PL226453B1 - Potnik do przemysłowych hełmów ochronnych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest potnik do przemysłowych hełmów ochronnych. Wynalazek jest przeznaczony do ochrony zdrowia i życia pracowników zatrudnionych w gałęziach przemysłu takich jak: budownictwo, górnictwo, produkcja, transport, energetyka, a także w ratownictwie i pożarnictwie. Szczególnie korzystnie, wynalazek może być stosowany przez pracowników dołowych oraz ratowników zatrudnionych w górnictwie, to znaczy tam gdzie panują surowe warunki zagrożenia klimatycznego.

Z opisu zgłoszeniowego nr US 07/107 269 z dnia 9 października 1987 znany jest potnik używany do wspomagania ćwiczeń fizycznych. Urządzenie jest przeznaczone do używania podczas treningów sportowych w celu zminimalizowania ilości przerw podczas ćwiczeń. Urządzenie składa się z potnika w kształcie opaski na głowę, w którym jest umieszczona elastyczna folia z fluorku winylidenu (PVDF film), na której jest umieszczony układ elektroniczny. Układ elektroniczny składa się między innymi z czujnika tętna, czujnika tempa, przycisków aktywujących funkcje, dousznego zestawu słuchawkowego oraz bazuje na mikrokomputerze do przetwarzania danych i sterowania całym urządzeniem. Czujniki są połączone z mikrokomputerem sygnałami analogowymi za pośrednictwem wzmacniaczy operacyjnych lub filtrów. Urządzenie podczas pracy mierzy puls i tempo ćwiczeń oraz nadaje komunikaty głosowe dot. pomiarów oraz ćwiczeń pomocnych podczas treningu. Funkcje są aktywowane za pomocą przycisków umieszczonych na obwodzie potnika.

Z opisu chińskiego wzoru użytkowego nr CN 201 928 272 (U) z dnia 8 grudnia 2010 r. znany jest hełm ochronny z bezprzewodowym systemem nadawczym dla górników używany w celu monitorowania stanu zdrowia górników i usprawnienia akcji ratunkowych po wystąpieniu wypadku. Urządzenie składa się z komponentów, takich jak układ sterujący z mikroprocesorem, układ nadawczoodbiorczy wraz z zestawem słuchawkowym i mikrofonem, czujnik gazu, dwa czujniki pulsu, akumulator, latarki LED. Komponenty są umieszczone w różnych miejscach hełmu, zarówno po stronie wewnętrznej, jak i zewnętrznej skorupy hełmu. Czujniki pulsu są zamocowane do pasa głównego hełmu. Latarka LED jest zamocowana do zewnętrznej skorupy hełmu nad daszkiem w celu oświetlania przestrzeni przed górnikiem. Komponenty są ze sobą połączone okablowaniem, które jest mocowane do elementów konstrukcyjnych hełmu. Urządzenie, za pośrednictwem dodatkowych nadajników w tunelach górniczych, przesyła pomiary z czujników do naziemnego centrum zarządzania. Dzięki temu, w sytuacjach awaryjnych, centrum zarządzania posiada informacje dotyczące stanu zdrowia górników w kopalni oraz może się z nimi porozumiewać głosowo. Dodatkowo, w przypadku wykrycia zbyt dużej ilości stężonego gazu, urządzenie zaalarmuje górnika poprzez alarm dźwiękowy w słuchawce.

Z opisu chińskiego wzoru użytkowego nr CN 202 980 317 (U) z dnia 27 listopada 2012 r. znany jest inteligentny hełm do zastosowania przez górników. Urządzenie składa się z układu radiowego, modułu świetlnego opartego na diodach LED, mikrokontrolera, urządzenia komunikacyjnego, czujnika temperatury ciała, czujnika częstości oddechów, czujnika pulsu, trzyosiowego czujnika przyśpieszenia, czujnika temperatury otoczenia, czujnika tlenku węgla, czujnika wilgotności, czujnika gazu, wyświetlacza, mikrofonu, głośnika, pamięci masowej i zasilacza. Komponenty są umieszczone w różnych miejscach na skorupie hełmu oraz na innych elementach konstrukcyjnych. Urządzenie podczas pracy realizuje funkcje bezprzewodowej identyfikacji i lokalizacji górnika w czasie rzeczywistym, śledzi przebytą przez górnika drogę, mierzy środowisko otoczenia i kondycję fizyczną górnika, pozwala na bezprzewodowe monitorowanie górnika oraz przesyłanie bezprzewodowych komunikatów głosowych oraz komunikatów na wyświetlaczu.

