CN108389456A - 高原环境模拟装置系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高原环境模拟装置系统，包括舱室，所述舱室上开设有开关门，其特征在于：还包括计算机、所述舱室内设置有环境传感检测系统、环境调节系统、生理指标监测系统；所述环境传感检测系统设置在舱室内，包括温度传感器、压力传感器、氧浓度传感器、紫外线强度计、光照强度测试仪和湿度传感器。本发明能够完全模拟高原的自然环境、气压、氧浓度、紫外线强度、温度、风力参数，并能够对舱室内的体验人员的生理指标进行监测，并对体验者的高原适应能力提供一个客观判断。

Description

高原环境模拟装置系统

技术领域

本发明涉及模拟装置系统技术领域，尤其涉及一种高原环境模拟装置系统。

背景技术

我国有960万平方公里的国土面积，其中青藏高原的面积就达到了240万平方公里,约占我国总面积的1/4，高原空气密度只有海拔平面的77％，尽管氧气在大气中的相对比例没有变化，但由于空气稀薄，氧气进入身体的绝对量却变小了，因此在高原环境就会导致了人体缺氧，基本上所有人初次到到高原都有或多或少的高原反应，一般来讲，平原人快速进入海拔3000m以上高原时，50％～75％的人出现高原反应；高原反应是人体急进暴露于低压低氧环境后产生的各种病理性反应，是高原地区独有的常见病，常见的症状有头痛，失眠，食欲减退，疲倦，呼吸困难等。头痛是最常见的症状，常为前额和双颞部跳痛，夜间或早晨起床时疼痛加重。

由于高原反应的存在，很多想去高原旅游的人员因为对高原环境具有畏惧心理，担心自己不适应高原的环境，而放弃去高原进行旅游的想法；当部队驻扎在高原环境下进行训练时、由于高原反应，会使部队人员心率加快、溶解在血管里的部分氧气受低气压的影响不易被身体吸收、使血管体积增大、血管扩张，血管壁增厚，血管变粗，血流量加快，长时间容易造成心血管疾病。而目前还没有一套完全模拟高原环境的装置和系统，目前申请号为CN201620649626.X的专利公开了一种多功能高原环境模拟舱，包括舱室，舱室内部安装有紫外灯、压力传感器、氧浓度传感器、混合风扇、CO₂传感器和温湿度传感器，舱室舱壁上安装有检测设备接口，舱室上方安装有照明设备，舱室外侧安装有氧气气源，氧气气源与管道连接且该管道分出两路管道，一路管道上安装有第一氧气阀和第一氧气流量计，另一路管道安装有第二氧气阀和第二氧气流量计，然后两路管道合并成一路管道与舱室连通，舱室外侧安装有氮气源。

上述方案的高原环境模拟舱虽然模拟了高原的压力、氧浓度等参数，但是真正在高原上，其与低海拔地区的差别不仅仅在于压力及氧浓度，因此，上述方案并不能完全的对高原环境进行模拟，也不能对处于模拟舱内的体验人员进行生理指标上的检测，也不能对体验人员的高原适应能力提供一个客观的判断。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种高原环境模拟装置系统，能够完全模拟高原的自然环境、气压、氧浓度、紫外线强度、温度、风力参数，并能够对舱室内的体验人员的生理指标进行监测，并对体验者的高原适应能力提供一个客观判断。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

