1.本发明涉及一种智能安全绳，尤其涉及一种智能安全绳及倾角传感器的改进。


背景技术：

2.在本发明人已经申请的智能安全绳及安全实现方法的专利申请中，针对高空作业中经常出现的违背高挂低用操作规范的安全绳使用方式，提供了一种智能安全绳装置，在佩戴使用者违规使用时，通过其中的倾角传感器就可以及时向监控电路发送不同的信号，并通过安全绳本身或设置在外部的监管设备上的声音和/或灯光警示信号进行提示，以便及时发现违规安全绳使用的方式，以保证安全绳在佩戴后的操作过程中，能够保证一直采用高挂低用的姿态，减少由安全绳佩戴使用不规范可能导致的生产事故。
3.但是，在实际的智能安全绳生产制造过程中，现有的倾角传感器成本过高，难于实际应用到安全绳产品中。安全绳作为日常作业，尤其是高空作业中，常用而又关键的安全装备，在实际上面临安全备用产品常见的尴尬境地，也就是配备人员需要广泛大量使用，而又不是紧迫危险所需，因此，在成本的增加角度是非常敏感的，需要尽可能控制其成本的增长可能性。
4.因此，现有技术的工业常用倾角传感器以及其相应电路控制，就成本过高；现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

5.针对上述的现有技术中，本发明的目的在于提供一种智能安全绳及其倾角传感器，提供一种成本较低的传感器实现方法，以针对安全绳在使用中容易出现低挂高用危险作业的问题，提供一种成本可控的高空作业智能安全绳及其倾角传感器。
6.本发明的技术方案如下：一种用于智能安全绳的倾角传感器，其设置包括一用于与安全绳连接的连接结构，其中，还包括一呈预定滑动空间的绝缘壳体，以及在该壳体的一端设置的触发电极；一触发球，用于在所述滑动空间内移动，并用于在处于预定倾角时触发所述触发电极。
7.所述的用于智能安全绳的倾角传感器，其中，所述滑动空间在所述壳体上设置为封闭空间，并在所述触发球与滑动空间之间设置有方便触发球移动的间隙。
8.所述的用于智能安全绳的倾角传感器，其中，所述触发球采用金属球，且在所述触发球上设置有连接外部控制电路的第一电极，所述触发电极设置在所述触发球依预定倾角可触及的位置。
9.所述的用于智能安全绳的倾角传感器，其中，所述触发球与所述第一电极之间还设置有可导电的弹性件。
10.所述的用于智能安全绳的倾角传感器，其中，在所述滑动空间的两端侧中的另一侧还设置有一与所述第一电极相同结构的另一电极，并由所述触发球根据预定倾角在重力驱动下触发其中之一。
11.所述的用于智能安全绳的倾角传感器，其中，所述触发电极设置为具有可触发导通间隙的两极。
12.所述的用于智能安全绳的倾角传感器，其中，所述导通间隙设置在所述滑动空间一端的两侧，且所述触发球为金属球，所述导通间隙与所述触发球的直径相匹配。
13.所述的用于智能安全绳的倾角传感器，其中，所述导通间隙设置在所述滑动空间一端的两侧，并设置两极中的一极具有通过所述触发球触动的弹性触接部，该弹性触接部用于被动弹性消除所述导通间隙。
14.所述的用于智能安全绳的倾角传感器，其中，在所述滑动空间的两端侧中的另一侧还设置有一与所述第一电极相同结构的另一电极，每一电极的所述导通间隙设置由所述触发球根据预定倾角在重力驱动下触发其中之一；。
15.一种采用所述倾角传感器的智能安全绳，其中，所述倾角传感器设置为两个，在所述安全绳上依预定间距设置，并设置为电极布置方向相反设置。
16.本发明所提供的一种智能安全绳及其倾角传感器，由于采用了在智能安全绳上可固定设置的倾角传感器，且所述倾角传感器设置采用壳体内的预定滑动空间以及触发球、触发电极，可以通过重力作用，利用触发球在预定倾角时触发所述触发电极，从而实现倾角传感器的工作原理，从而以较低的成本实现安全绳上的倾角传感器结构。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1中（a）-（c）为本发明的高空作业智能安全绳上采用倾角传感器的不同位置示意图。
