摘 要：頭盔式消防用紅外熱像儀因攜帶方便、輕便高效，逐漸被消防部隊所接受。本文圍繞一款新型頭盔式消防用紅外熱像儀的設(shè)計展開探討。總結(jié)了頭盔式熱像儀的現(xiàn)狀與不足，提出了總體設(shè)計三原則。以GA635標準為基礎(chǔ)，結(jié)合部隊實戰(zhàn)需求，確定了主要技術(shù)指標參數(shù)。綜合對比分析一體式結(jié)構(gòu)、目鏡獨立式結(jié)構(gòu)和三分式結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，選擇三分式作為整體結(jié)構(gòu)方案。經(jīng)測試鑒定，新型頭盔式消防用紅外熱像儀的設(shè)計是科學、合理的。

關(guān)鍵詞：頭盔式；消防用紅外熱像儀；設(shè)計

消防用紅外熱像儀具有將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)換成可分辨圖像信號的功能，而被廣泛用于火情偵查、被困人員搜救、泄漏位置確定、火場清理、火災(zāi)調(diào)查等消防作業(yè)，是一項重要的滅火救援實戰(zhàn)裝備。消防用紅外熱像儀按佩戴使用方式可分為手持式和頭盔式（頭戴式）。頭盔式消防用紅外熱像儀（以下簡稱頭盔式熱像儀）解放消防員雙手，有利于單兵戰(zhàn)斗力的充分發(fā)揮，符合消防單兵裝備“輕便化、集成化”發(fā)展趨勢，得到消防部隊認可，配備使用力度逐步加大。作者團隊研制了一款新型頭盔式熱像儀，文章將就新型頭盔式熱像儀的技術(shù)指標設(shè)計和整體結(jié)構(gòu)設(shè)計與讀者交流探討。

1 現(xiàn)狀與不足

頭盔式熱像儀通常是指以消防頭盔為載體，將紅外熱像儀與之集成整合的一種紅外熱像儀。我國消防部隊配備使用的頭盔式熱像儀種類較多，國產(chǎn)產(chǎn)品和進口產(chǎn)品兼有。調(diào)研了解到，實戰(zhàn)中頭盔式熱像儀攜帶便利、使用方便，但也存在不少需要進一步改進之處，主要包括：（1）災(zāi)害現(xiàn)場的高溫和水易導(dǎo)致電子設(shè)備損壞，耐高溫、防水兩項性能須進一步提高；（2）重量較重，消防員頭頸部易疲勞甚至損傷，須進一步減輕重量；（3）微型顯示器作為目鏡在實戰(zhàn)中使用效果不佳，目鏡的顯示方式和結(jié)構(gòu)急需改進。

2 總體設(shè)計原則

為更加符合實戰(zhàn)需要，進一步提高使用效能，新型頭盔式熱像儀按照以下三原則展開設(shè)計：（1）參標原則。GA/T 635《消防用紅外熱像儀》標準對消防用紅外熱像儀性能指標及試驗方法有明確規(guī)定，頭盔式熱像儀屬消防用紅外熱像儀范疇，其設(shè)計性能指標應(yīng)不低于GA/T 635標準。（2）舒適原則。頭頸部是消防員相對脆弱的身體部位，頭盔式熱像儀要兼顧功能性和舒適性，減小體積、減輕重量、保持重心相對平衡。（3）頭盔無損傷原則。消防頭盔是消防員進入災(zāi)害現(xiàn)場必備的頭部個人防護裝備，頭盔損傷意味著防護性能降低。

3 主要技術(shù)指標設(shè)定

新型頭盔式熱像儀按照總體設(shè)計三原則，以GA635標準為基礎(chǔ)，并結(jié)合部隊實戰(zhàn)要求，確定了其主要技術(shù)指標參數(shù)。主要技術(shù)指標包括：采樣幀速率、探測器類型、工作波段、重量、空間分辨力、噪聲等效溫差（NETD）、測溫范圍、溫度測量允許誤差、溫度漂移、連續(xù)穩(wěn)定工作時間、特定環(huán)境溫度持續(xù)工作時間、抗跌落性能、外殼防水等13項。除“重量”指標外，其余12項技術(shù)指標參數(shù)均參照GA635標準設(shè)定。對重量而言，現(xiàn)有手持式消防用紅外熱像儀重量大都在3kg左右，頭盔式熱像儀大都在2kg左右，消防部隊普遍反映現(xiàn)有頭盔式熱像儀重，長時間佩戴頭頸部易疲勞。因此，作為新型頭盔式熱像儀的設(shè)計亮點，也是技術(shù)攻關(guān)的重點和難點問題，將新型頭盔式熱像儀的“重量”指標設(shè)定為“不大于1.5kg”，高于GA635標準規(guī)定的“不大于3kg”。