高原环境模拟装置系统，包括舱室和计算机，所述舱室上开设有开关门，所述舱室内设置有环境传感检测系统、环境调节系统、生理指标监测系统；

所述环境传感检测系统设置在舱室内，包括温度传感器、压力传感器、氧浓度传感器、紫外线强度计、光照强度测试仪和湿度传感器；

所述环境调节系统包括抽吸泵，所述抽吸泵设置在舱室外且与压力传感器电连接，所述空气抽吸泵上连通有抽吸管，所述抽吸管远离抽吸泵的一端位于舱室内，还包括氧气消耗装置，所述氧气消耗装置包括一个内部盛装有能够与氧气发生化学反应的物质的容器，所述容器内部与箱体内部空间之间可操作被隔离或者连通；所述舱室内设置有照明灯，所述照明灯电连接有第一电流调节器，所述电流调节器与光照强度测试仪电连接，所述舱室内设置有紫外线灯，所述紫外线灯电连接有第二电流调节器，所述第二电流调节器与紫外线强度计电连接，所述舱室内设置有电暖风机，所述电暖风机电连接有第三电流调节器，所述第三电流调节器与温度传感器电连接，所述舱室内设置有加湿器，所述加湿器与湿度传感器电连接；所述舱室内设置有VR眼镜，所述计算机内设置有计算机仿真系统，所述VR眼镜与计算机仿真系统通信连接，所述计算机仿真系统包含高原环境的若干个环境模拟画面；

所述生理指标监测系统包括头带、监测服和手环，所述头带上安装有第一电源模块、脑电监测模块和第一信号发射模块，所述脑电监测模块和第一信号发射模块均与第一电源模块电连接，所述脑电监测模块与第一信号发射模块电连接；所述监测服的胸部位置安装心电监测模块，所述监测服的腋下安装有体温监测模块，所述监测服的腰部处设置有汗液传感器，所述监测服上还设置有第二电源模块和第二信号发射模块，所述心电监测模块、体温监测模块和汗液传感器均与第二电源模块和第二信号发射模块电连接；所述手环上安装有第三电源模块，所述第三电源模块电连接有第三信号发射模块、肌电监测模块、脉搏血氧监测模块、血压监测模块和步数监测模块，所述肌电监测模块、脉搏血氧监测模块、血压监测模块和步数监测模块均与第三信号发射模块电连接。

进一步，所述舱室内设置有跑步机，所述跑步机上设置有速度调节机构。人们到高原去之后，肯定是会运动的，而在舱室内设置跑步机，体验者可以在跑步机上进行运动，并且可以根据自己的身体承受情况，调节跑步机的速度，以模拟不同运动强度下，体验者在高原环境的承受能力，如此，模拟更加的逼真。

进一步，所述舱室外设置有信号接收模块，所述信号接收模块与第一信号发射模块、第二信号发射模块和第三信号发射模块均无线通信连接，所述信号接收模块与计算机电连接，所述计算机内设置有适应性评价系统。信号接收模块接收到生理指标监测系统中信号发射模块的数据，利用适应性评价系统对体验者的高原适应能力进行评判，使得体验者更直观的了解到自己身体机能对高原环境的适应能力。

进一步，所述适应性评价系统包括脑电标准模块、心率标准模块、心电标准模块、体温标准模块、汗液电解质标准模块、血氧饱和度标准模块、肌电标准模块、血压标准模块、身体指标对比模块和适应性计算模块。适应性计算模块将体验者在舱室内运动时，通过生理指标监测系统采集的脑电波、心率、心电图、体温、汗液电解质浓度、血氧饱和度、肌电数据、血压数据与脑电标准模块、心率标准模块、心电标准模块、体温标准模块、汗液电解质标准模块、血氧饱和度标准模块、肌电标准模块、血压标准模块进行对比计算，计算出相似度a％，以a值作为单向适应性得分，最后将脑电波得分、心率得分、心电图得分、体温得分、汗液电解质浓度得分、血氧饱和度得分、肌电数据得分和血压得分加权平均得到适应性综合评分。

进一步，所述环境调节系统和生理指标监测系统之间设置有环境自动调节系统，所述环境自动调节系统包括生理指标耐受力输入模块和自动调节模块，所述自动调节模块与抽吸泵、氧气消耗装置、第一电流调节器、第二电流调节器、第三电流调节器均电连接。当体验者了解到自己的耐受力之后，可以将自己的耐受力输入生理指标耐受力输入模块，然后通过不同高度和不同的运动速度体验，可以为体验者提供在不同海拔的最大运动量的数据，给体验者真正的高原旅游提供参考。

进一步，所述舱室内设置有气流循环泵。当在模拟高原环境时，气流循环泵开启，鼓动舱室内的气体循环流动，使得舱室内的气压、温度、氧浓度更加均匀，体验者实际感受的环境与环境传感检测系统检测的数据相同，体验的真实感更强。

