專利名稱：潛水減壓方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及常規(guī)潛水作業(yè)減壓領域，尤其涉及一種潛水減壓方案的實時計算方法和利用所述潛水減壓方案計算方法的潛水減壓系統(tǒng)。
背景技術：
潛水員進行潛水作業(yè)或高氣壓暴露時，機體內將溶解大量的惰性氣體，惰性氣體溶解入體內逐漸累積，達到溶解氣體的張力與外界環(huán)境中該氣體的分壓相平衡的狀態(tài)(即 “飽和”)。若此時使外界氣壓降低(“減壓”)或外界總氣壓雖不降低，但該種惰性氣體的比例減小(被別種氣體所替代)，則先前已溶解于體內的惰性氣體的張力將高于外界環(huán)境中該氣體的分壓(即“過飽和”)，當減壓的速度和幅度都控制在適當?shù)姆秶鷥?，保持體內惰性氣體張力高于外界環(huán)境總氣壓不超過一定的比值，在體液和組織內保持著過飽和溶解狀態(tài)(“安全過飽和”)，過飽和溶解的氣體可通過循環(huán)和呼吸系統(tǒng)從溶解狀態(tài)向外界環(huán)境擴散成自由氣體，直至內外平衡(即“安全脫飽和”)。使體內溶解的惰性氣體安全脫飽和的減壓稱為安全減壓。若減壓速度過快、幅度過大(“減壓不當”)，則溶解在體內的氣體來不及通過循環(huán)呼吸系統(tǒng)擴散排出，而在體液、組織內逸出成自由氣體，即原地生成氣泡，就可能致病(“減壓病”)。在潛水作業(yè)，高氣壓治療或高壓氧治療時，為安全排除身體組織內過多的氮氣，潛水人員必須在上升途中在某些特定深度，作短暫停留，停留之處稱之為減壓站 (即停留站)，所停留的時間以分鐘為單位。減壓時安全過飽和狀態(tài)的維持，不取決于所減掉壓力的絕對值(即不決定于減掉幾個大氣壓力)而取決于減壓后氮張力與外界環(huán)境絕對壓力的比值。只要把該比值控制在一定范圍內，即使速度快些也不會產生減壓病，這個系數(shù)稱為氮的安全過飽和系數(shù)。空氣潛水水下階段減壓表就是根據(jù)氮氣在機體組織內飽和與脫飽和的規(guī)律，按假定時間單位的不同，整個機體被分為不同種類理論組織，遵照安全過飽和原則，選取合適的氮過飽和安全系數(shù)進行計算得出的。具體可請參見海軍醫(yī)學研究所吳生康在《海軍醫(yī)學雜志》1999年第20卷第2期發(fā)表的《我國常規(guī)空氣潛水減壓表現(xiàn)狀分析與設想》一文。但現(xiàn)有的常規(guī)潛水減壓表提供的減壓方案只能對單一深度、單一時間的潛水作業(yè)進行安全指導，即現(xiàn)有的潛水減壓方案，一般僅限于在某一深度進行一定時間的作業(yè)后，即從該深度逐站減壓、停留、上升，直至出水，在此過程中不涉及從較淺的深度，下降到較深的深度再上升到較淺深度的情況，所以，不能根據(jù)具體情況實時調整減壓方案。且提供的減壓方案沒有根據(jù)海拔高度對潛水深度及停留站深度進行修正，因而不能完全有效的防止減壓病。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種潛水減壓方法，能根據(jù)具體情況實時調整減壓方案，且在計算減壓方案時，根據(jù)海拔高度對潛水深度及停留站深度進行修正，可以有效預防潛水作業(yè)造成的減壓病。