19.图2中（a）-（c）为本发明的高空作业智能安全绳上采用三极重力感应开关处于不同位置的示意图。
20.图3中（a）-（c）为本发明的高空作业智能安全绳上采用二个二极重力感应开关处于不同位置的示意图。
21.图4中（a1）-（d1）以及（a2）-（d2）为本发明的二极重力感应开关在对应导通状态和断开状态下的结构示例示意图。
22.图5（a）-（b）为本发明的三极重力感应开关的结构示例示意图。
23.图6为本发明的升降机电路示意图，采用一个三极重力感应开关或者两个二极重力感应开关。
24.图中：10-安全绳本体、11-挂端、12-系端、20-倾角传感器、21-三极重力感应开关、23-二极重力感应开关、31-挂钩、32-安全绳d型环、40-绝缘腔体、43-重物、44-电极、44a-电极、44b-电极、44o-电极、41-导通端、42-断开端。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的
附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明提供了一种高空作业用的智能安全绳及其倾角传感器较佳实施例，如图1（a）-（c）所示，包括挂钩31和柔性的安全绳本体10，所述安全绳本体10的两端分别为挂端11和系端12。其中，所述系端12，通常用于连接一穿戴于人体上的安全绳上的d型环32，同样如图2（a）-（c）和图3（a）-（c）所示的；所述挂端11则与所述挂钩31牢靠固定连接，通过所述挂钩31在工作时挂于高处的锚点位置，并且挂好后，可以被安全地封闭住，以防止在工作中发生脱落的事故。
27.本发明较佳实施例中还提供了至少一固定在所述安全绳本体10上的倾角传感器20。所述倾角传感器20有多种方式可以实现，比如采用2d加速度mems传感器（mems, micro-electro-mechanical system，微机电系统），或者3d加速度mems传感器，配合3d mems陀螺仪来实现。这种传感器通常内置微处理器，mems加速度计，模数转换电路，通讯单元，需要有一定的功耗。
28.本发明更佳实施例中采用的倾角传感器20，如图5（a）-（b）所示，可以为一个三极重力感应开关。采用封闭的绝缘腔体40，即预定滑动空间的壳体，腔内可设有三个电极44a、44b和44o，并有导线延伸出腔体外。腔内放置一个重物43，较佳的是采用一球体，因而为一触发球，可在腔40内随重力牵引自由滑动。其中第三电极44o设置滑动空间内壁中间位置，并允许触发球具有在预定滑动空间内的自由滑动。
29.当第一电极44a在下方，重物即触发球40滑动到该电极44a时，重力压迫具有弹性的电极44a，将两个电极44a和44o导通。明显地，此时另一侧的第二触发电极44b和44o断开。反之同理，当第二触发电极44b在下方，重物滑动到44b时，重力压迫具有弹性的电极44b，将本侧两个电极44b和44o导通。
30.在如图5（a）的实施例中，在所述第一电极44a和第二触发电极44b的外侧，沿滑动空间内壁预先埋设导线或导电体，作为共极，并在两侧的触发电极后方分别形成导通间隙45，而通过所述重物43的重力压力触碰一侧，使本侧的导通间隙消除，即可形成本侧的电极导通，如前所述的工作原理；在这个设计中，重物43无需是电导体，只需保证重力足以闭合两侧电极的导通间隙即可，并在工作中，需要选择性形成某一侧电极的导通。
31.在如图5（b）所示的实施例中，是另一种三极重力感应开关结构，需要重物43具有导电性并和电极44o相连，且在纵向上设置在中间位置，以便即使存在导线连通第三电极44o和触发球43，也能保证触发球43的随重力作用上下自由运动。并当第一电极44a在下方时，所述第三电极44o可以通过所述触发球43，和第一电极44a接触导通；当第二触发电极44b在下方时通过所述触发球43接触导通的原理与之相同。
