FR2569158A1 - DIGITAL DECOMPRESSIMETER WITH VARIABLE INFUSIONS - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPTION
Décompressimètre numérique à perfusions variables.DESCRIPTION
Digital decompressimeter with variable infusions.
L'invention concerne une méthode nouvelle, plus précise que les méthodes antérieures, de détermination du programme minimal de décompression non pathologique d'une personne (plongeur, travailleur hyperbare, aviateur, cosmonaute, etc...) ayant séjourné et respiré un mélange gazeux contenant un ou des gaz non métabolisables à des pressions ambiantes supérieures à celle de la "surface" qu'elle veut finalement atteindre, ainsi qu'un dispositif automatique de détermination et d'indication dudit programme et de paramètres connexes appliquant ladite méthode, ainsi qu'un ensemble de plongée incorporant ledit dispositif. The invention relates to a new method, more precise than the previous methods, of determining the minimum non-pathological decompression program for a person (diver, hyperbaric worker, aviator, cosmonaut, etc.) who has stayed and breathed a gas mixture. containing one or more non-metabolizable gases at ambient pressures higher than that of the "surface" that it ultimately wants to reach, as well as an automatic device for determining and indicating said program and related parameters applying said method, as well as 'a diving set incorporating said device.
La nécessité d'un tel programme provient du fait que, lors du séjour en pression, lesdits gaz non métabolisables se sont dissous via les poumons et le sang dans les tissus de l'organisme en quantités plus importantes que celles pouvant y exister à la pression de la surface, et qu'une décompression trop rapide libérerait in situ, plutôt que dans les gaz d'expiration via le sang et les poumons, I'excès desdits gaz non consommables par l'organisme sous forme de bulles dites "pathologiques", c'est-à-dire susceptibles d'infliger des lésions aux tissus dans lesquels elles apparaissent et/ou d'interrompre la circulation sanguine dans certains vaisseaux, le spectre des conséquences observables et généralement différées de ces accidents de décompression allant de légères démangeaisons localisées jusqu'au décès de l'intéressé. The need for such a program stems from the fact that, during the stay under pressure, said non-metabolizable gases have dissolved via the lungs and the blood in the tissues of the organism in greater quantities than those which may exist there at pressure. from the surface, and that too rapid decompression would release in situ, rather than in the exhalation gases via the blood and the lungs, the excess of said gases which are not consumable by the body in the form of so-called "pathological" bubbles, that is to say capable of inflicting lesions on the tissues in which they appear and / or of interrupting the blood circulation in certain vessels, the spectrum of observable and generally delayed consequences of these decompression sicknesses ranging from slight localized itching until the death of the person concerned.
Les deux principaux types de décompression sont la décompression continue et la décompression par paliers. La décompression continue consiste à réduire la pression ambiante de façon continue ou par petites étapes, et est plus rapide rnais moins pratique que la décompression par paliers, qui consiste à effectuer des arrêts de durées relativement longues à des pressions ambiantes prédéterminées relativement distantes l'une de l'autre, généralement espacées de 3 mem (mètres d'eau de mer) en 3 mem jusqu'à la surface, la vitesse de déplacement jusqu'au premier palier et entre les paliers étant limitée par une valeur maximale admissible donnée, généralement entre 10 et 20 mem/mn. The two main types of decompression are continuous decompression and step decompression. Continuous decompression consists in reducing the ambient pressure continuously or in small steps, and is faster but less practical than decompression in stages, which consists in making stops of relatively long duration at predetermined ambient pressures relatively distant one on the other, generally spaced 3 mem (meters of seawater) 3 ms to the surface, the speed of movement to the first level and between the levels being limited by a given maximum admissible value, generally between 10 and 20 mem / min.
Quel que soit le type de décompression utilisé, le programme de décompression idéal est le programme minimal, c'est-à-dire celui dont la durée totale est la plus courte sans pour autant compromettre la sécurité de l'intéressé. Les raisons pour cela sont évidentes, surtout dans le milieu de la plongée professionnelle où quelques dizaines de minutes perdues en temps de décompression superflu peuvent entraîner des pertes de plusieurs milliers de francs en raison du coût horaire important des plongeurs et des personnes et matériels qui les entourent. Une méthode de détermination de programmes de décompression est précise lorsque le programme prescrit par cette méthode pour une exposition donnée s'approche au plus près du programme- minimal, tout écart allant dans le sens de la sécurité. Whatever type of decompression is used, the ideal decompression program is the minimal program, that is to say the one whose total duration is the shortest without compromising the safety of the person concerned. The reasons for this are obvious, especially in the professional diving environment where a few tens of minutes lost in unnecessary decompression time can lead to losses of several thousand francs due to the high hourly cost of divers and the people and equipment that surround. A method for determining decompression programs is precise when the program prescribed by this method for a given exposure comes as close as possible to the minimum program, any deviation going in the direction of safety.
Deux facteurs critiques limitent la précision d'une méthode donnée. Two critical factors limit the accuracy of a given method.
Le premier est la précision de détermination de l'état de saturation de l'inté ressé en gaz non métabolisables après une exposition donnée. Le second est la précision avec laquelle sont connues les contraintes auxquelles doit obéir ledit état de saturation pendant la décompression pour éviter l'apparition de bulles pathologiques. Ces deux facteurs ne sont d'ailleurs pas indépendants ; en effet, plus les erreurs commises dans la détermination de l'état de saturation sont importantes, plus sévères doivent être les contraintes auxquelles l'ont doit soumettre ledit état en cours de décompression Si l'on veut éviter une décompression sub-minimale et donc pathologique. La méthode de l'invention possède un meilleur premier facteur et, par contrecoup, un meilleur second facteur que les méthodes conventionnelles.Avant de décrire comment cela est accompli, il est nécessaire d'exposer plus en détail les méthodes conventionnelles.The first is the accuracy of determining the state of saturation of the person interested in non-metabolizable gases after a given exposure. The second is the precision with which the constraints which said saturation state must obey during decompression are known to avoid the appearance of pathological bubbles. These two factors are not independent; indeed, the more the errors committed in the determination of the state of saturation, the more severe must be the constraints to which it must have subjected said state during decompression If one wants to avoid a sub-minimal decompression and therefore pathological. The method of the invention has a better first factor and, in turn, a better second factor than conventional methods. Before describing how this is accomplished, it is necessary to explain conventional methods in more detail.
Ces méthodes, qu'elles soient appliquées à des scénarios pression ambiante/temps fictifs comme pour l'établissement de tables de décompression ou au profil réel d'une exposition comme dans les appareils du type décompressimètre analogique ou numérique, sont nombreuses mais possèdent toutes, ou tout au moins les plus fiables et donc les plus employées, une architecture de base commune due aux travaux précurseurs du physiologiste britannique 3.S. Haldane au début de ce siècle
L'état de saturation de l'organisme est représenté par les tensions de
gaz non métabolisables dans un certain nombre de tissus.Ces tensions
représentent des concentrations de gaz dissous mises à l'échelle de
telle sorte qu'à Saturation d'un tissu donné pour un gaz donné (on
emploiera ici Saturation avec un S majuscule dans le sens de l'état
d'équilibre où le tissu contient en dissolution tout le gaz qui peut y
résider de façon stable), la tension du gaz dans le tissu soit numé
riquement égale à la pression partielle dudit gaz dans le mélange
respiré, elle-même égale au produit de la pression ambiante et de la
concentration molaire du gaz dans le mélange. Ces tissus ne repré
sentent pas des - tissus anatomiques bien définis, mais plutôt des
ensembles de tissus anatomiques divers réunis par un comportement
commun en ce qui concerne la dynamique des échanges d'un gaz non
métabolisable donné avec les gaz respiratoires.Le nombre nécessai
rement fini (rarement plus de 7) de tissus pris en compte par les
diverses méthodes constitue un échantillonnage qui se veut représen
tatif du nombre théoriquement quasi-infini de tels ensembles possi
bles. Chaque tissu est caractérisé pour un gaz donné par une cons
tante appelée période ou demi-vie, pouvant selon - le tissu alier de
quelques minutes à quelques centaines de minutes, qui est définie
comme le temps nécessaire pour que la tension de ce gaz dans ce
tissu voie réduite de moitié la différence la séparant initialement de
la tension de Saturation, égale à la pression partielle du gaz dans le
mélange respiratoire, cette dernière étant supposée constante.Cette
définition implique que la tension varie exponentiellement en fonction
du temps t, selon une loi qui peut s'exprimer-différentiellement de la
façon suivante:
(Eq. i) dq/dt = k [gp - q] où q est la tension du gaz dissous dans le tissu
g est la fraction molaire du gaz dans le mélange
p est la pression ambiante
k = Log2/h est le coefficient exponentiel du tissu
ou
Log2 est le logarithme népérien de 2
h est la période du tissu
ou, si le produit gp et k sont constants, sous la forme intégrée
(Eq. 2) q = qo + [gp - qo] [l-exp (-kt)]
où qo est la valeur initiale (au temps 0) et q est la valeur finale (au
temps t) de la tension.These methods, whether they are applied to fictitious ambient pressure / time scenarios such as for the establishment of decompression tables or to the actual profile of an exposure as in apparatuses of the analog or digital decompressimeter type, are numerous but all have, or at least the most reliable and therefore the most used, a common basic architecture due to the pioneering work of the British physiologist 3.S. Haldane at the beginning of this century
The state of saturation of the organism is represented by the tensions of
gases which cannot be metabolized in a certain number of tissues.
represent scaled dissolved gas concentrations of
such that at saturation of a given tissue for a given gas (we
will use Saturation here with a capital S in the sense of the state
equilibrium where the tissue contains in solution all the gas which can
reside stably), the gas tension in the tissue is numbered
rique equal to the partial pressure of said gas in the mixture
breathed, itself equal to the product of the ambient pressure and the
molar concentration of gas in the mixture. These fabrics do not represent
not feel - well defined anatomical tissue, but rather
sets of diverse anatomical tissues united by behavior
common with regard to the dynamics of trade in a gas not
metabolizable given with respiratory gases.
finely finished (rarely more than 7) of fabrics taken into account by
various methods constitute a sampling which is intended to represent
tative of the theoretically almost infinite number of such sets possi
wheat. Each tissue is characterized for a gas given by a cons
aunt called period or half-life, which can - depending on the alier tissue of
a few minutes to a few hundred minutes which is defined
as the time required for the voltage of this gas in this
tissue pathway halved the difference separating it initially from
Saturation voltage, equal to the partial pressure of the gas in the
respiratory mixture, the latter being assumed to be constant.
definition implies that the voltage varies exponentially depending
of time t, according to a law which can be expressed-differentially from the
as follows:
(Eq. I) dq / dt = k [gp - q] where q is the tension of the gas dissolved in the tissue
g is the molar fraction of the gas in the mixture
p is the ambient pressure
k = Log2 / h is the exponential coefficient of the tissue
or
Log2 is the natural logarithm of 2
h is the period of the tissue
or, if the product gp and k are constant, in the integrated form
(Eq. 2) q = qo + [gp - qo] [l-exp (-kt)]
where qo is the initial value (at time 0) and q is the final value (at time
time t) of the voltage.
En addition, certaines méthodes emploient des artifices de calcul pour
l'estimation des tensions lorsque la pression ambiante est élevée,
comme le "grossissement'^ des temps réellement passés aux pressions
ambiantes supérieures à 70 mem par un facteur de 1,5 ou 2.In addition, some methods employ calculation devices to
the estimation of the tensions when the ambient pressure is high,
as the "magnification" of the times actually spent under pressure
ambient over 70 mem by a factor of 1.5 or 2.
L'état de saturation de l'organisme étant ainsi représenté, les con
traintes auxquelles il doit obéir lors de la décompression se com
posent essentiellement de tensions maximales admissibles pour chaque
tissu et pour chaque gaz qui sont des fonctions croissantes, géné
ralement linéaires mais ne passant pas nécessairement par l'origine,
de la pression ambiante.Ces tensions maximales admissibles à une
pression ambiante donnée pour un gaz donné sont supérieures à ladite
pression ambiante et donc bien évidemment supérieures à la pression
partielle du gaz à cette pression ambiante, accordant ainsi aux tissus
un certain degré de sursaturation (tension en excès de la tension de
Saturation) permise et par là-même la possibilité à au moins l'un
d'entre eux de se désaturer à chaque étape de la décompression, la
vitesse de désaturation étant proportionnelle à l'amplitude de la
sursaturation comme l'indique (Eq. 1). Une autre contrainte dont il a
déjà été fait état est la vitesse maximale de décompression ou
remontée, qui suffit à assurer la désaturation non pathologique des
tissus les plus rapides, comme le sang.The state of saturation of the organism being thus represented, the con
which he must obey during decompression is com
essentially pose maximum allowable voltages for each
fabric and for each gas which are increasing functions, generated
generally linear but not necessarily passing through the origin,
of ambient pressure.These maximum allowable voltages
given ambient pressure for a given gas are greater than said
ambient pressure and therefore obviously higher than the pressure
partial gas at this ambient pressure, thus tuning the tissues
a certain degree of supersaturation (tension in excess of the tension of
Saturation) permitted and thereby the possibility for at least one
of them to desaturate at each stage of decompression, the
desaturation rate being proportional to the amplitude of the
supersaturation as indicated (Eq. 1). Another constraint which he has
already been reported is the maximum decompression speed or
rise, which is sufficient to ensure the non-pathological desaturation of
faster tissues, like blood.
Afin de comprendre en quoi les méthodes conventionnelles sont susceptibles d'amélioration, on peut se référer par exemple au paragraphe 3.4.1 du rapport de recherche 6-65 de l'U.S. Navy Experimental Diving Unit par R.D. In order to understand how conventional methods are likely to improve, one can refer for example to paragraph 3.4.1 of research report 6-65 of the U.S. Navy Experimental Diving Unit by R.D.
Workman (1965), où il est dit en substance
"Il est également reconnu que l'admission de gaz inerte durant le travail est plus importante qu'au repos, en raison de l'accroissement du débit cardiaque et de la perfusion des tissus. De même, I'élimination de gaz inerte au cours des périodes de repos sera plus lente que pendant le travail. La détermination des tensions maximales admissibles à partir de plongées de travail prend cette différence en compte dans une certaine mesure."
La perfusion d'un tissu anatomique (débit sanguin tissulaire) est en effet un facteur important des processus de saturation et désaturation en gaz non métabolisables. Boycott, Damant et Haldane (The prevention of compressed air illness ; J. Hyg.Lond. 8, 445-456, 1908) estiment que le coefficient exponentiel caractéristique k d'un tissu donné pour un gaz donné qui, comme nous l'avons vu, est inversement proportionnel à la période de ce tissu pour ce gaz, peut s'exprimer comme suit:
(Eq. 3) k = a C B / S où a est une constante
C est la perfusion sanguine du tissu
B est la solubilité du gaz dans le sang
S est la solubilité du gaz dans le tissu.Workman (1965), where it says in essence
"It is also recognized that the admission of inert gas during work is more important than at rest, due to the increase in cardiac output and tissue perfusion. Likewise, the elimination of inert gas during rest periods will be slower than during work. Determining the maximum allowable voltages from work dives takes this difference into account to some extent. "
The perfusion of anatomical tissue (tissue blood flow) is indeed an important factor in the processes of saturation and desaturation in non-metabolizable gases. Boycott, Damant and Haldane (The prevention of compressed air illness; J. Hyg. London. 8, 445-456, 1908) estimate that the characteristic exponential coefficient k of a given tissue for a given gas which, as we have seen, is inversely proportional to the period of this fabric for this gas, can be expressed as follows:
(Eq. 3) k = a CB / S where a is a constant
C is the blood perfusion of the tissue
B is the solubility of gas in the blood
S is the solubility of the gas in the tissue.