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為了解決以上技術問題，本發(fā)明提供了一種潛水減壓方法，包括如下步驟(1)定時采集當前的深度信號；(2)根據(jù)當前的深度信號及水下停留時間，利用何爾登減壓理論，計算減壓方案；(3)判斷當前的深度是否淺于減壓方案中下一個停留站的深度，若否，則返回步驟 (1)，若是，則報警。本發(fā)明還提供了一種潛水減壓系統(tǒng)，包括深度傳感器，用于定時采集深度信號；信號采集卡，其輸入端與所述深度傳感器輸出端連接，用于采集深度傳感器的輸出信號；數(shù)據(jù)輸入模塊，其輸入端與所述信號采集卡的輸出端連接，用于將深度信號輸入到數(shù)據(jù)處理模塊；所述數(shù)據(jù)處理模塊，其輸入端與所述數(shù)據(jù)輸入模塊的輸出端連接，用于對深度信號進行處理，計算實時減壓方案；數(shù)據(jù)輸出模塊，其輸入端與所述數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端連接，用于輸出所述的實時減壓方案。本發(fā)明的潛水減壓方案計算方法具有以下優(yōu)點1、根據(jù)實際潛水情況，定時計算矯正減壓方案，做到實時可靠；2、根據(jù)海拔高度進行調整，使減壓方案也適合高原潛水；3、呼吸氣體中氮的體積百分比可根據(jù)實際使用氣體預先設定值，設定范圍為 68% 80% ；本發(fā)明中利用該計算方法的潛水減壓系統(tǒng)，具有詳細顯示各停留站參數(shù)的功能， 讓潛水員清楚地了解完成本次潛水所需剩余時間等相關信息。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖1是本發(fā)明潛水減壓方法的一個具體實施例；圖2是本發(fā)明潛水減壓系統(tǒng)的一個具體實施例；圖3是本發(fā)明顯示模塊顯示內容的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的潛水減壓系統(tǒng)主要包括深度傳感器，用于定時采集深度信號；信號采集卡，用于采集深度傳感器的輸出信號；數(shù)據(jù)輸入模塊，用于將深度信號輸入到數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊，用于對深度信號進行處理，計算實時減壓方案；數(shù)據(jù)輸出模塊，用于向潛水者輸出實時減壓方案。如圖2所示，本發(fā)明潛水減壓系統(tǒng)的一種較佳的實施方式還包括與數(shù)據(jù)輸出模塊連接的顯示模塊，用于顯示所述的實時減壓方案；和報警模塊，用于對不符合減壓方案的情形或超過安全極限深度的情形進行報警(報警方式可以是聲音報警或者警燈提示等多種方式)。本發(fā)明的潛水減壓方法，包括如下步驟(1)定時采集當前的深度信號；( 根據(jù)當前的深度信號及水下停留時間，利用“氮過飽和安全系數(shù)”理論計算減壓方案；(3)判斷當前的深度是否淺于減壓方案中下一個停留站的深度，若否，則返回步驟(1)，若是，則報警。優(yōu)選地，步驟( 完成后還包括顯示減壓方案的具體步驟。進一步地，顯示減壓方案的具體步驟，包括顯示各停留站深度，各停留站所需停留的時間，及減壓方案總停留時間等信息。優(yōu)選地，步驟(1)的定時采集為通過深度傳感器每隔0. 5 1. 5分鐘采集一次深
度信號。優(yōu)選地，步驟( 包括對機體各理論組織(具有相似吸收和排放氮速率的組織) 作氮張力累計的計算，得到各理論組織累計的氮張力值；根據(jù)所述各理論組織累計的氮張力值，按照潛水的最大深度計算各理論組織的相對停留時間；根據(jù)所述各理論組織的相對停留時間中最長相對停留時間、潛水的最大深度和當前深度信號選擇氮過飽和安全系數(shù)； 根據(jù)氮過飽和安全系數(shù)計算減壓方案。優(yōu)選地，開始步驟O)前應對當前的深度信號進行矯正，矯正的公式如下Dt = Dp—式中Dt為理論深度，單位為m ；Dp為實際潛水深度(相對于實際海拔地區(qū))，單位為m ；Ps為海平面大氣壓，單位為kPa ；Ph為實際海拔地區(qū)大氣壓，單位為kPa。