进一步，所述舱室外设置有报警器，所述跑步机上方的舱室上设置有储存腔，所述储存腔上设置有电开关门，所述储存腔内设置有氧气面罩，所述跑步机上设置有电开关，所述电开关与电开关门电和报警器电连接。当体验者在体验时，感觉呼吸急促，不能再坚持体验，体验者可以按动电开关，电开关同时打开报警器和点开关门，报警器通知操作者停止高原环境的模拟，电开关门打开后，氧气面罩从储存腔落下，体验者可以立即带上氧气面罩，借助氧气面罩呼吸，使得体验者尽快恢复正常。

进一步，所述舱室内设置有摄像头，所述摄像头与计算机网络通信连接。如此，便于在舱室外操作的工作人员可以通过计算机的显示屏和摄像头看见舱室内体验者的情况，避免发生意外情况。

本发明的有益效果：

(1)本发明设置一个密闭的舱室，并在舱室内设置温度、压力、氧浓度、紫外线、光照强度和湿度等的传感器和调节装置，能够从多个高原环境的指标进行模拟，这些指标基本囊括了在高原环境和非高原环境的差别指标，能够基本比较完全的对高原环境进行模拟，本发明还使用VR眼镜对高原的自然环境进行模拟，VR技术能够比较逼真的模拟高原的自然风光，从心理上增加高原环境感受的相似性，模拟的真实感更强，心理感受更真实，比现有的模拟舱更贴切实际，体验者的体验效果更好；

(2)本发明使用调节装置能够对不同海拔的高原环境进行模拟，使体验者能够体验在不同海拔的高原环境适应能力，体验效果更好；

(3)本发明不仅能够对高原环境进行模拟，体验者在体验时，还能使用头带、手环和监测服对体验者的心率、血氧饱和度、呼吸情况等生理指标进行监测，将监测的生理指标数据与适应性指标进行对比，评判体验者的适应指数，如此，更能客观的评判体验者对高原环境的适应能力，更加科学；

(4)、本发明不仅能够监测体验者在高原环境静态的适应能力，还可以利用跑步机模拟体验者在动态条件下的高原环境适应能力，更加符合人员在高原环境去旅游或者训练时的实际情况，基本能够完全模拟在高原环境运动过程中的实际情况，对体验者的参考性更强；

(5)、本发明可以为体验者提供在不同海拔的最大运动量的数据，可以给体验者真正的高原旅游提供参考；

(6)、本发明具有报警器、氧气面罩和摄像头等监控及急救设备，体验者体验时若出现紧急情况，可以立即报警并给体验者提供氧气面罩进行吸氧，更加的安全。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明头带的结构示意图；

图3是本发明监测服的结构示意图；

图4是本发明手环的结构示意图；

图5是本发明适应性评价系统的示意图；

图6是本发明的自动调节系统的示意图；

其中，舱室1、计算机2、温度传感器3、压力传感器4、氧浓度传感器5、紫外线强度计6、光照强度测试仪7、湿度传感器8、抽吸泵9、抽吸管10、氧气消耗装置11、照明灯12、第一电流调节器13、紫外线灯14、第二电流调节器15、电暖风机16、第三电流调节器17、加湿器18、VR眼镜19、头带20、监测服21、手环22、第一电源模块23、脑电监测模块24、第一信号发射模块25、心电监测模块26、体温监测模块27、汗液传感器28、第二电源模块29、第二信号发射模块30、肌电监测模块31、脉搏血氧监测模块32、血压监测模块33、步数监测模块34、跑步机35、信号接收模块36、适应性评价系统37、脑电标准模块38、心率标准模块39、心电标准模块40、体温标准模块41、汗液电解质标准模块42、血氧饱和度标准模块43、肌电标准模块44、血压标准模块45、身体指标对比模块46、适应性计算模块47、生理指标耐受力输入模块48、自动调节模块49、气流循环泵50、报警器51、电开关门52、氧气面罩53、电开关54、摄像头55。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明：

如图1-6所示：

高原环境模拟装置系统，包括舱室1，舱室1长3.5米，宽2.5米，高2米，舱室1上开设有开关门，还包括计算机2、舱室1内设置有环境传感检测系统、环境调节系统、生理指标监测系统；