Selon ces auteurs, donc, la période de tout tissu varierait en proportion inverse de la perfusion de ce tissu, toutes choses étant égales par ailleurs. On s'accorde cependant de nos jours à penser que cela ne serait vrai que pour des tissus bien vascularisés, et que les périodes des tissus mal vascularisés, c'est-à-dire ceux où le gaz en solution doit diffuser sur une distance comparativement longue avant de rencontrer un vaisseau sanguin, dépendraient peu ou prou des perfusions de ces tissus. Ces derniers tissus seraient également ceux dont les périodes sont les plus longues. According to these authors, therefore, the period of any tissue would vary in inverse proportion to the perfusion of this tissue, all other things being equal. However, it is nowadays agreed that this would only be true for well-vascularized tissues, and that the periods of poorly vascularized tissues, that is to say those where the gas in solution must diffuse over a comparatively distance long before encountering a blood vessel, would depend more or less on infusions of these tissues. These latter tissues would also be those with the longest periods.
La perfusion d'un tissu dont le métabolisme s'accroît, comme un muscle fournissant un effort, augmente par dilatation des vaisseaux sanguins qui l'irriguent en réponse à l'hypoxie temporaire provoquée par ledit accroissement de métabolisme. Cette vaso-dilatation s'accompagne d'une augmentation du débit cardiaque afin de maintenir une pression artérielle constante. The perfusion of an increasing metabolism tissue, like an exerting muscle, increases by dilation of the blood vessels which supply it in response to the temporary hypoxia caused by said increased metabolism. This vasodilatation is accompanied by an increase in cardiac output in order to maintain a constant blood pressure.
Entre le repos et un effort soutenu le débit cardiaque chez l'homme peut varier entre 5 et 25 I/mn, c'est-à-dire par un facteur 5, ou même plus : des débits cardiaques d'environ 40 I/mn ont été mesurés chez des athlètes bien entraînés fournissant un effort maximal. Le simple fait de marcher lentement fait augmenter le débit cardiaque d'environ 50 % par rapport à la valeur au repos. Or, par conservation des débits, une multiplication du débit cardiaque par un facteur x supérieur à 1 doit nécessairement être associée à une multiplication par un facteur y au moins égal à x de la perfusion des tissus dont le métabolisme accru est -à l'origine de l'augmentation de débit cardiaque.Si l'on en croit Boycott, Damant et Haldane, cela signifie que les coefficients exponentiels et donc les vitesses d'échanges gazeux desdits tissus sont multipliés par le même facteur y. Les facteurs x et donc y pouvant être supérieurs à 5, on voit que les erreurs dues à cet effet, commises par les méthodes conventionnelles dans la détermination de l'état de saturation d'un individu, auxquelles Workman fait allusion dans l'extrait de son rapport présenté plus haut, sont potentiellement énormes. Between rest and a sustained effort the cardiac output in humans can vary between 5 and 25 I / min, i.e. by a factor of 5, or even more: cardiac outputs of around 40 I / min have been measured in well-trained athletes providing maximum effort. The simple act of walking slowly increases the cardiac output by about 50% compared to the value at rest. However, by conserving flow rates, a multiplication of cardiac output by a factor x greater than 1 must necessarily be associated with a multiplication by a factor y at least equal to x of the perfusion of tissues whose increased metabolism is - at the origin increase in cardiac output. If Boycott, Damant and Haldane are to be believed, this means that the exponential coefficients and therefore the gas exchange rates of said tissues are multiplied by the same y factor. Since the factors x and therefore y can be greater than 5, it can be seen that the errors due to this effect, made by conventional methods in determining the state of saturation of an individual, to which Workman alludes in the extract from his report presented above, are potentially enormous.
Si l'on considère un modèle simplifié de l'organisme où les coefficients exponentiels de tous les tissus varieraient proportionnellement au débit cardiaque, et si l'on admet qu'un plongeur peut travailler au fond à un débit cardiaque de 25 I/mn puis se décomprimer ensuite à débit cardiaque 5 I/mn selon une méthode conventionnelle en toute sécurité - ce dont il est permis de douter -, alors il est simple de voir, par interchangeabilité de k et de t dans (Eq. If we consider a simplified model of the organism where the exponential coefficients of all the tissues would vary in proportion to the cardiac output, and if we admit that a diver can work at the bottom at a cardiac output of 25 I / min then decompress then at cardiac output 5 I / min according to a conventional method in complete safety - which it is allowed to doubt -, then it is simple to see, by interchangeability of k and t in (Eq.
2), que le même plongeur aurait pu en toute sécurité subir le même programme de décompression après une plongée à la même profondeur mais de durée 5 fois plus élevée si son débit cardiaque au fond n'avait été que de 5 I/mn, c'est-à-dire s'il n'avait fourni aucun effort au fond. En effet, son état de saturation au moment d'amorcer sa remontée aurait été exactement le même dans les deux cas. En d'autres termes, il serait parfaitement sûr, dans certains cas, d'utiliser les tables conventionnelles en entrant une durée fictive 5 fois moindre que la durée réelle de la plongée.Par exemple si l'on utilisait la table de plongée à l'air annexée au décret de 1974 du Ministère du Travail français régissant les mesures particulières de protection applicables aux travailleurs hyperbares (Bulletin Officiel, fascicule spécial n 74-48 bis), on pourrait, dans certains cas, remonter en toute sécurité d'une plongée de 50 mn à 57 m en un temps total de 11,4 mn (durée de la remontée préconisée pour une plongée de 50/5 = 10 mn à 57 m) que l'on peut comparer aux 141,6 mn du programme de décompression obtenu par application stricte de la table, réalisant ainsi une économie non négligeable de plus de deux heures ou 92 % sur le temps de décompression.2), that the same diver could have safely undergone the same decompression program after a dive at the same depth but lasting 5 times higher if his cardiac output at the bottom was only 5 I / min, c that is to say if he had made no effort at bottom. In fact, its state of saturation when it started to rise would have been exactly the same in both cases. In other words, it would be perfectly safe, in some cases, to use conventional tables by entering a fictitious duration 5 times less than the actual duration of the dive, for example if one used the dive table at the air annexed to the 1974 decree of the French Ministry of Labor governing the special protection measures applicable to hyperbaric workers (Official Bulletin, special issue no. 74-48 bis), one could, in certain cases, go up safely from a dive from 50 min to 57 m in a total time of 11.4 min (duration of the ascent recommended for a dive of 50/5 = 10 min to 57 m) which can be compared to the 141.6 min of the decompression program obtained by strict application of the table, thus achieving a significant saving of more than two hours or 92% on the decompression time.
I1 va sans dire qu'un plongeur qui se laisserait tenter par l'économie de temps réalisée dans l'exemple ci-dessus courrait vers de graves ennuis vu la simplicité de nos hypothèses, qui n'étaient destinées qu'à fournir un ordre de magnitude des répercussions possibles sur les durées de décompression réellement nécessaires des variations de débit cardiaque au cours d'une exposition donnée à la pression. It goes without saying that a diver who would let himself be tempted by the saving of time achieved in the above example would run into serious trouble given the simplicity of our hypotheses, which were only intended to provide an order of magnitude of possible impact on actual decompression times of changes in cardiac output during a given exposure to pressure.
La méthode de l'invention consiste à monitorer en cours d'exposition (décompression y comprise), outre le temps et la pression ambiante comme le font les décompressimètres numériques conventionnels, ie débit cardiaque de l'intéressé ou tout paramètre connexe permettant de calculer ledit débit cardiaque, à estimer les valeurs instantanées des coefficients exponentiels ou périodes d'un certain nombre de tissus représentatifs de l'organisme en fonction dudit débit cardiaque, à en déduire par intégration en temps réel de (Eq. 1) les valeurs courantes des tensions dans chaque tissu de chacun des principaux gaz non métabolisables présents dans le mélange respiré, à prédire l'évolution de ces tensions en décompression simulée à débit cardiaque présumé constant sous contraintes de tensions maximales admissibles en fonction de la pression ambiante d'une part et d'une vitesse maximale de décompression d'autre part, à afficher ou autrement indiquer le programme de décompression minimal évolutif ainsi obtenu, et à assister autant que faire se peut le plongeur dans le respect dudit programme. The method of the invention consists in monitoring during exposure (including decompression), in addition to time and ambient pressure as do conventional digital decompressimeters, ie the cardiac output of the person concerned or any related parameter allowing the calculation of said cardiac output, to estimate the instantaneous values of the exponential coefficients or periods of a certain number of representative tissues of the organism as a function of said cardiac output, to be deduced therefrom by real-time integration of (Eq. 1) the current values of the tensions in each tissue of each of the main non-metabolizable gases present in the breathed mixture, to predict the evolution of these voltages in simulated decompression at presumed constant cardiac output under constraints of maximum admissible tensions as a function of the ambient pressure on the one hand and d '' a maximum decompression speed on the other hand, to display or otherwise indicate the minimum progressive decompression program a so obtained, and to assist the diver as much as possible while respecting the said program.
Afin d'éviter les difficultés inhérentes à la mesure directe du débit cardiaque dans des conditions opérationnelles réelles, on peut faire usage de la corrélation dont l'observation est une banalité quotidienne entre les activités cardiaques et respiratoires dçun individu, ces activités étant toutes deux déterminées par le métabolisme de l'individu. Des études détaillées ont montré que le débit ventilatoire moyen ("volume respiratoire minute") d'un individu variait approximativement de 6 à 120 I/mn en proportion directe de sa consommation d'oxygène, laquelle peut être exprimée comme le produit du débit cardiaque par la différence de concentration en oxygène entre le sang artériel et le sang veineux respectivement à la sortie et à l'entrée des poumons.Cette différence de concentration, ou taux d'extraction d'oxygène, augmente également de façon notable avec le métabolisme, de sorte que le débit cardiaque, contrairement au débit ventilatoire, n'est pas directement proportionnel à la consommation d'oxygène. II existe cependant une relation entre le débit cardiaque et le débit ventilatoire moyen, qui, pour un individu normal respirant de l'air à pression atmosphérique peut être représentée par l'approximation linéaire suivante
(Eq. 4) c = 0,18v + 3,95 où c est le débit cardiaque en I/mn
v est le débit ventilatoire moyen en I/mn.In order to avoid the difficulties inherent in direct measurement of cardiac output under real operational conditions, one can make use of the correlation, the observation of which is a daily banality between the cardiac and respiratory activities of an individual, these activities being both determined. by the metabolism of the individual. Detailed studies have shown that the average ventilatory flow rate ("respiratory volume minute") of an individual varies approximately from 6 to 120 I / min in direct proportion to his oxygen consumption, which can be expressed as the product of cardiac output by the difference in oxygen concentration between the arterial blood and the venous blood respectively at the exit and the entry of the lungs. This difference in concentration, or oxygen extraction rate, also increases significantly with metabolism, so that cardiac output, unlike ventilatory output, is not directly proportional to oxygen consumption. There is however a relation between the cardiac output and the average ventilatory output, which, for a normal individual breathing air at atmospheric pressure can be represented by the following linear approximation
(Eq. 4) c = 0.18v + 3.95 where c is the cardiac output in I / min
v is the average ventilation flow in I / min.
La position couchée et l'immersion verticale du corps affectent cette relation de façons similaires en ce qu'elles provoquent une augmentation du débit cardiaque (de 15 à 30 %) sans modification sensible du débit ventilatoire moyen. The lying position and the vertical immersion of the body affect this relationship in similar ways in that they cause an increase in cardiac output (from 15 to 30%) without appreciable modification of the average ventilatory flow.
Les variations de pression ambiante sont également susceptibles de modifier cette relation, notamment par les variations de pression partielle d'oxygène dans le mélange respiré (et donc de tension d'oxygène dans le sang artériel) qu'elles entraîne't. Quoi qu'il en soit, on peut admettre qu'il existe, à mélange respiratoire fonction donnée de la- pression ambiante, une expression analytique donnant le débit cardiaque d'un individu en fonction de son débit ventilatoire ou sa consommation d'oxygène et de la pression ambiante avec une précision suffisante pour permettre l'application de la méthode de l'invention par monitorage de la consommation de gaz respiratoires du sujet.La précision de cette méthode de détermination du débit cardiaque, qui n'est pas critique dans la mesure où il suffit qu'elle soit meilleure que 60 96 pour permettre de déterminer l'état de saturation du sujet avec plus de précision que les méthodes conventionnelles, peut être très bonne (certainement meilleure que 20 %) si l'expression analytique sur laquelle elle se base est déterminée expérimentalement en caisson pour le sujet même auquel elle doit être appliquée, et dans des conditions de mélange respiratoire, d'attitude, d'immersion et de température aussi proches que possible des conditions opérationnelles réelles à pression ambiante égale. Une expression moyenne déterminée expérimentalernent à partir de mesures sur un grand nombre d'individus aurait également une précision suffisante pour notre application.L'expression pourrait par exemple prendre la forme linéaire suivante
(Eq. 5) c = a(p)v + b(p) où a(p) et b(p) sont des fonctions de la pression ambiante, ou une forme polynomiale d'ordre supérieur selon la précision requise.Variations in ambient pressure are also likely to modify this relationship, in particular by the variations in partial pressure of oxygen in the breathed mixture (and therefore in oxygen tension in arterial blood) that they cause. Anyway, we can admit that there exists, with a respiratory mixture given function of the ambient pressure, an analytical expression giving the cardiac output of an individual according to his ventilatory flow or his consumption of oxygen and of ambient pressure with sufficient precision to allow the application of the method of the invention by monitoring the subject's consumption of respiratory gases. The precision of this method of determining cardiac output, which is not critical in measure that it is enough that it is better than 60 96 to allow to determine the state of saturation of the subject with more precision than the conventional methods, can be very good (certainly better than 20%) if the analytical expression on which it is based is determined experimentally in a box for the same subject to which it must be applied, and under conditions of respiratory mixture, attitude, immersion and temperature as pro as possible real operational conditions at equal ambient pressure. A determined mean expression experimentally from measurements on a large number of individuals would also have sufficient precision for our application. The expression could for example take the following linear form
(Eq. 5) c = a (p) v + b (p) where a (p) and b (p) are functions of ambient pressure, or a polynomial form of higher order according to the required precision.
Le débit ventilatoire peut à son tour être déterminé par le monitorage de la pression du réservoir de gaz respiratoire pour un appareil respiratoire à circuit ouvert ou de celle du réservoir d'oxygène pour un appareil à recyclage des gaz neutres, selon l'expression de détente isotherme suivante
(Eq. 6) v p = -K V dP/dt ou K est égal à 1 pour un appareil à circuit ouvert ou égal à la
constante de proportionnalité entre le débit ventilatoire et la
consommation d'oxygène dans le cas d'un appareil à recyclage.The ventilatory flow can in turn be determined by monitoring the pressure of the respiratory gas tank for an open circuit respiratory device or that of the oxygen tank for a neutral gas recycling device, according to the expansion expression next isotherm
(Eq. 6) vp = -KV dP / dt or K is equal to 1 for an open circuit device or equal to the
proportionality constant between the ventilatory flow and the
oxygen consumption in the case of a recycling device.
