一种电气化铁路作业使用的穿戴式系统

技术领域

本发明涉及特种防护设备技术领域，特别是一种电气化铁路作业使用的穿戴式系统。

背景技术

在电气化铁路施工及运维中，由于工作环境较为恶劣，因此工作人员在现场作业时，通常需要穿戴特种作业衣服、裤子、鞋子及佩戴安全帽（统称为穿戴式系统）等。

现有的电气化铁路工作人员使用的穿戴式系统虽然能为作业人员起到一定的安全防护等效果，但是受到结构所限还存在较多的问题，具体体现如下。其一：作业人员作业时接近带电区域前，不能得到提示，这样工作人员在工作中疏忽时有可能会造成触电事故；其二：作业人员在隧洞等内作业，发生危害人体的气体等泄漏时，由于工作人员不知情，那么存在发生人身伤害事故的机率；其三：作业人员在寒冷区域作业时，由于衣服的保暖性能相对有限，会对作业人员的作业带来不利影响；其四；远端管理部门不能实际了解到现场情况，也就无法在第一时间给作业人员提示注意安全，不利于安全作业的管理；其五；作业人员佩戴的安全帽通常将蓄电池和照明灯安装在一起，这样作业人员佩戴安全帽后由于重量相对大，会给作业人员带来极大不便。综上所述，提供一种能克服上述问题的穿戴式系统显得尤为必要。

发明内容

为了克服现有电气化铁路工作人员使用的穿戴式系统因结构所限存在如背景所述弊端，本发明提供了在相关机构及电路共同作用下，作业人员在现场作业接近带电区域、现场泄漏危险气体时能得到报警提示，工作人员能引注意、减少了出现人身伤害事故的几率，且现场数据能实时远传，远端相关管理人员能在必要时提示相关工作人员（比如对讲模块提示其他没有穿戴防护系统的人员注意安全，也可提示穿戴了防护系统的人员，防止其携带的报警电路故障得不到提示），能实现更好的安全效果，作业人员在寒冷区域作业时能得到电加热保暖，将蓄电池等安装在肩带式元件盒内，减轻了安全帽的负荷，给作业人员带来了便利的一种电气化铁路作业使用的穿戴式系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电气化铁路作业使用的穿戴式系统，包括安全帽、作业衣裤、作业鞋、肩带式元件盒、蓄电池、电源开关、充电插座，其特征在于还具有数据发送电路、电场检测电路、危险气体检测电路和报警电路；所述作业衣裤的内层有电加热丝，作业鞋的鞋底内部具有加强板，安全帽的前端安装有照明灯；所述蓄电池、电源开关、充电插座、数据发送电路、电场检测电路、危险气体检测电路和报警电路安装在元件盒内；所述安全帽的前端安装有温控散热风扇，元件盒内还安装有双向视频对讲模块、跌落监测传感器，蓄电池还能采用充电宝；所述电场检测电路、危险气体检测电路的信号输出端和报警电路及数据发送电路的信号输入端电性连接。

进一步地，所述数据发送电路包括电性连接的单片机模块和GPRS模块，单片机模块和GPRS模块的电源输入两端分别连接，单片机模块的信号输出端和GPRS模块的信号输入端连接。

进一步地，所述电场检测电路包括电性连接的场效应管、可调电阻、二极管、金属片、电阻，第一只可调电阻一端和场效应管的漏极、第二只可调电阻一端、第一只电阻一端连接，第二只可调电阻另一端和二极管正极、第二只电阻一端连接，场效应管源极和第二只电阻另一端连接，场效应管的栅极和金属片连接，金属片安装在元件盒外侧端。

进一步地，所述危险气体检测电路包括电性连接的气敏探头、可调电阻、二极管、电阻，第一只可调电阻一端和第一只电阻一端、气敏探头的第二测量极连接，第二只电阻一端和气敏探头的第一测量极连接，可调电阻另一端和第三只电阻一端、二极管正极连接，气敏探头的负极电源输入端和第三只电阻另一端连接，第二只电阻另一端和气敏探头的正极电源输入端连接。

