一种隧道电缆巡检用安全帽、智能管理系统及其应用

技术领域

本发明涉及智能设备技术领域，特别涉及一种隧道电缆巡检用安全帽、智能管理系统及其应用。

背景技术

现有公知的安全帽是用来保护头顶而戴的塑料制或类似原料制的浅圆顶帽子，防止冲击物伤害头部的防护用品。由帽壳、帽衬、下颊带和后箍等组成。帽壳和帽衬之间留有一定空间，可缓冲、分散瞬时冲击力，从而避免或减轻对头部的直接伤害。安全帽从诞生至今，其主要功能一直是人的保护头部，而且，安全帽的地位重要，很多行业的许多场合都需要用到，几乎成为了一个必需品。让安全帽上集成通信等功能，将有助于使佩戴者减少其他工具的携带，提高工作效率。

特殊业务环境中例如电力电缆隧道或者管道隧道中，在工作人员施工或者巡检时，常常有有害气体或者惰性气体对工作人员的健康带来严重影响，现有装置不能及时报警，更不能做到在巡检过程中及时提示巡检人员如何规避管道中的气体的危害等。同时在隧道或者管道中，各种电气设备错综复杂，尤其是带高压电设备对工作人员产生的威胁更大。因此，如何让安全帽上集成通信、照明、有毒有害气体探测和带电设备靠近提醒等功能，不仅有利于保护巡检人员人身安全和隧道电网设备安全，同时提高巡检效率，因此如何设计一种多功能隧道巡检安全帽是很有必要的。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种隧道电缆巡检用安全帽、智能管理系统及其应用。

第一方面，本发明实施例提供一种隧道电缆巡检用安全帽，可以包括：外壳以及与所述外壳可拆卸连接的内壳，所述外壳和所述内壳之间形成贯穿前后的容纳腔；所述内壳的外表面安装有电池，所述容纳腔内设置有支架、与所述电池电连接的电路板以及照明灯组件；所述支架安装在所述内壳的内表面，所述电路板安装在所述支架的内表面，所述照明灯组件一端安装在所述支架的外表面，另一端嵌入所述外壳上预留的第一贯穿孔；进一步的，所述安全帽还包括：设置在所述外壳外表面的防护组件、位于所述容纳腔内且与所述电路板电连接的气体检测传感器组件和近电感应传感器组件；

其中，所述内壳的前部预设有第一篦孔，所述气体检测传感器组件抵接于所述内壳设有所述第一篦孔的内表面，用于检测所述安全帽周围环境的气体浓度；

所述近电感应传感器组件位于所述容纳腔的前部，用于检测所述安全帽周围的电场强度并发送给所述电路板。

可选的，所述防护组件包括下述任一项或多项组合：加强筋、防护条和防护块。

可选的，所述气体检测传感器组件包括：甲烷浓度传感器和警示装置，所述甲烷浓度传感器和所述警示装置分别与所述电路板电连接；

所述甲烷浓度传感器抵接于所述内壳设有所述第一篦孔的内表面。

可选的，所述容纳腔内还设置有与所述电路板电连接的红外热成像模组；

所述红外热成像模组包括：红外热成像机芯以及与所述红外热成像机芯连接的微处理器；所述红外热成像机芯一端安装在所述支架的外表面，另一端嵌入所述外壳上预留的第二贯穿孔；所述微处理器与所述电路板电连接。

可选的，所述容纳腔内还设置有与所述电路板电连接的摄像模组；所述摄像模组一端通过三脚架安装在所述支架的外表面，另一端嵌入所述外壳上预留的第三贯穿孔；

所述摄像模组包括：摄像头组件、设置在所述摄像头组件周围的补光灯组件以及位于所述摄像头组件下端的激光灯组件。

可选的，所述容纳腔内还设置有与所述电路板电连接的语音交互模组；

所述语音交互模组包括：麦克风、微处理单元以及喇叭组件；所述麦克风和所述喇叭组件分别与所述微处理单元电连接；

所述麦克风一端安装在所述支架的端面上，另一端嵌入所述内壳前部预留的第四贯穿孔；所述微处理单元安装在所述支架的外表面；所述喇叭组件位于所述容纳腔的后部。

可选的，该安全帽还可以包括：安装在所述内壳外表面且与所述电路板电连接的AR光波导模组；

所述AR光波导模组包括：可伸缩连接件、光机模块和与所述光机模块连接的LCOS显示屏；

所述可伸缩连接件一端与所述内壳的前部连接，另一端与所述光机模块的壳体活动连接，以使得光机模块和LCOS显示屏能够伸出或缩回所述内壳的边缘，以及以所述可伸缩连接件为轴进行旋转。

