鄒田甜 劉 威 甄 珍

（山東藥品食品職業(yè)學(xué)院醫(yī)療器械系，山東 威海 264200）

0 引言

據(jù)國(guó)家衛(wèi)健委不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年約有5.7萬人死于溺水，其中少年兒童溺水死亡人數(shù)占總數(shù)的56%，已成為中小學(xué)生非正常死亡的“第一殺手”［1］。而在溺水事件中，絕大多數(shù)是因當(dāng)事人沒有佩戴水中救生裝備而造成死亡的。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)人不佩戴救生裝備的原因有其體積大、佩戴不舒適、妨礙水中活動(dòng)的自由性等［2］。目前，市場(chǎng)上較熱門的游泳救生裝備是頂針充氣式救生手表，相較于傳統(tǒng)救生裝備，該裝備體積較小，但僅能綁縛于游泳者手腕上，長(zhǎng)時(shí)間在水中佩戴在同一位置很容易造成使用者的不適，且其頂針充氣裝置機(jī)構(gòu)復(fù)雜［3］，在一定程度上造成空間的浪費(fèi)，導(dǎo)致救生手表的體積增大，尤其是外設(shè)的分立照明裝置，無疑大大降低了救生手表的便攜性。因此，大多數(shù)人在游泳時(shí)選擇不佩戴救生裝備［4］，導(dǎo)致溺水發(fā)生時(shí)無法迅速自救，從而錯(cuò)失救援時(shí)機(jī)，最終造成死亡。此外，傳統(tǒng)的水中救生裝備大多不具備定位功能，溺水者雖能通過救生裝備漂浮在水面上，但只能被動(dòng)等待搜救，且長(zhǎng)時(shí)間的水中漂浮對(duì)溺水者的身心和救生裝備的可靠性來說都是極大的考驗(yàn)。因此，很多游泳救生裝備在設(shè)計(jì)時(shí)引入定位系統(tǒng)，用來縮小搜救范圍。目前，市場(chǎng)上具有定位功能的游泳救生裝備大多安裝的是以美國(guó)GPS、歐洲GALILEO、俄羅斯GLONASS為核心的定位芯片［5］，這些定位系統(tǒng)雖起步較早，但由于不是我國(guó)自主研發(fā)的，很容易受到特殊時(shí)期和環(huán)境的限制，從而導(dǎo)致裝置失靈，因此難以真正達(dá)到救援定位目的。針對(duì)上述問題，亟待設(shè)計(jì)出一款水中救生裝備，既能彌補(bǔ)目前救生設(shè)備定位系統(tǒng)存在的弊端，同時(shí)還兼具體積小、攜帶方便舒適等實(shí)用性。

綜上所述，本研究在現(xiàn)有救生手表的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)出一款具有定位功能的速充式應(yīng)急臂盒。該臂盒采用彈性臂帶，從而提高佩戴舒適度，采用內(nèi)封裝照明裝置代替分立照明設(shè)備，使用拉環(huán)充氣系統(tǒng)代替頂針充氣系統(tǒng)，進(jìn)一步縮小救生設(shè)備的體積，增裝北斗定位系統(tǒng)模塊，從而提高救援精度和抗干擾性。

1 應(yīng)急臂盒裝置組成

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)的應(yīng)急臂盒主體主要由上臂盒體、下臂盒體、中空腔體、臂帶四部分組成，結(jié)構(gòu)示意圖、應(yīng)急臂盒樣機(jī)詳見圖1、圖2。