Z opisu zgłoszeniowego nr AU 2012 271 910 z dnia 21 grudnia 2012 r. znany jest system monitorowania mózgu montowany w czapce z daszkiem lub innym nakryciu głowy posiadającym potnik. Urządzenie składa się z elastycznego potnika, na którym są umieszczone dyskretne czujniki mierzące impulsy elektryczne odpowiadające falom mózgowym. Sygnał jest przetwarzany przez procesor w układzie sterującym, przetworzone informacje są zapisywane na karcie pamięci SD. Połączenia między komponentami są realizowane poprzez materiały przewodzące. Układ sterujący wraz z gniazdem na kartę pamięci SD jest umieszczony poza potnikiem. Potnik jest przystosowany do czyszczenia i na ten czas może być odłączany od układu sterującego. Urządzenie pozwala na wygodną realizację metody pomiaru fal mózgowych podczas zmęczenia głównie przez operatorów ciężkich maszyn przemysłowych np. górników w kopalniach.

Z opisu zgłoszeniowego nr US 12/093 654 z dnia 13 listopada 2006 r. znana jest metoda pomiaru pulsu w zastosowaniach dla hełmów lotniczych. Rozwiązanie opisuje zasadę działania oksymetrycznych czujników pulsu, gdzie diody nadawcze światła widzialnego LED lub podczerwone IR oświePL 226 453 B1 tlają przepływającą w żyłach krew. Zróżnicowana zawartość tlenu we krwi, zależna od pulsu, powoduje inne załamanie i odbicie fali nadawczej dzięki czemu fotodetektor odbiera różne wartości fali odbitej. Opisane elementy są umieszczone w hełmie w obrębie czoła głowy i części skroniowej. Dodatkowo, kask posiada elementy do sygnalizacji przekroczonej wartości pulsu w postaci elektrod stymulujących, zestawu głośnikowego oraz świecącej diody LED. Dioda LED zlokalizowana na bocznej stronie hełmu na wysokości oczu oświetla maskę hełmu. Opisana metoda pomiaru pulsu na przykładzie hełmu lotniczego pozwala na sygnalizowanie pilotowi o przekroczeniu ustawionych progów poprzez sygnały dźwiękowe, impulsy elektryczne oraz sygnały świetlne widoczne na przezroczystej masce hełmu.

Z opisu zgłoszeniowego nr US 11/344 476 z 31 stycznia 2006 r. znane jest urządzenie do pomiaru temperatury ciała w zastosowaniach dla hełmów lub innych nakryć głowy, takich jak opaski na głowę. Urządzenie jest przeznaczone dla osób uprawiających sporty oraz pracowników przebywających w ciepłych warunkach środowiskowych takich jak górnicy w kopalniach. Urządzenie składa się z czujnika temperatury w postaci termistora, układu sterującego, elementów sygnalizacyjnych w postaci diody LED, wyświetlacza lub głośnika. Termistor mierzy temperaturę na powierzchni skóry głowy w obrębie czoła. Dodatkowo, w celu pomiaru pulsu, urządzenie posiada elektrodę dodatnią i elektrodę ujemną zlokalizowane w obrębie czoła głowy do pomiaru napięcia, które jest skorelowane z pulsem. Wszystkie komponenty są ze sobą połączone przewodami. Układ sterujący jest zmontowany na płytce drukowanej. Elementy sygnalizacyjne są umieszczone w obrębie bocznej strony głowy. Urządzenie na przykładzie hełmu lub opaski, pozwala na monitorowanie stanu zdrowia pracownika lub sportowca pod kątem pomiaru temperatury skóry i pulsu oraz wyświetla wartości mierzone na wyświetlaczu, który jest zlokalizowany na bocznej stronie głowy. Przekroczenie ustawionej wartości temperatury jest sygnalizowane poprzez sygnał dźwiękowy lub sygnał świetlny w postaci diody LED zlokalizowanej na bocznej stronie głowy.

Z koreańskiego opisu zgłoszeniowego nr KR 2002 0 043 471 z 10 czerwca 2002 r. znany jest otwarty hełm w postaci pałąka przylegającego do głowy o kształcie zbliżonym do zestawu słuchawkowego służący do pomiaru stanów psychologicznych. Urządzenie posiada czujniki do pomiaru elektrycznego potencjału mózgu, fal mózgowych, rezystancji skóry, temperatury ciała oraz szybkości przepływu krwi. Czujniki są zlokalizowane w obrębie czoła głowy. Ponadto, urządzenie posiada przewodowy i bezprzewodowy system nadawczo-odbiorczy w celu przesyłania informacji do zewnętrznego komputera a także zestaw słuchawkowy z mikrofonem do komunikacji głosowej.