可选的，容纳腔内还设置有与所述电路板电连接的UWB定位模组；

所述内壳的内表面预设第一卡槽，所述第一卡槽位于所述内壳的中间部位；所述UWB定位模组卡接于所述第一卡槽中。

可选的，所述内壳的后部还设置有第二篦孔，所述喇叭组件的一端抵接于所述内壳设有所述第二篦孔的内表面。

可选的，所述内壳的外表面还设置有第二卡槽，所述第二卡槽位于所述内壳的后部，所述电池可拆卸地安装在所述第二卡槽中。

可选的，所述内壳的前部还设置有开关组件，所述开关组件与所述电路板电连接。

可选的，所述外壳的外表面还设置有竖槽和至少一个通孔，所述竖槽位于所述外壳的侧面；所述竖槽为所述外壳的外表面上的顶部弧面与侧面弧面，以及分别与所述顶部弧面和所述侧面弧面分别连接的竖直平面组成；所述通孔位于所述竖直平面上。

可选的，所述容纳腔内还设置有下列至少一个与所述电路板连接的传感器：光电传感器、温度传感器、加速度传感器；所述光电传感器一端安装在所述电路板上，另一端嵌入所述内壳预留的第五贯穿孔。

可选的，所述容纳腔的后部还设置有电源调控电路，所述电源调控电路分别与所述电池和所述电路板电连接。

第二方面，本发明实施例提供了一种智能管理系统，该系统包括服务器、与所述服务器连接的显示器以及至少一个第一方面所述的安全帽；所述服务器与所述电路板通信连接。

第三方面，本发明实施例提供了一种上述第一方面所述的隧道电缆巡检用安全帽的应用。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供了一种隧道电缆巡检用安全帽和智能管理系统，该安全帽可以包括：外壳以及与所述外壳可拆卸连接的内壳，所述外壳和所述内壳之间形成贯穿前后的容纳腔；所述内壳的外表面安装有电池，所述容纳腔内设置有支架、与所述电池电连接的电路板以及照明灯组件；所述支架安装在所述内壳的内表面，所述电路板安装在所述支架的内表面，所述照明灯组件一端安装在所述支架的外表面，另一端嵌入所述外壳上预留的第一贯穿孔；进一步的，所述安全帽还包括：设置在所述外壳外表面的防护组件、位于所述容纳腔内且与所述电路板电连接的气体检测传感器组件和近电感应传感器组件；其中，所述内壳的前部预设有第一篦孔，所述气体检测传感器组件抵接于所述内壳设有所述第一篦孔的内表面，用于检测所述安全帽周围环境的气体浓度；所述近电感应传感器组件位于所述容纳腔的前部，用于检测所述安全帽周围的电场强度并发送给所述电路板。

本发明实施例中的上述安全帽用于隧道电缆巡检或者施工的工作人员佩戴，在进行作业时，不必单独携带照明设备、近电感应设备以及气体检测设备等，本实施例提供的安全帽将上述不同功能的设备/模块集成在其上，既能够实现上述不同装置的作用，又能够解放工作人员的双手。本实施例中提供的安全帽中的各个不同的模块/模组之间互不影响，空间设计上不会产生电磁干扰，在结构上安装紧密，节省了占用安全帽的空间。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中提供的安全帽的框架示意图；

图2A为本发明实施例中提供的具体的安全帽的外壳的结构示意图；

图2B为本发明实施例中提供的具体的安全帽内部结构示意图；

图2C为图2B另一方向的结构示意图；

图3为本发明实施例中提供的具体的安全帽的爆炸结构示意图；

图4为本发明实施例中提供的安全帽的剖面图；

图5为本发明实施例中提供的支架的结构示意图；

图6为本发明实施例中提供的支撑摄像模组的三脚架的结构示意图；

图7为本发明实施例中提供的AR光波导模组的结构示意图；

图8本发明实施例中提供的为智能管理系统的示意图。

其中，1为隧道电缆巡检用安全帽；2为服务器；3为显示器；4为电子围栏；

11为外壳；12为内壳；13为容纳腔；14为电池；15为支架；16为电路板；17为照明灯组件；18为气体检测传感器组件；19为近电感应传感器组件； 20为红外热成像模组；21为摄像模组；22为语音交互模组；23为AR光波导模组；24为UWB定位模组；25为开关组件；26为光电传感器；27为温度传感器；28为加速度传感器；29为电源调控电路；

