一种救援用生命体征模拟与监测系统的制作方法

1.本实用新型涉及灾害救援技术领域，尤其涉及一种救援用生命体征模拟与监测系统。


背景技术：

2.灾害救援、实战演练、训练模拟等活动执行过程中，施救、训练人员有处于危险境地，有发生二次坍塌、次生灾害、被建筑/废墟埋压的风险。一旦施救、训练人员被困，需要及时快速救援，如何精准有效的定位被困人员，是亟需解决的重要难题。
3.施救、训练参与人员一旦被埋压，其与外部的通信联络中断，外部指控部门无法获取其埋压的位置、深度等信息，无法获取其生命体征如心跳、呼吸、血压、脉搏和体温等信息，无从着手开展搜索救援工作。
4.灾害、次生灾害、二次坍塌等灾害发生后，对于埋压受困人员的搜索救援，目前的搜救手段主要包括生命探测仪、搜救犬、人工搜索等手段，其中生命探测仪根据工作原理的不同，又分为基于低频宽带电磁波强穿透性、高定位精度的雷达生命探测仪，基于呼喊敲击震动检测的音频/震动生命探测仪，基于图像、人体体温与周围环境差异探测的视频/红外生命探测仪，相比于搜救犬长时间搜索易疲劳、效率/精度随工作时长降低而言，生命探测仪具有连续工作能力强、整个搜救过程性能一致性好等优势，在历次灾害搜救过程中发挥了巨大作用。比如在429长沙望城自建房坍塌事故救援中，雷达生命探测仪及音视频生命探测仪等搜索设备与其他搜救手段配合，对于受困人员实时准确定位发挥了巨大作用。
5.生命体征监测系统，通常采用体征衣、手环等获取人体的生命体征信息，体征衣以贴身背心形式穿戴，紧贴人体上身躯干，可以获取心跳、呼吸、体温等基本的生命体征信息，同时具备蓝牙/wifi模块，可以与人体生命体征模拟系统通信、传输数据等；生命体征手环主要是获取血压、脉搏等信息，内置蓝牙/wifi模块，与人体生命体征模拟系统通信、传输数据等。但是手环获取得到的监测数据与信息只能提供给佩戴人员自己查看，不具备外发功能，尤其在施救、训练人员埋压受困及与外部信息阻断的情况下，信息无法传输到外部指控部门。在此情形下，搜救人员采用生命探测仪、搜救犬、人工搜索等手段，也不容易发现埋压受困人员。


技术实现要素：

6.本实用新型提供了一种救援用生命体征模拟与监测系统，用以解决在施救、训练人员埋压受困及与外部信息阻断的情况下，信息无法传输到外部指控部门，导致埋压受困人员不容易被搜救发现的技术问题。
7.为实现上述目的，本实用新型提供了一种救援用生命体征模拟与监测系统，包括：生命体征监测分系统、生命体征模拟分系统、以及通信控制链路；
8.生命体征监测分系统通过监测单元采集生命体征信息并发送给生命体征模拟分系统；
9.生命体征模拟分系统接收来自生命体征模拟分系统采集的生命体征信息，将生命体征信息放大和/或转化成生命体征模拟信息，并通过通信控制链路与外部设备通信，以将生命体征信息和\或生命体征模拟信息传输至外部设备；其中，生命体征模拟信息包括便于生命探测仪探测的低频宽带电磁波信号、声音及温度中的至少一种。
10.优选地，通信控制链路包括：低频强穿透通信链路和wifi/蓝牙通信链路；
11.低频强穿透通信链路通过uhf频段的收发装置以及收发天线，将生命体征信息和\或生命体征模拟信息向外部设备发送，或者接收来自外部设备的控制信号；
12.wifi/蓝牙通信链路连接于生命体征模拟分系统以及生命体征监测分系统之间。
13.优选地，生命体征监测分系统，包括蓝牙/wifi模块、用于采集心跳和呼吸信号的心跳呼吸监测单元、用于采集脉搏信号的脉搏监测单元、用于采集体温信号的体温监测单元以及用于采集血压的血压监测单元；体温监测单元、心跳呼吸监测单元、脉搏监测单元以及血压监测单元可穿戴装备上；蓝牙/wifi模块也设置于可穿戴装备上，并用于与生命体征模拟分系统建立wifi/蓝牙通信链路。
14.优选地，生命体征模拟分系统包括心跳呼吸模拟单元以及蓝牙/wifi模块；蓝牙/wifi模块用于与生命体征监测分系统的蓝牙/wifi模块进行通信。
15.心跳呼吸模拟单元用于根据接收到的心跳呼吸信号对应开启具有反射平面的金属片/板或者金属网的规律运动以模拟频率信号。
16.优选地，心跳呼吸模拟单元包括以下至少一种：
17.方式一：包括金属片/板、导轨以及往复驱动机构，金属片/板通过支架卡设连接于导轨内，并在往复驱动机构的驱动下沿导轨做往复运动；