優(yōu)選地，減壓過程中呼吸氣體氮體積百分比范圍為68^-80 ^如圖1所示，為本發(fā)明的潛水減壓方法的一個具體實施例。本實施例設定的減壓計算中理論組織分為16類，分別為5min(分鐘)，10min， 20min,30min,40min,50min,60min,70min,80min,90min,IOOmin,IlOmin,120min,130min, 140min, 150min。分類中各個時間為半飽和時間，完全飽和所需時間=該組織半飽和時間X6。如半飽和時間為5min時的理論組織包括血液、淋巴等；半飽和時間為10分鐘的理論組織包括神經系統(tǒng)的灰質、腺體等；半飽和時間為20分鐘的理論組織包括肌肉等；半飽和時間為40分鐘的理論組織包括脂肪組織和神經系統(tǒng)的白質等。所述理論組織的分類不是絕對的，是本領域的技術人員根據(jù)實際情況或假定情況所作的分類，理論組織的分類不影響本發(fā)明的計算，但是理論組織分得越多、越準確，得到的相應的減壓方案也越準確。在本發(fā)明實施例中，為保證潛水工作人員的安全，從較深的深度上升到較淺的深度，上升速度不能超過lOm/s。第一停留站深度為!Μ的整數(shù)倍，以后各站以!Μ間距遞減。減壓總時間包括上升至第一停留站時間及各停留站停留時間。為了避免潛水員在水下發(fā)生氧中毒，呼吸氣體中氮的體積百分比范圍為68% 80%。當然，如果呼吸氣體中的惰性氣體，不一定為氮，也可以為氬或氦等其它惰性氣體。其它惰性氣體的體積百分比也可以選擇為68% 80%。當潛水員入水Im后開始計時，開始減壓后水深傳感器每Imin采集一次當前深度信號，因為減壓方案的計算中，存在小數(shù)點后的取舍原因，如果計算過于頻繁，就會導致由于小數(shù)點的取舍累計而造成方案的偏差，而如果計算間隔太長，又會造成提供給潛水員的減壓信息不及時，不安全。所以為了保證減壓方案的實時性、安全性，讓潛水員獲得最新的減壓信息，該程序較佳為Imin計算一次。然后對當前的深度信號進行矯正，矯正的公式如下
PsDt = Dp ——
t^Ph式中Dt為理論深度，單位為m ；Dp為實際潛水深度，單位為m ；Ps為海平面大氣壓，單位為kPa ；Ph為實際海拔地區(qū)大氣壓，單位為kPa。例如在高原情形下，Ph即為高原海拔地區(qū)大氣壓。完成矯正后計算減壓方案，包括對機體各理論組織作氮張力累計的計算，得到各理論組織累計的氮張力值；根據(jù)潛水的最大深度和所述各理論組織累計的氮張力值計算各理論組織的相對停留時間；根據(jù)所述潛水的最大深度、當前深度和所述各理論組織的相對停留時間中最長相對停留時間，選擇氮過飽和安全系數(shù)；根據(jù)氮過飽和安全系數(shù)計算減壓方案。氮過飽和安全系數(shù)表參考計算《laii 60m空氣潛水水下階段減壓表》時所選擇的氮過飽和安全系數(shù)，所述氮過飽和安全系數(shù)表是通過實際測量得到的，具體的，請參見 《海軍醫(yī)學雜志》2008年12月第四卷第4期，295頁-298頁。1、機體各理論組織累計氮張力的計算(1)第一分鐘機體各理論組織的氮張力TNT1 = W1ZlOXn2Vo X (1-0. 51/AT) +0. 8TNT1——第一分鐘機體各理論組織的氮張力；WD1——第一分鐘深度，信號值除以3的商四舍五入取整后再乘以3的積，單位m ；N2%——呼吸氣氮體積百分比；AT——機體各理論組織的半飽和時間。(2)第二分鐘機體各理論組織的累積氮張力TNT2 = TNT1- [TNT1- (WD2+10) /10 X N2 % ] X (1-0. 51/AT)TNT2—第二分鐘機體各理論組織的累積氮張力；WD2——第二分鐘深度，信號值除以3的商四舍五入取整后再乘以3的積，單位m。