111为第一贯穿孔；112为防护组件；113为第二贯穿孔；114为第三贯穿孔；115为竖槽；116为通孔；

121为第一篦孔；122为第四贯穿孔；123为第一卡槽；124为第二篦孔； 125为第二卡槽；126为第五贯穿孔；

201为红外热成像机芯；202为微处理器；

211为三脚架；212为摄像头组件；213为补光灯组件；214为激光打组件；

221为麦克风；222为微处理单元；223为喇叭组件；

231为可伸缩连接件；232为光机模块；233为LCOS显示屏；234电源排线；

A为内表面；B为外表面；C为端面。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供了一种隧道电缆巡检用安全帽，参照图1～图4所示，该安全帽可以包括：外壳11以及与外壳11可拆卸连接的内壳12，外壳11和内壳12之间形成贯穿前后的容纳腔13；内壳12的外表面安装有电池14，容纳腔13内设置有支架15、与电池14电连接的电路板16以及照明灯组件17；支架15安装在内壳12的内表面，电路板16安装在支架15的内表面，照明灯组件17一端安装在支架15的外表面，另一端嵌入外壳11上预留的第一贯穿孔111；照明灯组件17与电路板16电连接；进一步的，该安全帽1还可以包括：设置在外壳11外表面的防护组件112、位于容纳腔13内且与电路板16电连接的气体检测传感器组件18和近电感应传感器组件19；其中，内壳12的前部预设有第一篦孔121，气体检测传感器组件18抵接于内壳12设有第一篦孔121 的内表面，用于检测安全帽周围环境的气体浓度；

近电感应传感器组件19位于容纳腔13的前部，用于检测安全帽周围的电场强度并发送给电路板16；在对带电设备进行检查维修时，通过安全帽上携带的近电感应传感器模组实时检测施工人员周围电场强度，并发出不同等级的预警

本发明实施例中的上述安全帽用于隧道电缆巡检或者施工的工作人员佩戴，在进行作业时，不必单独携带照明设备、近电感应设备以及气体检测设备等，本实施例提供的安全帽将上述不同功能的设备/模块集成在其上，既能够实现上述不同装置的作用，又能够解放工作人员的双手。本实施例中提供的安全帽中的各个不同的模块/模组之间互不影响，空间设计上不会产生电磁干扰，在结构上安装紧密，节省了占用安全帽的空间。

在此需要说明的是，为了便于组装以及拆卸上述安全帽，参照图4所示，该安全帽的外壳11和内壳12可拆卸地安装在一起，容纳腔13位于外壳11和内壳12之间。参照图5所示，支架15的内表面和外表面相对于支架15离外部空间的距离而言，图中A部分为支架的内表面，B部分为支架的外表面；C 为支架的端面。本领域技术人员可以理解的是，针对外壳以及内壳描述时的外表面、内表面的位置，是安全帽本体相对于外部环境的距离而言的，外壳的最外侧为外壳的外表面；外壳与内壳连接形成容纳腔的一侧分别是外壳的内表面和内壳的内表面；内壳距离工作人员佩戴时头部最近的一侧为内壳的外表面。进一步的，本实施例中的前、后、前端、后端以及前部、后部等，均相对于现有的安全帽佩戴时帽檐在前而言，有帽檐的为前，相对于帽檐的为后，本领域技术人员应当对此不会产生歧义。

可选的，照明灯组件包括：照明灯和位于所述照明灯下端的散热片，所述散热片为铝合金材质。当然也可以是其他材质，本实施例对此不作具体限定。

本实施例中电路板安装在支架的内表面，即位于支架和内壳的内表面之间，支架可拆卸地安装在内壳上，发明人这样设计不仅更加稳定，而且可以有效保护电路板，防止被容纳腔内其他部件/电器件撞击。同时，此种设计，发明人在集成其他功能模块时能够充分利用支架的空间，以便于安装更多的部件。

在一个可选的实施例中，参照图2A和图3所示，上述防护组件112可以包括下述任一项或多项组合：加强筋、防护条和防护块。该防砸组件位于顶部的厚度大于位于所述外壳边缘的厚度。本实施例中的防砸组件在外壳的顶部厚度最大，到边缘厚度逐渐减小，能够有效分散坠物的撞击，即对撞击力有分散效果。