Z opisu zgłoszeniowego nr PCT/KR 2009/007 927 z 30 grudnia 2009 r. znany jest hełm ochronny i opaska mierzące parametry fizjologiczne. Hełm ochronny posiada czujnik pulsu, czujnik temperatury ciała, przetwornik wartości nieelektrycznych na sygnały elektryczne oraz układ do komunikacji przewodowej lub bezprzewodowej. Komponenty są umieszczone na pasie głównym hełmu. Urządzenie mierzy puls i temperaturę ciała, przetwarza sygnały oraz je przesyła do innych urządzeń, poza obrębem hełmu. W połączeniu z dodatkowymi elementami systemu takimi jak opaska na rękę lub komputer, urządzenie pozwala na monitorowanie, wykrywanie i sygnalizację stanów zagrożenia zdrowia.

Znany jest prototyp górniczego hełmu ochronnego do pomiaru pulsu, który ogólnie został opisany w magazynie Miro News Organizacji Badań Przemysłu Mineralnego (ang. The Mineral Industry Research Organisation) wydanie V26/1 wiosna/lato 2012 r. Hełm posiada wmontowane bezkontaktowe czujniki optyczne do pomiaru pulsu zwane MiMoS (ang. Mining Industry Mobile Sensor) oraz bezprzewodowy układ nadawczy w celu przesyłania zmierzonej informacji za pośrednictwem sieci lokalnej do odległej stacji monitorującej. Czujniki MiMoS bazują na technologii fotoplyzmogramu (PPG, zmienne pochłanianie światła przez skórę, podobnie do zasady działania pulsoksymetru) i są zainstalowane na pasie głównym hełmu. Hełm został opracowany przez Uniwersytet Nottingham w Wielkiej Brytanii.

Znany jest kask rowerowy SMART Cycling Helmet producenta LifeBEAM (Izrael), który jest produktem obecnie dostępnym na rynku. Urządzenie posiada oksymetryczny czujnik pulsu umieszczony w przedniej części kasku w obrębie czoła głowy, 3-osiowy czujnik przyśpieszenia, moduł radiowy przesyłający informacje w standardzie bluetooth oraz układ sterujący bazujący na mikrokontrolerze. Kask, podczas pracy przesyła informacje dotyczące pulsu oraz parametry ruchu rowerzysty do urządzenia mobilnego na którym jest zainstalowana dedykowana aplikacja. Za pośrednictwem aplikacji, użytkownik otrzymuje informacje o odbytym treningu. Analogicznym produktem tej samej firmy o tej same zasadzie działania jest sportowa czapka z daszkiem SMART Hat LifeBEAM, która jest nośnikiem opisanych powyżej komponentów.

Przedmiotem wynalazku jest potnik do przemysłowych hełmów ochronnych. Składa się on z wymiennego materiału do pochłaniania potu o kształcie pozwalającym na mocowanie go w hełmach

PL 226 453 B1 ochronnych. Potnik ten posiada wbudowany obwód drukowany z zamontowanym układem elektronicznym. Układ elektroniczny zawiera co najmniej jeden scalony czujnik temperatury otoczenia przed twarzą połączony z co najmniej jednym scalonym czujnikiem temperatury na powierzchni skóry w miejscu czoła i co najmniej jednym scalonym czujnikiem promieniowania podczerwonego lub światła widzialnego do pomiaru pulsu oraz co najmniej jeden silnik wibracyjny do sygnalizacji dotykowej. Przy czym wspomniany układ elektroniczny połączony jest, poprzez przyłącze z zewnętrznym układem sterowania, który za pomocą silnika wibracyjnego sygnalizuje przekroczenie parametrów monitorowanych przez wspomniane czujniki.

Korzystnie, układ elektroniczny zawiera co najmniej jeden scalony czujnik zbliżeniowy promieniowania podczerwonego.

Korzystnie, obwód drukowany jest umieszczony w potniku na stałe poprzez spoinę z kleju oraz obwód drukowany jest wykonany z materiału sztywno-giętkiego lub elastycznego.

Korzystnie, scalony czujnik temperatury do pomiaru temperatury na powierzchni skóry w miejscu czoła jest zalany tworzywem sztucznym o właściwościach termoprzewodzących tworząc osłonę, która przechodzi na wylot przez otwór w materiale odprowadzającym pot w taki sposób, że wystaje ona na odległość od 0,1 do 2 mm.

Potnik do przemysłowych hełmów ochronnych jest przeznaczony do zastosowania z przemysłowym hełmem ochronnym z wbudowanym układem sterującym. Potnik według wynalazku w połączeniu z układem sterującym jest w stanie mierzyć parametry fizjologiczne pracowników, którzy posiadają założony hełm z zamontowanym potnikiem.

Dzięki zastosowaniu silnika wibracyjnego potnik sygnalizuje pracownikowi zagrożenie zdrowia poprzez wibracje odczuwane przez pracownika. Silnik wibracyjny pozwala na sygnalizację pracownika niezależnie od stopnia zabrudzenia elementów w przypadku standardowej sygnalizacji świetlnej oraz zagłuszania przez dźwięki otoczenia tak jak ma to miejsce w przypadku sygnalizacji dźwiękowej.

