CN102854902B - 一种腔室压力调节方法 - Google Patents

Abstract

一种腔室压力调节方法，用于对调压舱进行减压控制，所述调压舱设置有一个或多个减压阀，一个或多个减压舱通过对应的减压阀从调压舱中输出气体以减小调压舱的压力，所述方法包括：输入调压舱的目标压力及降至目标压力所需的时间；测量调压舱当前的实际压力；根据调压舱的目标压力和实际压力，自动调节减压阀的开启度，使调压舱的实际压力在所需的时间达到目标压力。本发明可以准确、安全、快速地实现对调压舱的减压控制。

Description

一种腔室压力调节方法

技术领域

本发明涉及气压控制技术领域，尤其涉及的是一种腔室压力调节方法。

背景技术

随着航空技术的发展，对腔室的减压控制变得日益重要。如：通过对一个腔室进行减压控制，可以模拟航空航天人员在海拔几万米高度训练的气压状态。在医学研究领域也需要应用减压技术，如：在一减压***中，将动物放置在其中的低压腔室中，从而观测动物在低压条件下的生理参数变化。通过对上述生理参数变化的研究，可以更好地了解、救治和保护处于极端条件下的人类或其他动物。

参见图1所示，现有技术的减压***包括：减压舱20和调压舱10。其中，减压舱20通过调压舱10的减压阀11从调压舱10中输出气体以减小调压舱10中的压力。减压舱20的压力远远小于调压舱10需要达到的压力值。调压舱10中可以包括：压力传感器13和参数测量装置12，参数测量装置12用于获取不同压力条件下实验动物的生理参数信息。压力传感器13用于获取调压舱10的实时压力值。在对调压舱10进行压力调节时，工作人员通过压力传感器13获取调压舱10当前的压力，根据当前压力与目标压力的差值，人为调节减压阀11的开启度，以使调压舱10的压力减小到目标压力。

为了更符合实际情况，需要使调压舱10中的压力在较短的时间减压到目标压力。但是通过人为调节则不能满足时间要求，且调节不准确，容易存在很大的偏差，最终影响实验结果。

类似地，在其他压力调节***中，也存在相同的问题。

因此，如何快速准确地实现腔室的低压就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种腔室压力调节方法，以精确快速地得到目标气压。

为解决上述问题，本发明提供了一种腔室压力调节方法，用于对调压舱进行减压控制，所述调压舱设置有一个或多个减压阀，一个或多个减压舱通过对应的减压阀从调压舱中输出气体以减小调压舱的压力，所述方法包括：

输入调压舱的目标压力及降至目标压力所需的时间；

测量调压舱当前的实际压力；

根据调压舱的目标压力和实际压力，自动调节减压阀的开启度，使调压舱的实际压力在所需的时间达到目标压力。

可选地，在测量调压舱当前的实际压力的同时，测量以下信息中的一种或多种：调压舱的温度信息、调压舱的湿度信息、调压舱中氧气的浓度信息、调压舱中二氧化碳的浓度信息、减压舱的压力信息、减压舱的温度信息。