圖2 應(yīng)急臂盒結(jié)構(gòu)樣機(jī)示意示意圖

上臂盒體由照明裝置、防水夜光表和防水指南針三部分組成。照明裝置采用能耗小、封閉性良好的LED防水燈，用于給溺水人員提供照明，減輕其心理恐慌。防水夜光表便于溺水人員隨時(shí)查看時(shí)間。防水指南針便于溺水人員進(jìn)行方向判定，從而實(shí)現(xiàn)自救。下臂盒體側(cè)邊上設(shè)有保險(xiǎn)拉環(huán)和氣囊釋放口，氣囊釋放口上方連接著臂盒側(cè)蓋，臂盒側(cè)蓋邊緣處設(shè)有限位塊，氣囊釋放口邊緣處設(shè)有與限位塊適配的限位凹槽。中空腔體是由上臂盒體和下臂盒體組成的，由氣囊、氣瓶、LED防水燈電器模塊、北斗定位系統(tǒng)模塊組成。其中，在氣囊與氣瓶間設(shè)有控制閥，控制閥通過保險(xiǎn)繩與保險(xiǎn)拉環(huán)連接在一起。北斗定位系統(tǒng)模塊選用亞米級(jí)北斗（BDS）定位芯片，使臂盒的定位精度小于1 m，更有利于搜救溺水人員。臂帶固定在臂盒主體的下方，基體采用環(huán)形彈簧鋼片制成腕帶形狀，外部包覆有氟橡膠，利用基體的高強(qiáng)彈性從而使臂帶自動(dòng)緊固在粗細(xì)不同的手臂上，無須綁縛，且不易滑落。

1.2 功能設(shè)計(jì)

氣囊與氣瓶間設(shè)有單向控制閥，控制閥通過保險(xiǎn)繩與保險(xiǎn)拉環(huán)連接。在不使用氣囊時(shí)，限位塊與氣囊釋放口邊緣處的限位凹槽間會(huì)產(chǎn)生預(yù)緊力，從而使臂盒側(cè)蓋卡在氣囊的釋放口處。當(dāng)氣囊需要充氣時(shí)，通過拉動(dòng)保險(xiǎn)拉環(huán)，保險(xiǎn)繩即可觸發(fā)控制閥，從而將其打開，氣瓶就會(huì)給氣囊進(jìn)行充氣，此時(shí)氣囊內(nèi)氣體膨脹產(chǎn)生的沖擊力遠(yuǎn)大于限位塊與凹槽間的預(yù)緊力，臂盒側(cè)蓋會(huì)在彈力的作用下迅速?gòu)楅_，從而使氣囊從氣囊釋放口中彈出。由于充滿氣囊所需的氣體較多，因此氣瓶體積較大，考慮到要最大化縮減臂盒主體體積和舒適性問題，本研究設(shè)計(jì)的應(yīng)急臂盒將氣瓶一端（約1/5）伸出下臂盒體。LED防水燈下方設(shè)置有微動(dòng)開關(guān)，按動(dòng)LED防水燈即會(huì)觸動(dòng)下方微動(dòng)開關(guān)，使LED防水燈電器模塊與LED防水燈接通，LED防水燈立刻亮起。再按動(dòng)LED防水燈，微動(dòng)開關(guān)又會(huì)切斷LED防水燈電器模塊與LED防水燈間的連通，LED防水燈則立刻熄滅。北斗定位系統(tǒng)模塊可進(jìn)行全天候、高精度的實(shí)時(shí)定位，一旦出現(xiàn)人員溺水的情況，救援人員可根據(jù)該定位信息迅速鎖定救援范圍，為溺水人員爭(zhēng)取最佳的救援時(shí)間。臂帶氟橡膠表面上均勻設(shè)有若干平行的凹槽，凹槽用于佩戴時(shí)的防滑和透氣，臂帶可依靠彈性自緊固在手臂各個(gè)位置，使用者可根據(jù)自身的舒適度和使用習(xí)慣等隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，且在氣囊打開后，溺水人員也可根據(jù)漂浮狀態(tài)和周圍環(huán)境來調(diào)整臂帶位置，使漂浮效果達(dá)到最好。

