CN111257517B - 一种模拟肺呼吸装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境气溶胶测量技术领域,更具体地,涉及一种模拟肺呼吸装置。该装置包括密封箱、肺模型、采气袋和气泵,所述肺模型、采气袋均设置于密封箱内部,并保持相互独立;所述肺模型连接有通向密封箱外部的肺管路;所述气泵连接有抽吸管路,抽吸管路设有第一阀门、第二阀门,第一阀门、第二阀门、气泵形成串联回路;所述采气袋接通抽吸管路,有且接通至第一阀门、第二阀门之间;所述第一阀门、第二阀门均为三通阀,并各保持一个阀门口连通密封箱外部空气;气泵从采气袋抽气,采气袋收缩,密封箱内气压变小,气流从肺管路进入肺模型,完成吸气过程;气泵向采气袋充气,采气袋膨胀,密封箱内气压变大,气流从肺模型沿肺管路流出,完成呼气过程。
Description
技术领域
本发明涉及环境气溶胶测量技术领域,更具体地,涉及一种模拟肺呼吸装置。
背景技术
近年来,我国大气污染日益严重,大部分地区都出现了强雾霾天气,有关人体呼吸暴露的研究也越来越引起人们的重视,希望能够获得大气及人体呼出气中的气体成分及浓度、颗粒物粒径及浓度等信息。目前,利用人体做实验存在花费高、时间长、涉及伦理等问题,为了更方便地进行肺呼吸相关数据的实验检测,研究一种简易的模拟肺呼吸装置具有重要意义。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的缺陷,提供一种模拟肺呼吸装置,可以简易模拟人肺呼吸的过程,以便进行相关实验检测。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种模拟肺呼吸装置,包括密封箱、肺模型、采气袋和气泵,所述肺模型、采气袋均设置于密封箱内部,并保持相互独立,密封箱内气压恒定。
所述肺模型连接有通向密封箱外部的肺管路,肺管路是肺模型与外界空气连通的唯一途径。
所述气泵连接有抽吸管路,抽吸管路设有第一阀门、第二阀门,第一阀门、第二阀门、气泵形成串联回路,第一阀门、第二阀门用于控制抽吸管路的状态变换。
所述采气袋接通抽吸管路,有且接通至第一阀门、第二阀门之间。
所述第一阀门、第二阀门均为三通阀,并各保持一个阀门口连通密封箱外部空气,主要为了实现采气袋的抽气和充气。
气泵从采气袋抽气,采气袋收缩,密封箱内气压变小,气流从肺管路进入肺模型,完成吸气过程;气泵向采气袋充气,采气袋膨胀,密封箱内气压变大,气流从肺模型沿肺管路流出,完成呼气过程。
作为其中一种优选地方案,所述肺模型各分叉尾部设有肺泡结构,肺泡结构中加有肺模拟液。肺泡结构具有收缩膨胀功能,与人体肺部的肺泡作用相似,肺模拟液为现有的试验用物料,主要为了模拟人呼吸的物理化学反应,验证气体成分及浓度、颗粒物粒径及浓度等数据的改变。
作为其中一种优选地方案,所述肺管路设有第三阀门。第三阀门控制肺管路的通断,使大气进出肺模型。
作为其中一种优选地方案,所述第三阀门为三通阀,第三阀门至少一个阀门口连接有气雾箱。第三阀门一阀门口连接肺模型,另外两个阀门口至少有一个连接气雾箱,气雾箱主要用于提供吸入气体,对比分析人体呼吸前后气体颗粒物的成分、浓度等相关信息。
作为其中一种优选地方案,所述第一阀门、第二阀门、第三阀门均为电磁阀。第一阀门、第二阀门、第三阀门均为三通电磁阀。
作为其中一种优选地方案,还包括可编程时控器,可编程时控器分别与第一阀门、第二阀门、第三阀门电连接,定时控制各阀门的开关。可编程时控器属自动控制领域的电器件,主要用于在多段时间周期内控制多个电路的开启或关闭,即具有多周期设置和多触点输出。可编程时控器同时控制第一阀门、第二阀门、第三阀门各阀门口的开关切换。
