一种具有定位功能的速充式溺水应急臂盒设计

邹田甜 刘 威 甄 珍

（山东药品食品职业学院医疗器械系，山东 威海 264200）

0 引言

据国家卫健委不完全统计，我国每年约有5.7万人死于溺水，其中少年儿童溺水死亡人数占总数的56%，已成为中小学生非正常死亡的“第一杀手”［1］。而在溺水事件中，绝大多数是因当事人没有佩戴水中救生装备而造成死亡的。调研发现，大多数人不佩戴救生装备的原因有其体积大、佩戴不舒适、妨碍水中活动的自由性等［2］。目前，市场上较热门的游泳救生装备是顶针充气式救生手表，相较于传统救生装备，该装备体积较小，但仅能绑缚于游泳者手腕上，长时间在水中佩戴在同一位置很容易造成使用者的不适，且其顶针充气装置机构复杂［3］，在一定程度上造成空间的浪费，导致救生手表的体积增大，尤其是外设的分立照明装置，无疑大大降低了救生手表的便携性。因此，大多数人在游泳时选择不佩戴救生装备［4］，导致溺水发生时无法迅速自救，从而错失救援时机，最终造成死亡。此外，传统的水中救生装备大多不具备定位功能，溺水者虽能通过救生装备漂浮在水面上，但只能被动等待搜救，且长时间的水中漂浮对溺水者的身心和救生装备的可靠性来说都是极大的考验。因此，很多游泳救生装备在设计时引入定位系统，用来缩小搜救范围。目前，市场上具有定位功能的游泳救生装备大多安装的是以美国GPS、欧洲GALILEO、俄罗斯GLONASS为核心的定位芯片［5］，这些定位系统虽起步较早，但由于不是我国自主研发的，很容易受到特殊时期和环境的限制，从而导致装置失灵，因此难以真正达到救援定位目的。针对上述问题，亟待设计出一款水中救生装备，既能弥补目前救生设备定位系统存在的弊端，同时还兼具体积小、携带方便舒适等实用性。

综上所述，本研究在现有救生手表的基础上进行改造，设计出一款具有定位功能的速充式应急臂盒。该臂盒采用弹性臂带，从而提高佩戴舒适度，采用内封装照明装置代替分立照明设备，使用拉环充气系统代替顶针充气系统，进一步缩小救生设备的体积，增装北斗定位系统模块，从而提高救援精度和抗干扰性。

1 应急臂盒装置组成

1.1 结构设计

本研究设计的应急臂盒主体主要由上臂盒体、下臂盒体、中空腔体、臂带四部分组成，结构示意图、应急臂盒样机详见图1、图2。

图2 应急臂盒结构样机示意示意图

上臂盒体由照明装置、防水夜光表和防水指南针三部分组成。照明装置采用能耗小、封闭性良好的LED防水灯，用于给溺水人员提供照明，减轻其心理恐慌。防水夜光表便于溺水人员随时查看时间。防水指南针便于溺水人员进行方向判定，从而实现自救。下臂盒体侧边上设有保险拉环和气囊释放口，气囊释放口上方连接着臂盒侧盖，臂盒侧盖边缘处设有限位块，气囊释放口边缘处设有与限位块适配的限位凹槽。中空腔体是由上臂盒体和下臂盒体组成的，由气囊、气瓶、LED防水灯电器模块、北斗定位系统模块组成。其中，在气囊与气瓶间设有控制阀，控制阀通过保险绳与保险拉环连接在一起。北斗定位系统模块选用亚米级北斗（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员。臂带固定在臂盒主体的下方，基体采用环形弹簧钢片制成腕带形状，外部包覆有氟橡胶，利用基体的高强弹性从而使臂带自动紧固在粗细不同的手臂上，无须绑缚，且不易滑落。