进一步地，所述报警电路包括电性连接的电阻、NPN三极管和蜂鸣器，电阻一端和NPN三极管基极连接，NPN三极管集电极和蜂鸣器负极电源输入端连接。

本发明有益效果是：本发明使用时，作业人员分别穿戴好安全帽、作业衣裤、作业鞋，肩带式元件盒的肩带背在作业人员肩膀上。应用中，在电场检测电路、危险气体检测电路和报警电路等作用下，作业人员在现场作业接近带电区域、现场泄漏危险气体时能提前得到报警提示，进而工作人员能引注意、减少了出现人身伤害事故的几率，且数据发送电路能将现场数据实时远传，远端相关管理人员能在必要时提示相关工作人员（比如对讲模块提示其他没有穿戴防护系统的人员注意安全，也可提示穿戴了防护系统的人员，防止其携带的报警电路故障得不到提示），能实现更好的安全效果。本新型作业人员在寒冷区域作业时能得到电加热保暖，将蓄电池等安装在肩带式元件盒内，减轻了安全帽的负荷，因此给作业人员带来了便利。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。

附图说明

以下结合附图和实施例将本发明做进一步说明。

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明电路图。

具体实施方式

图1、2中所示，一种电气化铁路作业使用的穿戴式系统，包括安全帽1，作业衣裤2，作业鞋3，肩带式元件盒4，蓄电池G，电源开关S1、S2、S3，充电插座CZ；还具有数据发送电路5、电场检测电路6、危险气体检测电路7和报警电路8；作业衣裤的内层间隔一定距离缝制有电加热丝RT（和电热毯加热丝构造一致），作业鞋的鞋底内中部具有加强钢板9，安全帽1的前端中部安装有聚光照明灯H；蓄电池G，电源开关S1、S2、S3，充电插座CZ，数据发送电路5、电场检测电路6、危险气体检测电路7和报警电路8安装在元件盒4内电路板上，电源开关S1、S2、S3的手柄及充电插座CZ的插孔分别位于元件盒4前端四个开孔外；安全帽的前端安装有温控散热风扇、且散热风扇的叶片对准工作人员的额头（图1中未绘出）；元件盒4内还安装有双向视频对讲模块、跌落监测传感器（图1中未绘出）；蓄电池G还能采用充电宝（图1中未绘出）；

图1、2所示，蓄电池G是型号12V/20Ah的锂蓄电池，电源开关S1、S2、S3是拨动电源开关，充电插座CZ是同轴电源插座。数据发送电路包括经电路板布线连接的单片机模块A1和GPRS模块A2，单片机模块A1和GPRS模块A2的电源输入两端1及2脚分别连接，单片机模块A1的信号输出端和GPRS模块A2的信号输入端经RS485数据线连接。电场检测电路包括经电路板布线连接的场效应管Q1、可调电阻RP及RP1、二极管VD、铜片M（铜质材料，厚度只有0.2mm）、电阻R1及R2，第一只可调电阻RP一端和场效应管Q1的漏极、第二只可调电阻RP1一端、第一只电阻R1一端连接，第二只可调电阻RP1另一端和二极管VD正极、第二只电阻R2一端连接，场效应管Q1源极和第二只电阻R1另一端连接，场效应管Q1的栅极和铜片M内侧中部连接，铜片M用胶粘接在元件盒前外侧端。危险气体检测电路包括经电路板布线连接的气敏探头T（探头前端位于元件盒前端开孔外），可调电阻RP2，二极管VD1，电阻R3、R4、R6，第一只可调电阻RP2一端和第一只电阻R6一端、气敏探头T的第二测量极4脚连接，第二只电阻R3一端和气敏探头的第一测量极3脚连接，可调电阻RP2另一端和第三只电阻R4一端、二极管VD1正极连接，气敏探头T的负极电源输入端2脚和第三只电阻R4另一端连接，第二只电阻R3另一端和气敏探头T的正极电源输入端1脚连接。报警电路包括经电路板布线连接的电阻R5、NPN三极管Q2和蜂鸣器B，电阻R5一端和NPN三极管Q2基极连接，NPN三极管Q2集电极和蜂鸣器B负极电源输入端连接。可调电阻RP的手柄位于元件盒前端开孔外，环手柄侧端间隔距离标记有330KV、220KV、110KV、27.5KV、35KV、10KV字样。