18.方式二：包括金属片/板、摆臂以及摆动驱动机构，金属片/板固定连接于摆臂上，并在摆动驱动机构的驱动下沿摆臂的固定端做往复摆动；
19.方式三：包括一块以上的金属片/板、转轴、转盘以及旋转驱动机构，一块以上的金属片/板通过转轴安装在转盘上，转盘与旋转驱动机构连接并在旋转驱动机构的驱动下做旋转运动；
20.方式四：金属网、胶皮球以及充放气装置，金属网贴敷在可通过充放气而扩张或者收缩的胶皮球上，胶皮球与充放气装置连通并通过充放气装置充气或者放气进行扩张或者收缩。
21.优选地，方式三中，金属片/板的数量为至少两块，多块金属片/板固定在转轴上后沿径向的截面为十字，工字或者正向的卍字或者反向的卍字。
22.优选地，工字的上下两短边为角度和方向可调的《或者》形。
23.优选地，生命体征模拟分系统包括体温模拟单元，体温模拟单元包括至少两个铝壳功率电阻，多个铝壳功率电阻按照设定的间距布置或者贴敷在生命体征模拟分系统外壁或者穿戴者体表外衣表面并串联成环形电路；环形电路设有第一开关。
24.优选地，生命体征模拟分系统包括声音/震动模拟单元，声音/震动模拟单元包括存储有预设音频的敲击震动声或者呼喊声的音频的存储器，以及音频播放器，存储器以及音频播放器通过第二开关控制播放或者停止。
25.预设音频包括敲击震动声或呼喊声。
26.本实用新型具有以下有益效果：
27.本实用新型的一种救援用生命体征模拟与监测系统。将适合于单兵携带的生命体征模拟与生命体征监测功能集成起来，并通过通信控制链路与外部通信。在施救、训练人员执行任务的过程中，如发生二次坍塌、次生灾害而被埋压受困时，外部指控部门可实时获取被困人员的生命体征信息，可通过生命体征模拟分系统的模拟的频率信号、声音或者温度，使其配合雷达、音频/震动、视频/红外等生命探测仪；能快速的发现定位受困人员的位置，为救援提供精准、高效的支持。
28.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
29.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
30.图1是本实用新型优选实施例的救援用生命体征模拟与监测系统的结构示意图；
31.图2是本实用新型优选实施例的心跳呼吸模拟单元的方式一的结构示意图；
32.图3是本实用新型优选实施例的心跳呼吸模拟单元的方式二的结构示意图；
33.图4是本实用新型优选实施例的心跳呼吸模拟单元的方式三的第一种结构示意图；
34.图5是本实用新型优选实施例的图4的俯视图；
35.图6是本实用新型优选实施例的心跳呼吸模拟单元的方式三的第二种结构示意图；
36.图7是本实用新型优选实施例的心跳呼吸模拟单元的方式三的第三种结构示意图；
37.图8是本实用新型优选实施例的心跳呼吸模拟单元的方式四的结构示意图。
38.图中各标号表示：
39.1、生命体征监测分系统；2、生命体征模拟分系统；3、通信控制链路；4、声音/震动模拟单元；5、体温模拟单元；6、心跳呼吸模拟单元；7、蓝牙/wifi模块；8、心跳呼吸监测单元；9、脉搏监测单元；10、体温监测单元；11、血压监测单元；12、低频强穿透通信链路；13、wifi/蓝牙通信链路；14、金属片/板；15、导轨；16、往复驱动机构；17、摆臂；18、摆动驱动机构；19、转轴；20、转盘；21、旋转驱动机构；22、金属网；23、胶皮球；24、充放气装置。
具体实施方式
40.以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
41.参见图1，本实用新型的救援用生命体征模拟与监测系统，包括：生命体征监测分系统1、生命体征模拟分系统2、以及通信控制链路3；生命体征监测分系统1通过设置于手环和/或体征衣上的监测单元采集生命体征信息并发送给生命体征模拟分系统2；生命体征模拟分系统2接收来自生命体征模拟分系统2采集的生命体征信息，将生命体征信息放大和/或转化成生命体征模拟信息，并通过通信控制链路3与外部设备通信，以将生命体征信息