在另一个可选的实施例中，上述气体检测传感器组件可以根据隧道等施工现场的具体情况来安装不同气体的检测传感器，例如甲烷浓度传感器、一氧化碳浓度传感器、二氧化碳浓度传感器等等有毒有害气体的传感器，能够根据实际需求进行更换。在一个具体的实施例中，上述气体检测传感器组件可以包括：甲烷浓度传感器和警示装置，甲烷浓度传感器和警示装置分别与电路板电连接；甲烷浓度传感器抵接于内壳设有第一篦孔的内表面。本实施例中的上述甲烷浓度传感器的外侧包裹着壳体，壳体上设置有多排细篦孔，方便气体进入到该甲烷浓度传感器；该传感器用于检测安全帽周围环境中的甲烷的浓度，将检测的甲烷浓度传送给电路板，电路板上根据预设的甲烷浓度的阈值判定是否发出预警，以及预警的等级等，进而将该预警信息发送给警示装置，警示装置发出相应的预警。本实施例中的上述预警装置可以是警示灯(蜂鸣灯)、喇叭或者其他可以实现的警示装置，发出蜂鸣、语音播放等形式的警示，本实施例对此不作具体限定。本实施例中的警示装置可以为下述的喇叭组件223，喇叭组件223设置在容纳腔的后部。

在一个可选的实施例中，参照图2B和图3所示，上述容纳腔内还设置有与电路板16电连接的红外热成像模组20；该红外热成像模组20可以包括：红外热成像机芯201以及与红外热成像机芯201连接的微处理器202；红外热成像机芯201一端安装在支架15的外表面，另一端嵌入外壳11上预留的第二贯穿孔113；用于采集红外热成像数据，并发送给所述微处理器；微处理器202 与电路板16电连接。微处理器用于将红外热成像数据转换为视频数据，并将视频数据发送给电路板。

更为具体的，上述红外热成像模组还可以包括：显示屏(图中未示出)，显示屏与微处理器连接，显示屏用于接收微处理器发送的视频数据并显示。本实施例中的上述显示屏为安全帽的一部分，可以设置在安全帽的前端，既能作为显示屏使用，又可以作为遮风遮挡的屏幕。可以理解的是，本实施例中的上述微处理器可以与现有是智能终端连接，在智能终端上显示微处理器发送的视频数据，本实施例在此不再赘述。

在一个可选的实施例中，参照图2B和图3所示，上述容纳腔内还设置有与电路板16电连接的摄像模组21；摄像模组21一端通过三脚架211安装在支架15的外表面，另一端嵌入外壳11上预留的第三贯穿孔114；

摄像模组21可以包括：摄像头组件212、设置在摄像头组件212周围的补光灯组件213以及位于摄像头组件212下端的激光灯组件214。

本实施例中的补光灯组件是为了提高视频或者拍照时的亮度，起到补光效果；激光灯组件是为了方便使用者对准需要拍照或者视频的设备，辅助摄像头组件一起使用。参照图6所示，发明人为了便于将摄像模组整体安装，发明了一种三脚架，图中的三脚架是为了便于将上述摄像头组件212、补光灯组件213 以及激光灯组件214先组装之后，再安装在支架15上。

在一个可选的实施例中，参照图2B和图3所示，上述容纳腔内还设置有与电路板16电连接的语音交互模组22；上述语音交互模组22可以包括：麦克风221、微处理单元222以及喇叭组件223；麦克风221和喇叭组件223分别与微处理单元222电连接；

麦克风221一端安装在支架15的端面上，另一端嵌入内壳12前部预留的第四贯穿孔122；微处理单元222安装在支架15的外表面；喇叭组件223位于容纳腔13的后部。

本实施例中的上述语音交互模组安装在安全帽上之后，无需再额外携带对讲机或者电话等通讯设备，进一步解放了工作人员的双手，施工或者巡检更加便利。更为优选的，本实施例中的上述语音交互模组，可以实现语音录入，巡检人员通过该语音交互模组上报巡检状况以及检测到的不同的数据参数等，巡检更加便捷，进一步提高了施工或者巡检效率。

在一个可选的实施例中，参照图2B、图3和图6所示，上述安全帽1还可以包括：安装在内壳12外表面且与电路板16电连接的AR光波导模组23；

AR光波导模组23可以包括：可伸缩连接件231、光机模块232和与光机模块232连接的LCOS显示屏233；

可伸缩连接件231一端与内壳12的前部连接，另一端与光机模块232的壳体活动连接，以使得光机模块232和LCOS显示屏233能够伸出或缩回内壳12的边缘，以及以可伸缩连接件231为轴进行旋转。

需要说明的是，本实施例中的LCOS显示屏的一侧是伸入到光机模块的内部，进而能够导出光线数据。本实施例中的AR光波导模组可以伸缩出帽体的前沿边缘，在不使用AR光波导的功能时，可以将该模组缩回，避免影响使用其他功能；在使用AR光波导模组时，人为或者机械控制将该模组伸出或旋转到适合的角度，以完成播放服务器发送的视频数据，节约了安全帽的使用空间。当然，本实施例中的上述AR光波导模组还包括电源排线234，该电源排线将光机模块与电路板电连接在一起，本实施例在此不再赘述。