Dans ce dernier cas K peut être déterminé au préalable en
caisson, en fonction de la pression ambiante.In the latter case K can be determined beforehand by
box, depending on the ambient pressure.
Alternativement pour un appareil à recyclage le débit car
diaque peut être directement exprimé en fonction de la consom
mation d'oxygène, laquelle serait alors substituée à v dans les
équations 5 et 6 où a(p) et b(p) seraient de nouvelles fonctions
de la pression ambiante p, et K serait égal à 1.Alternatively for a recycling device the flow because
diac can be directly expressed according to the consumption
oxygenation, which would then be substituted for v in the
equations 5 and 6 where a (p) and b (p) would be new functions
of the ambient pressure p, and K would be equal to 1.
V est le volume du réservoir concerné
P est la pression du réservoir concerné. dP/dt est bien évidemment
négatif à température constante.V is the volume of the tank concerned
P is the pressure of the tank concerned. dP / dt is obviously
negative at constant temperature.
La connaissance de P présente d'autres avantages bien évidents en matière de sécurité en permettant une bonne gestion des reserves respiratoires. Knowing P has other obvious safety advantages by allowing proper management of respiratory reserves.
Cette gestion est rendue d'autant plus facile que la présente méthode permet, grâce à la connaissance simultanée de P et du programme minimal de décompression, de prédire la valeur de P à l'arrivée en surface par application de l'équation suivante obtenue par intégration de (Eq. 6)
où Ps est la valeur de P prédite à l'arrivée en surface
vo est la valeur présumée du débit ventilatoire lors de la décom
pression. Afin de majorer pour raisons de sécurité la chute de
pression P-Ps et aussi de simplifier les calculs, on pourra utiliser
une valeur constante (par exemple 20 I/mn) pour vo partout
supérieure à celle correspondant par (Eq. 5) à la valeur présumée
du débit cardiaque, également choisie constante (par exemple
7 I/mn). This management is made all the easier since the present method makes it possible, thanks to the simultaneous knowledge of P and of the minimum decompression program, to predict the value of P on arrival at the surface by application of the following equation obtained by integration of (Eq. 6)
where Ps is the value of P predicted on arrival at the surface
vo is the presumed value of the ventilatory flow during the decom
pressure. In order to increase for safety reasons the fall of
P-Ps pressure and also to simplify the calculations, we can use
a constant value (for example 20 I / min) for vo everywhere
higher than that corresponding by (Eq. 5) to the presumed value
cardiac output, also chosen to be constant (e.g.
7 I / min).
La mention "prog." sous le signe intégrale signifie que l'intégration est pratiquée sur le profil pression ambiante/temps du programme minimal de décompression. Si K est égal à 1 on voit que l'intégrale est égale à l'aire sous ce profil, dont une approximation dans le cadre d'une décompression par paliers est la somme des produits (pression ambiante X durée) pour tous les paliers. The mention "prog." under the integral sign means that integration is performed on the ambient pressure / time profile of the minimum decompression program. If K is equal to 1 we see that the integral is equal to the area under this profile, an approximation of which in the context of decompression in stages is the sum of the products (ambient pressure X duration) for all the stages.
Ayant décrit une méthode possible de détermination du débit cardiaque et le gain supplémentaire pouvant en être retiré en matière de sécurité, nous allons maintenant examiner à titre d'exemple une méthode de calcul de décompression faisant intervenir ce paramètre. Having described a possible method of determining cardiac output and the additional gain that can be obtained in terms of safety, we will now examine as an example a decompression calculation method using this parameter.
Le modèle mathématique de l'organisme est constitué, quel que soit le gaz non métabolisable concerné, de sept tissus numérotés selon un index i allant de 1 à 7. Les coefficients exponentiels de ces tissus sont les fonctions suivantes du débit cardiaque, en unités de 10 5 5-1 pour c exprimé en I/mn
(Eq. 8) kl = 22,3168 c
(Eq. 9) k2 = 11,1584 c
(Eq. 10) k3 = 5,5792 c
(Eq. Il) k4 = 2,7896 c
(Eq. 12) k5 = 1,10 c + 2,0636
(Eq. 13) k6 = 0,55 c + 1,0318
(Eq. 14) k7 = 2,4409
Trois critères ont présidé au choix de ces fonctions, outre leur linéarité
Le premier critère est la proportionnalité des coefficients exponentiels, et donc l'inverse proportionnalité des périodes, des tissus les plus rapides eau débit cardiaque.The mathematical model of the organism is made up, whatever the non-metabolizable gas concerned, of seven tissues numbered according to an index i ranging from 1 to 7. The exponential coefficients of these tissues are the following functions of cardiac output, in units of 10 5 5-1 for c expressed in I / min
(Eq. 8) kl = 22.3168 c
(Eq. 9) k2 = 11.1584 c
(Eq. 10) k3 = 5.5792 c
(Eq. Il) k4 = 2.7896 c
(Eq. 12) k5 = 1.10 c + 2.0636
(Eq. 13) k6 = 0.55 c + 1.0318
(Eq. 14) k7 = 2.4409
Three criteria governed the choice of these functions, in addition to their linearity
The first criterion is the proportionality of the exponential coefficients, and therefore the inverse proportionality of the periods, of the fastest tissues in cardiac output.
Le deuxième critère est la cohérence avec les périodes des 7 tissus qui ont servi de base au calcul des tables officielles du Ministère du Travail français (Bulletin Officiel 74-48 bis). Ces tissus étaient affectés de périodes différentes selon les conditions d'immersion respectivement 7,5, 15, 30, 60, 120, 240, et 480 mn en immersion (exposition et décompression), et 10, 20, 40, 80, 150, 300 et 480 mon pendant l'intervalle de surface. Nous remercions au passage 3.P. lmbert de la COMEX pour nous avoir communiqué ces valeurs. Si l'on calcule pour chaque tissu le rapport entre la période immergée et la période non immergée, on obtient respectivement 0,75, 0,75, 0,75, 0,75, 0,80, 0,80 et 1,00.Ces rapports semblent prendre en compte l'augmentation de 32 %, reportée par plusieurs auteurs, du débit cardiaque d'un sujet lors de son passage de l'état de repos vertical non immergé à l'état de repos vertical immergé, par une variation des périodes des 4 tissus les plus rapides en proportion inverse du débit cardiaque (0,75 = 1/1,33), une variation plus lente des périodes des 2 tissus suivants, et pas de variation du tout pour le dernier tissu. Les périodes correspondant aux coefficients exponentiels que nous avons choisis sont respectivement 7,40, 14,79, 29,58, 59,16, 118,32, 236,64 et 473,29 mn pour un débit cardiaque de 7 I/mn typique du repos immergé, et 9,86, 19,72, 39,44, 78,88,
147,38, 294,76 et 473,29 mn pour un débit cardiaque de 5,25 I/mn typique du repos non immergé. On remarquera que, bien que proches des périodes utilisées dans le calcul des tables officielles respectivement pour l'immersion et pour
I'intervalle de surface, et bien que respectant la progression géométrique de raison 2 de ces dernières dans le cas de l'immersion, nos périodes s'en éloignent légèrement alors qu'il eut été possible de les faire coïncider : les raisons pour cela résident dans le troisième critère.The second criterion is consistency with the periods of the 7 fabrics which served as the basis for calculating the official tables of the French Ministry of Labor (Official Bulletin 74-48 bis). These tissues were affected by different periods according to the immersion conditions respectively 7.5, 15, 30, 60, 120, 240, and 480 min in immersion (exposure and decompression), and 10, 20, 40, 80, 150, 300 and 480 my during the surface interval. We thank in passing 3.P. COMEX lmbert for having communicated these values to us. If we calculate for each tissue the ratio between the submerged period and the non-submerged period, we obtain respectively 0.75, 0.75, 0.75, 0.75, 0.80, 0.80 and 1.00 These reports seem to take into account the 32% increase, reported by several authors, in a subject's cardiac output when it passes from the vertical immersed rest state to the immersed vertical rest state, by a variation of the periods of the 4 fastest tissues in inverse proportion to the cardiac output (0.75 = 1 / 1.33), a slower variation of the periods of the following 2 tissues, and no variation at all for the last tissue. The periods corresponding to the exponential coefficients that we have chosen are respectively 7.40, 14.79, 29.58, 59.16, 118.32, 236.64 and 473.29 min for a cardiac output of 7 I / min typical of submerged rest, and 9.86, 19.72, 39.44, 78.88,
147.38, 294.76 and 473.29 min for a cardiac output of 5.25 I / min typical of non-submerged rest. Note that, although close to the periods used in the calculation of the official tables respectively for immersion and for
The surface interval, and although respecting the geometric progression of reason 2 of the latter in the case of immersion, our periods slightly deviate from it when it would have been possible to make them coincide: the reasons for this reside in the third criterion.
Le troisième critère est que, à débit cardiaque 7 I/mn, valeur présumée du débit cardiaque lors des remontées simulées dans la présente méthode pour établir le programme minimal de décompression, et pour un intervalle de temps commode dt, le produit k.dt soit pour tout tissu une puissance entière négative ou positive de 2, permettant l'intégration simple et rapide de (Eq. 1) pour l'estimation des tensions des tissus au cours desdites remontées simulées par des moyens de calcul à notation binaire. En l'occurrence,
I'intervalle de temps commode choisi est égal à 2,5 s ou le produit de cette valeur par toute puissance entière de 2.Cette valeur de 2,5 s nous part "commode" en ce qu'elle divise exactement une minute (60 = 24 x 2,5) et en ce qu'eile correspond à une diminution de pression de 0,5 mem à la vitesse nominale de décompression de 12 mem/mn que nous préférons aux 15 mem/mn des tables officielles pour raisons de sécurité. 0,5 mem se trouve être la précision avec laquelle nous comptons mesurer la pression ambiante, ainsi que l'unité interne de représentation de cette quantité par les moyens de calcul, qui seront ainsi à même de représenter sur un seul octet (8 bits d'information) toutes pressions ambiantes sur un domaine de variation de 128 mem, tout à fait suffisant pour la plupart des applications. En outre, 0,5 mem divise exactement la distance habituelle de 3 mem entre les paliers.The third criterion is that, at cardiac output 7 I / min, presumed value of cardiac output during the simulated ascent in this method to establish the minimum decompression program, and for a convenient time interval dt, the product k.dt is for any tissue a whole negative or positive power of 2, allowing the simple and rapid integration of (Eq. 1) for the estimation of the tensions of the tissues during said ascent simulated by means of calculation with binary notation. As it happens,
The convenient time interval chosen is 2.5 s or the product of this value by any integer power of 2. This 2.5 s value leaves us "convenient" in that it divides exactly one minute (60 = 24 x 2.5) and in that eile corresponds to a pressure reduction of 0.5 mem at the nominal decompression speed of 12 mem / min which we prefer to the 15 mem / min of the official tables for safety reasons . 0.5 mem happens to be the precision with which we intend to measure the ambient pressure, as well as the internal unit of representation of this quantity by the means of calculation, which will thus be able to represent on a single byte (8 bits d 'information) all ambient pressures on a range of variation of 128 mem, quite sufficient for most applications. In addition, 0.5 mem exactly divides the usual distance of 3 mem between the bearings.
Le monitorage simultané ou alterné de la pression ambiante, du temps et du débit cardiaque permettent de calculer à tout instant et pour chaque gaz considéré les tensions réelles de ce gaz régnant dans chacun des 7 tissus, par intégration en temps réel de (Eq. 1), où k est fonction du tissu et de la valeur instantanée du débit cardiaque selon les équations (Eq. 8) à (Eq. 14), et où g est la fraction molaire du - gaz considéré dans le mélange respiratoire, fonction éventuelle de la pression ambiante et connue à l'avance. Simultaneous or alternating monitoring of ambient pressure, time and cardiac output make it possible to calculate at any time and for each gas considered the real tensions of this gas prevailing in each of the 7 tissues, by real-time integration of (Eq. 1 ), where k is a function of the tissue and the instantaneous value of the cardiac output according to equations (Eq. 8) to (Eq. 14), and where g is the molar fraction of the - gas considered in the respiratory mixture, possible function of ambient pressure and known in advance.
A partir de ces tensions réelles régnant au temps présent dans les tissus, on peut prédire les tensions futures moyennant les hypothèses suivantes
- Décompression débutant au temps présent.From these real tensions prevailing at the present time in the tissues, one can predict future tensions by means of the following hypotheses
- Decompression starting at the present time.
- Débit cardiaque constant (7 I/mn) durant la décompression. - Constant cardiac output (7 I / min) during decompression.
- Vitesse de décompression soit nulle soit égale à une valeur nominale (12 mem/mn). - Decompression speed either zero or equal to a nominal value (12 mem / min).
- Arrêts autorisés seulement à certaines pressions ambiantes ou "paliers de décompression". Les paliers habituels sont situés à toutes les pressions ambiantes distantes de la pression régnant en surface (connue ici comme le multiple de 0,5 mem le plus proche de sa valeur réelle) par un multiple de 3 mem. Si toutes les pressions ambiantes sont autorisées on est en situation de décompression continue, équivalente ici à une décompression par paliers où les paliers sont situés à toutes les pressions ambiantes multiples de G,5 mem. - Stops authorized only at certain ambient pressures or "decompression stops". The usual steps are located at all ambient pressures distant from the surface pressure (known here as the multiple of 0.5 mem closest to its real value) by a multiple of 3 mem. If all ambient pressures are authorized, we are in a continuous decompression situation, equivalent here to decompression in stages where the stages are located at all ambient pressures multiple of G, 5 mem.
- Tensions partout inférieures ou égales à des tensions maximales admissibles également appelées tensions de contrôle qui, pour chaque gaz considéré et chaque tissu, sont des fonctions linéaires de la pression ambiante (voir plus loin). - Tensions everywhere less than or equal to maximum allowable voltages also called control voltages which, for each gas considered and each tissue, are linear functions of the ambient pressure (see below).
- Décompression la plus rapide possible tout en respectant les hypothèses précédentes. - Decompression as fast as possible while respecting the previous assumptions.
- Décompression se terminant à l'arrivée en surface. - Decompression ending on arrival at the surface.
Le profil pression ambiante/temps résultant de ces hypothèses constitue le programme minimal de décompression approprié au présent état de saturation. The ambient pressure / time profile resulting from these assumptions constitutes the minimum decompression program appropriate to this state of saturation.
Au début du calcul du programme minimal de décompression, qui est effectué toutes les quelques secondes, nous nous assurons que toutes les tensions actuelles dans les tissus sont inférieures aux tensions de contrôle en vigueur à la pression ambiante actuelle. Lorsque ce n'est pas le cas, nous bloquons les tensions "réelles" et le programme de décompression dans l'état où ces quantités se trouvaient avant la détection de l'anomalie, pour les laisser varier à nouveau des la détection de fin d'anomalie. Cette mesure arbitraire est destinée à interdire la prescription de décompressions artificiellement courtes induites par la réduction anormalement rapide des tensions lorsqu'un palier n'est pas respecté. At the start of the calculation of the minimum decompression program, which is carried out every few seconds, we ensure that all the current tensions in the tissues are lower than the control tensions in force at the current ambient pressure. When this is not the case, we block the "real" voltages and the decompression program in the state where these quantities were before the detection of the anomaly, to let them vary again from the end detection 'anomaly. This arbitrary measure is intended to prohibit the prescription of artificially short decompressions induced by the abnormally rapid reduction of tensions when a level is not respected.