Każdy potnik w hełmie jest to element, który najszybciej ulega zabrudzeniu oraz traci właściwości odprowadzania potu w miarę upływu czasu użytkowania. Ze względu na ten fakt oraz biorąc pod uwagę konieczność umiejscowienia czujników parametrów fizjologicznych w miejscu montażu potnika tak aby punkty pomiarowe były zlokalizowane w okolicach czoła głowy, czujniki te są zamontowane w wymiennym potniku do przemysłowych hełmów ochronnych, będącym przedmiotem niniejszego zgłoszenia.

Potnik do przemysłowych hełmów ochronnych, w zależności od rodzaju hełmu, jest mocowany poprzez zamocowanie otworów na zaczepach na pasie głównym hełmu lub poprzez zamocowanie na rzep. Obydwie metody mocowania umożliwiają odczepienie potnika od hełmu i wymianę na nowy. Potnik do przemysłowych hełmów ochronnych posiada wbudowany obwód drukowany z zamontowanym układem elektronicznym, który składa się tylko z elementów niezbędnych do prawidłowego działania to znaczy posiada zamontowane czujniki do pomiaru temperatury, pulsu i odległości, silnik wibracyjny i przyłącze z wyprowadzonymi sygnałami z czujników. Komponenty te są elementami tanimi, w porównaniu do wartości układu sterującego. Dzięki minimalnej ilości elementów w potniku oraz ich małej wartości, możliwa jest wymiana zużytego potnika na nowy bez dużych strat ekonomicznych.

Dzięki zastosowaniu czujników scalonych i transmisji cyfrowej nie występują zakłócenia sygnału między czujnikami a układem sterującym. Ponadto, czujniki scalone, w przeciwieństwie do czujników i układów pomiarowych analogowych, są bardziej odporne na działanie czynników środowiskowych, jedna obudowa scala wszystkie powyższe komponenty, co sprawia że układ pomiarowy jest mniejszy, posiadają małą bezwładność pomiaru, oraz pobierają mniej energii niezbędnej do prawidłowej pracy.

Zastosowanie scalonego czujnika temperatury otoczenia przed twarzą po zewnętrznej stronie potnika pozwala na zrealizowanie automatycznej kompensacji temperatury, a tym samym wyeliminowanie zakłóceń pomiaru temperatury na czole w postaci nagłych skoków temperatury spowodowanych powiewami wiatru w kierunku twarzy o temperaturze znacznie odbiegającej od temperatury ciała w miejscu czoła. Dzięki temu wartość mierzona przez czujnik temperatury w miejscu czoła jest korygowana o wartość temperatury powiewu wiatru. Powiewy mogą mieć charakter długotrwały lub krótkotrwały i mogą pochodzić na przykład od wyjściowych układów wydechowych lub chłodniczych maszyn działających w otoczeniu pracownika. W celu zwiększenia dokładności pomiaru temperatury otoczenia przed twarzą można stosować kilka takich czujników. Zastosowanie czujnika temperatury otoczenia przed twarzą minimalizuje ryzyko uruchomienia sygnalizacji w złym momencie to znaczy w momencie dobrego stanu zdrowia pracownika.

PL 226 453 B1

Scalony czujnik temperatury na powierzchni skóry w miejscu czoła jest zasadniczym i niezbędnym elementem do realizacji funkcji sygnalizacji zagrożenia zdrowia. Pomiar temperatury skóry na czole jest silnie skorelowany z temperaturą wewnętrzną organizmu, co pozwala wykrywać stany przegrzania organizmu, a w połączeniu z pomiarem pulsu oraz dodatkowymi pomiarami temperatury otoczenia, pozwala na wykrycie przegrzania organizmu w wyprzedzeniem. W celu wykluczenia zakłóceń pomiaru wynikających z błędów przypadkowych, takich jak wystąpienie zabrudzeń osłony czujnika, która pośredniczy w pomiarze stosuje się równocześnie trzy czujniki do pomiaru temperatury na powierzchni skóry w miejscu czoła. Czujniki są rozmieszczone w szeregu w odstępie kilku centymetrów od siebie. Pomiary z trzech czujników są uśredniane, jednak w przypadku, kiedy jedna z trzech wartości temperatury znacząco odstaje od pozostałych, nie jest ona brana po uwagę.