32.需要指出的是，两对电极是否有一个共极，由外部电路根据需要来决定，可以在内部共极，形成三极输出；也可以将4极全部输出到所述所述三极重力感应开关外部，本质上相同。
33.所述重物43在特别情况下，还可以是导电的液体，其原理和重物相同，都是在重力作用下可以从移动，这种情况下，电极不需要具有弹性。而触发球的型态只是较为常见的选择，在特别的情况下，所述重物也可以采用其他的形状。无论是触发球还是其他型状的重
物，都需要保证倾角传感器的灵敏度，也就是说，触发球的移动不能受阻。好在安全绳的使用并非精密设备，因此，只需保证重物在滑动空间内有间隙，即可保证重物在上下移动时，其两侧的空气对流。在更好的条件下，可以设置所述滑动空间内为真空状态，以提高重物随倾角变化时移动的灵敏度。
34.此外，当用液体替代重物时，液体最好和腔体和电极不相浸润，以免管壁残留的液体发生导电，从而出现错误信号。本发明所述倾角传感器的实施例中，由于电极具有弹性，只有在倾角达到一定阈值时，重物在垂直于电极方向的力才足以将电极压迫相接触，导通触发信号。该预定倾角的倾斜角度阈值是产品设计的时候予以确定，并考虑到在产品生命周期中，电极的弹性可能有衰减，因而产生导通的倾斜角度可能会有变化。这个参数表现为重力感应开关的灵敏度。灵敏度低的时候，重力感应开关必须更加垂直，才能导通；灵敏度高的时候，则较小压力就能导通。灵敏度是制造的时候所选择的材料和工艺决定的。
35.如图4所示，本发明更佳实施例可以采用的倾角传感器20，为两个二极重力感应开关，在安全绳上分开一定间距设置。每个二极重力感应开关内部只有两个电极分别是第一电极44a和触发电极44o，当开关的一端朝下时，两个电极44a和44o导通，该端称为导通端；而相反地，另一端朝下时，两个电极44a和44o断开，该端称为断开端。采取异向固定在安全绳上的两个二极重力感应开关，其中，靠近挂端的二极重力感应开关，其导通端跟靠近挂端；而在同一安全绳上，靠近系端的另一二极重力感应开关，其导通端靠近系端；两者相距一定的距离，其间距的中点位置是临界点，也就是悬垂最低点，这样，当悬垂最低点在两者之间的时候，两个二极重力感应开关都是断开的。如果两个二极重力感应开关都移动到悬垂最低点和挂端之间，则靠近系端的二极重力感应开关导通；如果两个二极重力感应开关都移动到悬垂最低点和系端之间，则靠近挂端的二极重力感应开关导通。
36.由此，可以将安全绳的悬挂状态分成可以感知的多种状态。两个二极重力感应开关等价于一个三极重力感应开关，除了两者可以相距一定距离。这个距离给与了使用者一个活动范围，只要悬垂最低点在两个二极重力感应开关之间，安全绳升降机就不会启动，能够延长升降机的使用寿命。可以采用不同灵敏度的二极重力感应开关用在一根安全绳上，比如，因为安全绳虽然是绳索，也具有一定的刚性，系端二极重力感应开关比挂端二极重力感应开关可是设置更加灵敏一点，这样对系端使用者的位置姿态感知更迅速，判断更准确，因而也就更安全。
37.本发明所述实施例的重力感应开关的一个明显优点是，当重力感应开关的电极导通时，控制模块才通电工作，重力感应开关断开时，控制模块可以完全不消耗电能。
38.在本发明另外的实施例中，如果只使用一个二极重力感应开关，也是可以完成”低挂高用”警示和安全绳自动提升功能的，但是无法完成安全绳自动下降功能。与此同时，实践中，安全绳的使用者需要一定的自由度，在弯腰和下蹲的时候，不至于必须手动降低挂钩高度，因此，安全绳采用两个二极重力感应开关作为倾角传感器具有更优异的技术好处。