Le tissu qui, pour un gaz donné, commande l'arrêt à un palier donné parce que la tension de ce gaz y est trop élevée pour permettre de rejoindre le palier suivant sans y dépasser la tension de contrôle, et qui détermine le temps d'arrêt à ce palier, est appelé tissu directeur de ce palier. The fabric which, for a given gas, controls stopping at a given level because the voltage of this gas is too high to allow it to reach the next level without exceeding the control voltage, and which determines the time of stop at this level, is called the directing tissue of this level.
Lorsque, comme c'est le cas dans la plupart des méthodes de calcul de décompression où un seul gaz non métabolisable est présent, certaines conditions faisant intervenir les périodes et les tensions de contrôle des divers tissus et la fraction molaire du gaz considéré dans le mélange respiré à chaque palier sont réunies, le tissu directeur d'un palier donné est de période toujours supérieure ou égale à celle du tissu directeur du palier précédent. Dans ce cas, il est possible d'accélérer le calcul du programme de décompression en ne considérant au fur et à mesure de la décompression simulée que les tissus de période supérieure ou égale à celle du tissu directeur courant. When, as is the case in most methods of decompression calculation where a single non-metabolizable gas is present, certain conditions involving the periods and control voltages of the various tissues and the molar fraction of the gas considered in the mixture breathed at each level are combined, the director fabric of a given level is always greater than or equal to that of the director fabric of the previous level. In this case, it is possible to speed up the calculation of the decompression program by considering, as the simulated decompression is concerned, only tissues with a period greater than or equal to that of the current director tissue.
Les tensions de contrôle aux divers paliers des divers tissus pour chaque gaz non métabolisable constituent la pierre d'angle de toute méthode de calcul du programme minimal de décompression pour un état de saturation initial donné. Comme nous l'avons vu plus haut, la prise en compte du débit cardiaque par notre méthode lui confère une meilleure précision dans la détermination de l'état de saturation que les méthodes conventionnelles, autorisant l'usage de tensions de contrôle moins sévères (donc plus élevées) du fait que la part de l'erreur y est moins importante. La question de la détermination de ces tensions de contrôle se pose donc.Une méthode simple et qui présente l'avantage de profiter des centaines de milliers d'expérimentations humaines qui ont conduit à l'établissement puis qui ont confirmé par l'usage la sécurité des tables conventionnelles autorisant le travail au fond est la suivante
Pour chacun des scénarios d'une ou plusieurs tables conventionnelles confirmées autorisant le travail au fond, comme par exemple les tables du GERS (maintenant GISMER) ou du Ministère du Travail en France, ou celles de l'US
Navy, on peut calculer grâce à (Eq. 2) I'état de saturation en fin d'exposition (début de décompression) de chacun de nos sept tissus affectés de coefficients exponentiels constants donnés par les équations (Eq. 8) à (Eq. 14) pour un débit cardiaque typique d'un travail constant modéré au fond, par exemple 15 I/mn. A partir des tensions en fin d'exposition de nos sept tissus, on peut calculer les tensions atteintes aux différents paliers de décompression par les mêmes tissus affectés cette fois de coefficients exponentiels donnés par les mêmes équations pour un débit cardiaque typique de la décompression, par exemple 7 I/mn. La comparaison globale de ces résultats pour tous les scénarios considerés permet de déterminer les tensions maximales atteintes par les divers tissus aux divers paliers, en éliminant éventuellement pour raisons de sécurité les résultats individuels par trop supérieurs aux tensions maximales atteintes par la plupart des scénarios.Une façon de procéder à cette détermination est de retenir, au fur et à mesure des scénarios considérés, les dix tensions les plus hautes atteintes par chaque tissu à chaque palier, puis de ne conserver que les valeurs constituant le groupe rapproché le moins élevé. Les tensions de contrôle peuvent enfin être déterminées pour chaque tissu comme des fonctions préférablement linéaires de la pression ambiante qui soient partout inférieures ou égales aux tensions maximales obtenues comme décrit ci-dessus.Il est aisé de voir que les programmes minimaux de décompression qui seront prescrits par notre méthode à partir de ces tensions de contrôle seront, à profits pression ambiante/temps égaux, respectivement plus courts ou plus longs que les programmes obtenus à partir des tables conventionnelles utilisées dans la détermination desdites ten sions de contrôle, lorsque le débit cardiaque moyen mesuré en cours d'exposition sera respectivement inférieur ou supérieur à 15 1/pan. C'est ainsi que notre méthode permettra une remontée plus rapide et tout aussi sûre que les tables lorsque le travail effectué au fond aura été peu important, une remontée proche des tables lorsqu'un travail modéré aura été fourni, et une remontée plus lente et plus sûre que celle des tables pour un travail au fond particulièrement important.
Ayant exposé l'invention dans son aspect théorique (méthode de l'invention), nous allons dans ce qui suit nous attacher à son aspect technique (dispositif de l'invention).The control voltages at the various levels of the various tissues for each non-metabolizable gas constitute the cornerstone of any method of calculating the minimum decompression program for a given initial state of saturation. As we saw above, taking into account the cardiac output by our method gives it better precision in determining the state of saturation than conventional methods, allowing the use of less severe control voltages (therefore higher) because the share of the error is smaller. The question of determining these control voltages therefore arises. A simple method which has the advantage of benefiting from the hundreds of thousands of human experiments which have led to establishment and which have confirmed through use security conventional tables authorizing work at the bottom is as follows
For each scenario of one or more confirmed conventional tables authorizing work at the bottom, such as for example the tables of GERS (now GISMER) or of the Ministry of Labor in France, or those of the US
Navy, we can calculate thanks to (Eq. 2) the state of saturation at the end of exposure (start of decompression) of each of our seven tissues affected by constant exponential coefficients given by equations (Eq. 8) to (Eq 14) for a cardiac output typical of constant moderate work at the bottom, for example 15 I / min. From the tensions at the end of exposure of our seven tissues, we can calculate the tensions reached at the different decompression stages by the same tissues affected this time by exponential coefficients given by the same equations for a cardiac output typical of decompression, by example 7 I / min. The overall comparison of these results for all the scenarios considered makes it possible to determine the maximum tensions reached by the various tissues at the various stages, possibly eliminating for safety reasons the individual results that are too much higher than the maximum tensions reached by most scenarios. way of making this determination is to retain, as and when the scenarios considered, the ten highest tensions reached by each tissue at each level, then to keep only the values constituting the lowest close group. The control voltages can finally be determined for each tissue as preferably linear functions of the ambient pressure which are everywhere less than or equal to the maximum tensions obtained as described above. It is easy to see that the minimum decompression programs which will be prescribed by our method from these control voltages will be, for profits ambient pressure / equal times, respectively shorter or longer than the programs obtained from the conventional tables used in the determination of said control tensions, when the average cardiac output measured during exposure will respectively be less than or more than 15 1 / pan. This is how our method will allow a faster ascent and just as safe as the tables when the work done at the bottom has been unimportant, a rise close to the tables when a moderate work has been provided, and a slower ascent and safer than the tables for a particularly important work at the bottom.
Having exposed the invention in its theoretical aspect (method of the invention), we will in the following focus on its technical aspect (device of the invention).
Le dispositif de l'lnvention est un instrument: - de détermination par mesures et calculs - et d'indication automatiques, en temps réel et à tout moment - du programme minimal intégral ou partiel de décompression non pathologique continue ou par paliers de l'utilisateur depuis la pression ambiante du moment jusqu'à une pression prédéfinie, - ainsi que de paramètres numériques ou logiques connexes audit programme pouvant soit avoir participé à l'établissement dudit programme, soit être susceptibles de faciliter ou de rendre plus sûre l'exécution par l'utilisateur dudit programme, soit résulter ou dépendre dudit programme, comportant d'une part:: - des moyens de mesure du temps aptes à produire des signaux de sortie représentatifs dudit temps, - ainsi que des- moyens de mesure de la pression ambiante aptes à produire des signaux de sortie représentatifs de ladite pression ambiante, - ainsi que des moyens de calcul automatiques à mémoire au moins en partie vive aptes à recevoir et interpréter les signaux de sortie desdits moyens de mesure du temps ainsi que ceux desdits moyens de mesure de la pression ambiante, ainsi qu'à estimer, par intégration en temps réel de quantités dépendant en partie desdits signaux, l'état actuel de saturation en gaz non métabolisables de l'utilisateur, ainsi qu'à calculer, en fonction dudit état de saturation, ledit programme de décompression, ainsi qu'à produire des signaux de sortie représentatifs dudit programme de décompression et desdits paramètres connexes, - ainsi que des moyens d'indication aptes à recevoir les signaux de sortie desdits moyens de calcul ainsi éventuellement que ceux de tous ou certains des moyens de mesure présents dans ledit dispositif, ainsi qu'à produire des signaux de sortie représentatifs desdits signaux sous une forme directement interprétable par l'utilisateur, - ainsi que des moyens d'alimentation propres à fournir de l'énergie électrique à tous les composants actifs dudit dispositif, - ainsi qu'un boîtier propre à contenir et à protéger contre les chocs et les effets nocifs du milieu ambiant ledit dispositif, ainsi qu'à faciliter le port dudit dispositif par l'utilisateur, ainsi qu a permettre les communications des moyens d'indication vers l'utilisateur, caractérisé: - en ce qu'il comporte d'autre part des moyens de mesure du débit cardiaque de l'utilisateur ou de tout paramètre connexe qui permettrait, compte tenu d'autres informations auxquelles les moyens de calcul ont par ailleurs accès, d'estimer ledit débit cardiaque, aptes à produire des signaux de sortie représentatifs dudit débit cardiaque ou paramètre connexe, - et en ce que lesdits moyens de calcul sont aptes à recevoir et interpréter les signaux de sortie desdits moyens de mesure du débit cardiaque ou paramètre connexe, ainsi qu'à en déduire, compte tenu éventuellement d'autres informations auxquelles ils ont par ailleurs accès, une estimation dudit débit cardiaque, ainsi qu'à faire intervenir ledit débit cardiaque dans les calculs d'intégration en temps réel mentionnés plus haut conduisant à l'évaluation de l'état de saturation de l'utilisateur, par exemple en faisant varier les périodes (temps de demi-saturation) des tissus mathématiques représentatifs de l'organisme dudit utilisateur en proportion inverse dudit débit cardiaque afin de modeler l'effet des variations de transfusion sang/tissu sur les échanges gazeux des contreparties anatomiques desdits tissus, ou selon une fonction plus lente voire constante dudit débit cardiaque pour ceux desdits tissus dont les contreparties anatomiques dépendraient en grande partie voire totalement des phénomènes de diffusion pour leurs échanges gazeux et/ou dont la perfusion des contreparties anatomiques varierait moins vite que proportionnellement au débit cardiaque, voire selon une fonction plus rapide dudit débit cardiaque pour ceux desdits tissus dont la perfusion des contreparties anatomiques varierait plus vite que proportionnellement au débit cardiaque. The device of the invention is an instrument: - for determination by measurements and calculations - and for automatic indication, in real time and at any time - of the minimum integral or partial program of continuous non-pathological decompression or in stages of the user from the ambient pressure of the moment to a predefined pressure, - as well as numerical or logical parameters related to said program which may either have participated in the establishment of said program, or may be likely to facilitate or make safer execution by the user of said program, either result from or depend on said program, comprising on the one hand: - means for measuring time capable of producing output signals representative of said time, - as well as means for measuring ambient pressure suitable to produce output signals representative of said ambient pressure, - as well as automatic memory means at least partly in memory capable of receiving and inter read the output signals of said time measuring means as well as those of said ambient pressure measuring means, as well as to estimate, by real-time integration of quantities partly dependent on said signals, the current state of gas saturation not metabolizable by the user, as well as calculating, as a function of said saturation state, said decompression program, as well as producing output signals representative of said decompression program and of said related parameters, - as well as means of indication suitable for receiving the output signals from said calculation means as well as possibly those from all or some of the measurement means present in said device, as well as for producing output signals representative of said signals in a form directly interpretable by the user, - as well as supply means capable of supplying electrical energy to all the active components of said device, - as well as a housing suitable for containing and protecting against shock and harmful effects of the ambient environment said device, as well as facilitating the wearing of said device by the user, as well as allowing communications of the means of indication to the user, characterized : - in that it also comprises means for measuring the cardiac output of the user or any related parameter which would allow, taking into account other information to which the calculation means otherwise have access, to estimate said cardiac output, capable of producing output signals representative of said cardiac output or related parameter, - and in that said calculation means are adapted to receive and interpret the output signals of said means for measuring cardiac output or related parameter, thus to deduce therefrom, possibly taking into account other information to which they also have access, an estimate of said cardiac output, as well as to involve said cardiac output in the s real-time integration calculations mentioned above leading to the evaluation of the user's saturation state, for example by varying the periods (semi-saturation time) of the mathematical tissues representative of the said organism user in inverse proportion to said cardiac output in order to model the effect of variations in blood / tissue transfusion on the gas exchanges of the anatomical counterparts of said tissues, or according to a slower or even constant function of said cardiac output for those of said tissues on which the anatomical counterparts would depend largely or even completely diffusion phenomena for their gas exchanges and / or whose perfusion of the anatomical counterparts would vary less quickly than in proportion to the cardiac output, or even according to a more rapid function of said cardiac output for those of said tissues whose perfusion of the anatomical counterparts would vary faster than proportional to cardiac output.
La mesure du débit cardiaque peut être effectuée de manière indirecte par la mesure de la valeur moyenne sur quelques dizaines de secondes du débit ventilatoire ("volume minute") et l'application de la corrélation physiologique existant, à mélange respiratoire fonction donnée triviale ou non de la pression ambiante, entre le débit ventilatoire, le débit cardiaque et la pression ambiante. Les coefficients de l'expression analytique employée par les moyens de calcul pour représenter cette corrélation peuvent être des coefficients moyens déterminés à partir de mesures sur- un grand nombre d'individus, ou les coefficients spécifiques de l'utilisateur. The measurement of the cardiac output can be carried out indirectly by measuring the average value over a few tens of seconds of the ventilatory output ("volume minute") and the application of the existing physiological correlation, with respiratory mixture given function trivial or not of ambient pressure, between ventilatory flow, cardiac output and ambient pressure. The coefficients of the analytical expression used by the computing means to represent this correlation can be mean coefficients determined from measurements on a large number of individuals, or the user-specific coefficients.
