Методика проведения испытаний средств защиты органов дыхания Российский патент 2020 года по МПК A62B15/00 A62B27/00 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Разработанная методика относится к области испытания (проверки) индивидуальных средств защиты органов дыхания человека, респираторов, противогазов и самоспасателей для защиты органов дыхания человека (далее - СИЗОД).

2. Уровень техники

На настоящий момент известны два способа определения качества средств защиты органов дыхания, описанные в ГОСТ 12.4.288-2015 «Межгосударственный стандарт. Система стандартов безопасности труда. СРЕДСТВА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ АВТОНОМНЫЕ ИЗОЛИРУЮЩИЕ», ГОСТ 12.4.290-2015 «Межгосударственный стандарт. Система стандартов безопасности труда. АВТОНОМНЫЕ ИЗОЛИРУЮЩИЕ СРЕДСТВА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ», ГОСТ 12.4.291-2015 «Межгосударственный стандарт. Система стандартов безопасности труда. АВТОНОМНЫЕ ИЗОЛИРУЮЩИЕ СРЕДСТВА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ», ГОСТ 12.4.292-2015 «Межгосударственный стандарт. Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты органов дыхания. ИЗОЛИРУЮЩИЕ САМОСПАСАТЕЛИ С ХИМИЧЕСКИ СВЯЗАННЫМ ИЛИ СЖАТЫМ КИСЛОРОДОМ», ГОСТ 12.4.295-2015 «Межгосударственный стандарт. Система стандартов безопасности труда. СРЕДСТВА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ», ГОСТ Р 12.4.294-2013 (ЕН 403:2004) «Система стандартов безопасности труда (СББТ). Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Самоспасатель фильтрующий с капюшоном для защиты персонала опасных производственных объектов от химически опасных веществ и продуктов горения. Общие технические требования. Методы испытаний. Маркировка», ГОСТ Р ЕН 404-2011 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Самоспасатель фильтрующий для защиты от монооксида углерода с загубником. Общие технические условия».

Указанные выше методы можно условно разделить на два вида испытания:

Первый вид – проведение испытаний на установке «Искусственные легкие» по ГОСТ 12.4.292, который заключается в настройке стенда на определенный режим и присоединении исследуемого СИЗОД. Недостатком данного способа является отсутствие соответствия настроенного режима реальному дыханию человека, выполняющего физические упражнения, использующего в СИЗОД.

Второй вид заключается в проведении испытания СИЗОД испытателями-добровольцами. Недостатками указанного способа испытания СИЗОД являются – субъективность и уникальность (отсутствие свойства повторяемости эксперимента), что существенно осложняет процесс испытаний и проверки параметров СИЗОД. Фильтрующие СИЗОД не используют данный метод испытаний.

Существующие нормативно-правовые акты, которые регламентируют проверку параметров СИЗОД, не учитывают индивидуальные физические параметры человека, использующего СИЗОД, и изменение его параметров при динамических нагрузках.

Используемым на настоящий момент арсеналом технических средств и приемов невозможно точно определить фактическое время защитного действия (далее – ВЗД) СИЗОД в реальных условиях, в виду несоответствия заданных (задаваемых) параметров реально осуществляемым нагрузкам, а также субъективным оценкам испытателей, осуществляющих испытание СИЗОД.

Существует ряд вероятных режимов эксплуатации СИЗОД в условиях, проверка которых либо не прописана в ГОСТах либо невозможна с использованием метода испытания добровольцами – испытателями, в связи с условиями испытаний или повышенным риском для здоровья и жизни, такими как:

- проведение испытаний СИЗОД, когда время работы может превышать 4 и более часов, а также на предельно возможных нагрузках;

- обеспечение повторяемости измерений (создание одинаковых параметров внешнего дыхания человека) при проведении испытаний, а также объективного сравнения характеристик СИЗОД различных партий, видов и производителей;

- проверка максимального ВЗД;

- проверка защитных характеристик СИЗОД при динамической нагрузке (например, характерной конкретному маршруту эвакуации).

На настоящий момент не решенными остаются следующие проблемы:

- не проверяются защитные характеристики СИЗОД при эксплуатации в динамическом режиме, понимаемым как переменная нагрузка пользователя на СИЗОД в реальных условиях;

- отсутствие рекомендаций и правил использования СИЗОД человеком в динамическом режиме работы, по отношению к изменяющимся свойствам СИЗОД при этом;

- отсутствует зависимость изменений характеристик СИЗОД от условий эксплуатации, кроме крайне простых, определенных в стандартах (нет зависимости работы СИЗОД от состояния человека, параметров окружающей среды, вибрации оборудования и т.п.).

Представленная методика испытаний СИЗОД, решает техническую и эксплуатационную проблему определения адекватного ВЗД СИЗОД для заданного набора нагрузок или работ, который должен быть выполнен человеком с использованием данного СИЗОД. Ранее проблема не могла быть решена из-за недостаточного уровня развития техники и технологий.