(3)第三分鐘機體各理論組織的累積氮張力TNT3 = TNT2- [TNT2- (WD3+10) /10 X N2 % ] X (1-0. 51/AT)WD3——第3分鐘深度，單位m。(4)第η分鐘起機體各理論組織的累積氮張力TNTn = TNTn^1- [TNTn_r (WDn+10) /10 X N2 % ] X (1-0. 5Τ/ΑΤ)TNTn~第η分鐘機體各理論組織的累積氮張力；WDn~第η分鐘深度，信號值除以3的商四舍五入取整后再乘以3的積，單位m。2、相對停留時間的計算(I)RP = (TNTn-O. 8) X 10/(N2% XffDx)
RP——相對飽和百分數(shù)，如RP彡1，則不計算該類組織的相對停留時間；WDx——代表到當前為止，WDn的最大值；(2) RST = ATXLogO. 5 (I-RP)RST——各理論組織相對停留時間，即在某一深度，各理論組織相對于潛水的最大深度的相對停留時間。3、氮過飽和安全系數(shù)的選擇SC(X) = Α(α，β，y)SC (χ)——過飽和安全系數(shù)數(shù)組；A——過飽和安全系數(shù)表α——潛水的最大深度；β——各理論組織的相對停留時間中最長相對停留時間；γ——當前深度。如最大深度為19m，最長相對停留時間為215min，當前深度為8m，則從附表中首先選擇與最大深度最接近的深度和與最長相對停留時間最接近的時間，如21m/M0min，最接近的深度和最接近的時間確定一行過飽和安全系數(shù)數(shù)值，根據(jù)當前深度從9m，找到與當前深度最接近的深度，從最接近的深度這一列開始，從左至右進行選擇，計算所需的過飽和安全系數(shù)數(shù)值為1.35、1.46、1.61。3、減壓方案的計算根據(jù)何爾登(Haldane)減壓理論，利用上述氮過飽和安全系數(shù)實時計算各停留站深度及其停留時間。然后通過顯示模塊顯示減壓方案的信息，如圖3所示，包括顯示當前深度、當前時間，減壓方案中的各停留站、各停留站所需停留時間、減壓方案總停留時間等。與顯示同時，將當前深度與減壓方案中下一停留站的深度比較，若不淺于下一停留站(即潛水員按計劃進行上升減壓)，則返回采集深度信號的步驟，若淺于下一停留站 (即可能發(fā)生某一停留站未按計劃停留減壓)，則進行聲音報警。另外，本發(fā)明在超過安全深度時，也會進行聲音報警。本系統(tǒng)用于常規(guī)潛水作業(yè)的減壓指導。系統(tǒng)可在潛水深度40m以淺、潛水位置相對不固定(水下游弋狀態(tài))、長時間(<=IOh)、黑暗環(huán)境的條件下，進行實時計算，提供減壓方案，正確地指導潛水員減壓上升，避免其發(fā)生減壓病。
權利要求
1.一種潛水減壓方案的實時計算方法，其特征在于，包括如下步驟(1)定時采集當前深度信號；(2)根據(jù)當前深度及水下停留時間，利用何爾登減壓理論，實時計算減壓方案；(3)判斷當前的深度是否淺于減壓方案中下一個停留站的深度，若否，則返回步驟(1)，若是，則報警。
2.如權利要求1所述的潛水減壓方案的實時計算方法，其特征在于，步驟(2)完成后還包括顯示具體的實時減壓方案。
3.如權利要求2所述具體的實時減壓方案，其特征在于，具體的實時減壓方案包括各停留站深度，各停留站所需停留的時間，及減壓總時間。
4.如權利要求1所述的潛水減壓方案的實時計算方法，其特征在于，步驟(1)所述的定時采集為每隔0. 5 1. 5分鐘采集一次。
5.如權利要求1所述的潛水減壓方案的實時計算方法，其特征在于，入水1分鐘后開始采集當前深度信號。