可选地，所述腔室压力调节方法还包括：在所述调压舱中放入实验动物，在测量调压舱当前的实际压力的同时，测量所述实验动物的生理参数信息。

可选地，所述腔室压力调节方法还包括：：在减压控制过程中，至少将减压阀的开启度和调压舱的实时压力进行定时输出。

可选地，所述输出为语音输出、显示输出或打印输出中的一种或任意组合。

可选地，所述腔室压力调节方法还包括：在减压控制过程中，至少将减压阀的开启度和调压舱的实时压力进行定时存储。

可选地，所述腔室压力调节方法还包括：至少当减压阀的开启度或调压舱的实际压力大于阈值时，发出语音、灯光或显示警报。

可选地，所述减压阀的开启度通过以下方式进行调节：

设置调压舱的压力满足P_t＝P₀×K×t，其中，P₀是调压舱减压前的压力，P_t是减压t时刻之后调压舱的压力，t为减压时间，K为减压的速率比值；

根据减压前后调压舱的压力差，调节减压阀的开启度。

可选地，所述K的取值大于-1且小于0。

可选地，根据减压前后调压舱的压力差，调节减压阀的开启度包括：

获取减压前减压阀的开启度；

根据F_k＝F_ka+ΔPa+F_kb×ΔPa²，计算得到减压后减压阀的开启度，其中，F_k是减压后减压阀的开启度，F_ka是减压前减压阀的开启度，ΔPa是减小的压力，F_kb是比例系数；

将减压阀的开启度从F_ka调至F_k。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：减压舱通过减压阀从调压舱中输出气体以减小调压舱的压力，在对调压舱进行减压控制时，输入调压舱的目标压力及达到目标压力所需的时间，且测量调压舱当前的实际压力，进而根据调压舱的目标压力和实际压力，自动调节减压阀的开启度，使调压舱的实际压力在所需时间达到目标压力。通过将手动调节转换为自动调节，从而可以保证减压控制的高速性、准确性和安全性。

附图说明

图1是现有技术中减压***的结构示意图；

图2是本发明实施方式腔室压力调节方法的流程示意图；

图3是本发明实施例中减压***的结构示意图；

图4是图3中检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，现有技术中都是人为调节调压舱的减压阀开启度，由于工作人员从获取调压舱的实际压力到计算出减压阀的调节量需要一段时间，将减压阀调节至合适的开启度又需要一段时间，从而不能满足快速减压的要求。此外，通过手动调节减压阀的开启度的过程中，手的抖动很可能导致存在误差，从而使得调压舱的实际压力与目标压力不一致。另外，人为调节调压舱的减压阀开启度的方式还存在潜在的安全性问题。

针对上述缺陷，本发明提供了一种腔室压力调节方法，用于对调压舱进行减压控制，所述调压舱设置有一个或多个减压阀，一个或多个减压舱通过对应的减压阀从调压舱中输出气体以减小调压舱的压力，具体包括：输入调压舱的目标压力及降至目标压力所需的时间；测量调压舱当前的实际压力；根据调压舱的目标压力和实际压力，自动调节减压阀的开启度，使调压舱的实际压力在所需的时间达到目标压力。

本发明通过将手动调节转换为自动调节，从而可以保证减压控制的高速性、准确性和安全性。

下面结合附图进行详细说明。

参考图2所示，本实施例提供了一种腔室压力调节方法，用于对调压舱进行减压控制，所述调压舱设置有一个或多个减压阀，一个或多个减压舱通过对应的减压阀从调压舱中输出气体以减小调压舱的压力，包括以下步骤：

步骤S1，输入调压舱的目标压力及达到目标压力所需的时间；

步骤S2，测量调压舱当前的实际压力；

步骤S3，根据调压舱的目标压力和实际压力，自动调节减压阀的开启度，使调压舱的实际压力在所需的时间达到目标压力。

参考图3所示，上述方法可以采用图3所示的减压***实现。所述减压***包括：

调压舱100，设置有一个或多个减压阀；

一个或多个减压舱，通过对应的减压阀从调压舱100中输出气体以减小调压舱的压力；

检测装置，至少包括设置在调压舱中的压力传感器810，用于获取调压舱100的实际压力；

输入装置400，用于输入调压舱100的目标压力及达到目标压力所需的时间；

控制器300，连接检测装置、输入装置400和减压阀，根据调压舱100的目标压力和实际压力，自动调节所述减压阀的开启度，使调压舱100的实际压力在所需的时间达到目标压力。

本实施例中减压***通过压力传感器810获取调压舱100的实际压力，通过输入装置400输入调压舱100的目标压力及达到目标压力所需的时间，进而控制器300根据调压舱100的目标压力和实际压力，调节减压阀的开启度，从而使得调压舱100的实际压力在所需的时间达到目标压力，保证了减压的高速性、准确性和安全性。

