮化钠NaN3)、氧化剂(硝酸钾KNO3)、催化剂(三氧化二铁Fe2O3)、降温剂(碳酸亚铁FeCO3)和助剂(氮化硼BN)。叠氮化钠(NaN3)与三氧化二铁(Fe2O3)组合后制成的叠氮类气体发生剂，具有燃温低、且燃气成分主要为对人体无害的氮气等优点。点燃后发生如下反应，2NaN3→2Na+3N2(g)，在几十毫秒内生成大量氮气。气囊装有泄气***，当压强到达一定值后用以适当减小压强。
(二)传感器电子模块：包括有加速度传感器、AD转换器、碰撞传感器、电子控制单元(Electronic Control Unit)。(为防止装置误动作，这里将人跳下的安全高度设为两米，对应落到地面的时间称为安全时间)
(1)加速度传感器：采用目前应用广泛的电容式传感器，负责监视当前加速度，并以电压模拟量的形式将其传递给AD转换器。
(2)AD转换器：负责将传送过来的模拟量转换成数字量，并将其传送给单片机分析，采用在精度和价格上都适中的逐次比较型TLC549，转换速度小于17 μs，符合当前要求。若转换器接收到的电压模拟量对应的加速度大于9m/s2(考虑到空气阻力)，则转换成的数字量为高电平“1”，反之则为低电平“0”。(如图 4，Vref+和Vref-为阈值电压)
(3)碰撞传感器：相当于一只控制开关，一共有6个，相互独立，作用是利用碰撞时应变电阻的变形使其电阻值变化或压电晶体受力使输出电压变化，将相关信息发送给单片机。由于本装置主要用于保护人体内脏和脊柱，所以碰撞传感器布置的位置如图5所示。
(4)电子控制单元：电子控制单元主要由STM32单片机构成，作用是对采集到的数字信号进行计时分析，如果高电平时间超过安全时间，而且碰撞传感器检测到撞击信号，即发出点火命令，让气囊中物质发生反应，从而迫使气囊充气弹出，反之则不动作。
(三)驱动模块：给传感器电子模块提供3.3V工作电源，采用储电性能良好而且便于携带的锂电池供电。
本发明所提供的一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服的工作原理如下：
当检修人员不慎从杆塔上掉下时，首先是加速度传感器3-1将得到的加速度信息以电压模拟量传送给AD转换器3-2，对应模拟量超过一定值并且持续时间超过安全时间时，在碰撞传感器3-3检测出碰撞的一瞬间，电子控制单元3-4 下达“点火”指令给气囊模块2，从而迅速充气，冲出塑料盖饰3-5，起到保护运检工人的效果。整个充气过程仅需几十毫秒，如图3所示。
本发明将传统的检修作业服进行改造，加入尼龙夹层，嵌入制作好的安全气囊、传感器模块和驱动模块。在检修人员攀爬杆塔之前穿着好改良的工作服，就可以在危险发生时得到最大程度的生命安全保障。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服，包括防护服本体、气囊模块、传感器电子模块和驱动模块，其特征在于：所述气囊模块位于高空带电作业防护服的外套夹层中，用于危险发生时提供安全气囊；所述传感器电子模块位于高空带电作业防护服的内侧，用于测量传感器数据并进行转换和判断，判断危险发生时用于启动气囊模块；所述驱动模块位于传感器电子模块附近，用于给传感器电子模块提供工作电源。
2.根据权利要求1所述的一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服，其特征在于：所述气囊模块包括气囊和气体发生器，二者均布置在防护服的外套夹层中；所述气体发生器位于气囊内，包括一个小型隔热不锈钢盒子，盒子内安置有点火装置和气体发生剂。
3.根据权利要求2所述的一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服，其特征在于：所述气囊材料采用尼龙66、420旦布料。
4.根据权利要求3所述的一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服，其特征在于：所述气囊设有泄气***，用于当压强增加到一定值后适当减小压强。
5.根据权利要求2所述的一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服，其特征在于：所述气体发生剂包括燃料、氧化剂、催化剂、降温剂和助剂，用于短时间内产生大量燃温低、主要成分为氮气的非可燃气体。
6.根据权利要求5所述的一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服，其特征在于：所述燃料为叠氮化钠，所述氧化剂为硝酸钾、所述催化剂为三氧化二铁，所述降温剂为碳酸亚铁，所述助剂为氮化硼。
7.根据权利要求1所述的一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服，其特征在于：所述传感器电子模块包括加速度传感器、AD转换器、碰撞传感器和电子控制单元；所述加速度传感器用于测量当前加速度，并以电压模拟量的形式传递给AD转换器；所述AD转换器用于将传送过来的模拟量转换成数字量，并将其传送给电子控制单元；所述碰撞传感器用于测量碰撞发生时相关信息并将其传送给电子控制单元；所述电子控制单元用于对采集到的数字信号进行计时分析，当同时满足安全时间要求和碰撞信号要求时发出点火指令，启动气囊模块开始工作。
8.根据权利要求7所述的一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服，其特征在于：所述加速度传感器采用电容式传感器，负责监视当前加速度；所述AD转换器采用逐次比较型TLC549；所述碰撞传感器相当于控制开关，用于利用碰撞时应变电阻的变形使其电阻值变化或压电晶体受力使输出电压变化，将相关信息发送给电子控制单元；所述电子控制单元包括STM32单片机。
9.根据权利要求8所述的一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服，其特征在于：所述碰撞传感器共有6个，相互独立，分布于防护服正反两面相对应的位置，每面3个；其中，防护服正面上部靠近胸部处左右各有1个，下部靠近肚脐处设有1个。
10.根据权利要求1至9任一项所述的一种基于安全气囊技术的高空带电作业防护服，其特征在于：所述驱动模块采用锂电池供电，所述工作电源电压为3.3V。
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