6.如權利要求1至5任一項所述的潛水減壓方案的實時計算方法，其特征在于，步驟(2)包括對機體各理論組織(具有相似吸收和排放氮速率的組織)作氮張力累計的計算， 得到各理論組織累計的氮張力值；根據(jù)所述各理論組織累計的氮張力值，按照潛水的最大深度計算各理論組織的相對停留時間；根據(jù)所述各理論組織的相對停留時間中最長相對停留時間、潛水的最大深度和當前深度信號選擇氮過飽和安全系數(shù)；根據(jù)氮過飽和安全系數(shù)計算減壓方案。
7.如權利要求6所述的潛水減壓方案的實時計算方法，其特征在于，相對停留時間的計算公式為(1)RP= (TNTn-O. 8) X 10/(N2% XffDx)RP為相對飽和百分數(shù)，如RP ^ 1，則不計算該類組織的相對停留時間； TNTn——各理論組織的累計氮張力； N2%——呼吸氣體中氮的體積百分比； WDx——代表到當前為止，潛水的最大深度；(2)RST = ATXLogO. 5 (I-RP)RST為各理論組織相對停留時間，即在某一深度，各理論組織相對于潛水的最大深度的相對停留時間；AT——各理論組織的半飽和時間。
8.如權利要求6所述的潛水減壓方案的實時計算方法，其特征在于，開始步驟(2)前應對當前的深度信號進行矯正，矯正的公式如下
9.如權利要求6所述的潛水減壓方案的實時計算方法，其特征在于，減壓過程中呼吸氣體中惰性氣體的體積百分比范圍為68^-80 ^
10.如權利要求9所述的潛水減壓方案的實時計算方法，其特征在于，所述惰性氣體為氮。
11.一種潛水減壓系統(tǒng)，其特征在于，包括 深度傳感器，用于定時采集深度信號；信號采集卡，其輸入端與所述深度傳感器輸出端連接，用于采集深度傳感器的輸出信號；數(shù)據(jù)輸入模塊，其輸入端與所述信號采集卡的輸出端連接，用于將深度信號輸入到數(shù)據(jù)處理模塊；所述數(shù)據(jù)處理模塊，其輸入端與所述數(shù)據(jù)輸入模塊的輸出端連接，用于對深度信號進行處理，計算實時減壓方案；數(shù)據(jù)輸出模塊，其輸入端與所述數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端連接，用于輸出所述的實時減壓方案。
12.如權利要求11所述的潛水減壓系統(tǒng)，其特征在于，還包括顯示模塊，其輸入端連接所述數(shù)據(jù)輸出模塊，用于顯示所述的實時減壓方案。
13.如權利要求11所述的潛水減壓系統(tǒng)，其特征在于，還包括報警模塊，其輸入端連接所述數(shù)據(jù)輸出模塊，用于對不符合減壓方案的情形或超過安全極限深度的情形進行報警。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種潛水減壓方案的實時計算方法，包括定時采集當前深度；根據(jù)當前深度及水下停留時間，利用何爾登減壓理論，實時計算減壓方案；判斷當前的深度是否淺于減壓方案中下一個停留站的深度，如果否，則返回第一步，若是，則報警。本發(fā)明還公開了一種潛水減壓系統(tǒng)，包括深度傳感器，信號采集卡，數(shù)據(jù)輸入模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，和數(shù)據(jù)輸出模塊。本發(fā)明具有以下優(yōu)點根據(jù)實際潛水情況，定時計算矯正減壓方案，做到實時可靠；根據(jù)海拔高度進行調整，使減壓方案也適合高原潛水；具有詳細顯示各停留站深度及其停留時間的功能，讓潛水員清楚地了解完成本次潛水所需剩余時間等相關信息。
文檔編號B63C11/32GK102190077SQ201010128860
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權日2010年3月19日
發(fā)明者付國舉, 姚健, 孫永軍, 廖昌波, 方以群, 李慈, 陳杰, 陳海庭, 魯剛 申請人:中國人民解放軍海軍醫(yī)學研究所