所述调压舱100是待调节压力的舱室。本实施例中将实验动物放在调压舱100中，以此模拟实验动物在高空中的压力情况。

结合参考图3所示，本实施例中减压***包括两个减压舱，分别为：第一减压舱910和第二减压舱920。相应地，调压舱100包括两个减压阀，分别为：第一减压阀140和第二减压阀150。第一减压舱910通过第一减压阀140将调压舱100中气体输出以降低调压舱100的压力，第二减压舱920通过第二减压阀150从调压舱100中输出气体以降低调压舱100的压力。

所述减压阀上可以设置有电子开关，用于接收控制信息，以控制减压阀的开启度。所述减压阀的开启度指的是减压阀的开启程度，其取值大于或等于0且小于或等于1。

每个减压舱的压力远远小于调压舱的目标压力，如：第一减压舱910的压力可以为0.1MPa，调压舱100的实际压力为1.5Mpa。

在减压舱通过减压阀向调压舱100输入气体的过程中，减压阀的开启度越大，减压舱从调压舱100中输出的气体越多，从而调压舱100的压力下降越快。本实施例中各个减压阀的开启度可以相同，也可以不同。

所述减压阀的开启度与减小的压力之间的关系可以为：

F_k＝F_ka+ΔPa+F_kb×ΔPa²，

其中，F_k是减压后减压阀的开启度，F_ka是减压前减压阀的开启度，ΔPa是减小的压力，F_kb是比例系数。

由于本实施例中包括多个减压舱，相比于只有一个减压舱的情况，可以更快速地实现减压过程。具体地，为了实现更精确地控制，本实施例中的两个减压阀可以分别为DN32(即减压阀的直径为32mm)和DN40(即减压阀的直径为40mm)，从而可以实现不同速率、不同组合方案的减压。需要说明的是，在其他实施例中，至少部分数量减压阀的直径还可以相同。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，在保持减压舱的数量和减压阀的数量相同的前提下，减压舱或减压阀的数量还可以为一个、三个或三个以上，其都在本发明的保护范围之内。

本实施例在测量调压舱当前的实际压力的同时，还可以测量以下信息中的一种或多种：调压舱的温度信息、调压舱的湿度信息、调压舱中氧气的浓度信息、调压舱中二氧化碳的浓度信息、减压舱的压力信息、减压舱的温度信息。相应地，参考图4所示，本实施例中所述检测装置还可以包括以下器件中的一种或多种：

设置在调压舱100中的温度传感器820，用于获取调压舱100的温度信息；

设置在调压舱100中的湿度传感器830，用于获取调压舱100的湿度信息；

设置在调压舱100中的氧气浓度传感器850，用于获取调压舱100中氧气的浓度信息；

设置在调压舱100中的二氧化碳浓度传感器860，用于获取调压舱100中二氧化碳的浓度信息；

设置在减压舱中的压力传感器891，用于获取减压舱的压力信息；

设置在减压舱中的温度传感器892，用于获取减压舱的温度信息。

此外，本实施例还可以在所述调压舱100中放入实验动物(如：小白鼠)，从而在测量调压舱100当前的实际压力的同时，可以测量所述实验动物的生理参数信息。具体地，再次参考图4所示，所述检测装置还可以包括：设置在调压舱100中的生理参数测量器840，用于获取调压舱100中动物的生理参数信息。

本实施例中可以仅部分减压舱中设置有压力传感器891或/和温度传感器892，也可以在每个减压舱中都设置压力传感器891或/和温度传感器892。

所述压力传感器810或压力传感器891可以采用霍尼韦尔高压压力传感器，其内部具有自动温度补偿校正，且反应速度较快，安全性较高。

所述温度传感器820和湿度传感器830可以集成为一体，具体可以采用瑞士盛世瑞恩HT1系列数字温湿度变送器，从而可以数字量输出温度及湿度信号，检测精度高，反应速度快。