图1、2所示，蓄电池G两极和充电插座CZ两端分别经导线连接（蓄电池G无电时可把外部电源充电器插头插入充电插座CZ内为蓄电池G充电），蓄电池G正极和三只电源开关S1、S2、S3一端经导线连接，三只电源开关S1、S2、S3另一端及蓄电池G负极和电加热丝RT、照明灯H及数据发送电路的电源输入端单片机模块A1的1及2脚、电场检测电路的电源输入端可调电阻RP另一端及电阻R2另一端、危险气体检测电路的电源输入端电阻R3一端及电阻R4另一端、报警电路的电源输入端蜂鸣器B正极电源输入端及NPN三极管Q2发射极分别经导线连接；电场检测电路的信号输出端二极管VD负极、危险气体检测电路的信号输出端二极管VD1负极和报警电路信号输入端电阻R5另一端经导线连接；电场检测电路的电阻R1另一端、危险气体检测电路的电阻R6另一端和数据发送电路的信号输入端单片机模块A1的3及4脚分别经导线连接。

图1、2所示，本发明使用前，作业人员穿戴好安全帽1、作业衣2、作业鞋3，肩带式元件盒4的肩带背在作业人员肩膀上。由于作业鞋3具有加强钢板9，这样本发明更能在地面环境恶劣的区域作业（增加了作业鞋3的强度，并能防止地面如钉子一类的锐利物刺破鞋底伤害作业人员脚底）。本发明在安全帽1只安装有照明灯H，蓄电池G等安装在元件盒4内，减少了作业人员的头部负担且还能采用相对大容量的蓄电池G供电，延长了整体设备的用电时间。作业人员打开电源开关S2后，照明灯H就会得电工作为作业人员在黑暗作业区域起到好的照明作用。当作业人员在寒冷的区域作业时，打开电源开关S1后，作业衣裤内层的电加热丝RT得电发热（温度30℃左右），这样就能为作业人员提供好的保暖作用。

图1、2所示，电源开关S3打开后，电场检测电路、危险气体检测电路和报警电路得电工作。电场检测电路得电工作后，如果现场没有带电设备，场效应管Q1处于零偏状态，场效应管Q1的漏极及源极之间的电阻较小，场效应管Q1的漏极及源极之间的电流较大，进入可调电阻RP1的电压相对低，该电压直接经可调电阻R1降压限流进入单片机模块A1的3脚相对低，同时该电压经可调电阻RP1及电阻R2分压后通过二极管VD单向导通进入NPN三极管Q2基极的电压相对低（低于0.7V）。如果现场有带电设备，铜片M感应到后为场效应管Q1栅极输入杂波信号（电压220V-380V时，人间隔用电设备40cm左右就能有效感应到），场效应管Q1不再处于零偏状态，场效应管Q1的漏极及源极之间的电阻较大，场效应管Q1的漏极及源极之间的电流较小，进入可调电阻RP1的电压相对大，该电压直接经可调电阻R1降压限流进入单片机模块A1的3脚相对大，同时该电压经可调电阻RP1及电阻R2分压后通过二极管VD单向导通进入NPN三极管Q2基极的电压相对高（高于0.7V）。危险气体检测电路得电工作后，气敏探头T（电阻R3降压限流作用）会实时检测周围是否有危险气体泄露，没有危险气体泄漏时，气敏器件T的第一测量极和第二测量极之间电阻相对大，这样，进入可调电阻RP2的电压相对低，该电压直接经可调电阻R6降压限流进入单片机模块A1的4脚相对低，同时该电压经可调电阻RP2及电阻R4分压后通过二极管VD1单向导通进入NPN三极管Q2基极的电压相对低（低于0.7V，电阻R5降压限流作用）。如果有危险气体泄露，气敏器件T的第一测量极和第二测量极之间电阻相对小，进入可调电阻RP2的电压相对大，该电压直接经可调电阻R6降压限流进入单片机模块A1的4脚相对大，同时该电压经可调电阻RP2及电阻R4分压后通过二极管VD1单向导通进入NPN三极管Q2基极的电压相对高（高于0.7V）。当作业现场有带电物体或者有危险气体泄露时，动态变化的两路模拟量电压信号进入单片机模块A1的3及4脚后，单片机模块A1会将动态变化的模拟信号转换为数字信号经GPRS模块A2通过无线移动网络远传，远端相关管理人员接收到数据后，通过PC机或智能手机内装的应用软件就能直观了解、现场工作人员是否接近了带电物体或现场是否有危险气体泄露（PC机或智能手机的界面通过数字或波形图方式显示电压或危险气体的量级），远端相关管理人员能在必要时提示相关工作人员（比如电话提示其他没有穿戴防护系统的人员注意安全，也可提示穿戴了防护系统的人员，防止其携带的报警电路故障得不到提示），能实现更好的安全效果。