Pour ce faire, le dispositif de l'invention peut comporter des moyens de mesure de la pression P, définie comme la pression régnant à l'intérieur du réservoir de gaz respiratoire dans le cas d'un appareil respiratoire à circuit ouvert ou cornme celle régnant à l'intérieur du réservoir d'oxygène dans le cas d'un appareil respiratoire à circuit fermé ou semi-fermé. Les moyens de calcul et éventuellement les moyens d'indication sont sensibles aux signaux issus desdits moyens de mesure de P. Lesdits moyens de calcul évaluent la vitesse de variation de P en fonction des signaux issus desdits moyens de mesure de P et de ceux issus des moyens de mesure du temps aux extrémités d'un petit intervalle de temps.Lesdits moyens de calcul déterminent le débit ventilatoire de l'utilisateur en fonction de ladite vitesse de variation due?, de la pression ambiante, du volume du réservoir concerné, du type d'appareil respiratoire utilisé, et du pourcentage d'oxygène dans le mélange respiratoire en fonction de la pression ambiante dans le cas d'un appareil respiratoire à circuit fermé ou semi-fermé, ces trois dernières informations étant contenues sous forme explicite ou implicite dans la mémoire des moyens de calcul. To do this, the device of the invention may include means for measuring the pressure P, defined as the pressure prevailing inside the respiratory gas reservoir in the case of an open circuit breathing apparatus or as that prevailing inside the oxygen tank in the case of a closed or semi-closed breathing apparatus. The means of calculation and possibly the means of indication are sensitive to the signals coming from said means of measuring P. The said means of calculating evaluate the speed of variation of P according to the signals coming from said means of measuring P and those coming from means for measuring time at the ends of a small time interval. Said calculating means determine the ventilatory flow rate of the user as a function of said speed of variation due ?, ambient pressure, volume of the reservoir concerned, type of breathing apparatus used, and of the percentage of oxygen in the respiratory mixture as a function of ambient pressure in the case of a closed or semi-closed circuit breathing apparatus, the latter three information being contained in explicit or implicit form in the memory of the computing means.
Les moyens de calcul utilisent également la valeur mesurée courante de la pression P pour prédire, sur la base du et éventuellement simultanément au programme de décompression courant, la valeur de P lors de l'arrivée en surface dans l'hypothèse où l'utilisateur effectuerait immédiatement sa remontée selon les indications du dispositif et où son débit ventilatoire lors de ladite remontée aurait une valeur présumée donnée, ladite valeur pouvant ou non dépendre des valeurs mesurées jusqu'au moment où la prédiction est effectuée. Lesdits moyens de calcul sont aptes à avertir l'utilisateur par l'intermédiaire d'un ou plusieurs des moyens d'indication dès que la valeur de P prédite lors de l'arrivée en surface devient inférieure à un seuil de sécurité donné. The calculation means also use the current measured value of the pressure P to predict, on the basis of and possibly simultaneously with the current decompression program, the value of P when arriving at the surface in the event that the user performs immediately its ascent according to the indications of the device and where its ventilatory flow during said ascent would have a presumed given value, said value being able or not to depend on the values measured until the moment when the prediction is carried out. Said calculation means are able to warn the user by means of one or more of the indication means as soon as the value of P predicted upon arrival at the surface becomes lower than a given safety threshold.
Les moyens de mesure de la ou des pressions sont à base d'un ou plusieurs capteurs qui peuvent être réactifs ou résistifs, électro-mécaniques ou électriques, passifs ou actifs, précalibrés ou non, munis ou non d'une compensation thermique interne de la sensibilité et/ou du zéro, sensibles aux pressions absolues ou aux pressions relatives à celle régnant à l'intérieur du boîtier ou d'un de ses compartiments, qui peuvent comporter ou non des soufflets, des tubes de
Bourdon, des leviers, des convertisseurs de déplacement en signal électrique, des membranes, des fluides intermédiaires transmetteurs de pression, des tuyaux ou canalisations souples ou rigides mettant en équipression les parties sensibles des capteurs et les milieux où les pressions sont mesurées, dont la partie électrique peut être composée d'un ou plusieurs éléments électroniques discrets ou intégrés, qui peuvent se comporter électriquement comme un "pont de
Wheatstone" dont la résistance d'une ou plusieurs des branches varie en fonction de la pression mesurée faisant ainsi varier la tension de sortie dudit pont, ou comme un oscillateur électrique différentiel ou non dont l'impédance d'un ou plusieurs des éléments varie en fonction de la pression mesurée faisant ainsi varier la fréquence d'oscillation dudit oscillateur.Lesdits moyens de mesure de la ou des pressions peuvent comporter également des circuits d'amplification et/ou de compensation thermique externe des signaux d'entrée (excitation) et/ou de sortie du ou des capteurs de base, lesdits circuits pouvant être intégrés en un seul composant ou constitués d'amplificateurs opérationnels et de composants passifs (résistances, capacités), lesdits circuits pouvant en outre être communs à plusieurs capteurs par insertion d'un ou plusieurs démultiplexeurs et/ou multiplexeurs analogiques contrôlés par les moyens de calcul entre lesdits circuits et les entrées et/ou sorties desdits capteurs.Lesdits moyens de mesure de la ou des pressions peuvent également comporter au moins un convertisseur analogiquenumerique pouvant être du type tension-fréquence et pouvant être employé à la conversion de signaux analogiques provenant de diverses sources par insertion entre lesdites sources et l'entrée dudit convertisseur d'un multiplexeur analogique contrôlé par lesdits moyens de calcul, la ou les sorties du ou desdits convertisseurs étant connectées à une ou plusieurs lignes desdits moyens de calcul.Lesdits moyens de mesure de la ou des pressions peuvent comporter au moins une source de tension constante dont la sortie est connectée soit directement soit par l'intermédiaire desdits circuits d'amplification et/ou de compensation thermique à l'entrée (excitation) du ou des capteurs, ladite source de tension constante pouvant, selon un agencement dit "ratiométrique", être celle qui calibre de façon interne ou externe le ou les convertisseurs analogiquesnumériques.The means for measuring the pressure or pressures are based on one or more sensors which can be reactive or resistive, electro-mechanical or electrical, passive or active, precalibrated or not, with or without internal thermal compensation of the sensitivity and / or zero, sensitive to absolute pressures or to pressures relating to that prevailing inside the housing or one of its compartments, which may or may not include bellows,
Bumblebee, levers, converters for displacement into electrical signal, membranes, intermediate pressure transmitting fluids, flexible or rigid pipes or conduits putting in equilibrium the sensitive parts of the sensors and the environments where the pressures are measured, including the part may consist of one or more discrete or integrated electronic components, which may behave electrically as a "bridge
Wheatstone "whose resistance of one or more of the branches varies as a function of the pressure measured, thus varying the output voltage of said bridge, or as a differential or non-electric oscillator whose impedance of one or more of the elements varies in as a function of the pressure measured, thus varying the frequency of oscillation of said oscillator. Said means for measuring the pressure or pressures may also include circuits for amplification and / or external thermal compensation of the input signals (excitation) and / or output from the basic sensor (s), said circuits being able to be integrated in a single component or made up of operational amplifiers and passive components (resistances, capacities), said circuits being able to be moreover common to several sensors by insertion of a or several analog demultiplexers and / or multiplexers controlled by the calculation means between said circuits and the inputs and / or outputs of said sensors. Said means for measuring the pressure or pressures can also comprise at least one analog-digital converter which can be of the voltage-frequency type and which can be used for the conversion of analog signals coming from various sources by insertion between said sources and the input of said converter. an analog multiplexer controlled by said calculating means, the output or outputs of said converter (s) being connected to one or more lines of said calculating means. Said means for measuring the pressure or pressures can comprise at least one constant voltage source of which the output is connected either directly or via said amplification and / or thermal compensation circuits to the input (excitation) of the sensor (s), said constant voltage source being able, according to an arrangement called "ratiometric", to be one that calibrates internally or externally the analog to digital converter (s).
Le dispositif selon l'invention peut également comporter des moyens de mesure de la température ambiante dont le capteur de base peut etre du type détecteur résistif de température (RTD), thermistor, thermocouple, diode ou circuit intégré. Lesdits moyens de mesure de la température peuvent avoir des parties communes avec d'autres éléments du dispositif, le capteur de base pouvant en particulier être intégré à un capteur de pression ou à un convertis seur analogique-numérique pouvant être du type tension-fréquence. Les signaux issus desdits moyens de mesure de la température peuvent être employés à compenser les coefficients thermiques des autres moyens de mesure et éventuellement des moyens d'indication.Lesdites compensations peuvent être effectuées analogiquement, soit par excitation directe de l'organe à compenser par la tension de sortie desdits moyens de mesure de la température soit par l'emploi d'amplificateurs opérationnels pouvant ou non faire partie d'étages amplificateurs, ou numériquement au quel cas lesdits moyens de mesure de température peuvent comporter au moins un convertisseur analogique-numérique pouvant être du type tension- fréquence qu'ils peuvent partager avec d'autres moyens de mesure si un multiplexeur analogique lui est adjoint, ia ou les sorties dudit convertisseur étant connectées à une ou plusieurs lignes des moyens de calcul, ledit convertisseur pouvant en outre contenir le capteur de température de base. The device according to the invention may also include means for measuring the ambient temperature, the basic sensor of which may be of the resistive temperature detector (RTD), thermistor, thermocouple, diode or integrated circuit type. Said temperature measurement means may have parts in common with other elements of the device, the basic sensor being able in particular to be integrated into a pressure sensor or to an analog-digital converter being able to be of the voltage-frequency type. The signals from said temperature measuring means can be used to compensate the thermal coefficients of the other measuring means and possibly of the indicating means. Said compensations can be carried out analogically, either by direct excitation of the member to be compensated by output voltage of said temperature measurement means either by the use of operational amplifiers which may or may not be part of amplifier stages, or numerically in which case said temperature measurement means can comprise at least one analog-digital converter which can be of the voltage-frequency type which they can share with other measurement means if an analog multiplexer is added thereto, ia or the outputs of said converter being connected to one or more lines of the calculation means, said converter being able moreover to contain the base temperature sensor.
Les moyens d'indication peuvent être sensibles, directement, par l'intermédiaire de circuits d'amplification ou par l'intermédiaire des moyens de calcul, aux signaux issus desdits moyens de mesure de la température et aptes à informer l'utilisateur de la valeur de ladite température.The indication means can be sensitive, directly, through amplification circuits or via calculation means, to signals from said temperature measurement means and capable of informing the user of the value of said temperature.
Le dispositif de l'invention peut également comporter des moyens d'entrée de données permettant la modification éventuelle, à fins d'expérimentation ou d'adaptation à de nouvelles conditions de plongée ou simplement pour raisons de préférences personnelles, de certaines des quantités pouvant être tenues explicitement ou implicitement dans la mémoire des moyens de calcul telles que pression régnant en surface, volume du réservoir dans lequel la pression P est mesurée, type de l'appareil respiratoire utilisé, seuil de sécurité de la pression P prédite à l'arrivée en surface, composition du mélange respiratoire éventuellement sous la forme d'une fonction de la pression ambiante, nombre et périodes de base (pour un débit cardiaque de base donné) des tissus constituant le modèle mathématique de l'organisme, valeurs initiales des tensions des divers gaz non métabolisables dans lesdits tissus, valeurs maximales admissibles desdites tensions sous la forme de fonctions de la pression ambiante, vitesse d'ascension maximale, mode de décompression désiré (continue ou par paliers), profondeurs ou pressions ambiantes autorisées pour l'exécution de paliers dans le cas d'une décompression par paliers, coefficients de la corrélation débit cardiaque/débit ventilatoire/pression ambiante, coefficients de la corrélation débit cardiaque/période pour chaque tissu, durée de plongée à ne pas dépasser, profondeur ou pression ambiante à ne pas dépasser, constantes de calibration des moyens de mesure, coefficients thermiques de sensibilité et/ou de zéro des moyens de mesure et/ou des moyens d'indication, mode d'indication désiré, angle optimal de lecture et/ou demande d'illumination de l'affichage dans le cas d'un affichage à cristaux liquides. Lesdits moyens d'entrée de données peuvent être composés d'interrupteurs à action magnétique du type "Reed" ou à effet Hall situés à l'intérieur du boîtier, commandant l'état binaire de lignes des moyens de calcul, et d'un ou plusieurs aimants encapsulés dans ou recouverts d'un matériau propre à les protéger de la corrosion situés à l'extérieur dudit boîtier et aptes à être déplacés en translation, rotation ou une combinaison de ces mouvements par l'utilisateur afin d'actionner sélectivement et à distance lesdits interrupteurs. The device of the invention may also include data input means allowing the possible modification, for the purposes of experimentation or adaptation to new diving conditions or simply for reasons of personal preferences, of some of the quantities that can be explicitly or implicitly kept in the memory of the calculation means such as pressure prevailing at the surface, volume of the tank in which the pressure P is measured, type of respiratory device used, safety threshold of the pressure P predicted on arrival in surface, composition of the respiratory mixture possibly in the form of a function of the ambient pressure, number and basic periods (for a given basic cardiac output) of the tissues constituting the mathematical model of the organism, initial values of the tensions of the various gases not metabolizable in said tissues, maximum admissible values of said tensions in the form of functions of ambient pressure, maximum ascent rate, desired decompression mode (continuous or stepwise), depths or ambient pressures authorized for the execution of steps in the case of step decompression, coefficients of the correlation cardiac output / ventilatory output / ambient pressure , coefficients of the cardiac output / period correlation for each tissue, dive time not to be exceeded, depth or ambient pressure not to be exceeded, calibration constants of the measurement means, thermal sensitivity and / or zero coefficients of the measurement means measurement and / or indication means, desired indication mode, optimal reading angle and / or display illumination request in the case of a liquid crystal display. Said data input means can be composed of magnetic action switches of the "Reed" or Hall effect type located inside the housing, controlling the binary state of lines of the calculation means, and one or more several magnets encapsulated in or covered with a material suitable for protecting them from corrosion located outside said housing and capable of being moved in translation, rotation or a combination of these movements by the user in order to selectively and distance said switches.
Lesdits moyens d'entrée de données peuvent comporter un dispositif de verrouillage apte à protéger lesdites constantes contre toute modification accidentelle en cours d'utilisation ou de transport du dispositif.Said data entry means may include a locking device capable of protecting said constants against any accidental modification during use or transport of the device.