1.3 制作材料

北斗定位模塊、LED防水燈電器模塊均采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行封裝，防水等級(jí)可達(dá)到IP67，除了這兩部分封裝的電器模塊外，LED防水燈、防水指南針、防水夜光表也均采用了IP67防護(hù)等級(jí)的優(yōu)質(zhì)元件，可保證即使在臂盒主體內(nèi)部進(jìn)水的極端情況下，這些電器元件依舊能正常工作。氣瓶采用二氧化碳高壓氣瓶，價(jià)格便宜，且可快速給氣囊充氣。

2 使用方法

使用者根據(jù)自身喜好，通過自緊固彈性臂帶將臂盒佩戴在手臂上。在水中活動(dòng)時(shí)，若沒有遇到危險(xiǎn)，不用打開氣囊。若遇到危險(xiǎn)，只用拉動(dòng)保險(xiǎn)拉環(huán)，通過保險(xiǎn)繩觸發(fā)控制閥，氣瓶?jī)?nèi)的高壓氣體就能迅速充入氣囊內(nèi)，氣囊會(huì)在數(shù)秒內(nèi)沖破臂盒側(cè)蓋，并從氣囊釋放口沖出臂盒主體，使用者會(huì)在氣囊浮力作用下漂浮于水面，且使用者可根據(jù)漂浮狀態(tài)來調(diào)整臂盒位置，從而達(dá)到最好的漂浮效果。在等待救援過程中，北斗定位模塊會(huì)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)發(fā)送溺水人員的位置信息，救援人員可通過后臺(tái)APP實(shí)時(shí)查詢，進(jìn)一步縮小搜救范圍，提高搜救精度。在無光線情況下，溺水人員還可按壓LED防水燈進(jìn)行照明，通過夜光手表查看時(shí)間，緩解內(nèi)心恐懼。在成功獲救后，使用者可打開臂盒主體，將氣瓶拆下，并對(duì)氣囊進(jìn)行放氣，將放氣后的氣囊折疊放回臂盒主體內(nèi)部，再重新安裝新的氣瓶，從而使臂盒可重復(fù)使用。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

該應(yīng)急臂盒采用自固式彈性臂帶設(shè)計(jì)，可任意調(diào)整其在手臂上的位置，改變了傳統(tǒng)救生手表只能佩戴在手腕上的弊端，提高了人們佩戴的積極性，解決人們不愿佩戴體積過大的救生裝備的顧慮，兼顧了水中活動(dòng)的自由性和安全性。該應(yīng)急臂盒嵌入了亞米級(jí)北斗定位模塊，便于快速精確定位搜救，且北斗定位模塊克服了GPS定位系統(tǒng)容易失靈與受限的問題，提高了搜救的精度和抗干擾性。該應(yīng)急臂盒內(nèi)部封裝有照明裝置模塊，能有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)救生設(shè)備采用分立照明設(shè)備的缺陷，使救生裝備更加輕便，在進(jìn)行輔助照明的同時(shí)，兼顧水中活動(dòng)的自由性。該應(yīng)急臂盒采用拉環(huán)式充氣方式，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)救生設(shè)備使用頂針撞擊的方式進(jìn)行充氣的煩瑣機(jī)械結(jié)構(gòu)，節(jié)約了空間，從而進(jìn)一步縮小該臂盒的體積，更加方便在水中攜帶。

4 結(jié)語

佩戴必要的水中救生設(shè)備是溺水發(fā)生時(shí)游泳者及時(shí)進(jìn)行自救、避免死亡悲劇發(fā)生的根本措施?？紤]到目前熱門的救生設(shè)備存在的弊端，本研究對(duì)其進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)出的應(yīng)急臂盒的體積更小，便于游泳者在水中佩戴，且佩戴舒適度得到進(jìn)一步提升，這在一定程度上提高了游泳者佩戴應(yīng)急臂盒的積極性。同時(shí)，該臂盒能精準(zhǔn)定位，且抗干擾性強(qiáng)，提高了救援的精確度，為救援爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間。該臂盒在設(shè)計(jì)和功能上具適用性和實(shí)用性，具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。