一种便携式低温环境参数监测预警装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种便携式低温环境参数监测预警装置，包括采集单元、控制单元、预警单元和电源单元，所述采集单元包括分别与控制单元信号连接的大气压参数采集模块、氧气参数采集模块、风速参数采集模块、GPS模块、温度参数采集模块、湿度参数采集模块，通过监测多种环境参数并计算应急救援及抢险作业人员在极端低温环境下的风冷温度、所需服装热阻及耐受时间等特殊参数，对人员所受风险进行分级预警，极大地提高了应急救援及抢险作业人员在低温环境中进行作业时的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式低温环境参数监测预警装置
本技术属于公共安全
，尤其是涉及一种便携式低温环境参数监测预警装置及方法。
技术介绍
近年来我国各类灾害事故频发，在冬季严寒时期，尤其是高原地区，应急救援及抢险作业人员会长时间暴露在低温甚至极端低温冷环境中，生命健康和安全会受到较大威胁。《国务院办公厅关于加快应急产业发展的意见》(国务院办公厅印发〔2014〕63号)、《关于推进城市安全发展的意见》(中共中央办公厅、国务院办公厅印发〔2018〕)等政策规划明确提出要发展应急技术装备，提高应急管理和应急救援能力。因此，为保障应急救援及抢险作业人员的生命健康和安全，并研发性能可靠和系统化的应急技术装备，对应急救援及抢险作业人员所处低温冷环境进行实时监测，并记录数据信息，从而进行有效预警尤为重要。目前，市面上销售的环境监测仪大多只能监测一种或者少数几种环境参数，那么当应急救援及抢险作业人员需要监测所处环境中的多种环境参数时，还需携带多个环境监测仪，对于应急场景中的抢险救援人员来说非常不便，用户体验较差。而且，对于应急救援及抢险作业人员在极端低温冷环境中的风冷温度(windchilltemperature，Twc)、耐受时间(durationlimitedexposure，Dlim)和所需服装热阻(requiredclothinginsulation，IREQ)等特殊参数进行测量并进一步进行有效预警的设备在市面上还没有出现，因此，设计一种便携式低温环境参数监测预警装置对应急救援及抢险作业人员开展抢险救援工作具有重要的应用价值。
技术实现思路
有鉴于此，本技术旨在提出一种便携式低温环境参数监测预警装置及方法，以实现同时监测低温冷环境中的多个环境参数，为应急救援及抢险作业人员进行有效预警的同时，避免了救援人员携带不同类型的环境监测设备，为救援人员的出行提供了便捷，而且也为研发性能可靠和系统化应急技术装备提供了数据支撑。为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：一种便携式低温环境参数监测预警装置，包括壳体、采集单元、控制单元、预警单元和电源单元；所述采集单元固定在壳体表面，包括分别与控制单元信号连接的大气压参数采集模块、氧气参数采集模块、风速参数采集模块、GPS模块、温度参数采集模块和湿度参数采集模块；所述预警单元固定在壳体上，该预警单元与所述控制单元信号连接；所述电源单元和控制单元位于所述壳体内，该电源单元与所述控制单元和预警单元电连接。进一步的，所述便携式低温环境参数监测预警装置还包括无线通信单元，所述无线通信单元与所述控制单元信号连接。进一步的，所述壳体上设有USB充电接口，该USB充电接口与所述电源单元信号连接。进一步的，所述预警单元包括警示灯和蜂鸣器，所述警示灯与蜂鸣器均与控制单元信号连接。进一步的，所述便携式低温环境参数监测预警装置还包括存储单元，所述存储单元位于所述壳体内，该存储单元与所述控制单元信号连接。进一步的，所述便携式低温环境参数监测预警装置还包括显示单元，所述显示单元固定在所述壳体的前端面上，该显示单元与所述控制单元信号连接。进一步的，所述壳体的上端开设有多个采集通孔，所述大气压参数采集模块、氧气参数采集模块、风速参数采集模块、温度参数采集模块和湿度参数采集模块分别通过一弹性密封垫嵌插在所述采集通孔内。进一步的，所述壳体的上端安装有一盖板，该盖板呈长方形状，该盖板长边的一侧固定在所述壳体上端的后侧，其长边的另一侧斜向上倾斜，且该长边的另一侧边沿与所述壳体上端的前侧在同一竖直平面内。进一步的，所述盖板与壳体上端面之间的夹角在30度到60度之间。进一步的，所述壳体的后侧设有一夹持板。进一步对，所述壳体的下端固设有一手持柄，该手持柄的表面设有波纹状曲面凸起。进一步的，所述大气压参数采集模块采用MSP5611传感器。进一步的，所述氧气参数采集模块采用ZE03传感器。进一步的，所述风速参数采集模块采用STF30D传感器。进一步的，所述GPS模块采用UBLOX7020芯片。进一步的，所述温度参数采集模块、湿度参数采集模块采用SHT11二合一传感器。进一步的，所述控制单元采用STM32F103ZET6芯片。