Les moyens de calcul consistent en un micro-ordinateur pouvant être essentiellement de construction CMOS, comportant en un ou plusieurs boîtiers un ou plusieurs microprocesseurs à 4, 8, 16, 32 ou voire 64 bits, un ou plusieurs générateurs de signal d'horloge, un ou plusieurs éléments de mémoire vive pouvant être du type statique ou dynamique ou une combinaison des deux, éventuellement un ou plusieurs éléments de mémoire morte programmable ou non, éventuellement un ou plusieurs timers (registres de comptage), éventuellement un ou plusieurs décodeurs, éventuellement un ou plusieurs amplificateurs de signaux binaires ("buffers", "drivers", tampons, émetteurs, récepteurs, transmetteurs), éventuellement un ou plusieurs boîtiers de logique annexe (portes, inverseurs, monos tables, multiplexeurs, compteurs, bascules de Schmidt), éventuellement un ou plusieurs composants passifs (résistances, condensateurs), éventuellement une ou plusieurs interfaces de communication programmables ou non, parallèles (PIA, PIO) ou séries synchrones ou asynchrones (SCI, UART, USART, ACIA). Le ou lesdits générateurs de signal d'horloge permettent au ou auxdits microprocesseurs d'exécuter en séquence les instructions en code machine stockées en mémoire (morte ou à défaut vive) dont sont constituées les diverses opérations de saisie, traitement et transmission d'information assignées aux moyens de calcul. Ladite mémoire vive peut être maintenue sous tension permanente afin que son contenu soit préservé même au cours des périodes d'arrêt du dispositif. Le ou lesdits microprocesseurs peuvent fonctionner en divers modes tels que "actif", "sommeil", "standby" correspondant à divers niveaux énergétiques.Lesdits moyens -de calcul peuvent posséder une ou plusieurs facilités d'interruption hiérarchisées ou non, masquables ou non, internes et/ou externes, par matériel et/ou logiciel, permettant l'exécution d'algorithmes spécifiques selon l'état des moyens de mesure et/ou des moyens d'affichage et/ou du ou des timers s'il y a lieu et/ou des moyens d'entrée de données s'il y a lieu et/ou des moyens d'alimentation en énergie électrique. L'une desdites facilités d'interruption, de préférence du type non masquable, commandée par les moyens d'entrée de données, peut déclencher une procédure de fermeture organisée du système qui garantisse la sauvegarde du contenu de la mémoire vive. Lesdits timers s'ils sont présents peuvent remplir tout ou partie des fonctions des moyens de mesure du temps en association avec le ou lesdits générateurs de signal d'horloge.Le ou lesdits générateurs de signal d'horloge peuvent être composés d'oscillateurs (cristallins, par exemple quartz, ou autres, par exemple circuits RLC) indépendants ou de sorties de ceux des moyens de mesure du temps, s'il en est, qui sont distincts des moyens de calcul. Les communications entre les divers composants, s'ils sont plusieurs, des moyens de calcul (communications internes) et entre les moyens de calcul et les autres composants du dispositif (communications d'entrées-sorties) se font par l'intermédiaire de ports programmables ou non, avec ou sans loquets ("latches"), à sens unique ou à double sens ou mixtes, pouvant posséder une facilité d'inhibition (état de haute impédance) et/ou par l'intermédiaire de lignes d'interruption (par exemple pour la réception de signaux de type fréquence) et/ou par l'intermédiaire de lignes de contrôle (telles que lignes de sélection, lignes de poignée de main -"handshake"-) et/ou via des interfaces de communication parallèle ou série. Certains desdits ports peuvent être interconnectés selon un agencement dit de "bus". Les ports d'entrées-sorties peuvent être spécialisés ou projetés en mémoire. Lesdits moyens de calcul peuvent remplir une partie des fonctions des divers moyens de mesure, notamment en effectuant des calibrations et/ou compensations thermiques de sensibilités et/ou de zéros calculées, en générant par l'intermédiaire de convertisseurs numérique- analogiques des signaux analogiques permettant d'évaluer les signaux à mesurer par l'emploi de comparateurs, ou en mesurant la fréquence d'un signal alternatif à l'aide d'un timer et de la facilité d'interrup tion externe associée ("input capture interrupt").Lesdits moyens de calcul peuvent modifier une ou plusieurs tensions d'excitation des moyens de mesure et/ou d'indication par l'intermédiaire de convertisseurs numérique-analogiques ou de multiplexeurs analogiques associés à des diviseurs de potentiel et d'éventuels amplificateurs opérationnels et composants passifs associés afin par exemple dans le cas d'un affichage à cristaux liquides de modifier l'angle optimal de lecture pour satisfaire les demandes exprimées par l'utilisateur via les moyens d'entrée de données ou afin de maintenir ledit angle constant en compensant les effets thermiques qui l'affectent. Les séquences d'instructions exécutées par lesdits moyens de calcul peuvent comporter divers tests de bon fonctionnement du dispositif, en particulier des tests de vraisemblance, conduisant à un avertissement du plongeur via les moyens d'indication en cas de malfonction détectée. The computing means consist of a microcomputer which can be essentially of CMOS construction, comprising in one or more housings one or more microprocessors with 4, 8, 16, 32 or even 64 bits, one or more clock signal generators, one or more elements of random access memory which can be of the static or dynamic type or a combination of the two, possibly one or more elements of read-only memory programmable or not, possibly one or more timers (counting registers), possibly one or more decoders, possibly one or more binary signal amplifiers ("buffers", "drivers", buffers, transmitters, receivers, transmitters), possibly one or more auxiliary logic boxes (gates, inverters, single tables, multiplexers, counters, Schmidt flip-flops), possibly one or more passive components (resistors, capacitors), possibly one or more communication interfaces, programmable or not, para Models (PIA, PIO) or synchronous or asynchronous series (SCI, UART, USART, CFIA). The said clock signal generator (s) allow the said microprocessor (s) to execute in sequence the machine code instructions stored in the memory (dead or in the absence of a living fault) of which the various operations for entering, processing and transmitting assigned information are made up. to the means of calculation. Said random access memory can be kept under permanent voltage so that its content is preserved even during periods of device shutdown. Said microprocessor (s) can operate in various modes such as "active", "sleep", "standby" corresponding to various energy levels. Said means of calculation can have one or more interruption facilities hierarchical or not, maskable or not, internal and / or external, by hardware and / or software, allowing the execution of specific algorithms according to the state of the measurement means and / or display means and / or the timers or timers if necessary and / or data input means if necessary and / or electrical energy supply means. One of said interruption facilities, preferably of the non-maskable type, controlled by the data input means, can trigger an organized system closure procedure which guarantees the backup of the contents of the RAM. Said timers, if present, can fulfill all or part of the functions of the time measurement means in association with said clock signal generator (s). Said clock signal generator (s) can be composed of oscillators (crystalline , for example quartz, or others, for example RLC circuits) independent or of outputs from those of the time measurement means, if any, which are distinct from the calculation means. The communications between the various components, if there are several, of the calculation means (internal communications) and between the calculation means and the other components of the device (input-output communications) take place via programmable ports. or not, with or without latches ("latches"), one-way or two-way or mixed, which may have an inhibition facility (high impedance state) and / or via interrupt lines (by example for reception of frequency type signals) and / or via control lines (such as selection lines, handshake lines) and / or via parallel or serial communication interfaces . Some of said ports can be interconnected in a so-called "bus" arrangement. The input-output ports can be specialized or projected in memory. Said calculating means can fulfill part of the functions of the various measuring means, in particular by performing thermal calibrations and / or compensations for sensitivities and / or zeros, by generating analog signals via digital-analog converters allowing to evaluate the signals to be measured by the use of comparators, or by measuring the frequency of an alternating signal using a timer and the associated external interruption facility ("input capture interrupt"). Said calculation means can modify one or more excitation voltages of the measurement and / or indication means by means of digital-analog converters or analog multiplexers associated with potential dividers and possible operational amplifiers and components. associated liabilities in order, for example in the case of a liquid crystal display, to modify the optimum reading angle to satisfy the requests expressed by r the user via the data entry means or in order to keep said angle constant by compensating for the thermal effects which affect it. The sequences of instructions executed by said calculation means may include various tests of the correct functioning of the device, in particular likelihood tests, leading to a warning of the diver via the indication means in the event of a malfunction detected.
Lesdits moyens de calcul peuvent, grâce à un ou plusieurs interrupteurs de type "solid-state" (par exemple Darlingtons ou Mosfets de puissance) ou relais mécaniques (par exemple du type "Reed"), contrôler sélectivement ou globalement l'alimentation en énergie électrique des autres composants du système, afin de diriger leur fonctionnement (marche-arrêt de lampes, avertisseurs sonores, etc) et/ou d'économiser de l'énergie par exemple en désactivant temporairement certains des moyens de mesure pendant que les signaux de sortie desdits moyens de mesure ne sont pas "en ligne" (actifs sur les lignes d'entree des moyens de calcul) ou lorsque lesdits signaux de sortie sont observés varier très lentement autorisant un échantillonnage peu fréquent.Said calculation means can, thanks to one or more switches of the "solid-state" type (for example Darlingtons or power Mosfets) or mechanical relays (for example of the "Reed" type), selectively or globally control the power supply other components of the system, in order to direct their operation (on / off of lamps, horns, etc.) and / or to save energy for example by temporarily deactivating some of the measurement means while the output signals said measurement means are not "online" (active on the input lines of the calculation means) or when said output signals are observed to vary very slowly allowing infrequent sampling.
Les moyens d'alimentation en énergie électrique peuvent consister en des batteries rechargeables pouvant être du type au cadmium-nickel ou de pile non rechargeables pouvant être du type au lithium ou au mercure. Lesdits moyens d'alimentation en énergie électrique peuvent occuper un compartiment séparé et éventuellement détachable et remplaçable du boîtier, hermétiquement isolé du ou des autres compartiments dudit boîtier tout en leur étant relié électriquement.Lesdits moyens d'alimentation s'ils sont du type rechargeable peuvent être connectés à deux contacts inoxydables pouvant être en or ou plaqués or situés à l'extérieur du boîtier et permettant la recharge desdits moyens d'alimentation, l'une au moins des deux connexions se faisant par l'intermédiaire d'une diode ou d'un interrupteur interdisant la décharge desdits moyens d'alimentation via lesdits contacts dans l'eau de mer ou le milieu ambiant de l'utilisateur quel qu'il soit, ledit interrupteur s1il s'agit d'un interrupteur pouvant être du type Reed commandé de l'extérieur du boîtier à l'aide d'un aimant par l'utilisateur ou un relais commandé par les moyens de calcul en fonction de la pression ambiante et/ou des requêtes exprimées par l'utilisateur via les moyens d'entrée de données.Le compartiment du boîtier contenant lesdits moyens d'alimentation peut être muni d'une facilité d'ouverture manuelle ou d'une valve autorisant l'élimination des gaz relâchés par lesdits moyens d'alimentation tout en interdisant t'entrée de fluides ou corps étrangers. Le dispositif de l'invention peut comporter également des moyens de détermination de l'état de charge desdits moyens d'alimentation, lesdits moyens de détermination pouvant se composer d'une source de tension constante, éventuellement d'un diviseur de potentiel auquel est appliquée la différence de potentiel entre les bornes desdits moyens d'alimentation, et d'un comparateur, lesdits moyens pouvant être totalement ou partiellement intégrés en un seul composant, la ou les sorties desdits moyens de détermination étant connectées à un ou des ports des moyens de calcul et/ou aux moyens d'indication.Lesdits moyens de détermination de l'état de charge peuvent être aptes à déclencher, après écoulement éventuel d'un délai et avertissement éventuel du plongeur via les moyens d'indication, une fermeture organisée du système garantissant la sauvegarde du contenu de la mémoire vive. The means for supplying electrical energy may consist of rechargeable batteries which may be of the cadmium-nickel type or of non-rechargeable batteries which may be of the lithium or mercury type. Said electrical energy supply means can occupy a separate and possibly detachable and replaceable compartment of the housing, hermetically isolated from the other compartment or compartments of said housing while being electrically connected to them. Said supply means if they are of the rechargeable type can be connected to two stainless steel contacts, which may be gold or gold-plated, located outside the housing and allowing recharging of said supply means, at least one of the two connections being made via a diode or d a switch prohibiting the discharge of said supply means via said contacts in seawater or the ambient environment of the user, whoever it may be, said switch if it is a switch that can be of the Reed type controlled from the outside of the housing using a magnet by the user or a relay controlled by the calculation means according to the ambient pressure and / or the requests expressed by the user via the data entry means. The compartment of the box containing said supply means can be provided with an ease of manual opening or with a valve authorizing the elimination of gases released by said means. feeding while prohibiting the entry of fluids or foreign bodies. The device of the invention may also include means for determining the state of charge of said supply means, said means for determining may consist of a constant voltage source, possibly a potential divider to which is applied the potential difference between the terminals of said supply means, and of a comparator, said means being able to be totally or partially integrated into a single component, the output or outputs of said determination means being connected to one or more ports of the means of calculation and / or the means of indication. Said means of determining the state of charge may be capable of triggering, after possible expiration of a delay and possible warning of the diver via the means of indication, an organized closure of the system guaranteeing the backup of the contents of the RAM.
