水下作业安全生理信号实时监测设备研制

肖钟凯 刘 楷 毛成华*

1(中国科学院深圳先进技术研究院 深圳 518055)2(南方科技大学 深圳 518055)

1 引 言

潜水作业是一项特种作业，分为有缆潜水和自由潜水，均需非常专业的潜水员来完成。其中，有缆潜水具有一定的安全保障，但由于脐带缆的约束，水下作业人员的操作受到很大的影响，如经常遇到线路挂礁或缠绕等情况[1]。自由潜水具有很强的水下作业灵活性，但水下安全难以得到保障。总而言之，无论哪种方式，水下作业活动时常出现安全隐患。

目前国内外对水下作业安全生理监测均有一定的研究成果。国外方面，1965 年，Slater 等[2]将超声监测技术用于人体生理监测，1969 年研制出针对心率信号的水下遥测仪器；1979 年，美国通用电气公司为海军提供了一套生理检测系统[3]；1974 年，Fell 等[4]研制出四通道采集心率数据的超声遥测系统；1997 年，英国的 Istepanian 和 Woodward 研制出基于 SCUBA(Self-Contained Underwater Breathing Apparatus)的水下 ECG(Electrocardiogram)超声传输系统[5]。

国内在水下生物医学工程领域的研究起步较晚，20 世纪 80 年代才开始出现一些研究和报道。如海军特种医学研究所在 1986 年研制的水下超声遥测心率系统[6]；第四军医大学的王健琪等[7]使用微波的多普勒雷达原理结合生理信号检测技术，对人体的呼吸和心动信号进行检测；2011 年海军特种医学研究所方勇军研制了潜水员水下心率实时监测系统[8]。但这些设备均未形成成熟产品在水下作业中使用。

目前基于潜水作业生理信号采集监测具有代表性的成熟商业化产品主要是潜水手表或潜水电脑等终端设备，但大部分都是基于终端设备的医学生理信号检测和潜水环境信息感知，仅限于水下作业人员自己或有限范围内的其他水下作业人员使用。……