1.2 功能设计

气囊与气瓶间设有单向控制阀，控制阀通过保险绳与保险拉环连接。在不使用气囊时，限位块与气囊释放口边缘处的限位凹槽间会产生预紧力，从而使臂盒侧盖卡在气囊的释放口处。当气囊需要充气时，通过拉动保险拉环，保险绳即可触发控制阀，从而将其打开，气瓶就会给气囊进行充气，此时气囊内气体膨胀产生的冲击力远大于限位块与凹槽间的预紧力，臂盒侧盖会在弹力的作用下迅速弹开，从而使气囊从气囊释放口中弹出。由于充满气囊所需的气体较多，因此气瓶体积较大，考虑到要最大化缩减臂盒主体体积和舒适性问题，本研究设计的应急臂盒将气瓶一端（约1/5）伸出下臂盒体。LED防水灯下方设置有微动开关，按动LED防水灯即会触动下方微动开关，使LED防水灯电器模块与LED防水灯接通，LED防水灯立刻亮起。再按动LED防水灯，微动开关又会切断LED防水灯电器模块与LED防水灯间的连通，LED防水灯则立刻熄灭。北斗定位系统模块可进行全天候、高精度的实时定位，一旦出现人员溺水的情况，救援人员可根据该定位信息迅速锁定救援范围，为溺水人员争取最佳的救援时间。臂带氟橡胶表面上均匀设有若干平行的凹槽，凹槽用于佩戴时的防滑和透气，臂带可依靠弹性自紧固在手臂各个位置，使用者可根据自身的舒适度和使用习惯等随时进行调整，且在气囊打开后，溺水人员也可根据漂浮状态和周围环境来调整臂带位置，使漂浮效果达到最好。

1.3 制作材料

北斗定位模块、LED防水灯电器模块均采用环氧树脂进行封装，防水等级可达到IP67，除了这两部分封装的电器模块外，LED防水灯、防水指南针、防水夜光表也均采用了IP67防护等级的优质元件，可保证即使在臂盒主体内部进水的极端情况下，这些电器元件依旧能正常工作。气瓶采用二氧化碳高压气瓶，价格便宜，且可快速给气囊充气。

2 使用方法

使用者根据自身喜好，通过自紧固弹性臂带将臂盒佩戴在手臂上。在水中活动时，若没有遇到危险，不用打开气囊。若遇到危险，只用拉动保险拉环，通过保险绳触发控制阀，气瓶内的高压气体就能迅速充入气囊内，气囊会在数秒内冲破臂盒侧盖，并从气囊释放口冲出臂盒主体，使用者会在气囊浮力作用下漂浮于水面，且使用者可根据漂浮状态来调整臂盒位置，从而达到最好的漂浮效果。在等待救援过程中，北斗定位模块会实时精准发送溺水人员的位置信息，救援人员可通过后台APP实时查询，进一步缩小搜救范围，提高搜救精度。在无光线情况下，溺水人员还可按压LED防水灯进行照明，通过夜光手表查看时间，缓解内心恐惧。在成功获救后，使用者可打开臂盒主体，将气瓶拆下，并对气囊进行放气，将放气后的气囊折叠放回臂盒主体内部，再重新安装新的气瓶，从而使臂盒可重复使用。

3 创新点

该应急臂盒采用自固式弹性臂带设计，可任意调整其在手臂上的位置，改变了传统救生手表只能佩戴在手腕上的弊端，提高了人们佩戴的积极性，解决人们不愿佩戴体积过大的救生装备的顾虑，兼顾了水中活动的自由性和安全性。该应急臂盒嵌入了亚米级北斗定位模块，便于快速精确定位搜救，且北斗定位模块克服了GPS定位系统容易失灵与受限的问题，提高了搜救的精度和抗干扰性。该应急臂盒内部封装有照明装置模块，能有效弥补传统救生设备采用分立照明设备的缺陷，使救生装备更加轻便，在进行辅助照明的同时，兼顾水中活动的自由性。该应急臂盒采用拉环式充气方式，弥补了传统救生设备使用顶针撞击的方式进行充气的烦琐机械结构，节约了空间，从而进一步缩小该臂盒的体积，更加方便在水中携带。

4 结语

佩戴必要的水中救生设备是溺水发生时游泳者及时进行自救、避免死亡悲剧发生的根本措施。考虑到目前热门的救生设备存在的弊端，本研究对其进行改造，设计出的应急臂盒的体积更小，便于游泳者在水中佩戴，且佩戴舒适度得到进一步提升，这在一定程度上提高了游泳者佩戴应急臂盒的积极性。同时，该臂盒能精准定位，且抗干扰性强，提高了救援的精确度，为救援争取了宝贵时间。该臂盒在设计和功能上具适用性和实用性，具有良好的市场应用前景。