Les moyens d'indication peuvent se composer d'une combinaison quelconque de moyens d'indication visuels, sonores ou tactiles. Lesdits moyens visuels peuvent comporter une ou des diodes électroluminescentes simples ou agencées en affichages à segments et/ou matrices de points et/ou "bar-graphs", un ou des affichages à cristaux liquides réflectifs ou transflectifs, à excitation parallèle ou multiplexée, illuminables ou non, à segments et/ou matrices de points et/ou symboles prédéfinis et/ou "bar-graphs", un ou des écrans à plasma, un ou des écrans à tube cathodique, un ou des cadrans à aiguilles, une ou des lampes à incandescence, une ou des lampes à éclats, un bu des tubes ou écrans électroluminescents, des légendes peintes et/ou gravées.Lesdits moyens visuels sont apparents à l'utilisateur à travers une ou plusieurs fenêtres ou parois transparentes du boîtier et sont aptes à représenter, sous forme numérique ou analogique ou de "bar-graph" ou binaire (affichage à deux états, tel une DEL s'illuminant lorsque une certaine quantité dépasse un certain seuil), simultané ment ou alternativement, automatiquement ou sur requête via les moyens d'entrée de données, une combinaison quelconque des informations suivantes que les moyens de calcul et éventuellement les moyens de mesure sont aptes à leur fournir : programme de décompression par paliers intégral ou partiel constitué de couples (profondeur ou pression ambiante, temps) et éventuellement de la durée totale de la remontée, profondeur ou pression ambiante minimale accessible pour la décompression continue, durée de la présente plongée (séjour à des pressions ambiantes supérieures à celle régnant en surface), heure, date, durée résiduelle possible de plongée à la présente profondeur ou pression ambiante en fonction de l'état présent estimé de saturation de l'organisme de l'utilisateur et de sa quantité résiduelle de gaz respiratoire et éventuellement de la requête qu'il a exprimée via les moyens d'entrée de données en matière de durée maximale de la plongée, profondeur ou pression ambiante maximale atteinte au cours de la présente plongée, profondeur ou pression ambiante actuelle, vitesse de remontée actuelle, quantité résiduelle présente de gaz respiratoire (pression P ou volume équivalent pour une pression ambiante donnée pouvant être la pression régnant à la surface), quantité résiduelle de gaz respiratoire prédite au terme de la remontée prescrite par le dispositif, débit ventilatoire et/ou débit cardiaque de l'utilisateur, température ambiante, toute information pouvant avoir été mise en mémoire par l'utilisateur via les moyens d'entrée de données, réponse à la question "la profondeur maximale admissible (pouvant avoir été définie par l'utilisateur) est-elle dépassée ?", réponse à la question "le temps maximal de plongée (pouvant avoir été défini par l'utilisateur) est-il dépassé ?", réponse à la question "le temps maximal de plongée aura-t-il été dépassé au terme de la remontée prescrite par le dispositif ?", réponse à la question "la quantité résiduelle de gaz respiratoire permet-elle de remonter selon les indications du dispositif (compte tenu d'un seuil de sécurité pouvant avoir été défini par l'utilisateur) ?", réponse à la question "la vitesse maximale admissible de remontée est-elle dépassée ?", réponse à la question "la profondeur actuelle est-elle inférieure à celle du premier palier à exécuter ?", réponse à la question "la profondeur actuelle est-elle inférieure à la profondeur minimale admissible de la décompression continue ?", réponse à la question "l'état de charge des moyens d'alimentation en énergie électrique est-il satisfaisant ?".Lesdits moyens sonores peuvent comporter un ou plusieurs transducteurs électro-acoustiques adaptés au milieu ambiant (par exemple des hydrophones en milieu marin ou d'eau douce) ainsi que leurs circuits générateurs et amplificateurs d'ondes électriques associés, lesdits transducteurs pouvant être électromagnétiques ou piézo-électriques, monotones ou multitones, aptes à informer l'utilisateur de façon qualitative (alarmes et signaux différenciés ou non selon l'information transmise, particulièrement adaptés aux informations de type binaire), ou voire quantitative par exemple par synthèse de la parole s'ils sont associés à un ou des circuits de synthèse de la parole recevant leurs instructions des moyens de calcul, les informations transmises par lesdits moyens sonores pouvant être une combinaison quelconque de celles listées ci-dessus avec référence aux moyens visuels. Lesdits moyens tactiles peuvent se composer d'appendices mécaniques mus par des électro-aimants ou des moteurs électriques et aptes à entrer en contact avec une partie quelconque du corps de l'utilisateur ou d'électrodes fixes en contact permanent avec la peau de l'utilisateur aptes à provoquer une décharge légère. The indicating means may consist of any combination of visual, audible or tactile indicating means. Said visual means may include one or more simple light emitting diodes or arranged in segment displays and / or dot matrix and / or "bar graphs", one or more reflective or transflective liquid crystal displays, with parallel or multiplexed excitation, illuminable or not, with segments and / or matrices of predefined points and / or symbols and / or "bar-graphs", one or more plasma screens, one or more cathode-ray tube screens, one or more needle dials, one or more incandescent lamps, one or more flashlights, a bu from electroluminescent tubes or screens, painted and / or engraved legends. Said visual means are visible to the user through one or more transparent windows or walls of the housing and are suitable to be represented, in digital or analog form or as a "bar-graph" or binary (two-state display, such as an LED that lights up when a certain quantity exceeds a certain threshold), simultaneously or alternatively, automatically or on request via the data entry means, any combination of the following information that the calculation means and possibly the measurement means are capable of providing them: decompression program in full or partial steps consisting of couples (depth or ambient pressure , time) and possibly the total duration of the ascent, depth or minimum ambient pressure accessible for continuous decompression, duration of this dive (stay at ambient pressures higher than that prevailing on the surface), time, date, possible residual duration diving at this depth or ambient pressure depending on the estimated present state of saturation of the user's body and its residual amount of respiratory gas and possibly on the request it has expressed via the means of data entry for maximum dive time, depth or maximum ambient pressure reached during this dive, prof inverter or current ambient pressure, current ascent rate, residual amount of respiratory gas present (pressure P or equivalent volume for a given ambient pressure which may be the pressure prevailing at the surface), residual amount of respiratory gas predicted at the end of the prescribed ascent by the device, the user's ventilatory flow and / or cardiac output, ambient temperature, any information that may have been stored by the user via the data entry means, answer to the question "the maximum admissible depth ( may have been defined by the user) exceeded? ", answer to the question" maximum dive time (may have been defined by the user) exceeded? ", answer to the question" the time maximum dive will be exceeded at the end of the ascent prescribed by the device? ", answer to the question" does the residual amount of breathing gas allow to go up as indicated of the device (taking into account a safety threshold which may have been defined by the user)? ", answer to the question" has the maximum admissible ascent speed been exceeded? ", answer to the question" the current depth is it less than that of the first bearing to be executed? ", answer to the question" is the current depth less than the minimum admissible depth of continuous decompression? ", answer to the question" the state of charge of the means d is the supply of electrical energy satisfactory? ". Said sound means may include one or more electro-acoustic transducers adapted to the ambient environment (for example hydrophones in marine or freshwater environments) as well as their generator circuits and amplifiers. associated electrical waves, said transducers being able to be electromagnetic or piezoelectric, monotone or multitone, capable of informing the user qualitatively (alarms and signals differentiated or not salted on the information transmitted, particularly suitable for information of binary type), or even quantitative for example by speech synthesis if they are associated with one or more speech synthesis circuits receiving their instructions from the calculation means, the information transmitted by said sound means can be any combination of those listed above with reference to visual means. Said tactile means may consist of mechanical appendages driven by electromagnets or electric motors and capable of coming into contact with any part of the body of the user or of fixed electrodes in permanent contact with the skin of the user capable of causing slight discharge.
Lesdits moyens tactiles s'ils sont présents sont aptes, en cas d'information importante à transmettre à l'utilisateur (voir liste faisant référence aux moyens visuels), à attirer son attention vers lesdits moyens visuels même dans des conditions de bruit ambiant qui rendraient les moyens sonores inefficaces.Said tactile means, if present, are capable, in the event of important information to be transmitted to the user (see list referring to visual means), to draw their attention to said visual means even under ambient noise conditions which would make ineffective sound means.
La présente invention concerne également un ensemble de plongée comprenant, outre un dispositif selon l'invention, un appareil respiratoire composé de réserves de gaz comprimés portées ou non par le plongeur, d'un ou plusieurs détendeurs, et éventuellement d'un sac respiratoire muni de valves et d'une cartouche d'absorption du gaz carbonique et d'un dispositif de dosage automatique de l'oxygène, éventuellement une lampe étanche, éventuellement des instruments d'orientation (compas, goniomètre), un masque ou casque de plongée, éventuellement des moyens de propulsion (palmes, "scooter" sous-marin), éventuellement des moyens de protection contre le froid (combinaison chauffante ou non), éventuellement des moyens de réglage de la flottabilité du plongeur et de son équipement (bouée de remontée, ballasts ou combinaison étanche) munis ou non d'une réserve de gaz de gonflage indépendante des réserves de gaz respiratoire, éventuellement une tourelle ou caisson ou chambre de décompression. Il peut comporter un ensemble turbine-générateur électrique (dynamo ou alternateur redressé) associé à un détendeur et apte à extraire l'énergie de détente des gaz respiratoires et/ou de gonflage des moyens de réglage de la flottabilité et à maintenir dans un état de charge satisfaisant les moyens d'ali mentation en énergie électrique de l'ensemble en cours de plongée.Ledit dispositif selon l'invention peut être incorporé au casque de plongée et peut comporter un ensemble optique correctif à base de lentilles et/ou de miroirs et/ou de prismes et/ou de lames semi-réfléchissantes permettant la vision rapprochée, et éventuellement superposée au champ de vision normal, - des moyens d'indication visuels, peut comporter également des moyens d'indication sonores conventionnels (hauts parleurs, écouteurs) fonctionnant dans le volume gazeux du casque, et peut comporter des moyens d'entrée de données du type vocal constitués d'un microphone ou laryngophone connecté aux moyens de calcul via un module de reconnaissance de la parole.L'ensemble de plongée peut comporter deux électrovannes contrôlées par les moyens de calcul, de façon binaire via des relais ou interrupteurs dits "solid- state" ou de façon proportionnelle via des convertisseurs numérique-analogiques suivis d'amplificateurs, l'une commandant l'entrée de gaz de gonflage dans le gilet ou combinaison étanche et l'autre commandant l'échappement dudit gaz vers le milieu ambiant, lesdites électrovannes permettant auxdits moyens de calcul en fonction du temps, de la pression ambiante et éventuellement de ses dérivées temporelles -aisément calculées en fonction des signaux de sortie sur une période de temps des moyens de mesure du temps et des moyens de mesure de la pression ambiante-, éventuellement d'informations préalablement mises en mémoire par l'utilisateur via les moyens- d'entrée de données (telles la masse du plongeur, son volume, son coefficient de résistance au mouvement dans l'eau, lé coefficient de compressibilité et le volume en surface de sa combinaison), et éventuellement du programme de décompression courant, de stabiliser le plongeur à une profondeur donnée (sur requête du plongeur via les moyens d'entrée de données) ou à toutes profondeurs, de lui faire exécuter une remontée "en catastrophe" ou à vitesse contrôlée (après avertissement éventuel, via les moyens d'indication, du ,plongeur, laissant à ce dernier l'option d'avorter la procédure via les moyens d'entrée de données ou en déconnectant simplement les électrovannes) en cas de détection de condition d'urgence (par exemple une noyade rendue probable par une apnée -débit ventilatoire nul- de durée anormalement longue, ou une pression ambiante anormalement élevée rendant probable un état de narcose chez le plongeur), ou de lui faire exécuter la remontée continue ou par paliers prescrite par le dispositif (sur requête du plongeur via les moyens d'entrée de données).Les moyens de calcul dudit dispositif selon l'invention peuvent être aptes à comman der similairement une électrovanne responsable de la décompression d'une tourelle de plongée ou caisson ou chambre de décompression et éventuellement une autre responsable de sa compression, automatisant ainsi l'opération de ladite tourelle ou caisson ou chambre quant à la décompression et éventuellement quant à la compression. The present invention also relates to a diving set comprising, in addition to a device according to the invention, a breathing apparatus composed of reserves of compressed gas carried or not by the diver, one or more regulators, and optionally a breathing bag provided valves and a carbon dioxide absorption cartridge and an automatic oxygen dosing device, possibly a waterproof lamp, possibly orientation instruments (compass, goniometer), a diving mask or helmet, possibly means of propulsion (fins, underwater "scooter"), possibly means of protection against the cold (heated suit or not), possibly means of adjusting the buoyancy of the diver and his equipment (buoy, ballasts or dry suit) with or without an inflation gas reserve independent of the breathing gas reserves, possibly a turret or caisson or decompression chamber. It may include a turbine-electric generator assembly (dynamo or rectified alternator) associated with a regulator and capable of extracting the energy for expansion of the respiratory gases and / or inflation of the means for adjusting the buoyancy and to maintain in a state of load satisfying the means of supplying electrical energy to the assembly during the dive. Said device according to the invention can be incorporated into the diving helmet and may include a corrective optical assembly based on lenses and / or mirrors and / or prisms and / or semi-reflecting plates allowing close-up vision, and possibly superimposed on the normal field of vision, - visual indication means, may also include conventional sound indication means (speakers, headphones) operating in the gaseous volume of the headset, and may include voice type data input means consisting of a microphone or laryngophone connected to the calculation means via a m speech recognition module. The dive unit can include two solenoid valves controlled by the calculation means, binary via relays or switches called "solid-state" or proportionally via digital-analog converters followed by amplifiers, one controlling the entry of inflation gas into the jacket or dry suit and the other controlling the exhaust of said gas to the ambient environment, said solenoid valves allowing said means of calculation as a function of time, of ambient pressure and possibly its time derivatives - easily calculated as a function of the output signals over a period of time of the time measurement means and the ambient pressure measurement means -, possibly of information previously stored in memory by the user via the data entry means (such as the mass of the diver, its volume, its coefficient of resistance to movement in water, the compression coefficient suit and surface volume of his suit), and possibly the current decompression program, to stabilize the diver at a given depth (at the diver's request via the data entry means) or at all depths, to make him execute an ascent "in disaster" or at controlled speed (after possible warning, via the means of indication, of the diver, leaving the latter the option of aborting the procedure via the data entry means or by simply disconnecting the solenoid valves) in the event of detection of an emergency condition (for example drowning made probable by apnea - no ventilatory flow - of abnormally long duration, or abnormally high ambient pressure making it probable a state of narcosis in the diver), or to make him execute the continuous ascent or in stages prescribed by the device (at the request of the diver via the data entry means). The means of calculating said device according to the invention can be able to similarly control a solenoid valve responsible for decompressing a diving turret or chamber or decompression chamber and possibly another responsible for its compression, thus automating the operation of said turret or chamber or chamber with regard to decompression and possibly as for compression.
L'invention ne se limite nullement aux modes de réalisation et d'application du dispositif donnés ici. Elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui resteraient conformes à son essence. The invention is in no way limited to the embodiments and applications of the device given here. On the contrary, it embraces all the variants which would remain in accordance with its essence.
Un mode de réalisation préférentiel parmi les combinaisons de modes de réalisation donnés pour chacun - des composants principaux du dispositif, particulièrement adapté à l'usage des plongeurs sous-marins, et qui présente les avantages d'être économique, versatile et relativement simple, est le suivant
Les pressions ambiante et du réservoir sont transmises aux entrées "pression", embouchées sur une face du boîtier, de deux capteurs de pression absolue monolithiques (à substrat semi-conducteur unique) du type "pont de
Wheatstone" dont les domaines de pressions mesurables sont compatibles à leurs mesurandes respectifs, via une membrane inoxydable imputrescible et un fluide intermédiaire incompressiblè, non corrosif et électriquement non conducteur dans les deux cas, via également un tuyau flexible conçu pour les hautes pressions (armé) connecté à la sortie HP du détendeur dans le second cas.A preferred embodiment among the combinations of embodiments given for each - of the main components of the device, particularly suitable for the use of scuba divers, and which has the advantages of being economical, versatile and relatively simple, is the following
The ambient and reservoir pressures are transmitted to the "pressure" inputs, mouthed on one side of the housing, of two monolithic absolute pressure sensors (with single semiconductor substrate) of the "bridge type".
Wheatstone "whose measurable pressure ranges are compatible with their respective measurands, via a rot-proof stainless membrane and an incompressible, non-corrosive and electrically non-conductive intermediate fluid in both cases, also via a flexible hose designed for high pressures (armed) connected to the HP output of the regulator in the second case.
Les deux ponts sont excités par des tensions constantes obtenues par amplification de la sortie à tension constante du convertisseur tension-fréquence unique (agencement "ratiométrique"), sur l'entrée "tension à mesurer" duquel sont multiplexés, après amplification et offset, les signaux de sortie desdits ponts ainsi que la sortie "température" dont ledit convertisseur est également muni. The two bridges are excited by constant voltages obtained by amplification of the constant voltage output of the single voltage-frequency converter ("ratiometric" arrangement), on the "voltage to measure" input from which are multiplexed, after amplification and offset, the output signals of said bridges as well as the "temperature" output with which said converter is also provided.
