CN112345687A - 带有烟雾测试功能的燃烧假人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带有烟雾测试功能的燃烧假人，涉及燃烧假人结构的技术领域。带有烟雾测试功能的燃烧假人包括假人本体、人体呼吸动作模块和人体肺部烟雾浓度检测模块；人体呼吸动作模块用于模拟人体呼吸动作，人体呼吸动作模块连接假人本体的内部；人体肺部烟雾浓度检测模块用于模拟人体肺部，人体肺部烟雾浓度检测模块连接人体呼吸动作模块。解决了现有燃烧假人***的着重点在于假人表面的温度测试、烧伤程度的测试等表面现象分析，不能对假人的肺部吸入烟气进行测试，存在气体影响使用人员身体健康的问题。本发明通过在假人本体内连接人体呼吸动作模块和人体肺部烟雾浓度检测模块，准确测量模拟肺所吸入的烟气量。

Description

带有烟雾测试功能的燃烧假人

技术领域

本发明涉及的燃烧假人结构的技术领域，尤其是涉及一种带有烟雾测试功能的燃烧假人。

背景技术

长期以来，如何客观科学的评价军服、防火服、消防服、阻燃耐高温作业服等特种服装的防护性能，是个困扰业界的难题。燃烧假人测试技术是国际上公认的客观评价服装整体热防护性能的最优技术，成为服装科学与燃烧工程学、生物物理学等交叉的国际前沿尖端科技。

现有技术中，燃烧假人***的着重点在于：在不同活动姿势下精准感知高温热流，精确预报身体皮肤烧伤程度，以及高仿真模拟火场高危环境的燃烧模拟环境；开展各种消防服、军服等防护装备阻燃性能测评及影响因素研究，缩短阻燃新材料与装备研究周期，促进个体防护装备的发展；创造真实的火焰、服装、皮肤的环境条件，监测燃烧过程中，假人的皮肤热流和温度变化，对于进一步进行人体皮肤组织烧伤分析的生物物理学研究提供了有效的数据基础。

但是，上述测试方法只是对燃烧假人的表面现象进行测试，缺少防护装备在进行阻燃性能测试时，所产生的有毒气体烟雾对人体内部，例如：肺部的影响，这显然不能满足各种消防服、军服等防护装备在实际运用中的要求，毕竟大量的有毒气体的吸入会影响到使用人员的身体健康，甚至于生命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有烟雾测试功能的燃烧假人，以解决现有技术中存在的，燃烧假人***的着重点在于假人表面的温度测试、烧伤程度的测试等表面现象进行分析，不能对假人的内部，例如：肺部吸入烟气进行测试，存在气体影响使用人员身体健康的技术问题。

本发明提供的一种带有烟雾测试功能的燃烧假人，包括假人本体、人体呼吸动作模块和人体肺部烟雾浓度检测模块；

人体呼吸动作模块用于模拟人体呼吸动作，其包括控制器、呼吸吸气管道、第一电磁阀、第一流量计、呼气管道、第二电磁阀和气泵；呼吸吸气管道连接假人本体的内部；呼吸吸气管道连接人体肺部烟雾浓度检测模块的进气端，用于模拟人体呼吸吸气管道；第一电磁阀连接呼吸吸气管道上；第一流量计连接呼吸吸气管道上，第一流量计用于检测呼吸吸气管道上吸入的气体流量；呼气管道连接人体肺部烟雾浓度检测模块的出气端，用于模拟人体呼气管道；第二电磁阀连接呼气管道上；气泵连接呼气管道的出气末端；第一电磁阀、第二电磁阀、气泵均与控制器电信号连接；

人体肺部烟雾浓度检测模块用于模拟人体肺部，其包括模拟肺和浓度探头；模拟肺的进气端与呼吸吸气管道的出气端连接，模拟肺的出气端与呼气管道的进气端连接；浓度探头连接模拟肺上，浓度探头用于检测模拟肺内所吸入的烟雾浓度。

进一步的，人体呼吸动作模块还包括第一止回阀；

第一止回阀连接呼吸吸气管道上；

第一止回阀与控制器电信号连接。

进一步的，人体呼吸动作模块还包括第一温度计；

第一温度计连接呼吸吸气管道上。

进一步的，人体呼吸动作模块还包括第二止回阀；

第二止回阀连接呼气管道上；

第二止回阀与控制器电信号连接。

进一步的，人体呼吸动作模块还包括第二温度计；

第二温度计连接呼气管道上。

进一步的，人体呼吸动作模块还包括第二流量计；

第二流量计连接呼气管道上。

本发明提供的一种带有烟雾测试功能的燃烧假人，在假人本体的内部连接呼吸吸气管道，模拟人体呼吸吸气管道，在假人本体的内部还连接呼气管道，模拟人体呼气管道，在两个呼吸管道的中间位置连接模拟肺，形成一个循环的呼吸通道；利用第一电磁阀、第二电磁阀，通过气泵对呼吸管道内的气体进行抽吸、释放，确保两个呼吸管道内的气体进入模拟肺的位置；第一流量计对进入呼吸吸气管道内的气体流量进行监测；通过浓度探头对模拟肺所吸入的烟气量进行检测，从而完成对假人的肺部吸入烟气量进行测试的过程，确保使用人员的身体安全。