4 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

新型頭盔式熱像儀主要由主機、目鏡、連接固定裝置、電池和頭盔共五個主要部分組成。其中，紅外熱像儀主機是核心部分，包括機芯組件、鏡頭組件等；連接固定裝置是用于將紅外熱像儀主機與頭盔相連的機構(gòu)；頭盔用于承載紅外熱像儀。研究發(fā)現(xiàn)，提高頭盔式熱像儀佩戴舒適性除了減輕重量外，頭部負載重心平衡也十分關(guān)鍵。為此設(shè)計了三種結(jié)構(gòu)進行比較：

4.1 一體式結(jié)構(gòu)

一體式結(jié)構(gòu)將機芯、目鏡、電池等做成一個整體，再由連接固定裝置固定在消防頭盔上。使用時，將主機整體下翻至眼前方。如圖1所示。

一體式結(jié)構(gòu)的特點是：（1）結(jié)構(gòu)簡單，沒有復(fù)雜的連接機構(gòu)，易于操作，可靠性高；（2）可借鑒手持式紅外熱像儀的結(jié)構(gòu)進行整體防護，實現(xiàn)整機的耐高溫、防水、抗跌落等性能的技術(shù)難度相對較小，當前國內(nèi)外軍隊、消防等行業(yè)頭盔式熱像儀大多采用此種結(jié)構(gòu)。

該設(shè)計不足之處在于：體積大、重量重，固定在帽檐上不利于頭盔重心平衡，容易導(dǎo)致頭盔前傾，增加消防員負擔。

4.2 目鏡獨立式結(jié)構(gòu)

該設(shè)計是將目鏡分離出來，主機和目鏡分別由連接固定裝置固定在消防頭盔的不同位置。使用時，只需將目鏡翻轉(zhuǎn)即可，主機不需翻轉(zhuǎn)，如圖2所示。其特點是：（1）重量分布較均衡，有利于穩(wěn)定頭盔的重心；（2）使用時僅需翻轉(zhuǎn)目鏡，翻轉(zhuǎn)部分體體積小，操作更方便且不易發(fā)生磕碰。

不足之處在于：部件、連接件增多，實現(xiàn)耐高溫、防水、抗跌落等性能的技術(shù)難度較大。

4.3 三分式結(jié)構(gòu)

在目鏡獨立式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，再將電源分離出來。該結(jié)構(gòu)中，電源不再固定在頭盔上而是掛在消防腰帶上，進一步減輕了重量，主機和目鏡的重量更加接近，重心也更加平衡。

經(jīng)綜合分析比較，三分式結(jié)構(gòu)在減輕重量和平衡重心兩個方面更有優(yōu)勢，故選定三分式結(jié)構(gòu)作為新型頭盔式熱像儀的整體結(jié)構(gòu)方案。此外通過試驗對比發(fā)現(xiàn)，消防員佩戴空氣呼吸器作業(yè)時，空呼器面罩會導(dǎo)致消防員眼睛無法貼近微顯示器，圖像效果大打折扣，故選用3.5寸液晶屏作為新型頭盔式熱像儀的目鏡。以此為基礎(chǔ)，完成了新型頭盔式熱像儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖3所示。

圖3 新型頭盔式熱像儀設(shè)計圖

新型頭盔式熱像儀的設(shè)計具有以下特點：

（1）主機和目鏡分別固定在消防頭盔左右兩側(cè)，有利于均衡分布重量，穩(wěn)定頭盔重心；（2）電池掛在消防腰帶上，減輕頭部負荷；（3）為便于調(diào)整觀察角度，主機可在±15°內(nèi)俯仰調(diào)節(jié)，如圖4所示；（4）目鏡位置可調(diào)，不使用時可放置在頭盔頂上，戰(zhàn)時再放下，攜帶更方便；（5）顏色采用黃色、銀色和黑色，整體效果協(xié)調(diào)美觀。

5 測試與結(jié)論

為檢驗設(shè)計合理性及產(chǎn)品性能，對生產(chǎn)加工出的新型頭盔式熱像儀實用產(chǎn)品（如圖4所示）開展了一系列嚴格測試。新型頭盔式熱像儀的測試結(jié)果全部達到設(shè)計指標要求，已于2013年通過了國家消防裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的檢驗，截止到文章刊發(fā)為止，是當前國內(nèi)外頭盔式熱像儀產(chǎn)品中唯一符合GA635標準要求并取得檢驗證書的產(chǎn)品，目前已配備消防部隊使用，得到官兵認可。綜上所述，新型頭盔式熱像儀的指標設(shè)計是科學的，基于三分式的結(jié)構(gòu)設(shè)計是合理的。

參考文獻

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作者簡介：施巍（1981.8-）男，本科學歷，現(xiàn)攻讀同濟大學工程碩士。任職于公安部上海消防研究所，副研究員，研究方向：消防搶險救援裝備技術(shù)。