所述生理参数测量器840可以为现有技术中任意一种生理参数监测仪器，用于测量调压舱内实验动物的心电、血压、脉搏率、血氧饱和度、呼吸速率、体温等生理参数。

本实施例中检测装置在获取上述测量信息后，将上述测量信息发送给控制器300。

所述输入装置400用于获取调压舱100的目标压力及时间关系，如：调压舱100中的压力随时间呈直线下降等。进一步地，所述调压舱100中的压力还可以保持不变一段时间，如：调压舱100降压一段时间后，静止一段时间，然后继续降压、保持等步骤。

当调压舱100中的压力随时间呈直线下降时，满足以下关系式：

P_t＝P₀×K×t，

其中，P₀是调压舱100减压前的压力，P_t是减压t时刻之后调压舱100的压力，t为减压时间，K为减压的速率比值，即减压直线的速率常数。所述K的取值可以大于-1且小于0，如：-1/3、-0.5或-2/3等。此时，减压阀的开启度通过以下方式进行调节：

设置调压舱的压力满足P_t＝P₀×K×t，其中，P₀是调压舱减压前的压力，P_t是减压t时刻之后调压舱的压力，t为减压时间，K为减压的速率比值；

根据减压前后调压舱的压力差，调节减压阀的开启度。

其中，根据减压前后调压舱的压力差，调节减压阀的开启度包括：

获取减压前减压阀的开启度；

根据F_k＝F_ka+ΔPa+F_kb×ΔPa²，计算得到减压后减压阀的开启度，其中，F_k是减压后减压阀的开启度，F_ka是减压前减压阀的开启度，ΔPa是减小的压力，F_kb是比例系数；

将减压阀的开启度从F_ka调至F_k。

需要说明的是，本发明中调压舱100的压力可以与时间呈任意关系。

具体地，所述输入装置400可以为键盘、鼠标、语音输入装置或触摸输入装置等。

所述控制器300可以选用工业级监控笔记本，从而可以高度方便准确地实现对减压阀开启度的控制。具体地，控制器300从输入装置400获取调压舱的目标压力，从压力传感器810获取调压舱的实际压力，根据所述目标压力和实际压力计算减压阀需要调压的开启度，进而调节所述减压阀的开启度，以使调压舱100的实际压力在所需时间达到目标压力。

所述控制器300将控制信号发送给减压阀上的电子开关，通过控制电子开关进而可以控制减压阀的开启度。具体地，控制器300既可以使部分或全部减压阀的开启度为1(即完全打开)，也可以使部分减压阀的开启度为0(即完全关闭)，还可以使部分或全部减压阀的开启度大于0且小于1(即开启部分)。

具体地，可以在控制器300中采用高级语言编写与检测相关的程序以提高运行速度，且在控制器300中采用汇编语言编写与计算控制相关的程序以确保控制地准确和安全。

本实施例中腔室压力调节方法还可以包括以下步骤中的一种或多种：

在减压控制过程中，至少将减压阀的开启度和调压舱的实时压力进行定时输出；

在减压控制过程中，至少将减压阀的开启度和调压舱的实时压力进行定时存储；

至少当减压阀的开启度或调压舱的实际压力大于阈值时，发出语音、灯光或显示警报。

具体地，再次参考图3所示，为了实现上述步骤，所述减压***还可以包括以下装置中的一种或任意组合：

输出装置500，连接控制器300，用于至少定时输出减压过程中减压阀的开启度和调压舱100的实时压力；

存储装置600，连接控制器300，用于至少对减压过程中减压阀的开启度和调压舱100的实时压力进行定时存储；

报警装置700，连接控制器300，用于至少当减压阀的开启度或调压舱100的实际压力大于阈值时，发出语音、灯光或显示警报。

具体地，可以每隔1s测试一次调压舱的实际压力，然后每隔1s就将减压阀的开启度和调压舱的实时压力进行输出和/或存储。

由于本实施例中控制器300通过检测装置还可以获取：调压舱100的温度信息、湿度信息、实验动物的生理参数信息、氧气浓度信息、二氧化碳浓度信息，减压舱的压力信息和温度信息，因此输出装置500也可以将上述信息中的一种或任意多种一并输出。