作为其中一种优选地方案,所述密封箱设有用于探测密封箱内部气压的压力传感器,以及用于探测探测密封箱内部温度、湿度的温湿度计。
作为其中一种优选地方案,所述密封箱为恒温箱。一般地,为模拟人体肺部的呼吸过程,将恒温箱设定为人体37°恒温。
作为其中一种优选地方案,所述密封箱底部设有用于方便搬运转移的移动滑轮。一般地,采用万向轮设置在密封箱底部,
作为其中一种优选地方案,所述肺泡结构的材质为可压缩性高分子吸附材料。肺泡结构的材质优选为聚氨酯泡沫。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明公开了一种模拟肺呼吸装置,形状结构简单,设备操作方便,能够自动完成模拟肺部的呼吸,可用于人体呼吸暴露等研究,更加方便地进行肺呼吸相关气体和数据的实验采集。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是实施例1第一阀门、第二阀门标记示意图。
图3是实施例1第三阀门标记示意图
其中,1密封箱,2肺模型,3采气袋,4气泵,5肺管路,6抽吸管路,7第一阀门,8第二阀门,9第三阀门,10气雾箱,11可编程时控器,12压力传感器,13温湿度计,21肺泡结构。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制。
如图1所示为本发明一种模拟肺呼吸装置的实施例,包括密封箱1、肺模型2、采气袋3和气泵4,肺模型2、采气袋3均设置于密封箱1内部,并保持相互独立。
其中,密封箱1内保持恒温,且气压也恒定。为了模拟人体肺部的呼吸过程,将恒温箱设定为人体37°恒温。另外,密封箱1设有用于探测密封箱1内部气压的压力传感器12,以及用于探测探测密封箱1内部温度、湿度的温湿度计13。密封箱1底部还设有用于方便搬运转移的移动滑轮。
具体地,肺模型2各分叉尾部设有肺泡结构21,肺泡结构21的材质为可压缩性高分子吸附材料,本实施例采用聚氨酯泡沫,另外,肺泡结构21中加有肺模拟液,肺模拟液为现有的试验用物料,主要为了模拟人呼吸的物理化学反应,验证气体成分及浓度、颗粒物粒径及浓度等数据的改变。
本实施例中,气泵4为20L/min正负两用隔膜真空泵,气泵4连接有抽吸管路6,抽吸管路6设有第一阀门7、第二阀门8,第一阀门7、第二阀门8、气泵4形成串联回路,同时,采气袋3接通抽吸管路6,有且接通至第一阀门7、第二阀门8之间。另外,肺模型2连接有通向密封箱1外部的肺管路5,肺管路5设有第三阀门9。
本实施例中,第一阀门7、第二阀门8、第三阀门9均为三通阀,并各保持一个阀门口连通密封箱1外部空气。为方便描述,第一阀门7的阀门口分别标记为7a、7b、7c,第二阀门8的阀门口分别标记为8a、8b、8c,如图2所示,第三阀门9的一个阀门口连接有气雾箱10,另一个阀门口连接外部大气,为方便描述,第三阀门9的阀门口分别标记为9a、9b、9c,如图3所示。
具体地,第一阀门7、第二阀门8、第三阀门9均为电磁阀。本实施例包括可编程时控器11,可编程时控器11分别与第一阀门7、第二阀门8、第三阀门9电连接,定时控制各阀门的开关。本实施例中,根据人体呼吸参数,可编程时控器11控制三个电磁阀每3s自动切换阀门口的开闭,需要注意的是,可以通过改变各电磁阀的切换频率,改变呼吸的频率,进行多种呼吸状态下的检测试验。