环境传感检测系统设置在舱室1内，包括温度传感器3、压力传感器4、氧浓度传感器5、紫外线强度计6、光照强度测试仪7和湿度传感器8；

环境调节系统包括抽吸泵9，抽吸泵9设置在舱室1外且与压力传感器4电连接，空气抽吸泵9上连通有抽吸管10，抽吸管10远离抽吸泵9的一端位于舱室1内，还包括氧气消耗装置11，氧气消耗装置11包括一个内部盛装有能够与氧气发生化学反应的物质的容器，容器内部与箱体内部空间之间可操作被隔离或者连通；舱室1内设置有照明灯12，照明灯12电连接有第一电流调节器13，电流调节器与光照强度测试仪7电连接，舱室1内设置有紫外线灯14，紫外线灯14电连接有第二电流调节器15，第二电流调节器15与紫外线强度计6电连接，舱室1内设置有电暖风机16，电暖风机16电连接有第三电流调节器17，第三电流调节器17与温度传感器3电连接，舱室1内设置有加湿器18，加湿器18与湿度传感器8电连接；舱室1内设置有VR眼镜19，计算机2内设置有计算机仿真系统，VR眼镜19与计算机仿真系统通信连接，计算机仿真系统包含高原环境的若干个环境模拟画面；

其中温度传感器为MEACON品牌的PT100WZP型号，压力传感器为MEACON品牌的MIK-P300型号，氧浓度传感器为Toolmate品牌的TDHH-4001-O2型号，第一电流调节器、第二电流调节器和第三电流调节器均为华林牌dds调节器型号，与氧气发生化学反应的物质为钠，光照强度测试仪使用的为标智品牌的gm1020型号，紫外线强度计为泰玛斯品牌的TM213型号，湿度传感器为荣域华府品牌的DHT11湿度模块，VR眼镜为MOGAMAN品牌的GN1型号，其他未提及电子产品均为市售的普通产品即可。

生理指标监测系统包括头带20、监测服21和手环22，头带20上安装有第一电源模块23、脑电监测模块24和第一信号发射模块25，脑电监测模块24和第一信号发射模块25均与第一电源模块23电连接，脑电监测模块24与第一信号发射模块23电连接；监测服21的胸部位置安装心电监测模块26，监测服21的腋下安装有体温监测模块27，监测服21的腰部处设置有汗液传感器28，监测服21上还设置有第二电源模块29和第二信号发射模块30，心电监测模块26、体温监测模块27和汗液传感器28均与第二电源模块29和第二信号发射模块30电连接；手环22上安装有肌电监测模块31、脉搏血氧监测模块32、血压监测模块33和步数监测模块34手环22上安装有第三电源模块，第三电源模块电连接有第三信号发射模块、肌电监测模块31、脉搏血氧监测模块32、血压监测模块33和步数监测模块34，肌电监测模块31、脉搏血氧监测模块32、血压监测模块33和步数监测模34块均与第三信号发射模块电连接。

其中，脑电监测模块为康泰医学公司生产的CMS2100型号，心电监测模块为TELESKY公司生产的AD8232型号，肌电监测模块为sichiray公司生产的arduino型号，脉搏血氧监测模块为锦胜电子生产的MAX30100型号，汗液传感器包括包括上海雷磁生产的6801-01微型钠电极、上海雷磁生产的PK-1-01微型钾电极、普鲁士蓝葡萄糖氧化酶电极和上海雷磁生产的E-201-C微型乳酸电极，步数监测模块百智康品牌的计步监测模块，其他未提及电子产品均为市售的普通产品即可。

舱室1内设置有跑步机35，跑步机35上设置有速度调节机构。人们到高原去之后，肯定是会运动的，而在舱室1内设置跑步机35，体验者可以在跑步机35上进行运动，并且可以根据自己的身体承受情况，调节跑步机35的速度，以模拟不同运动强度下，体验者在高原环境的承受能力，如此，模拟更加的逼真。