图1、2所示，实际情况下，当现场发生了燃气泄漏或作业人员接近了带电设备，进入NPN三极管Q2基极的电压高于0.7V时（低于0.7V时NPN三极管Q2不会导通），NPN三极管Q2会导通集电极输出低电平进入蜂鸣器B负极电源输入端，于是，蜂鸣器B会得电发出响亮提示声音，这样，作业人员在现场作业接近带电区域、接近泄漏危险气体时能提前得到报警提示，进而工作人员能引注意、减少了出现人身伤害事故的几率。本发明中，安全帽的前额内侧与人的前额接触处，安装的温控散热风扇在其配套的测温模块能实时监测人的额头温度，当温度过高时能自动接通散热风扇的电源为工作人员进行降温，保证在炎热的夏天或帽子内部温度过高时，施工人员不会中暑。双向视频对讲模块（可为摄像头视频通话），远程管理人员可通过该模块统一下达工作命令并进行指挥，施工人员也可通过该模块与远程管理人员报告作业现场实时情况等内容，给施工人员及管理方均带来了便利。蓄电池可以采用充电宝替代，这样，能实现快速更换并且充电宝的容量也可以做得比较大，系统持续工作时间也比较长。本发明实际应用中，通过调节可调电阻RP的不同电阻值可设定不同的电场检测距离，可调电阻RP的电阻值调节得相对小时，那么在周围电场相对小时，蜂鸣器B就会发声，可调电阻RP的电阻值调节得相对大时，那么在周围电场相对大时，蜂鸣器B才会发声；本发明具体设置了330kV、220kV、110kV、27.5kV、35kV、10kV六个档位，可调电阻RPP的手柄分别对准相应数字时，那么在工作人员接近330kV、220kV、110kV、27.5kV、35kV、10kV电气设备附近7-8m、4.5-6 m 、2.5-4 m 、1.5-2.5 m 、1.2-1.8、m 、0.7-0.9 m时蜂鸣器B就会分别得电报警。本发明的人体跌落监测传感器，实际应用中，当施工人员从高空落下或摔倒时，跌落监测传感器会给远端人员发送相应信息，远程管理人员可以实时监测并通过视频对讲了解现场情况，起到了好的安全作用。

图2中，场效应管Q1型号是3DJ6；可调电阻RP规格是200K；可调电阻RP1、RP2型号是47K（分别调节到24K、18K）；电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6阻值分别是4.7K、2K、40Ω、1.5K、1K、4.7K；气敏器件T型号是QM-N5；蜂鸣器B是型号SF12V的有源连续蜂鸣报警器成品；NPN三极管Q2型号是9013；GPRS模块A2型号是ZLAN8100，GPRS模块成品上有RS485数据输入端口(两个电源输入端、一路信号输入端)；单片机模块A1的主控芯片型号是STC12C5A60S2，单片机模块成品上有多个模拟信号接入端，单片机模块成品A1上有一个RS485数据输出端口；NPN三极管VD及VD1型号是1N4007。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。