本实用新型专利技术公开了一种基于无线中继器的矿井救援人员安全监测装置，包括地面工控机、井下工控机、无线中继器组和人身安全监测装置，人身安全监测装置包括监测板、气体采集机构、生命体征数据采集机构和位姿采集机构，监测板上集成有微控制器、供电电池、计时器和无线WIFI模块，气体采集机构包括压缩氧自救器和与压缩氧自救器配合的氧气面罩，氧气面罩内设置有均与微控制器连接的氧气传感器、二氧化碳传感器和甲烷传感器。本实用新型专利技术在井下布设多个无线中继器实现井下通信互联，减少井下网线的布设，灵活可靠，利用率高，并通过位姿采集机构获取救援人员具体身体姿态，结合计时器获知救援人员是否被困，对煤矿井下的复杂环境具有很好的适应性。
【技术实现步骤摘要】
基于无线中继器的矿井救援人员安全监测装置
本技术属于井下救援人员安全监测
，具体涉及一种基于无线中继器的矿井救援人员安全监测装置。
技术介绍
由于我国煤矿较多且时有井下事故发生，需要救援人员快速的进入井下施救，所以保障救援人员的安全是值得我们考虑的。我国煤矿救护工作在煤矿的灾害救治中具有重要作用，在煤矿应急救援技术装备中，目前救护队员用的正压氧气呼吸器和压缩氧自救器仅仅提供救援人员呼吸所用的氧气，通信指挥系统还主要使用比较落后的救灾通信电话，在救灾队员深入井下时，地面指挥人员无法及时获取救护队员个体人身安全信息，导致对救护队员自身无法采取针对性措施确保自身安全。煤矿井下灾后环境复杂多变，有毒有害气体浓度高，浓烟浓雾条件下视线模糊，障碍物多，当救护队员因中毒、遇到障碍物跌倒时，而又无法被其他救护队员及时发现救起或无法被指挥人员所得知时，从而失去营救机会，对救援人员生命安全无法达到充分的保障。虽然近几年对井下人员定位等技术有了较大的研究，但是关于救护队员具体身体姿态和是否被困监测等方面还鲜见报道。如何全面系统地研究煤矿救援人员生命状态监测技术，保障救护队员的自身安全，整体提升应急能力和效率是值得研究的。目前关于人员身体姿态监测技术主要采用视频识别，陀螺仪或模拟式加速度传感器等来实现，其中视频识别的成本较高，陀螺仪或模拟式加速度传感器需要对采集量进行模数转换以及滤波操作，均不适用于煤矿井下环境。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于无线中继器的矿井救援人员安全监测装置，其设计新颖合理，利用在井下布设多个无线中继器实现井下通信互联，减少井下网线的布设，灵活可靠，利用率高，并通过位姿采集机构获取救援人员具体身体姿态，结合计时器获知救援人员是否被困，易于实现，对煤矿井下的复杂环境具有很好的适应性，便于推广使用。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：基于无线中继器的矿井救援人员安全监测装置，其特征在于：包括井下工控机、与井下工控机无线通信的无线中继器组和安装在救援人员身上且通过所述无线中继器组与井下工控机通信的人身安全监测装置，所述无线中继器组包括多个无线中继器，井下工控机通过光纤与地面工控机连接，人身安全监测装置包括监测板、气体采集机构、生命体征数据采集机构和位姿采集机构，所述监测板上集成有微控制器、供电电池以及均与微控制器连接的计时器和无线WIFI模块，所述气体采集机构包括压缩氧自救器和与所述压缩氧自救器配合的氧气面罩，所述氧气面罩内设置有均与微控制器连接的氧气传感器、二氧化碳传感器和甲烷传感器；所述位姿采集机构包括半球壳、设置在所述半球壳内的半球座和设置在半球座内且与半球座滑动配合的转球，所述半球壳由半球罩和封闭半球罩的底板组成，半球座固定安装在底板上，转球由实心半球和空心半球组成，所述空心半球外壳上固定安装有金属导杆，金属导杆所在直线的延伸线与实心半球和空心半球的交平面垂直，金属导杆远离所述空心半球的一端与半球罩内表面相抵，电阻丝缠绕嵌入安装在半球罩上，电阻丝的一端接地，电阻丝的另一端与供电电池的电源输出端连接，半球罩为绝缘半球罩，金属导杆上设置有与微控制器连接的直流电压传感器。