Les moyens de calcul et de mesure du temps, constitués d'un microordinateur CMO & 8 bits en un boîtier (microprocesseur, mémoiré morte ou ROM, mémoire vive ou RAM, temporisateur ou timer 16 bits, 29 lignes d'entréessorties), contrôlent le multiplexage des signaux analogiques à mesurer par deux de leurs lignes d'entrées-sorties, et reçoivent la fréquence de sortie du conver tisseur sur leur ligne "fréquence à mesurer". Ils sont donc à même de connaître à tout instant les valeurs non calibrées de la pression ambiante, de la pression du réservoir et de la température, de les calibrer et, pour ce qui concerne les pressions, de leur appliquer des compensations thermiques.Les constantes de calibration et de compensations thermiques sont introduites dans la mémoire vive du micro-ordinateur grâce à des moyens d'entrée de données du type "reed" commandant l'état de lignes d'entrées-sorties dudit micro-ordinateur. Cette manipulation n'a pas besoin d'être répétée lors de chaque mise en marche du dispositif, mais peut l'être à intervalles annuels si une dégradation de la précision du dispositif était constatée.Les constantes stockées dans la mémoire vive survivent en effet aux périodes d'arrêt du dispositif et même à la décharge totale des batteries principales (cadmium-nickel), "sintered cells", 5 X 1,2V, 0,5Ah) grâce au passage automatique en mode "Standby" (consommation de quelques microampères, mémoire vive sauvegardée) du micro-ordinateur lors de l'arrêt du dispositif ou de la détection par un dispositif approprié d'un état de décharge avancée des batteries principales, ainsi qu'à l'utilisation d'une batterie de "back-up" (cadmium-nickel, "mass plate", 3 X 1,2V, 0,1 Ah) à faibles pertes par auto-décharge destinée à prendre le relais en cas d'épuisement des batteries principales en ce qui concerne exclusivement l'alimentation du micro-ordinateur en Standby et de ses satellites indispensables dans ce mode, qu'elle peut assurer pendant plusieurs mois. Le reste du temps, c'est-à-dire lorsque les batteries principales sont chargées, elles maintiennent en charge ladite batterie de "back-up" par "trickle charging" à 0,25 mA. D'autre part, le dispositif est muni d'un deuxième détecteur de niveau de charge des batteries principales, constitué comme le premier d'un diviseur de potentiel et d'un détecteur de seuil, qui fait changer d'état une ligne d'entrée-sorties du micro-ordinateur lorsque ledit niveau de charge ne permet plus que quelques heures de fonctionnement, afin que l'utilisateur en soit averti. The means of calculating and measuring time, consisting of a CMO & 8 bit microcomputer in a box (microprocessor, read only memory or ROM, RAM or RAM, 16 bit timer or timer, 29 output lines), control the multiplexing the analog signals to be measured by two of their input-output lines, and receive the output frequency of the converter on their "frequency to be measured" line. They are therefore able to know at any time the uncalibrated values of the ambient pressure, the tank pressure and the temperature, to calibrate them and, as regards the pressures, to apply thermal compensations to them. calibration and thermal compensations are introduced into the RAM of the microcomputer by means of data input means of the "reed" type controlling the state of input-output lines of said microcomputer. This manipulation does not need to be repeated each time the device is turned on, but can be repeated at annual intervals if a deterioration in the accuracy of the device was observed. The constants stored in the RAM survive the periods of device shutdown and even at full discharge of the main batteries (cadmium-nickel), "sintered cells", 5 X 1.2V, 0.5Ah) thanks to automatic switching to "Standby" mode (consumption of a few microamperes , RAM saved) of the microcomputer during the shutdown of the device or the detection by an appropriate device of an advanced state of discharge of the main batteries, as well as when using a back-up battery up "(cadmium-nickel," mass plate ", 3 X 1.2V, 0.1 Ah) with low self-discharge losses intended to take over in the event of exhaustion of the main batteries as regards exclusively the power supply of the standby microcomputer and its essential satellites d in this mode, which it can provide for several months. The rest of the time, that is to say when the main batteries are charged, they keep the said "back-up" battery charged by "trickle charging" at 0.25 mA. On the other hand, the device is provided with a second charge level detector for the main batteries, constituted like the first with a potential divider and a threshold detector, which changes the state of a line of microcomputer input-outputs when said charge level only allows a few hours of operation, so that the user is notified.
Cet agencement est avantageux à plusieurs titres:
a) Il permet l'usage de capteurs de pression non calibrés et non thermique ment compensés, donc bon marché (centaines de francs au lieu de milliers pour des capteurs totalement calibrés et compensés). This arrangement is advantageous for several reasons:
a) It allows the use of non-calibrated and non-thermally compensated pressure sensors, therefore inexpensive (hundreds of francs instead of thousands for fully calibrated and compensated sensors).
b) Il permet une calibration sans manipulation délicate de potentiomètres ou autres composants variables et même sans ouverture du boîtier du dispositif, par simple lecture des indications de l'appareil soumis à des pressions et températures connues et introduction de constantes aisément calculées à partir desdites indications et desdites valeurs connues. b) It allows calibration without delicate manipulation of potentiometers or other variable components and even without opening the device housing, by simply reading the indications of the device subjected to known pressures and temperatures and introduction of constants easily calculated from said indications and said known values.
c) Il assure une calibration/compensation précise parce qu'en aval de tous les circuits analogiques. c) It provides precise calibration / compensation because downstream of all analog circuits.
d) Il autorise des recalibrations aussi fréquentes que nécessaire, pouvant être effectuées éventuellement par l'utilisateur lui-même. d) It authorizes recalibrations as frequent as necessary, which can possibly be carried out by the user himself.
e) Il permet l'affichage de la température de l'eau au bénéfice du plongeur. e) It allows the display of the water temperature for the benefit of the diver.
f) Il permet l'entrée d'autres constantes telles que pression en surface, composition du mélange respiratoire, etc..., qui seront également préservées lors de l'arrêt ou de la décharge du dispositif. f) It allows the entry of other constants such as surface pressure, composition of the respiratory mixture, etc., which will also be preserved when the device is stopped or discharged.
La charge des batteries principales s'effectue tout simplement via deux coritacts inoxydables nus émergeant du boîtier, la décharge desdites batteries par le même chemin étant empêchée par interposition d'une diode. Cette diode peut être court-circuitée par un interrupteur reed commandé de l'extérieur autorisant en cas d'urgence une décharge totale rapide des batteries principales via les contacts extérieurs, condition nécessaire à l'exécution subséquente d'une charge totale rapide à 2A en 15 mn sans danger pour les batteries.En amont de cette diode, c'est-à-dire entre la diode et le contact positif extérieur, une deuxième diode connectée au pôle positif de la batterie de "back-up" via une résistance effectue une dérivation de 1 mA du courant de charge, permettant une recharge relativement rapide de ladite batterie de "back-up" lorsque celle-ci a été mise à contribution de façon prolongée, que le courant de "trickle charging" ne saurait assurer. Le courant de charge permanent maximum de l'ensemble est de 68 mA. The main batteries are simply charged via two bare stainless coritacts emerging from the housing, the discharge of said batteries by the same path being prevented by the interposition of a diode. This diode can be short-circuited by an externally controlled reed switch authorizing in rapid emergency a total discharge of the main batteries via the external contacts, a condition necessary for the subsequent execution of a rapid total charge at 2A in 15 min safe for batteries. Upstream of this diode, that is to say between the diode and the external positive contact, a second diode connected to the positive pole of the back-up battery via a resistor performs a 1 mA bypass of the charging current, allowing a relatively rapid recharging of said back-up battery when it has been used for a prolonged period, which the trickle charging current cannot guarantee. The maximum permanent charge current of the assembly is 68 mA.
Les moyens d'indication sont de deux types : visuels et audibles. Les moyens visuels consistent en un module-écran LCD transflectif (éclairable indifféremment par derrière ou par devant) à 32 caractères alphanumériques multiplexés, en une échelle de résistance associée à un multiplexeur analogique permettant le réglage de l'angle optimal de lecture de l'écran par celui de la tension d'excitation des cristaux liquides, en un panneau électroluminescent sous-jacent à l'écran et en un générateur d'onde destiné à alimenter ledit panneau. Les moyens de calcul commandent lesdits moyens visuels par 15 de leurs lignes d'entrées-sorties Il sont consacrées aux transmissions de données, 3 à la commande du multiplexeur 8-1, 1 au générateur d'onde du panneau E.L. There are two types of indication: visual and audible. The visual means consist of a transflective LCD screen module (can be lit either from behind or from the front) with 32 alphanumeric multiplexed characters, in a resistance scale associated with an analog multiplexer allowing the optimal reading angle of the screen to be adjusted. by that of the excitation voltage of the liquid crystals, into an electroluminescent panel underlying the screen and into a wave generator intended to supply said panel. The calculation means control said visual means by 15 of their input-output lines It is dedicated to data transmissions, 3 to control the multiplexer 8-1, 1 to the wave generator of the panel E.L.
commandé via un Darlington.ordered via a Darlington.
Les moyens d'indication audibles consistent en un transducteur piézoélectrique connecté à la ligne "sortie fréquence" du micro-ordinateur via un amplificateur. The audible indication means consist of a piezoelectric transducer connected to the "frequency output" line of the microcomputer via an amplifier.
En conclusion, voici les avantages que présente un dispositif tel que celui dont la réalisation vient d'être décrite, appliquant la méthode de calcul du programme de décompression décrite plus haut, par rapport à l'un ou l'autre (tous, en ce qui concerne au moins a, b et c) des dispositifs et procédés existants ou déjà proposés
a) Meilleure précision dans la détermination de l'état de saturation de l'utilisateur, conduisant à l'établissement de programmes de décompression plus appropriés aux saturations réelles des tissus, donc généralement plus fiables que ceux prescrits par les dispositifs et procédés existants.In conclusion, here are the advantages of a device such as the one whose realization has just been described, applying the method of calculation of the decompression program described above, compared to one or the other (all, in this which concerns at least a, b and c) existing or already proposed devices and methods
a) Better precision in determining the saturation state of the user, leading to the establishment of decompression programs more appropriate to the real saturations of the tissues, therefore generally more reliable than those prescribed by existing devices and processes.
b) Cette meilleure précision conduit dans de nombreux cas à un programme de décompression substantiellement plus court que celui obtenu par une autre méthode. b) This better precision leads in many cases to a decompression program substantially shorter than that obtained by another method.
c) L'économie de temps évoquée en (b) se traduit par une économie financière importante en ce qui concerne les compagnies de travaux hyperbares, autorisant l'exécution d'une tâche donnée à moindre coût
d) Le dispositif mesure et affiche le temps de plongée, la pression ambiante, la pression bouteille, la température ambiante.c) The time savings mentioned in (b) translates into significant financial savings for hyperbaric works companies, allowing the execution of a given task at a lower cost.
d) The device measures and displays the dive time, the ambient pressure, the tank pressure, the ambient temperature.
e) Le - dispositif prend à sa charge tous les calculs relatifs à la décompression de l'utilisateur, allant jusqu'à la détermination du moment où cette décompression devrait commencer en fonction de la quantité résiduelle de gaz respiratoires. e) The - device takes charge of all the calculations relating to the decompression of the user, going until the determination of the moment when this decompression should start according to the residual quantity of respiratory gases.
f) Le programme de décompression est évolutif, c'est-à-dire que même en cours de décompression le programme qui reste à effectuer s'adapte aux conditions dans lesquelles la décompression a réellement été effectuée jusqu'à ce moment. Cette adaptabilité peut même aller jusqu'à l'application de la règle théràpeutique de la demi-pression ou celle de la demi-profondeur en cas de violation importante des contraintes de décompression, ladite application ne présentant aucune difficulté du point de vue logiciel. f) The decompression program is progressive, that is to say that even during decompression, the program which remains to be carried out adapts to the conditions in which the decompression was actually carried out up to this time. This adaptability can even go as far as applying the therapeutic rule of half-pressure or that of half-depth in the event of a significant violation of the decompression constraints, said application presenting no difficulty from the software point of view.
g) Bonnes communications du dispositif vers le plongeur grâce à des moyens d'indication s'adressant à plusieurs des sens du plongeur. Bonne lisibilité des moyens visuels quelle que soit la lumière ambiante. Flexibilité de l'affichage sur écran, autorisant, outre l'affichage routinier de paramètres numériques relatifs à l'exposition et à la décompression, I'affichage occasionnel de messages alphanumériques explicites (avertissements, alarmes, rappels) accompagnés d'un signal sonore. g) Good communications from the device to the diver by means of indication addressing several of the diver's senses. Good readability of visual aids whatever the ambient light. Flexible display on screen, allowing, in addition to the routine display of digital parameters relating to exposure and decompression, the occasional display of explicit alphanumeric messages (warnings, alarms, reminders) accompanied by an audible signal.
h) Souplesse de calibration, compensation thermique, adaptation à de nouvelles conditions de plongée (pression de surface, composition du mélange respiratoire, etc...), et possibilité de personnalisation du dispositif (constantes définissant la relation débit ventilatoire/débit cardiaque/pression, tensions de contrôle, etc...) grâce aux moyens d'entrée de données. h) Flexibility of calibration, thermal compensation, adaptation to new diving conditions (surface pressure, composition of the respiratory mixture, etc.), and possibility of personalization of the device (constants defining the relation ventilatory flow / cardiac output / pressure , control voltages, etc.) thanks to the data input means.
i? Le dispositif convient tant aux professionnels qu'aux amateurs, grâce à sa méthode de calcul qui tient compte du travail effectué au fond, ainsi qu'à son prix qui ne devrait pas excéder 2500 F à la vente. i? The device is suitable for both professionals and amateurs, thanks to its calculation method which takes account of the work done at the bottom, as well as its price which should not exceed 2500 F for sale.
j) Fiabilité technique et longue durée de vie du dispositif, grâce à la possibilité de sceller le boîtier en usine en atmosphère inerte, due à la facilité de charge extérieure des batteries. j) Technical reliability and long service life of the device, thanks to the possibility of sealing the case in the factory in an inert atmosphere, due to the ease of external charging of the batteries.
k) Faible consommation électrique, permettant le fonctionnement continu du dispositif sur ses réserves énergétiques pendant plusieurs jours et le calcul de désaturation des tissus pendant les int+ryalles de surface... k) Low electrical consumption, allowing the continuous operation of the device on its energy reserves for several days and the calculation of tissue desaturation during surface int + ryalles ...
I) Avertissement de l'utilisateur plusieurs heures avant la décharge totale des batteries principales. I) User warning several hours before the total discharge of the main batteries.
m) Batterie de back-up assurant la sauvegarde des constantes de calcul dans toutes circonstances (sauf abandon du dispositif pendant plusieurs mois sans le recharger, au quel cas une ré-initialisation des constantes est nécessaire ; cette circonstance sera de toute façon détectée par le dispositif et signalée à l'utilisateur). m) Back-up battery ensuring the backup of the calculation constants in all circumstances (except abandonment of the device for several months without recharging it, in which case a reinitialization of the constants is necessary; this circumstance will in any case be detected by the device and reported to the user).
n) Recharge indéfinie (après 10h les batteries principales sont entièrement rechargées mais une prolongation indéfinie de la durée de charge ne les met pas en danger) ou rapide (15 mn, une décharge préalable étant nécessaire et rendue possible par l'interrupteur by-passant la diode de charge, une prolongation de la durée de charge risquant d'endommager les batteries) au choix de l'utilisateur et selon l'urgence de la situation. Un dispositif automatique relativement simple peut assurer la charge à courant constant des batteries dans l'un ou l'autre de ces deux modes (y compris le déclenchement à distance de l'interrupteur reed de by-pass par création d'un champ magnétique le long du reed à l'aide d'une bobine parcourue par un courant, y compris également la décharge préalable à la charge rapide à j'aide d'un dispositif de commutation et de détection de seuil) en toute sécurité, la temporisation de la charge rapide pouvant se faire à l'aide d'un simple timer. Un tel dispositif automatique de charge peut être conçu de façon à fonctionner indifféremment à partir d'une alimentation secteur ou d'une batterie de véhicule de 12 ou 24 V. n) Indefinite recharging (after 10h the main batteries are fully recharged but an indefinite extension of the charging time does not endanger them) or rapid (15 min, a prior discharge being necessary and made possible by the bypass switch the charging diode, an extension of the charging time (risk of damaging the batteries) at the user's choice and depending on the urgency of the situation. A relatively simple automatic device can ensure constant current charging of the batteries in either of these two modes (including the remote triggering of the reed bypass switch by creating a magnetic field the along the reed using a coil traversed by a current, including also the discharge prior to rapid charging (using a switching and threshold detection device) in complete safety, the timing of the quick charge that can be done using a simple timer. Such an automatic charging device can be designed to operate indifferently from a mains supply or from a 12 or 24 V vehicle battery.
Claims (11)
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