3. Раскрытие сущности изобретения

Представленная в настоящем изобретении методика позволяет проводить испытания СИЗОД для определения времени его защитного действия и характера функционирования в условиях, соответствующим реальным динамическим нагрузкам на человека.

Сущность настоящего изобретения заключается в применении ранее не используемого способа испытания СИЗОД. Методика испытания СИЗОД устанавливает порядок проведения испытаний, проводимых последовательно. Испытания проводятся с участием испытателей-добровольцев, выполняющих комплекс нагрузок, максимально приближенных к реальным условиям эксплуатации СИЗОД, с использованием устройства, регистрирующего биометрические параметры человека (далее - РБПЧ), с записью, хранением и обработкой полученных данных на программно-аппаратном комплексе (далее - ПАК) и дальнейшим переносом полученной информации на стенд имитации внешнего дыхания человека (далее - ИВД), предназначенного для испытания СИЗОД, для определения фактического ВЗД.

Методика испытания СИЗОД, описанная выше, может также проводиться в опасных для жизни и здоровья человека условиях, путем помещения ИВД, испытывающего СИЗОД в опасные для жизни и здоровья условия, для определения фактического ВЗД в таких условиях.

В настоящем описании используются следующие термины:

Комплекс нагрузок – действия испытателя, имитирующие реально выполняемые работы человеком в СИЗОД. Комплекс нагрузок формируется исходя из реально существующих нагрузок на человека, проводящего какую – либо работу в СИЗОД.

Испытатель – человек, имеющий практический опыт в использовании СИЗОД и по роду деятельности использующий СИЗОД, допущенный к испытаниям медицинским работником, а также изучивший руководство по эксплуатации СИЗОД.

Динамическая нагрузка – изменение основных параметров дыхания человека, при выполнении им работы в реальных условиях.

Биометрические данные – данные испытателя, такие как глубина и частота дыхания, пульс, газообмен, и др.

Регистратор биометрических параметров человека (РБПЧ) – устройство, позволяющее регистрировать биометрические параметры человека во время выполнения комплекса нагрузок. Регистратор может фиксировать параметры дыхания, пульс и прочее. Помимо этого, РБПЧ создает условия дыхания, близкие к условиям дыхания в реальном СИЗОД. РБПЧ может быть представлен в виде имитаторов различных СИЗОД.

Программно-аппаратный комплекс (ПАК), позволяющий принимать обрабатывать и хранить данные, полученные в результате тренировки, и состоящий из персонального компьютера, средства радиокоммуникации с одним или несколькими РБПЧ одновременно, а также программного обеспечения предоставляющего необходимый функционал работы с данными.

Стенд имитации внешнего дыхания человека (ИВД), который обеспечивает воспроизведение данных, полученных от испытателя, с помощью РБПЧ, его функционал и параметры описаны в Патенте на полезную модель №186698.

4. Осуществление изобретения

Методика испытания средств индивидуальной защиты органов дыхания человека относится к области испытания (проверки) СИЗОД. Методика позволяет оценить защитные свойства СИЗОД, посредством определения его времени защитного действия и характера функционирования, соответствующего реальным условиям эксплуатации, обеспечивая условия повторяемости эксперимента и исключения влияния субъективных эффектов на результаты.

Цель изобретения – обеспечить возможность определения динамических и эксплуатационных характеристик СИЗОД по отношению к реальным физиологическим параметрам человека, выполняющего реальную работу и использующего СИЗОД.

Технический эффект – создание технического комплекса, реализующего данную методику и состоящего из Автономного регистратора биометрических параметров человека (РБПЧ), программно-аппаратного комплекса (ПАК), стенда имитации внешнего дыхания человека (ИВД), для определения характера функционирования и фактического ВЗД СИЗОД при динамической нагрузке.

Социальный эффект заключается в исключении возможности причинения вреда жизни и здоровью человека, использующего СИЗОД в экстремальных условиях/условиях максимально приближенных к реальным условиям эксплуатации, а также во время их испытаний.

Разработанная методика относится к способу по определенному назначению – испытание СИЗОД. Методика испытания СИЗОД является методом испытания СИЗОД, включает в себя этап (1 этап) автоматизированного сбора биометрических данных конкретного человека (испытателя), выполняющего комплекс нагрузок, этап (2 этап) обработки и хранения полученных данных и этап (3 этап) оценки качества СИЗОД путем проведения испытания его на ИВД, который в ходе испытания моделирует нагрузку на СИЗОД в соответствии с данными, полученными на первом этапе (Фиг. 1).

На этапе автоматизированного сбора данных формируют комплекс нагрузок. Надевают на испытателя РБПЧ (Фиг. 2).

РБПЧ состоит:

- из набора первичных преобразователей, обеспечивающих чтение биометрических параметров человека в процессе выполнения работ испытателем;

- из вторичного преобразователя (микроконтроллера), который обеспечивает перевод сигналов от первичных преобразователей в необходимые для обработки величины;

- а также модуля, обеспечивающего передачу биометрических данных по радиоканалу на принимающее устройство ввода данных, связанное с персональным компьютером;

- модуля питания.