上述的基于无线中继器的矿井救援人员安全监测装置，其特征在于：所述生命体征数据采集机构包括均与微控制器连接的心率传感器、体温传感器和血压传感器。上述的基于无线中继器的矿井救援人员安全监测装置，其特征在于：所述监测板上还集成有均与微控制器连接的环境温度传感器和显示器。上述的基于无线中继器的矿井救援人员安全监测装置，其特征在于：所述底板安装在人体肩膀上，金属导杆远离所述空心半球的一端为球体，所述球体的直径为D，单位为mm；电阻丝接地的一端和电阻丝接供电电池的电源输出端的一端均位于半球罩的正前端，电阻丝接地的一端高于电阻丝接供电电池的电源输出端的一端，电阻丝接地的一端与电阻丝接供电电池的电源输出端的一端之间的距离大于D。上述的基于无线中继器的矿井救援人员安全监测装置，其特征在于：所述电阻丝为镍铬合金丝。本技术与现有技术相比具有以下优点：1、本技术通过设置多个无线中继器形成无线中继器组，实现人身安全监测装置与井下工控机的通信，易于实现，对煤矿井下的复杂环境具有很好的适应性，便于推广使用。2、本技术可利用气体采集机构获取救援人员呼吸的气体成分，可利用生命体征数据采集机构获取救援人员的生命体征参数，可利用位姿采集机构获取救援人员的救援人员具体身体姿态，结合计时器获知救援人员是否被困，功能完备。3、本技术位姿采集机构的转球采用实心半球和空心半球的机构，当人体倾斜时，半球壳随人体倾斜而同步倾斜，而转球由于球体向着势能低的状态变化而转动，使金属导杆始终保持向上，实现金属导杆在半球罩内表面移动，电阻丝缠绕嵌入安装在半球罩上，限定了金属导杆通电的位置，根据金属导杆的转动角度可获取救援人员倾倒的角度，根据实际经验设定电阻丝的安装位置，作为判断救援人员是否倾倒的依据，且电阻丝缠绕嵌入安装在半球罩上一周，可实现救援人员360°倾倒状态，获取救援人员具体身体姿态，可靠稳定，使用效果好。综上所述，本技术设计新颖合理，利用在井下布设多个无线中继器实现井下通信互联，减少井下网线的布设，灵活可靠，利用率高，并通过位姿采集机构获取救援人员具体身体姿态，结合计时器获知救援人员是否被困，易于实现，对煤矿井下的复杂环境具有很好的适应性，便于推广使用。下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本技术采用的系统的电路原理框图。图2为本技术采用的系统中人身安全监测装置的电路原理框图。图3为本技术采用的系统中位姿采集机构安装在人体肩膀上的结构示意图。图4为本技术采用的系统中位姿采集机构安装在人体肩膀上的结构俯视图。图5为图4的A-A剖视图。附图标记说明:1—人身安全监测装置；1-1—心率传感器；1-2—体温传感器；1-3—血压传感器；1-4—环境温度传感器；1-5—显示器；1-6—微控制器；1-7—氧气传感器；1-8—二氧化碳传感器；1-9—甲烷传感器；1-10—直流电压传感器；1-11—计时器；1-12—供电电池；1-13—无线WIFI模块；1-14—底板；1-15—半球罩；1-16—电阻丝；1-17—半球座；1-18—转球；1-19—金属导杆；2—无线中继器；3—井下工控机；4—地面工控机；7—人体肩膀。具体实施方式如图1至图5所示，本技术所述的基于无线中继器的矿井救援人员安全监测装置，包括井下工控机3、与井下工控机3无线通信的无线中继器组和安装在救援人员身上且通过所述无线中继器组与井下工控机3通信的人身安全监测装置1，所述无线中继器组包括多个无线中继器2，井下工控机3通过光纤与地面工控机4连接，人身安全监测装置1包括监测板、气体采集机构、生命体征数据采集机构和位姿采集机构，所述监测板上集成有微控制器1-6、供电电池1-12以及均与微控制器1-6连接的计时器1-11和无线WIFI模块1-13，所述气体采集机构包括压缩氧自救器和与所述压缩氧自救器配合的氧气面罩，所述氧气