舱室1外设置有信号接收模块36，信号接收模块36与第一信号发射模块、第二信号发射模块和第三信号发射模块均无线通信连接，信号接收模块36与计算机2电连接，计算机2内设置有适应性评价系统37。信号接收模块36接收到生理指标监测系统中信号发射模块的数据，利用适应性评价系统37对体验者的高原适应能力进行评判，使得体验者更直观的了解到自己身体机能对高原环境的适应能力。

适应性评价系统37包括脑电标准模块38、心率标准模块39、心电标准模块40、体温标准模块41、汗液电解质标准模块42、血氧饱和度标准模块43、肌电标准模块44、血压标准模块45、身体指标对比模块46和适应性计算模块47。适应性计算模块47将体验者在舱室1内运动时，通过生理指标监测系统采集的脑电波、心率、心电图、体温、汗液电解质浓度、血氧饱和度、肌电数据、血压数据与脑电标准模块38、心率标准模块39、心电标准模块40、体温标准模块41、汗液电解质标准模块42、血氧饱和度标准模块43、肌电标准模块44、血压标准模块45进行对比计算，计算出相似度a％，以a值作为单向适应性得分，最后将脑电波得分、心率得分、心电图得分、体温得分、汗液电解质浓度得分、血氧饱和度得分、肌电数据得分和血压得分加权平均得到适应性综合评分。

环境调节系统和生理指标监测系统之间设置有环境自动调节系统，环境自动调节系统包括生理指标耐受力输入模块48和自动调节模块49，自动调节模块49与抽吸泵9、氧气消耗装置11、第一电流调节器13、第二电流调节器15、第三电流调节器17均电连接。当体验者了解到自己的耐受力之后，可以将自己的耐受力输入生理指标耐受力输入模块48，然后通过不同高度和不同的运动速度体验，可以为体验者提供在不同海拔的最大运动量的数据，给体验者真正的高原旅游提供参考。

舱室1内设置有气流循环泵50。当在模拟高原环境时，气流循环泵50开启，鼓动舱室1内的气体循环流动，使得舱室1内的气压、温度、氧浓度更加均匀，体验者实际感受的环境与环境传感检测系统检测的数据相同，体验的真实感更强。

舱室1外设置有报警器51，跑步机35上方的舱室1上设置有储存腔，储存腔上设置有电开关门52，储存腔内设置有氧气面罩53，跑步机35上设置有电开关54，电开关54与电开关门52电和报警器51电连接。当体验者在体验时，感觉呼吸急促，不能再坚持体验，体验者可以按动电开关54，电开关54同时打开报警器51和点开关门，报警器51通知操作者停止高原环境的模拟，电开关门52打开后，氧气面罩53从储存腔落下，体验者可以立即带上氧气面罩53，借助氧气面罩53呼吸，使得体验者尽快恢复正常。

舱室1内设置有摄像头55，摄像头55与计算机2网络通信连接。如此，便于在舱室1外操作的工作人员可以通过计算机2的显示屏和摄像头55看见舱室1内体验者的情况，避免发生意外情况。

本高原环境模拟装置系统的使用方法如下：

体验者进入到舱室1内，关闭上开关门，体验者穿上监测服21，戴上手环22、头带20和VR眼镜19，在跑步机35上运动，环境传感检测系统对舱室1内的温度、压力、氧浓度、紫外线、光照强度和湿度等进行调节，模拟海拔3000米、3500米、4000米、4500米和5000米的环境，如此，本装置系统能够从多个高原环境的指标进行模拟，这些指标基本囊括了在高原环境和非高原环境的差别指标，能够完全对高原环境进行模拟，并使用VR眼镜对高原的自然环境进行模拟，模拟的真实感更强，体验者的体验效果更好。

体验者在体验时，头带20、手环22和监测服21对体验者的心率、血氧饱和度、呼吸情况等生理指标进行监测，将监测的生理指标数据与适应性指标进行对比，评判体验者的适应指数；当体验者在体验时，感觉呼吸急促，不能再坚持体验，体验者可以按动电开关54，电开关54同时打开报警器51和电开关门52，报警器51通知操作者停止高原环境的模拟，电开关门52打开后，氧气面罩53从储存腔落下，体验者可以立即带上氧气面罩53，借助氧气面罩53呼吸，使得体验者尽快恢复正常。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (8)