Микроконтроллер координирует работу всего РБПЧ. Выполнение комплекса нагрузок может осуществлять несколько человек одновременно, используя сразу несколько РБПЧ.

После подготовки испытатель выполняет заданные упражнения с различной физической нагрузкой из подготовленного комплекса нагрузок на первом этапе в заданных условиях. РБПЧ в автоматическом режиме фиксирует, обрабатывает и передает полученные биометрические данные на ПАК (Фиг.3).

ПАК состоит из устройства ввода данных, которое управляется микроконтроллером и содержит радиомодуль, обеспечивающий прием данных от одного или нескольких РБПЧ, микроконтроллер, осуществляющий управление устройством ввода данных и передающим их на Персональный компьютер (далее - ПК) посредством проводной связи. ПК, оснащенный специальным программным обеспечением, позволяет оператору в автоматизированном режиме вводить антропометрические данные людей выполняющих комплекс нагрузок, последовательность упражнений самого комплекса нагрузок. Далее устройство ввода данных в автоматической режиме записывает биометрические данные каждого испытателя в отдельности.

После завершения выполнения комплекса нагрузок формируется математическая модель работы для каждого испытателя, содержащая антропометрические данные человека и его биометрические данные, такие как пульс, параметры дыхания, полученные во время выполнения комплекса нагрузок.

Затем к ИВД присоединяют СИЗОД, загружают с помощью специального программного обеспечения на ИВД математическую модель выполнения работ испытателя и запускают испытание. Результат испытания сохраняют при помощи ПАК. Таким образом, получают динамические параметры СИЗОД, при нагрузках соответствующих реальным, обеспечивающие повторяемость результатов.

Технический результат – определение характера функционирования и времени защитного действия средства индивидуальной защиты органов дыхания в условиях динамической нагрузки от имитатора внешнего дыхания человека, который обеспечивает нагрузку, полученную от испытателя в ходе выполнения комплекса нагрузок (работ).

Представленная методика предполагает также использование ее применительно к условиям, опасным для жизни и здоровья человека, а именно:

Проведение 3 этапа, где ИВД совместно с СИЗОД помещают в камеру, используя данные, полученные на первом и втором этапе, имитируются или создаются опасные для жизни и здоровья условия. Тем самым проводится определение ВЗД в опасных для жизни и здоровья условиях.

Технический результат – определение характера функционирования и времени защитного действия средства индивидуальной защиты органов дыхания в условиях динамической нагрузки от имитатора внешнего дыхания человека, который обеспечивает нагрузку, полученную от испытателя в ходе выполнения комплекса нагрузок (работ), в опасных для жизни и здоровья условиях.

Изобретение осуществляется с помощью следующих устройств:

Регистратор биометрических параметров человека (РБПЧ), который записывает биометрические данные человека – глубину дыхания, частоту дыхания, пульс и пр.

Программно-аппаратный комплекс позволяющий принимать, обрабатывать и хранить, полученные биометрические данные, и состоящий из персонального компьютера, средства радиокоммуникации с одним или несколькими РБПЧ одновременно, а также программного обеспечения предоставляющего необходимый функционал работы с данными.

Стенд имитации внешнего дыхания человека – Патент на полезную модель №186698.

Использование: для проведения испытания средств индивидуальной защиты органов дыхания человека. Сущность изобретения заключается в том, что методика проведения испытаний средств индивидуальной защиты органов дыхания (далее - СИЗОД) применяется при испытании в опасной для жизни и здоровья среде для определения характера функционирования и фактического времени защитного действия СИЗОД, состоит из этапа получения и записи данных биометрических данных и параметров дыхания человека в ходе выполнения испытателем заданного комплекса нагрузок или работ в аппарате, имитирующем условия дыхания в СИЗОД, выполняющем запись биометрических параметров человека; этапа сбора и хранения полученных данных в базе данных программно-аппаратного комплекса; этапа испытания СИЗОД на устройстве, имитирующем внешнее дыхание человека, с использованием полученных данных. Технический результат – повышение точности оценки времени защитного действия дыхательных аппаратов в условиях, максимально приближенных к реальным. 3 ил.

Методика проведения испытаний средств индивидуальной защиты органов дыхания (далее - СИЗОД) относится к способу определения динамических и эксплуатационных характеристик СИЗОД по отношению к реальным физиологическим параметрам человека, выполняющего реальную работу и использующего СИЗОД, применяется при испытании в опасной для жизни и здоровья среде для определения характера функционирования и фактического времени защитного действия СИЗОД, состоящая из этапа получения и записи данных биометрических данных и параметров дыхания человека в ходе выполнения испытателем заданного комплекса нагрузок или работ в аппарате, имитирующем условия дыхания в СИЗОД, выполняющем запись биометрических параметров человека; этапа сбора и хранения полученных данных в базе данных программно-аппаратного комплекса; этапа испытания СИЗОД на устройстве, имитирующем внешнее дыхание человека, с использованием полученных данных.