39.当系统没有配置安全绳升降机的时候，或者升降机不工作的时候，本发明较佳实施例的智能安全绳可以利用上述倾角传感器的工作电路，连接外部或安全绳上的警示提示单元，利用声音或灯光警示装置来提醒使用者手动调整挂钩高度。
40.在高空作业过程中，当使用者身体上升时，安全绳的系端不断升高，悬垂最低点向挂端移动，直到发生低挂高用危险情况。此时控制模块驱动警示装置发出告警信号，以便使
用者及时调整；同时，控制模块记录该警示事件，用于事后安全管理。使用者在受到告警后，主动调整自己的安全绳使用方式，抬升所述挂钩31的位置或降低自己的系端位置，直至所述重力感应传感器断开，或者倾角传感器的倾角回到警示阈值之外，警示信息停止，也即所述安全绳的使用状态满足高挂低用要求时，所述倾角传感器20的电路停止告警。
41.典型的应用场景是将施工人员置于吊篮中，安全带挂在吊篮上。当需要升降时，升降整个吊篮。安全带悬垂姿态信息传送给吊篮升降机。当工人作业需要下蹲时，吊篮自动下降，免于下蹲。当工人作业需要举手才能触及作业对象时，在需要时可以将安全绳的系侧绳体往上提一点，触发升降机提升。
42.因为有些安全绳系在人体背部的d型环上，有些安全绳系在人体腹部的d型环上，所要求的最小高度差h不同。在必要的进一步设计方案中，还可以设置所述倾角传感器采用可调整固定位置的紧固装置，例如在两端设置有安全绳通过的孔部或类似通道，以及在孔部的侧壁上设置弹性锁固件，作为卡持结构，以便压紧时调整位置而松开时锁固在安全绳上。
43.为防止使用者任意调整倾角传感器的位置，超出安全警示控制范围，也就是即使在违规使用安全绳时依然不报警，所述倾角传感器上连接安全绳的连接结构可采用可移动的结构，但不可脱离安全绳使用，而且在安全绳上设置有倾角传感器的可调整范围，具体地可以采用在相应范围之外的安全绳进行加粗处理。
44.本发明较佳实施例的所述告警的展现方式可以采用警示装置，比如扬声器发声、led二极管发光、或者振动马达发出振动中的一种或多种组合，所述警示装置可以直接设置在所述智能安全绳上，所述告警由所述倾角传感器20的处理电路完成，并发出触发指令。所述告警警示装置还可以设置在别处，比如使用者的智能穿戴设备，如手表或手机或头盔上。也可以通过控制模块，向上位机或监管人员发送信息，并通过监管系统再通过高音喇叭和或警灯闪烁手段发出警示。
45.在实践中为了防止频繁地反复告警和停报警，还可以设置一个告警的延迟时间t，一旦倾角传感器导通之后超过t时间，才再一次触发告警信号。如果倾角传感器在t时间内回复到关闭状态则不会有告警信号发出。
46.在本发明一个更佳实施例中，挂钩所挂的安全锚点具有受控上升或下降功能，如图6所示的升降机装置。控制模块在收到所述信号之后，可以向安全锚点的控制机构发出指令，提升安全锚点的高度。通过在安全绳上固定一个反向的倾角传感器21，实现安全锚点自动降低功能。反向倾角传感器21固定在安全绳上靠近人体的位置，当安全绳的最低点和系端重合时，施工人员可能无法弯腰或蹲下作业，此时需要留有一定的余量，使得施工人员无需手工调整安全锚点高度就能工作，而且也不需要自动升降机启动。自动上升下降的安全绳通常没有实体的挂钩，而是一根很长的绳子，直接和升降电机相连，中间可能有滑轮进行转向。
47.当控制模块控制多个安全锚点时，控制模块可以根据安全绳编号或者使用者编号，以及事先建立的关联关系，对应发送指令来控制对应的安全锚点的升降。
48.本发明所述的高空作业智能安全绳以及其倾角传感器实施例中，由于采用了上述倾角传感器固定在安全绳上的技术方案，可以实时地对安全绳的使用方式进行监测，并在违背高挂低用使用方式时发出告警，以提高安全绳的安全使用方式，减少实际使用中的安
全事故，而且其实现较高简单可靠，方便应用于安全绳上的大批量使用。
49.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。