在一个具体的实施例中，上述光机模块中设置有第一波导组件、耦合光纤组件和第二波导组件；其中，第一波导组件用于发射出视频数据对应的图像光线并将图像光线准直进入耦合光纤组件；耦合光纤组件由多个圆形光纤阵列构成，用于中转由第一光传导组件射入的图像光线；图像光线经过折射与反射后，从耦合光纤组件的末端射出进入第二波导组件；第二波导组件由多个薄膜分光斜面组成，用于对图像关系进行折射和反射后，从第二波导组件的光出口射入到LCOS显示屏上。

在一个更为具体的实施例中，第一波导组件可以包括：微显示屏、照明光源、第一照明透镜、第二照明透镜、PBS棱镜、成像棱镜、反射透镜，微显示屏设于PBS棱镜的一端，照明光源设于PBS棱镜的侧方，发射出的图像光线依次经过第一照明透镜与第二照明透镜进入PBS棱镜内，PBS棱镜的另一端与成像棱镜的一端连接，成像棱镜的另一端连接反射透镜。

在一个可选的实施例中，参照图2B和图3所示，上述容纳腔13内还设置有与电路板16电连接的UWB定位模组24；用于基于室内设置的电子围栏进行定位，并将定位信息发送给所述电路板；

内壳12的内表面预设第一卡槽123，第一卡槽123位于内壳的中间部位； UWB定位模组24卡接于第一卡槽123中。本实施例中的上述UWB定位模组位于容纳腔中部，远离其他电子零部件的位置，防止电磁干扰。本实施例中的UWB定位模组采用Decawave的DW1000超宽带收发芯片，配备意法半导体单片机，丰富接口电路，适用于各类高精度室内外定位景应用场景，定位精度高达10CM，符合IEEE 802.15.4-2011UWB标准。该UWB定位模组采用完整电路设计，需要连接的外围器件很少，具备最小系统设计特点，用户只需要连接电路板即可使用，采用邮票孔方式设计，具有体积小、功耗低、定位精度高等特点。

在一个具体的实施例中，参照图2B和图3所示，上述内壳12的后部还设置有第二篦孔124，喇叭组件223的一端抵接于内壳12设有第二篦孔124的内表面；内壳12的外表面还设置有第二卡槽125，第二卡槽125位于内壳12的后部，电池14可拆卸地安装在第二卡槽125中；内壳12的前部还设置有开关组件25，开关组件25与电路板16电连接。

在另一个具体的实施例中，参照图2A、图2B、图3所示，外壳11的外表面还设置有竖槽115和至少一个通孔116，竖槽115位于外壳11的侧面；竖槽115为外壳的外表面上的顶部弧面与侧面弧面，以及分别与顶部弧面和侧面弧面分别连接的竖直平面组成；通116孔位于竖直平面上；结合图1所示，容纳腔13内还设置有下列至少一个与电路板16连接的传感器：光电传感器26、温度传感器27、加速度传感器28；光电传感器26一端安装在电路板16上，另一端嵌入内壳12预留的第五贯穿孔126；本实施例对上述温度传感器和加速度传感器的位置不作具体限定。参照图2C和图3所示，容纳腔13的后部还设置有电源调控电路29，电源调控电路29分别与电池14和电路板16电连接。用于对电池输出给电路板的电量进行调控。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种智能管理系统，参照图8 所示，该系统可以包括：服务器2、与服务器2连接的显示器3以及至少一个隧道电缆巡检用安全帽1；服务器2与电路板16通信连接。

在一个可选的实施例中，该系统还可以包括电子围栏4，改安全帽中的 UWB定位模组基于电子围栏进行精确定位，并将定位结果通过电路板发送给服务器2。

本实施例中的服务器可以接收上述安全帽发送的各项数据，例如图像数据、视频数据、气体浓度数据等等，服务器可以对上述数据进行分析，形成工作环境整体的监控图像，方便对施工/巡检个人、小组，或者工区内的所有工作人员实现预警或者行为监管等。该系统还可以实现安全帽与相邻安全帽之间的通信，以实现小组内的交互或者预警。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种上述安全帽在隧道电缆巡检时的应用。

本实施例中的上述系统以及应用的具体举例和有益效果的说明可以参照上述安全帽的具体说明，本实施例在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。