和\或生命体征模拟信息传输至外部设备(实施时，外部设备可以是外部控制中心、控制终端、探测设备以及可以接收信号的其他设备或终端)。其中，生命体征模拟信息包括便于生命探测仪探测的低频宽带电磁波信号、声音及温度中的至少一种。
42.在一些实施方式中，通信控制链路3包括：低频强穿透通信链路12和wifi/蓝牙通信链路13。低频强穿透通信链路12通过uhf频段的收发装置以及收发天线，将生命体征信息和\或生命体征模拟信息向外部设备发送，或者接收来自外部设备(例如控制终端或者外部控制中心)的控制信号(开关信号)。在部分场景中，低频强穿透通信链路12还可以接收外部指控平台的指令，控制生命体征分系统按照指令工作(开启生命体征模拟分系统2中的部分或者全部的模拟开关)；wifi/蓝牙通信链路13，wifi/蓝牙通信链路13连接于生命体征模拟分系统2以及生命体征监测分系统1之间，还可以用于接收生命体征监测分系统1的数据并传递到低频强穿透通信链路12。本实施例优选通过uhf频段(如433mhz)通信的方法，该频段具有很好的废墟等障碍物穿透能力、在实际通信工具中采用此频段比较普遍、各种配套部组件如天线等成熟度高。
43.在一些实施方式中，生命体征监测分系统1，包括蓝牙/wifi模块7、用于采集心跳和呼吸信号的心跳呼吸监测单元8、用于采集脉搏信号的脉搏监测单元9、用于采集体温信号的体温监测单元10以及用于采集血压的血压监测单元11，五者均可装设于可穿戴设备上。本实施例中，体温监测单元10以及心跳呼吸监测单元8设置于体征衣上，脉搏监测单元9以及血压监测单元11设置于手环上；蓝牙/wifi模块7设置于手环和/或体征衣上，并用于与生命体征模拟分系统2建立wifi/蓝牙通信链路13。
44.与生命体征监测分系统1对应地，生命体征模拟分系统2可包括心跳呼吸模拟单元6。心跳呼吸模拟单元6用于根据接收到的心跳呼吸信号对应开启具有反射平面的金属片/板14或者金属网22的规律运动以模拟频率信号。在不同的实施场景中，心跳呼吸模拟单元6可以根据实际的，救援装置(救援背包等)的结构空间大小，选择不同的结构，心跳呼吸模拟单元6包括以下至少一种：
45.方式一：参见图2，包括金属片/板14、导轨15以及往复驱动机构16，金属片/板14通过支架卡设连接于导轨15内，并在往复驱动机构16的驱动下沿导轨15做往复运动。往复驱动机构16可以采用旋转螺杆与滑块配合滑动的结构，也可以采用其他的常见的往复驱动结构，只要可以达到金属片/板14做往复运动即可，往复运动的行程和周期可以通过远程开关控制电机控制螺杆按照周期时间间隔切换正反转来实现。金属片/板14在导轨15上往返运动，为一维线性运动的模拟，其往返的量程、往返的周期可调，以实现心跳、呼吸、肢体微动等生命体征强弱的模拟；这种实现方式下，导轨15方向正指向雷达来波方向时，反射最强、效果最佳。
46.方式二：参见图3，包括金属片/板14、摆臂17以及摆动驱动机构18，金属片/板14固定连接于摆臂17上，并在摆动驱动机构18的驱动下沿摆臂17的固定端做往复摆动。摆动驱动机构18可以采用转动的伺服电机结构；也可以使用弹性摆动装置实现。金属片/板14固定在一摆臂17上随摆臂17摆动，也属于一维线性运动的模拟。调整或者设定摆臂17的幅度、频率的变化，可以实现心跳、呼吸、肢体微动等生命体征的强弱的模拟；这种实现方式下，摆动方向正指向雷达来波方向时，反射最强、效果最佳。
47.方式三：参见图4至图7，包括一块以上的金属片/板14、转轴19、转盘20以及旋转驱
动机构21，一块以上的金属片/板14通过转轴19安装在转盘20上，转盘20与旋转驱动机构21连接并在旋转驱动机构21的驱动下做旋转运动。旋转驱动机构21可以采用转速可调的电机实现。一块或多块金属片，固定在一旋转轴19上，旋转轴19的转速可调，可实现心跳、呼吸、肢体微动等生命体征的强弱的模拟。特别指出的是，为减小体积、增强对电磁波反射能力，可以把金属片折成二面角，二面角的角度、窄边宽度等需要调整以适应对电磁波的反射效果。例如，可以设置金属片/板14的数量为两块以上，两块以上的金属片/板14固定在转轴19上后沿径向的截面为十字(图4-图5)，工字(图6)或者正向的卍字或者反向的卍字(图7)。其中，工字的上下两短边为《或者》形。这种实现方式下，各形状中，各金属片/板14的角度(例如《或者》形的夹角大小)、窄边宽度(或者长边长度等影响反射的面积的参数)等可以根据实际的安装空间以及适合场景的类型，可能通信的距离等具体需要进行调整适应，以获得更好的对探测电磁波(来自生命探测仪)的反射效果。360