Scalony czujnik promieniowania podczerwonego lub światła widzialnego do pomiaru pulsu jest zasadniczym i niezbędnym elementem do realizacji funkcji sygnalizacji zagrożenia zdrowia. Pomiar pulsu (tętna) jest silnie skorelowany z ogólnym stanem organizmu, stanem przegrzania organizmu, zmęczeniem pracownika. Czujnik jest oksymetrycznym czujnikiem pulsu, w którym diody nadawcze światła widzialnego LED lub podczerwone IR oświetlają przepływającą w naczyniach krwionośnych krew. Zróżnicowana zawartość tlenu we krwi, zależna od pulsu, powoduje inne załamanie i odbicie fali nadawczej dzięki czemu fotodetektor czujnika odbiera różne wartości fali odbitej. Najlepszym punktem pomiaru tętna w obrębie głowy są tętnice skroniowe, które przebiegają blisko skóry i są dobrze widoczne. W celu wykluczenia zakłóceń pomiaru wynikających z błędów przypadkowych takich jak przesunięcie założonego hełmu względem głowy można stosować równocześnie dwa zestawy czujników pulsu odpowiednio dla tętnicy po lewej i prawej stronie głowy. Dodatkowo, z tego samego powodu każdy zestaw czujników pulsu może składać się z matrycy czujników na przykład 1 x 3 to znaczy 3 czujniki w 1 kolumnie pionowej. Pomiary z czujników są uśredniane, jednak wykorzystując fakt że zakres wartości mierzonej jest znany (oczekiwany) oraz fakt że nieprawidłowo ułożony lub zabrudzony czujnik wskazuje pomiar znacznie odbiegający od zakresu wartości oczekiwanych (różnica jest 2-3-krotna), łatwo jest odrzucić pomiar błędny.

Czujnik pulsu wykorzystuje optyczną metodę pomiaru. Dlatego pomiędzy nim a skórą nie może znajdować się przesłona powodująca tłumienie promieniowania nadawanego lub odbieranego w stopniu uniemożliwiającym prawidłową pracę. Z tego względu w materiale do odprowadzania potu, przy miejscach montażu czujników pulsu, są wykonane prostokątne otwory.

Zastosowany w potniku scalony czujnik zbliżeniowy promieniowania podczerwonego pozwala na wykrywanie przedmiotów w okolicach twarzy pracownika w odległości do 10 cm i sygnalizowanie pracownikowi o możliwości wystąpienia zagrożenia w postaci urazu mechanicznego. Czujnik zbliżeniowy, w swoje strukturze, posiada co najmniej diodę nadawczą do promieniowania podczerwonego IR (ang. infrared) oraz fotodetektor. Czujnik zbliżeniowy działa na zasadzie pomiaru odległości od obiektu poprzez pomiar czasu przejścia fali IR między czujnikiem i najbliższym obiektem w zasięgu. Aby zwiększyć zasięg działania tego rozwiązania, stosuje się więcej niż jeden czujnik zbliżeniowy. W celu monitorowania szerokokątnej przestrzeni przed twarzą, stosuje się dwa skrajne czujniki zbliżeniowe na dwóch końcach potnika oraz jeden czujnik zbliżeniowy na środku długości potnika. Wykorzystując fakt, że głowa jest owalna, tak rozmieszczone czujniki zbliżeniowe są w stanie wykrywać obiekty znajdujące się nie tylko przed twarzą ale także po bocznych stronach głowy. Dzięki tej właściwości, urządzenie jest w stanie ostrzegać pracownika, który wykonuje nagły zwrot głowy w kierunku niebezpiecznego przedmiotu przed zakończeniem tego ruchu. Pozwala to na uniknięcie zderzenia z przedmiotem lub zmniejszenie siły uderzenia i złagodzenie skutków urazu. Ostrzeganie pracownika jest realizowane poprzez silnik wibracyjny.

Obwód drukowany jest wbudowany w potnik na stałe poprzez spoinę kleju, co eliminuje jego przesunięcia względem materiału do odprowadzania potu. Takie przesunięcia zmieniają położenie punktów pomiarowych czujników. W przypadku scalonego czujnika pulsu, jego pomiar jest najdokładniejszy w położeniu na skórze, pod którą przebiega tętnica skroniowa. W przypadku scalonych czujników temperatury w miejscu czoła, położenie punktów pomiarowych powinno być identyczne jak podczas procesu kalibracji urządzenia. Przesunięcia obwodu drukowanego podczas użytkowania urządzenia są niepożądane ponieważ mogą doprowadzić do zakłóceń pomiarów oraz błędnych odczytów.

Obwód drukowany jest wbudowany w potniku na stałe poprzez spoinę kleju, która sprawia, że między obwodem drukowanym a materiałem do odprowadzania potu nie występuje przerwa, to znaczy obydwa elementy szczelnie przylegają do siebie. Dzięki tej właściwości, podczas użytkowania hełmu w trudnych warunkach środowiskowych, takich jak kopalnia, gdzie w powietrzu krążą duże za6

PL 226 453 B1 wartości kurzu, drobne kamienie oraz gazy agresywne chemicznie, zanieczyszczenia te nie oddziaływają na powierzchnie obwodu drukowanego i nie powodują jego zniszczenia mechanicznego lub chemicznego. Pośrednio, właściwość ta zmniejsza awaryjność urządzenia. Do łączenia komponentów elektronicznych oraz w przypadku opisanym powyżej stosuje się kleje termo topliwe, na przykład epoksydowe, akrylowe. Opisane powyżej połączenie przy pomocy kleju może być także zrealizowane z użyciem taśmy dwustronnej, która posiada spoiny kleju.