1.高原环境模拟装置系统，包括舱室和计算机，所述舱室上开设有开关门，其特征在于：所述舱室内设置有环境传感检测系统、环境调节系统、生理指标监测系统；

所述环境传感检测系统设置在舱室内，包括温度传感器、压力传感器、氧浓度传感器、紫外线强度计、光照强度测试仪和湿度传感器；

所述环境调节系统包括抽吸泵，所述抽吸泵设置在舱室外且与压力传感器电连接，所述空气抽吸泵上连通有抽吸管，所述抽吸管远离抽吸泵的一端位于舱室内，还包括氧气消耗装置，所述氧气消耗装置包括一个内部盛装有能够与氧气发生化学反应的物质的容器，所述容器内部与箱体内部空间之间可操作被隔离或者连通；所述舱室内设置有照明灯，所述照明灯电连接有第一电流调节器，所述电流调节器与光照强度测试仪电连接，所述舱室内设置有紫外线灯，所述紫外线灯电连接有第二电流调节器，所述第二电流调节器与紫外线强度计电连接，所述舱室内设置有电暖风机，所述电暖风机电连接有第三电流调节器，所述第三电流调节器与温度传感器电连接，所述舱室内设置有加湿器，所述加湿器与湿度传感器电连接；所述舱室内设置有VR眼镜，所述计算机内设置有计算机仿真系统，所述VR眼镜与计算机仿真系统通信连接，所述计算机仿真系统包含高原环境的若干个环境模拟画面；

所述生理指标监测系统包括头带、监测服和手环，所述头带上安装有第一电源模块、脑电监测模块和第一信号发射模块，所述脑电监测模块和第一信号发射模块均与第一电源模块电连接，所述脑电监测模块与第一信号发射模块电连接；所述监测服的胸部位置安装心电监测模块，所述监测服的腋下安装有体温监测模块，所述监测服的腰部处设置有汗液传感器，所述监测服上还设置有第二电源模块和第二信号发射模块，所述心电监测模块、体温监测模块和汗液传感器均与第二电源模块和第二信号发射模块电连接；所述手环上安装有第三电源模块，所述第三电源模块电连接有第三信号发射模块、肌电监测模块、脉搏血氧监测模块、血压监测模块和步数监测模块，所述肌电监测模块、脉搏血氧监测模块、血压监测模块和步数监测模块均与第三信号发射模块电连接。

2.根据权利要求1所述的高原环境模拟装置系统，其特征在于：所述舱室内设置有跑步机，所述跑步机上设置有速度调节机构。

3.根据权利要求2所述的高原环境模拟装置系统，其特征在于：所述舱室外设置有信号接收模块，所述信号接收模块与第一信号发射模块、第二信号发射模块和第三信号发射模块均无线通信连接，所述信号接收模块与计算机电连接，所述计算机内设置有适应性评价系统。

4.根据权利要求3所述的高原环境模拟装置系统，其特征在于：所述适应性评价系统包括脑电标准模块、心率标准模块、心电标准模块、体温标准模块、汗液电解质标准模块、血氧饱和度标准模块、肌电标准模块、血压标准模块、身体指标对比模块和适应性计算模块。

5.根据权利要求4所述的高原环境模拟装置系统，其特征在于：所述环境调节系统和生理指标监测系统之间设置有环境自动调节系统，所述环境自动调节系统包括生理指标耐受力输入模块和自动调节模块，所述自动调节模块与抽吸泵、氧气消耗装置、第一电流调节器、第二电流调节器、第三电流调节器均电连接。

6.根据权利要求5所述的高原环境模拟装置系统，其特征在于：所述舱室内设置有气流循环泵。

7.根据权利要求6所述的高原环境模拟装置系统，其特征在于：所述舱室外设置有报警器，所述跑步机上方的舱室上设置有储存腔，所述储存腔上设置有电开关门，所述储存腔内设置有氧气面罩，所述跑步机上设置有电开关，所述电开关与电开关门电和报警器电连接。

8.根据权利要求7所述的高原环境模拟装置系统，其特征在于：所述舱室内设置有摄像头，所述摄像头与计算机网络通信连接。