一种基于上述便携式低温环境参数监测预警装置的预警方法，包括以下步骤：(1)在应急救援及抢险作业人员开始工作前，开启便携式低温环境参数监测预警装置；(2)便携式低温环境参数监测预警装置中的控制单元3提示采集单元开始采集环境参数，包括大气压值、氧气浓度值、风速值、应急救援及抢险人员所处位置的坐标值、温度值和湿度值，且控制单元对采集到的环境参数进行分析处理；(3)所述控制单元对温度值进行判断，根据GB/T14440-93(1994)《低温作业分级》中的规定，工作地点环境温度小于或等于5摄氏度的作业为低温作业，因此，若外部环境温度值小于等于5摄氏度，则执行步骤(4)，若大于5摄氏度，则继续执行步骤(2)中的环境参数采集步骤；(4)所述控制单元根据应急救援及抢险人员所处位置的坐标值确定人员的实时移动速度，然后根据所有环境参数依次求取风冷温度及救援人员在所处环境的耐受时间，并根据计算所得的风冷温度及耐受时间与风冷温度风险分级数据及耐受时间风险分级数据进行对比确定风险等级范围，进而控制预警装置进行相应等级预警提示，并返回步骤(2)，直至救援工作结束。进一步的，所述步骤(4)中控制单元在控制预警装置进行相应等级预警提示时，该相应等级为控制单元选取的所述风冷温度风险等级和耐受时间风险等级中等级较高的一个。进一步的，所述预警提示包括指示灯预警和蜂鸣器预警。进一步的，所述步骤(4)中风冷温度的计算公式为：Twc＝13.12+0.62154·ta-11.37(1.5·va)0.16-0.3965·ta(1.5·va)0.16(a)式中：ta为环境温度，℃；Va为风速，m/s。进一步的，所述步骤(4)中耐受时间的计算包括以下步骤：(a1)所述控制单元根据获取的人员移动速度求取应急救援及抢险作业人员的代谢率数值；(a2)所述控制单元根据获取的环境温度、湿度、风速、人员移动速度及新陈代谢率求取应急救援及抢险作业人员所需服装热阻值；(a3)所述控制单元根据当前季节类型确定应急救援及抢险作业人员所穿服装的现有热阻值；并与步骤(a2)中的所需服装热阻值进行对比，若小于所需服装热阻值，则执行步骤(a4),若大于所需服装热阻值，则输出无风险；(a4)所述控制单元根据确定的已有服装热阻、环境温度、湿度、风速、人员移动速度及新陈代谢率等参数求取应急救援及抢险作业人员在所处环境中的耐受时间。进一步的，所述步骤(a1)中应急救援及抢险作业人员身体新陈代谢率的计算包括以下步骤:(a11)移动速度非0时，利用最小二乘法建立代谢率M与人员移动速度vw之间的线性模型，模型获取方法如下：(s1)线性模型设定为M＝a*vw+b(b0)式中，vw为人员移动速度，m/s；(s2)代谢率利用实验精确获得，即：选择多名受试者，在室温环境下运动，并逐渐增大受试者运动强度，在这个过程中每隔30s收集受试者呼出的气体，并测量呼出气体的体积、温度，采集气体时间，氧气百分数等，利用公式：精确计算受试者的代谢率数值。式中，P为大气压，单位为kPa；PH2O为饱和水蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式低温环境参数监测预警装置，其特征在于：包括壳体(1)、采集单元(2)、控制单元(3)、预警单元(4)和电源单元(5)；所述采集单元(2)固定在壳体(1)表面，包括分别与控制单元(3)信号连接的大气压参数采集模块(21)、氧气参数采集模块(22)、风速参数采集模块(23)、GPS模块(24)、温度参数采集模块(25)和湿度参数采集模块(26)；所述预警单元(4)固定在壳体(1)上，该预警单元(4)与所述控制单元(3)信号连接；所述电源单元(5)和控制单元(3)位于所述壳体(1)内，该电源单元(5)与所述控制单元(3)和预警单元(4)电连接。

【技术特征摘要】
1.一种便携式低温环境参数监测预警装置，其特征在于：包括壳体(1)、采集单元(2)、控制单元(3)、预警单元(4)和电源单元(5)；所述采集单元(2)固定在壳体(1)表面，包括分别与控制单元(3)信号连接的大气压参数采集模块(21)、氧气参数采集模块(22)、风速参数采集模块(23)、GPS模块(24)、温度参数采集模块(25)和湿度参数采集模块(26)；所述预警单元(4)固定在壳体(1)上，该预警单元(4)与所述控制单元(3)信号连接；所述电源单元(5)和控制单元(3)位于所述壳体(1)内，该电源单元(5)与所述控制单元(3)和预警单元(4)电连接。2.根据权利要求1所述的便携式低温环境参数监测预警装置，其特征在于：所述壳体(1)的上端开设有多个采集通孔，所述大气压参数采集模块(21)、氧气参数采集模块(22)、风速参数采集模块(23)、温度参数采集模块(25)和湿度参数采集模块(26)分别通过一弹性密封垫嵌插在所述采集通孔内。3.根据权利要求2所述的便携式低温环境参数监测预警装置，其特征在于：所述壳体(1)的上端安装有一盖板(10)，该盖板(10)呈长方形状，该盖板(10)长边的一侧固定在所述壳体(1)上端的后侧，其长边的另一侧斜向上倾斜，且该长边的另一侧边沿与所述壳体(1)上端的前侧在同一竖直平面内。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建松，王慧泉，韩兆星，任可，郭伟旗，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：新型
国别省市：北京,11