°
全方位对雷达波的反射效果一致性好，即具有全向性的优势。
48.方式四：参见图8，金属网22、胶皮球23以及充放气装置24，金属网22贴敷在可通过充放气而扩张或者收缩的胶皮球23上，胶皮球23与充放气装置24连通并通过充放气装置24充气或者放气进行扩张或者收缩。充气装置可以通过自动小型气泵实现。
49.在一些实施方式中，生命体征模拟分系统2包括体温模拟单元5，体温模拟单元5包括两个以上铝壳功率电阻，两个以上的(本实施例为两个，实际使用时可以根据情况在串联线路中增加个数)铝壳功率电阻按照设定的间距布置或者贴敷在生命体征模拟分系统2外壁或者穿戴者体表外衣表面并串联成环形电路；环形电路设有第一开关。借助铝壳功率电阻升温快、功耗低的优势，形成与周围环境温差，即可被由红外生命探测仪快速检测到。与现有对铝片/铜片加热的方案相比，具有加热更集中、升温更快、温度更易于保持等特性，功耗也大大降低，可有效延长生命体征模拟分系统2的续航时长。
50.在一些实施方式中，生命体征模拟分系统2包括声音/震动模拟单元4，声音/震动模拟单元4包括存储有敲击震动声或者呼喊声的音频的存储器，以及音频播放器，存储器以及音频播放器通过第二开关控制播放或者停止。
51.本实施例的救援用生命体征模拟与监测系统，还包括电源分系统，电源分系统为整机系统工作提供电源供应。
52.针对施救、训练参与人员一旦被埋压，其与外部的通信联络中断，外部指控部门无法获取其埋压的位置、深度等信息，无法获取其生命体征如心跳、呼吸、血压、脉搏、体温等信息，无从着手开展搜索救援工作。本实用新型的救援用生命体征模拟与监测系统，由施救、训练人员随身携带，可在其遇险被困时，及时发出信号与外部指控部门联系，随后指控部门可获取遇险被困人员的心跳、呼吸、血压、脉搏、体温等生命体征信息，并可控制生命体征模拟分系统2，开启发出模拟人体生命体征的心跳、呼吸、体温、声音/震动等信号，这些信号针对雷达生命探测仪、红外生命探测仪、音频/震动生命探测仪的工作原理而设计(可以根据携带的生命探测仪的类型开启对应的生命体征模拟分系统2的各单元)，为及时快速展开搜救并最大限度救出被困目标提供支持；可控制其各个模组的开/关，起到节省功耗、延长工作时间、更好的服务于生命探测仪搜索需求的作用。
53.本实用新型将适合于单兵携带的生命体征模拟与生命体征监测功能集成起来，在施救、训练人员执行任务的过程中，如发生二次坍塌、次生灾害而被埋压受困时，外部指控
部门可实时获取被困人员的生命体征信息，可控制生命体征模拟分系统2工作，使其配合雷达、音频/震动、视频/红外等生命探测仪，能快速的发现定位受困人员的位置，为救援提供精准、高效的支持。
54.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种救援用生命体征模拟与监测系统，其特征在于，包括：生命体征监测分系统(1)、生命体征模拟分系统(2)、以及通信控制链路(3)；所述生命体征监测分系统(1)通过监测单元采集生命体征信息并发送给生命体征模拟分系统(2)；生命体征模拟分系统(2)接收来自生命体征模拟分系统(2)采集的生命体征信息，将所述生命体征信息放大和/或转化成生命体征模拟信息，并通过通信控制链路(3)与外部设备通信，以将所述生命体征信息和\或生命体征模拟信息传输至外部设备；其中，所述生命体征模拟信息包括便于生命探测仪探测的低频宽带电磁波信号、声音及温度中的至少一种。2.根据权利要求1所述的救援用生命体征模拟与监测系统，其特征在于，所述通信控制链路(3)包括：低频强穿透通信链路(12)和wifi/蓝牙通信链路(13)；所述低频强穿透通信链路(12)通过uhf频段的收发装置以及收发天线，将生命体征信息和\或生命体征模拟信息向外部设备发送，或者接收来自外部设备的控制信号；所述wifi/蓝牙通信链路(13)连接于生命体征模拟分系统(2)以及生命体征监测分系统(1)之间。