本发明可在各种消防服、军服等防护装备进行阻燃性能测试时，模拟真人呼吸所吸入的烟雾浓度与烟雾量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的带有烟雾测试功能的燃烧假人的外部结构示意图；

图2为本发明实施例提供的带有烟雾测试功能的燃烧假人的内部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的带有烟雾测试功能的燃烧假人的通讯采集电路一；

图4为本发明实施例提供的带有烟雾测试功能的燃烧假人的通讯采集电路二；

图5为本发明实施例提供的带有烟雾测试功能的燃烧假人的气路图。

图标：

100-假人本体； 200-人体呼吸动作模块；

300-人体肺部烟雾浓度检测模块； 201-呼吸吸气管道；

202-第一电磁阀； 203-第一流量计；

204-呼气管道； 205-第二电磁阀；

206-气泵； 207-第一止回阀；

208-第一温度计； 209-第二止回阀；

210-第二温度计； 211-第二流量计；

301-模拟肺； 302-浓度探头。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～5所示，本发明提供的一种带有烟雾测试功能的燃烧假人，包括假人本体100、人体呼吸动作模块200和人体肺部烟雾浓度检测模块300；

人体呼吸动作模块200用于模拟人体呼吸动作，其包括控制器、吸气管道201、第一电磁阀202、第一流量计203、呼气管道204、第二电磁阀205和气泵206；吸气管道201连接假人本体100的内部；吸气管道201连接人体肺部烟雾浓度检测模块300的进气端，用于模拟人体呼吸吸气管道；第一电磁阀202连接吸气管道201上；第一流量计203连接吸气管道201上，第一流量计203用于检测吸气管道201上吸入的气体流量；呼气管道204连接人体肺部烟雾浓度检测模块300的出气端，用于模拟人体呼气管道；第二电磁阀205连接呼气管道204上；气泵206连接呼气管道204的出气末端；第一电磁阀202、第二电磁阀205、气泵206均与控制器电信号连接；

人体肺部烟雾浓度检测模块300用于模拟人体肺部，其包括模拟肺301和浓度探头302；模拟肺301的进气端与吸气管道201的出气端连接，模拟肺301的出气端与呼气管道204的进气端连接；浓度探头302连接模拟肺301上，浓度探头302用于检测模拟肺301内所吸入的烟雾浓度。

具体的，如图1、图2所示，在本实施例中，控制器采用单片机控制器。

气泵206的型号为：OLF-1100-4气泵

气泵206的产品参数如下：

功率Power(W)：550

气缸Cylinder(mm)：63.7x11.8x2

转速Speed(r.p.m.)：1380

压力Pressure(Bar)：7.0

排气量Capacity(L/min)：40

储气罐Tank(L)：8

净量N.W.(kg)：14.5

外形尺寸Size(LxWxH cm)：48x20.5x48.5。

浓度探头302采用四合一气体检测仪，是一种具有高精度高频率的烟雾浓度传感器。其特性是：四合一气体检测仪采用韩国进口高灵敏度的烟雾传感器为核心检测器件，可对广泛的烟雾进行PPM的高精度定性测量；具有测量范围宽、线形度好、使用方便、便于安装、传输距离远等特点，适用于各种场所。

四合一气体检测仪的技术参数及特点如下：

检测气体：4种气体组合(氧气+一氧化碳+硫化氢+可燃气体)

测量方式：半导体

显示误差:≤±3％F.S

响应时间：瞬间

线性度：≤±2

重复性：≤±2

恢复时间：≤30s

工作温度：-20℃到50℃

工作湿度：＜95％RH无凝结

显示方式：2.2寸液晶显示屏

通讯方式：USB/RS485。

在燃烧假人进行热暴露过程中时，单片机启动第一电磁阀202、第二电磁阀205、气泵206等驱动器件，同时，采集第一流量计203、烟雾浓度传感器的相关数据；数据采集完毕后，单片机关闭第一电磁阀202、第二电磁阀205、气泵206等驱动器件，然后对第一流量计203、烟雾浓度传感器的相关数据进行分析处理。

具体的，人体呼吸动作模块200还包括第一止回阀207；

第一止回阀207连接吸气管道201上；

第一止回阀207与控制器电信号连接。

由于该模拟吸气管道201中第一止回阀207的存在，吸气管道201只有吸气功能，从而由第一流量计203的数据得出了吸气管道201中吸入的气体量。

而肺部的烟雾浓度传感器则检测出各种有毒气体的相关浓度。由浓度和气体量之间的关系，单片机就能计算出各种有毒气体的烟雾量。

在燃烧过程中，通过气泵206与两个电磁阀的组合动作，吸收人体外部的烟雾，通过第一流量计203和浓度探头302采集到相关数据。内部单片机通过RS485通讯方式传输给燃烧假人测试主控台***，进行实验数据分析。