Wbudowany obwód drukowany jest wykonany z materiału sztywno-giętkiego lub elastycznego, co pozwala na dostosowanie promienia gięcia obwodu do kształtu pasa głównego w miejscu montażu potnika w hełmie. W zależności od rozmiaru hełmu, pasy główne są różnej długości oraz posiadają różne promienie gięcia na długości obwodu, dzięki czemu pas główny przylega do skóry głowy oraz dopasowuje się do jej kształtu zapewniając stabilne umocowanie. Elastyczny jest cały potnik do przemysłowych hełmów ochronnych, to znaczy zarówno obwód drukowany, jak również materiał do odprowadzania potu i inne warstwy potnika takie jak warstwa kleju. Zakres elastyczności potnika nieznacznie ograniczają zamontowane w nim komponenty, na przykład scalone czujniki, których obudowy nie odkształcają się i są twarde. Obwody drukowane sztywno-giętkie są konstrukcją hybrydową zawierającą zarówno część sztywną, jak i giętką połączoną w jedną całość. Są wykonane w technologii wielowarstwowej. Miedziane ścieżki części giętkiej umożliwiają połączenie z fragmentem sztywnym obwodu drukowanego. Fragmenty sztywne są wykonywane z laminatów na podłożach szklanoepoksydowych (FR4), aluminiowych MCPCB (Metal Core Printed Circuit Board), teflonowych i ceramicznych. Natomiast fragmenty giętkie jak również obwody drukowane elastyczne są najczęściej wykonywane na laminacie poliimidowym.

Obudowa scalonego czujnika temperatury na powierzchni skóry w miejscu czoła, który jest przylutowany na obwodzie drukowanym jest zalana tworzywem sztucznym o właściwościach termoprzewodzących tworząc osłonę, która przechodzi na wylot przez otwory w materiale odprowadzającym pot w taki sposób, że osłona wystaje na odległość od 0,1 do 2 mm. Jest to cecha, która umożliwia prawidłowy pomiar. Osłona czujnika w postaci tworzywa sztucznego o właściwościach termoprzewodzących pośredniczy w przepływie ciepła między skórą a polem pomiarowym czujnika. Otwory w materiale odprowadzającym pot umożliwiają wystawanie osłony ponad ten materiał, dzięki czemu jest zapewniony niezbędny kontakt ze skórą. Odległość, na jaką wystaje osłona ponad materiał do oprowadzania potu jest zależna od grubości tego materiału oraz jego zdolności do spłaszczania w miarę stopnia zużycia. Osłona spełnia także funkcję ochronną czujnika przed uszkodzeniami mechanicznymi! oraz czynnikami środowiskowymi takimi jak wilgoć i gaz agresywnie chemicznie. Taki układ pomiarowy umożliwia prawidłowy pomiar temperatury na powierzchni skóry w miejscu czoła głowy.

Osłona obudowy czujnika w postaci tworzywa sztucznego o właściwościach termoprzewodzących pośredniczy w przepływie ciepła między skórą a polem pomiarowym czujnika, co wprowadza do układu pomiarowego bezwładność czasu pomiaru. Opóźnienie to wynika z czasu potrzebnego do przesyłu ciepła z ciała do pola pomiarowego czujnika. Eliminuje to zakłócenia związane z chwilowymi skokami temperatury pochodzącymi ze źródeł zewnętrznych, które są traktowane jako zakłócenia pomiaru. Skoki temperatury mogą być spowodowane poprzez chwilowe ciepłe lub zimne zewnętrzne podmuchy wiatru, dużą ilość potu lub zanieczyszczeń między osłoną czujnika a ciałem, chwilowym zdjęciem hełmu z głowy w celu na przykład oczyszczenia potnika. Tak więc, osłona czujnika stanowi filtr analogowy przed zakłóceniami pomiarów pochodzącymi ze źródeł zewnętrznych.

Scalony czujnik temperatury otoczenia przed twarzą, w celu ochrony przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz czynnikami środowiskowymi, także może zostać zabezpieczony poprzez osłonę z tworzywa sztucznego o właściwościach termoprzewodzących.