3.根据权利要求2所述的救援用生命体征模拟与监测系统，其特征在于，所述生命体征监测分系统(1)，包括蓝牙/wifi模块(7)、用于采集心跳和呼吸信号的心跳呼吸监测单元(8)、用于采集脉搏信号的脉搏监测单元(9)、用于采集体温信号的体温监测单元(10)以及用于采集血压的血压监测单元(11)；所述体温监测单元(10)、所述心跳呼吸监测单元(8)、所述脉搏监测单元(9)以及血压监测单元(11)均设置于可穿戴装备上；所述蓝牙/wifi模块(7)也设置于可穿戴装备上，并用于与所述生命体征模拟分系统(2)建立wifi/蓝牙通信链路(13)。4.根据权利要求3所述的救援用生命体征模拟与监测系统，其特征在于，所述生命体征模拟分系统(2)包括心跳呼吸模拟单元(6)；所述心跳呼吸模拟单元(6)用于根据接收到的心跳呼吸信号对应开启具有反射平面的金属片/板(14)或者金属网(22)的规律运动以模拟频率信号。5.根据权利要求4所述的救援用生命体征模拟与监测系统，其特征在于，所述心跳呼吸模拟单元(6)包括以下至少一种：方式一：包括金属片/板(14)、导轨(15)以及往复驱动机构(16)，所述金属片/板(14)通过支架卡设连接于所述导轨(15)内，并在往复驱动机构(16)的驱动下沿所述导轨(15)做往复运动；方式二：包括金属片/板(14)、摆臂(17)以及摆动驱动机构(18)，所述金属片/板(14)固定连接于摆臂(17)上，并在摆动驱动机构(18)的驱动下沿所述摆臂(17)的固定端做往复摆动；方式三：包括一块以上的金属片/板(14)、转轴(19)、转盘(20)以及旋转驱动机构(21)，所述一块以上的金属片/板(14)通过转轴(19)安装在转盘(20)上，转盘(20)与旋转驱动机构(21)连接并在旋转驱动机构(21)的驱动下做旋转运动；方式四：金属网(22)、胶皮球(23)以及充放气装置(24)，所述金属网(22)贴敷在可通过充放气而扩张或者收缩的胶皮球(23)上，所述胶皮球(23)与充放气装置(24)连通并通过充
放气装置(24)充气或者放气进行扩张或者收缩。6.根据权利要求5所述的救援用生命体征模拟与监测系统，其特征在于，所述方式三中，金属片/板(14)的数量为至少两块，多块金属片/板(14)固定在转轴(19)上后沿径向的截面为十字、工字、正向的卍字或反向的卍字。7.根据权利要求6所述的救援用生命体征模拟与监测系统，其特征在于，所述工字的上下两短边为角度和方向可调的<或者>形。8.根据权利要求1至7中任一项所述的救援用生命体征模拟与监测系统，其特征在于，所述生命体征模拟分系统(2)包括体温模拟单元(5)，所述体温模拟单元(5)包括至少两个铝壳功率电阻，多个所述铝壳功率电阻按照设定的间距布置或者贴敷在生命体征模拟分系统(2)外壁或者穿戴者体表外衣表面并串联成环形电路；所述环形电路设有第一开关。9.根据权利要求1至7中任一项所述的救援用生命体征模拟与监测系统，其特征在于，所述生命体征模拟分系统(2)包括声音/震动模拟单元(4)，所述声音/震动模拟单元(4)包括存储有预设音频的存储器，以及音频播放器，所述存储器以及音频播放器通过第二开关控制播放或者停止。10.根据权利要求9所述的救援用生命体征模拟与监测系统，其特征在于，所述预设音频包括敲击震动声或呼喊声。

技术总结
本实用新型公开了一种救援用生命体征模拟与监测系统，包括：生命体征监测分系统、生命体征模拟分系统、以及通信控制链路；生命体征监测分系统通过设置于手环和/或体征衣上的监测单元采集生命体征信息并发送给生命体征模拟分系统；生命体征模拟分系统接收来自生命体征模拟分系统采集的生命体征信息，将生命体征信息放大和/或转化成生命探测仪易于检测的包括低频宽带电磁波、敲击震动声和\或温度的生命体征模拟信息，并通过通信控制链路与外部通信，以将生命体征信息和\或生命体征模拟信息传输至控制终端。本实用新型能配合受困人员的位置被快速的发现，为救援提供精准、高效的支持。持。持。


技术研发人员：王生水 韩明华 周小飞 王正军 李元勇
受保护的技术使用者：湖南华诺星空电子技术有限公司
技术研发日：2022.09.29
技术公布日：2023/8/17