在进行呼吸实验时,根据人体呼吸参数,可编程时控器11控制第一阀门7、第二阀门8、第三阀门9的各阀门口每3s自动切换,从而利用20L/min正负两用隔膜真空泵交替充入或抽取37℃恒温密封箱1中采气袋3的空气,形成模拟肺部呼吸所需的正压、负压,进而将气雾箱10中样品或大气通过第三阀门9吸入肺模型2或从肺模型2中呼出。
具体呼吸过程如下:
吸气过程,第三阀门9的阀门口9a、9b打开,9c关闭,同时气泵4启动,可编程时控器11控制第一阀门7的阀门口7a、7b打开,7c关闭,第二阀门8的阀门口8a关闭,8b、8c打开,从采气袋3抽气排出外界,采气袋3收缩,密封箱1内气压变小,为保持密封箱1内气压恒定,气流从气雾箱10经肺管路5进入到肺模型2的肺泡结构21,肺泡结构21膨胀,完成吸气过程。
呼气过程,第三阀门9的阀门口9a常开,9b关闭,9c打开,气泵4持续运转,可编程时控器11切换7a、7c打开,7b关闭,8a、8b打开,8c关闭,气泵4向采气袋3充气,采气袋3膨胀,密封箱1内气压变大,为保持密封箱1内气压恒定,肺泡结构21收缩,气流从肺模型2的沿肺管路5流出,完成呼气过程。呼吸后的气体由9c排出,方便实验人员进行采集并检测。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种模拟肺呼吸装置,其特征在于:包括密封箱(1)、肺模型(2)、采气袋(3)和气泵(4),所述肺模型(2)、采气袋(3)均设置于密封箱(1)内部,并保持相互独立;
所述肺模型(2)连接有通向密封箱(1)外部的肺管路(5);所述肺模型(2)各分叉尾部设有肺泡结构(21),肺泡结构(21)中加有肺模拟液;
所述气泵(4)连接有抽吸管路(6),抽吸管路(6)设有第一阀门(7)、第二阀门(8),第一阀门(7)、第二阀门(8)、气泵(4)形成串联回路;
所述采气袋(3)接通抽吸管路(6),有且接通至第一阀门(7)、第二阀门(8)之间;所述肺管路(5)设有第三阀门(9),所述第三阀门(9)为三通阀,第三阀门(9)至少一个阀门口连接有气雾箱(10);
所述第一阀门(7)、第二阀门(8)均为三通阀,并各保持一个阀门口连通密封箱(1)外部;
气泵(4)从采气袋(3)抽气,采气袋(3)收缩,密封箱(1)内气压变小,气流从肺管路(5)进入肺模型(2),完成吸气过程;
气泵(4)向采气袋(3)充气,采气袋(3)膨胀,密封箱(1)内气压变大,气流从肺模型(2)沿肺管路(5)流出,完成呼气过程。
2.根据权利要求1所述的一种模拟肺呼吸装置,其特征在于:所述第一阀门(7)、第二阀门(8)、第三阀门(9)均为电磁阀。
3.根据权利要求2所述的一种模拟肺呼吸装置,其特征在于:还包括可编程时控器(11),可编程时控器(11)分别与第一阀门(7)、第二阀门(8)、第三阀门(9)电连接,定时控制各阀门的开关。
4.根据权利要求1所述的一种模拟肺呼吸装置,其特征在于:所述密封箱(1)设有用于探测密封箱(1)内部气压的压力传感器(12),以及用于探测密封箱(1)内部温度、湿度的温湿度计(13)。
5.根据权利要求1所述的一种模拟肺呼吸装置,其特征在于:所述密封箱(1)为恒温箱。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种模拟肺呼吸装置,其特征在于:所述密封箱(1)底部设有用于方便搬运转移的移动滑轮。
7.根据权利要求6所述的一种模拟肺呼吸装置,其特征在于:所述肺泡结构(21)的材质为可压缩性高分子吸附材料。
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