Ze względu na technologię produkcji oraz zapewnienie większej szczelności urządzenia w okolicach czujników dopuszcza się, że osłona obudowy czujnika temperatury na powierzchni skóry w miejscu czoła, jak również ewentualna osłona obudowy czujnika temperatury otoczenia przed twarzą nachodzą na materiał do odprowadzania potu.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu elektronicznego potnika do przemysłowych hełmów ochronnych według wynalazku, fig. 2 i fig. 3 - potnik do przemysłowych hełmów ochronnych w dwóch rzutach izometrycznych, fig. 4 - scalony czujnik temperatury na powierzchni skóry w miejscu czoła przedstawiony w przybliżeniu, fig. 5 - przykład realizacji wynalazku w postaci górniczego hełmu ochronnego z zamontowanym potnikiem według wynalazku.

PL 226 453 B1

Korzystne, postaci wykonania niniejszego wynalazku zostaną w dalszym ciągu opisane w oparciu o rysunki fig. 1, fig. 2, fig. 3, fig. 4 i fig. 5.

Zasada działania potnika do przemysłowych hełmów ochronnych (fig. 2, 3) opiera się na układzie elektronicznym, którego schemat blokowy (fig. 1) składa się z następujących elementów:

- scalony czujnik temperatury otoczenia przed twarzą (1), scalony czujnik temperatury na powierzchni skóry w miejscu czoła (2), scalony czujnik promieniowania podczerwonego lub światła widzialnego do pomiaru pulsu (3),

- scalony czujnik zbliżeniowy promieniowania podczerwonego (4), silnik wibracyjny (5) do sygnalizacji dotykowej, przyłącze (6) z wyprowadzeniami cyfrowych sygnałów binarnych i dwukierunkowej magistrali szeregowej.

Czujniki (1, 2, 3, 4) są podłączone do przyłącza (6) poprzez dwukierunkową magistralę szeregową, taką jak na przykład 12C (ang. Inter-lntegrated Circuit) lub SPI (ang. Serial Peripheral Interface). Silnik wibracyjny (5) jest podłączony do przyłącza (6) poprzez sygnał binarny na przykład taki, w których stan logiczny „0” odpowiada napięciu 0 V, natomiast stan logiczny „1” odpowiada napięciu 3,3 V. Wszystkie czujniki (1, 2, 3, 4) są czujnikami scalonymi, to znaczy posiadającymi w swojej strukturze analogowy czujnik wielkości nieelektrycznych, przetwornik analogowo-cyfrowy, układ cyfrowy do przetwarzania zdigitalizowanej wartości zmierzonej i komunikacji z zewnętrznym sterownikiem poprzez dwukierunkową magistralę szeregową i pojedyncze linie binarne.

Do prawidłowego działania potnika według wynalazku, przemysłowy hełm ochronny posiada zamontowany układ sterujący (12).

Przykładem realizacji wynalazku jest jego zastosowanie w górniczym hełmie ochronnym (fig. 5), który jest przeznaczony do ochrony głowy dla pracowników dołowych (górników).

Potnik według wynalazku w połączeniu z układem sterującym (12) uzyskuje nowe funkcje w postaci monitorowania stanu zdrowia górnika podczas wykonywania pracy oraz ostrzegania go przed zagrożeniem zdrowia. Potnik taki montuje się w hełmie ochronnym. Ze względu na surowe warunki środowiskowe, w tym wysokie temperatury otoczenia podczas wykonywania pracy oraz charakter pracy wymuszający duży wysiłek fizyczny, dużym zagrożeniem dla górników jest ryzyko wystąpienia hipotermii, to znaczy przegrzania organizmu oraz stanów wycieńczenia organizmu spowodowanych np. odwodnieniem. Takie zagrożenia zdrowia są z wyprzedzeniem wykrywane przez potnik i sygnalizowane poprzez wyczuwalne wibracje, sygnały świetlne lub dźwiękowe. Pracownik dołowy, po wykryciu sygnalizacji, powinien przerwać wykonywanie pracy, opuścić stanowisko pracy i udać się do wyznaczonego miejsca na odpoczynek. W wielu kopalniach miejsca te są dodatkowo chłodzone. Takie miejsca są rozmieszczone w różnych miejscach kopalni w wyrobiskach poziomych pod ziemią. Do innych przypadków zagrożenia zdrowia należą urazy mechaniczne głowy, takie jak na przykład uderzenie w wyniku szybkiego odwrócenia głowy na bok w stronę niebezpiecznych przedmiotów, W takich sytuacjach hełm ochronny (fig. 5) jest w stanie ostrzec pracownika przed możliwym uderzeniem głową o otaczające przedmioty. Wykrywanie tych przedmiotów realizują scalone czujniki zbliżeniowe promieniowania podczerwonego (4).