面罩内设置有均与微控制器1-6连接的氧气传感器1-7、二氧化碳本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于无线中继器的矿井救援人员安全监测装置，其特征在于：包括井下工控机(3)、与井下工控机(3)无线通信的无线中继器组和安装在救援人员身上且通过所述无线中继器组与井下工控机(3)通信的人身安全监测装置(1)，所述无线中继器组包括多个无线中继器(2)，井下工控机(3)通过光纤与地面工控机(4)连接，人身安全监测装置(1)包括监测板、气体采集机构、生命体征数据采集机构和位姿采集机构，所述监测板上集成有微控制器(1‑6)、供电电池(1‑12)以及均与微控制器(1‑6)连接的计时器(1‑11)和无线WIFI模块(1‑13)，所述气体采集机构包括压缩氧自救器和与所述压缩氧自救器配合的氧气面罩，所述氧气面罩内设置有均与微控制器(1‑6)连接的氧气传感器(1‑7)、二氧化碳传感器(1‑8)和甲烷传感器(1‑9)；所述位姿采集机构包括半球壳、设置在所述半球壳内的半球座(1‑17)和设置在半球座(1‑17)内且与半球座(1‑17)滑动配合的转球(1‑18)，所述半球壳由半球罩(1‑15)和封闭半球罩(1‑15)的底板(1‑14)组成，半球座(1‑17)固定安装在底板(1‑14)上，转球(1‑18)由实心半球和空心半球组成，所述空心半球外壳上固定安装有金属导杆(1‑19)，金属导杆(1‑19)所在直线的延伸线与实心半球和空心半球的交平面垂直，金属导杆(1‑19)远离所述空心半球的一端与半球罩(1‑15)内表面相抵，电阻丝(1‑16)缠绕嵌入安装在半球罩(1‑15)上，电阻丝(1‑16)的一端接地，电阻丝(1‑16)的另一端与供电电池(1‑12)的电源输出端连接，半球罩(1‑15)为绝缘半球罩，金属导杆(1‑19)上设置有与微控制器(1‑6)连接的直流电压传感器(1‑10)。...
【技术特征摘要】
1.基于无线中继器的矿井救援人员安全监测装置，其特征在于：包括井下工控机(3)、与井下工控机(3)无线通信的无线中继器组和安装在救援人员身上且通过所述无线中继器组与井下工控机(3)通信的人身安全监测装置(1)，所述无线中继器组包括多个无线中继器(2)，井下工控机(3)通过光纤与地面工控机(4)连接，人身安全监测装置(1)包括监测板、气体采集机构、生命体征数据采集机构和位姿采集机构，所述监测板上集成有微控制器(1-6)、供电电池(1-12)以及均与微控制器(1-6)连接的计时器(1-11)和无线WIFI模块(1-13)，所述气体采集机构包括压缩氧自救器和与所述压缩氧自救器配合的氧气面罩，所述氧气面罩内设置有均与微控制器(1-6)连接的氧气传感器(1-7)、二氧化碳传感器(1-8)和甲烷传感器(1-9)；所述位姿采集机构包括半球壳、设置在所述半球壳内的半球座(1-17)和设置在半球座(1-17)内且与半球座(1-17)滑动配合的转球(1-18)，所述半球壳由半球罩(1-15)和封闭半球罩(1-15)的底板(1-14)组成，半球座(1-17)固定安装在底板(1-14)上，转球(1-18)由实心半球和空心半球组成，所述空心半球外壳上固定安装有金属导杆(1-19)，金属导杆(1-19)所在直线的延伸线与实心半球和空心半球的交平面垂直，金属导杆(1-19)远离所述空心半球的一端与半球罩(1-15)内表面相抵...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑学召，王宝元，郭军，李诚康，樊世星，程小蛟，张铎，刘荫，
申请(专利权)人：西安科技大学，西安天河矿业科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61
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