电路原理图如图3、图4所示，该传感器的采集电路由STM32F103芯片的串口管脚经过ADuM1201A芯片隔离后由SP3485芯片转换为RS485通讯。该通讯协议采用Modbus通用协议，波特率为9600，从机地址为1。

气路图如图5所示，气泵206通过相关的呼吸管道进行假人的模拟呼吸状态，将呼吸进入假人内部的气体存储在模拟肺301的气囊中，通过连接气囊的传感器检测吸入气体的有毒气体的含量。

测试的实验数据如表1所示：

表1

由上述表格数据描述可知，在燃烧5s后的一分钟吸气阶段中，模拟人体呼吸***的吸气量跟设定的人体呼吸频率85L/min大致一致。

根据四种气体的测量数据分析，服装一的燃烧后的有毒气体含量最低，服装三的烟雾中的有毒气体含量最高，跟实际观察到的烟雾浓度保持一致。在燃烧后的一分钟内的氧气含量基本差异不大。而可燃气体的数据则表明在轰燃过程中，可燃气体没有完全地充分燃烧，还是有一点的燃气残留并被呼吸***吸入气囊内。

本发明的上述连接结构，不但便于测试燃烧假人在热暴露过程中的防护效果，还能够模拟人体真实呼吸状态导致吸入人体内的烟雾量。

进一步的，人体呼吸动作模块200还包括第一温度计208；

第一温度计208连接吸气管道201上。

在本实施例中，利用第一温度计208对吸气管道201上的温度数值进行监测。

进一步的，人体呼吸动作模块200还包括第二止回阀209；

第二止回阀209连接呼气管道204上；

第二止回阀209与控制器电信号连接。

在本实施例中，由于该模拟呼气管道204中第二止回阀209的存在，呼气管道204只有呼气功能。

进一步的，人体呼吸动作模块200还包括第二温度计210；

第二温度计210连接呼气管道204上。

在本实施例中，利用第二温度计210对呼气管道204上的温度数值进行监测。

进一步的，人体呼吸动作模块200还包括第二流量计211；

第二流量计211连接呼气管道204上。

在本实施例中，由第二流量计211的数据得出了呼气管道204中呼出的气体量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种带有烟雾测试功能的燃烧假人，其特征在于，包括假人本体(100)、人体呼吸动作模块(200)和人体肺部烟雾浓度检测模块(300)；

所述人体呼吸动作模块(200)用于模拟人体呼吸动作，其包括控制器、呼吸吸气管道(201)、第一电磁阀(202)、第一流量计(203)、呼气管道(204)、第二电磁阀(205)和气泵(206)；所述呼吸吸气管道(201)连接所述假人本体(100)的内部；所述呼吸吸气管道(201)连接所述人体肺部烟雾浓度检测模块(300)的进气端，用于模拟人体呼吸吸气管道；所述第一电磁阀(202)连接所述呼吸吸气管道(201)上；所述第一流量计(203)连接所述呼吸吸气管道(201)上，所述第一流量计(203)用于检测所述呼吸吸气管道(201)上吸入的气体流量；所述呼气管道(204)连接所述人体肺部烟雾浓度检测模块(300)的出气端，用于模拟人体呼气管道；所述第二电磁阀(205)连接所述呼气管道(204)上；所述气泵(206)连接所述呼气管道(204)的出气末端；所述第一电磁阀(202)、所述第二电磁阀(205)、所述气泵(206)均与所述控制器电信号连接；

所述人体肺部烟雾浓度检测模块(300)用于模拟人体肺部，其包括模拟肺(301)和浓度探头(302)；所述模拟肺(301)的进气端与所述呼吸吸气管道(201)的出气端连接，所述模拟肺(301)的出气端与所述呼气管道(204)的进气端连接；所述浓度探头(302)连接所述模拟肺(301)上，所述浓度探头(302)用于检测所述模拟肺(301)内所吸入的烟雾浓度。

2.根据权利要求1所述的带有烟雾测试功能的燃烧假人，其特征在于，所述人体呼吸动作模块(200)还包括第一止回阀(207)；

所述第一止回阀(207)连接所述呼吸吸气管道(201)上；

所述第一止回阀(207)与所述控制器电信号连接。

3.根据权利要求2所述的带有烟雾测试功能的燃烧假人，其特征在于，所述人体呼吸动作模块(200)还包括第一温度计(208)；

所述第一温度计(208)连接所述呼吸吸气管道(201)上。

4.根据权利要求3所述的带有烟雾测试功能的燃烧假人，其特征在于，所述人体呼吸动作模块(200)还包括第二止回阀(209)；

所述第二止回阀(209)连接所述呼气管道(204)上；

所述第二止回阀(209)与所述控制器电信号连接。

5.根据权利要求4所述的带有烟雾测试功能的燃烧假人，其特征在于，所述人体呼吸动作模块(200)还包括第二温度计(210)；

所述第二温度计(210)连接所述呼气管道(204)上。

6.根据权利要求5所述的带有烟雾测试功能的燃烧假人，其特征在于，所述人体呼吸动作模块(200)还包括第二流量计(211)；

所述第二流量计(211)连接所述呼气管道(204)上。

Images