具体地，所述输出装置500可以为语音输出装置、打印输出装置或显示输出装置中的一种或任意组合，从而输出为语音输出、显示输出或打印输出中的一种或任意组合。

所述存储装置600可以为任意存储器，如：U盘、闪存或硬盘等。所述存储装置600在存储调压舱压力信息的同时，还可以存储：调压舱100的温度信息、湿度信息、实验动物的生理参数信息、氧气浓度信息、二氧化碳浓度信息，减压舱的压力信息和温度信息。

所述报警装置700可以为语音报警装置、灯光报警装置或显示报警装置等，从而当检测装置获取的任意一种信息不符合正常条件时，都可以发出对应的警报信息，以及时告知工作人员，保证了减压的安全性。

本实施例可以准确、安全、快速地实现对调压舱的减压。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种腔室压力调节方法，其特征在于，用于对调压舱进行减压控制，所述调压舱设置有多个减压阀，多个减压舱通过对应的减压阀从调压舱中输出气体以减小调压舱的压力，所述方法包括：

输入调压舱的目标压力及降至目标压力所需的时间；

测量调压舱当前的实际压力；

根据调压舱的目标压力和实际压力，基于减压前后调压舱的压力差自动调节多个减压舱对应减压阀的开启度，使调压舱的实际压力在所需的时间达到目标压力，每个减压舱的压力远远小于调压舱的目标压力；

所述基于减压前后调压舱的压力差自动调节多个减压舱对应减压阀的开启度包括：

获取减压前减压阀的开启度；

根据F_k＝F_ka+ΔPa+F_kb×△Pa²，计算得到减压后减压阀的开启度，其中，F_k是减压后减压阀的开启度，F_ka是减压前减压阀的开启度，ΔPa是减小的压力，F_kb是比例系数；

将减压阀的开启度从F_ka调至F_k。

2.如权利要求1所述的腔室压力调节方法，其特征在于，在测量调压舱当前的实际压力的同时，测量以下信息中的一种或多种：调压舱的温度信息、调压舱的湿度信息、调压舱中氧气的浓度信息、调压舱中二氧化碳的浓度信息、减压舱的压力信息、减压舱的温度信息。

3.如权利要求1或2所述的腔室压力调节方法，其特征在于，还包括：在所述调压舱中放入实验动物，在测量调压舱当前的实际压力的同时，测量所述实验动物的生理参数信息。

4.如权利要求1所述的腔室压力调节方法，其特征在于，还包括：在减压控制过程中，至少将减压阀的开启度和调压舱的实时压力进行定时输出。

5.如权利要求4所述的腔室压力调节方法，其特征在于，所述输出为语音输出、显示输出或打印输出中的一种或任意组合。

6.如权利要求1所述的腔室压力调节方法，其特征在于，还包括：在减压控制过程中，至少将减压阀的开启度和调压舱的实时压力进行定时存储。

7.如权利要求1所述的腔室压力调节方法，其特征在于，还包括：至少当减压阀的开启度或调压舱的实际压力大于阈值时，发出语音、灯光或显示警报。

8.如权利要求1所述的腔室压力调节方法，其特征在于，所述减压阀的开启度通过以下方式进行调节：

设置调压舱的压力满足P_t＝P₀×K×t，其中，P₀是调压舱减压前的压力，P_t是减压t时刻之后调压舱的压力，t为减压时间，K为减压的速率比值。

9.如权利要求8所述的腔室压力调节方法，其特征在于，所述K的取值大于-1且小于0。