Dzięki temu, że potnik do przemysłowych hełmów ochronnych jest elastyczny, montaż odbywa się w taki sam sposób jak w przypadku zakładania standardowego potnika. Potnik do przemysłowych hełmów ochronnych zakłada się na pas główny hełmu (19) w miejscu standardowego montażu potnika (16). Założenie odbywa się poprzez nasunięcie potnika na pas główny w kierunku od dołu hełmu w taki sposób, że obwód drukowany (9) oraz materiał do odprowadzania potu (7) znajdują się po dwóch stronach pasa głównego hełmu w miejscu montażu potnika (16), to znaczy po stronie wewnętrznej i zewnętrznej. Następnie, potnik jest montowany poprzez zamocowanie otworów (8) na zaczepach na pasie głównym hełmu (19). Rozmieszczenie otworów (8) na potniku i odpowiadających im zaczepów na pasie głównym (19) jest zależne od modelu hełmu.

W przedstawionym przykładzie realizacji wynalazku rozmiary obwodu drukowanego (9) są mniejsze od rozmiarów materiału do odprowadzania potu (7). Dlatego, na przedstawionych rysunkach na fig. 2 i fig. 3 obwód drukowany (9) jest widoczny jedynie poprzez otwory w materiale (7) w okolicach czujników. W innych przykładach realizacji wynalazku, kształt i rozmiary obwodu drukowanego (9) mogą być inne, na przykład mniejsza długość obwodu drukowanego (9) wynosząca 1/4 długości materiału (7). Także kształt obwodu drukowanego (9) może być inny na przykład może on uwzględniać wiązkę kablową (13). Wtedy kształt obwodu drukowanego (9) jest powiększony o wystający elastyczny pasek obwodu drukowanego z umieszczonym na końcu przyłączem (6) w postaci wtyku. Wtyk umożliwia podłączenie potnika do gniazda w układzie sterującym (12).

PL 226 453 B1

Układ sterujący (12) posiada co najmniej źródło zasilania, takie jak akumulator lub bateria, blok zasilania do kondycjonowania zasilania, mikrokontroler do sterowania silnikiem wibracyjnym (5) oraz przetwarzania danych i komunikacji z czujnikami (1, 2, 3, 4), elementy bierne niezbędne do jego prawidłowej pracy, układ do dwukierunkowej komunikacji przewodowej.

Układ sterujący (12) jest zamontowany w obrębie hełmu po wewnętrznej stronie skorupy (14) hełmu nad głową poprzez mocowanie paskami na rzep do górnej strony więźby (15). Układ sterujący (12) jest połączony z przyłączem (6) potnika (fig. 2, 3) poprzez wiązkę kablową (13). Przyłącze (6) pośredniczy w wymianie informacji między scalonymi czujnikami (1, 2, 3, 4) i silnikiem wibracyjnym (5) a układem sterującym (12) oraz doprowadza zasilanie. Zmierzone wartości z czujników są przetwarzane przez mikrokontroler w układzie sterującym (12), który aktywuje uruchomienie silnika wibracyjnego (5). Więźba hełmu (15) jest mocowana do pasa głównego za pomocą zaczepu pasa więźby (18). Standardowy zaczep (17) służy do założenia dodatkowego paska podbródkowego.

Claims (5)

1. Potnik do przemysłowych hełmów ochronnych składający się z wymiennego materiału do pochłaniania potu o kształcie pozwalającym na mocowanie go w hełmach ochronnych, znamienny tym, że posiada wbudowany obwód drukowany (9) z zamontowanym układem elektronicznym, który zawiera co najmniej jeden scalony czujnik temperatury otoczenia przed twarzą (1) połączony z co najmniej jednym scalonym czujnikiem temperatury na powierzchni skóry w miejscu czoła (2) i co najmniej jednym scalonym czujnikiem promieniowania podczerwonego lub światła widzialnego do pomiaru pulsu (3) oraz co najmniej jeden silnik wibracyjny (5) do sygnalizacji dotykowej, przy czym wspomniany układ elektroniczny połączony jest, poprzez przyłącze (6) z zewnętrznym układem sterowania (12), który za pomocą silnika wibracyjnego (5) sygnalizuje przekroczenie parametrów monitorowanych przez wspomniane czujniki.

2. Potnik według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że układ elektroniczny zawiera co najmniej jeden scalony czujnik zbliżeniowy promieniowania podczerwonego (4).

3. Potnik według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienny tym, że wbudowany obwód drukowany (9) jest umieszczony w potniku na stałe poprzez spoinę z kleju.

4. Potnik według zastrzeżenia 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że wbudowany obwód drukowany (9) jest wykonany z materiału sztywno-giętkiego lub elastycznego.

5. Potnik według zastrzeżenia 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że scalony czujnik temperatury do pomiaru temperatury na powierzchni skóry w miejscu czoła (2) jest zalany tworzywem sztucznym o właściwościach termoprzewodzących tworząc osłonę (10), która przechodzi na wylot przez otwór (11) w materiale odprowadzającym pot (7) w taki sposób, że wystaje ona na odległość od 0,1 do 2 mm.