CN117045206A - 皮肤水分通量密度的测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种皮肤水分通量密度的测量装置及其测量方法，包括第一壳体；主控制模块；设有测量腔体和两个开口端的第二壳体，测量腔体内形成有多个测量平面；多组温湿度气压传感器，各组温湿度气压传感器包括多个温湿度气压传感器本体。多个温湿度气压传感器本体可采集各测量平面内对应边界点处的温度、湿度和气压，计算得到各测量平面内的不同边界点处的水蒸气浓度，利用线性插值算法和拉普拉斯方程计算得到各测量平面的水蒸气浓度，并对各测量平面的水蒸气浓度进行积分平均，随后计算不同测量平面的水蒸气浓度轴向梯度，最后得到水分通量密度。本申请消除了测量腔体在环境气流影响下导致湿度分布不均匀的缺陷，提高了测量结果的精确度。

Description

皮肤水分通量密度的测量装置及其测量方法

技术领域

本申请属于皮肤水分检测技术领域，更具体地说，是涉及一种皮肤水分通量密度的测量装置，以及使用该皮肤水分通量密度的测量装置的测量方法。

背景技术

水分通量密度的测量对于皮肤生物工程至关重要，通过这种测量可以确定经表皮水损失和汗液分泌速率。其中，经表皮水损失是指通过皮肤表面的蒸发散失的水分量；汗液分泌速率指的是单位时间内皮肤排出的汗液量。通过对上述参数的评估，可以更好的了解皮肤的水分调节功能，研究皮肤疾病和问题，为开发新的护肤产品和治疗提供参考。

然而，目前用于对皮肤水分通量密度的测量装置是直接与皮肤接触后，通过数据采集器以获得数据。由于受外部环境的影响，采集到的数据往往存在偏差，精确度较低，影响对皮肤健康的判断。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种皮肤水分通量密度的测量装置及其测量方法，以解决目前相关技术中用于对皮肤水分通量密度的测量装置检测精确度低的问题。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案是：

一方面，提供一种皮肤水分通量密度的测量装置，包括：

第一壳体；

主控制模块，安装于所述第一壳体中；

第二壳体，与所述第一壳体连接，所述第二壳体设有测量腔体和分别与所述测量腔体连通的两个开口端，两个所述开口端的连线方向为基准方向，所述测量腔体内沿所述基准方向平行间隔形成有多个测量平面；

多组温湿度气压传感器，环形阵列布设于所述测量腔体的内周面，各组所述温湿度气压传感器包括沿所述基准方向间隔设置的多个温湿度气压传感器本体；各组所述温湿度气压传感器中的多个所述温湿度气压传感器本体分别位于多个所述测量平面内，各所述温湿度气压传感器本体与所述主控制模块电连接。

在一个实施例中，所述第二壳体包括上壳体和与所述上壳体可拆卸连接的下壳体，所述上壳体与所述下壳体之间围合形成所述测量腔体；所述上壳体的顶部设有一所述开口端，所述下壳体的底部设有另一所述开口端，多组所述温湿度气压传感器布设于所述下壳体的内周面。

在一个实施例中，所述下壳体包括支撑架和与所述支撑架连接的支撑板，所述支撑架呈中空且两端开口结构，所述支撑架的中部形成所述测量腔体，所述支撑板上开设有与所述支撑架导通的所述开口端；多组所述温湿度气压传感器布设于所述支撑架的内周面。

在一个实施例中，所述支撑架上环形阵列开设有多个定位孔，多个定位孔的数量与多个所述温湿度气压传感器本体的数量相同，多个所述温湿度气压传感器本体分别设于多个所述定位孔中。

在一个实施例中，所述第一壳体包括主壳体和与所述主壳体可拆卸连接的副壳体，所述主壳体与所述副壳体夹持固定所述第二壳体；所述主控制模块设于所述主壳体与所述副壳体围合的区域中。

在一个实施例中，所述第二壳体上设有定位导杆，所述定位导杆的外周面开设有环形定位槽；所述主壳体上开设有卡入所述环形定位槽中的第一缺口，所述副壳体上开设有卡入所述环形定位槽中的第二缺口。

在一个实施例中，各所述温湿度气压传感器本体为温度、湿度和气压三合一的MEMS传感器。

另一方面，提供一种皮肤水分通量密度的测量装置及其测量方法，采用上述任一实施例提供的皮肤水分通量密度的测量装置，所述皮肤水分通量密度的测量方法包括步骤：

通过多个温湿度气压传感器本体采集各测量平面内对应边界点处的温度、湿度和气压；

利用公式（1）计算各所述测量平面内的不同边界点处的水蒸气浓度；

利用线性插值算法计算各所述测量平面的边界的水蒸气浓度；或者，各所述温湿度气压传感器本体采集各所述测量平面内对应边界点处的温度、湿度和气压，利用公式（1）得到各所述测量平面的边界的水蒸气浓度；

利用拉普拉斯方程计算各所述测量平面的水蒸气浓度；

对各所述测量平面的水蒸气浓度进行积分并做面积平均；

利用公式（2）计算水分通量密度；

其中，为所述测量平面内的平均水蒸气浓度；/>为边界点处的百分比相对湿度；为边界点处的温度T和气压P所决定的饱和水蒸气浓度；/>为物质的扩散通量密度；D为扩散系数；/>为水分子浓度沿基准方向x的浓度梯度。

在一个实施例中，于所述利用拉普拉斯方程计算各所述测量平面的水蒸气浓度步 骤中，将所述拉普拉斯方程离散化为公式（3）进行计算；

其中，为各测量平面上离散化的坐标；/>为对应/>坐标点处的水蒸气浓度。

在一个实施例中，于所述对各所述测量平面内的水蒸气浓度进行积分并做面积平均步骤中，利用公式（4）进行计算；

其中，M为各所述测量平面内的网格横向离散点总数；N为各所述测量平面内的网格纵向离散点总数；为网格内对应/>坐标点处的水蒸气浓度；/>为单位网格面积。

本申请实施例提供的皮肤水分通量密度的测量装置及其测量方法至少具有以下有益效果：通过在测量腔体的内周面环形阵列布设多组温湿度气压传感器，并在沿基准方向设置的各测量平面内布设多个温湿度气压传感器本体，基于多个温湿度气压传感器本体可采集各测量平面内对应边界点处的温度、湿度和气压，利用公式（1）可计算得到各测量平面内的不同边界点处的水蒸气浓度，利用线性插值算法和拉普拉斯方程可计算得到各测量平面的水蒸气浓度，并对各测量平面的水蒸气浓度进行积分平均，随后计算不同测量平面的水蒸气浓度轴向梯度，最后利用公式（2）可计算得到水分通量密度。本申请消除了测量腔体在环境气流影响下导致湿度分布不均匀的缺陷，提高了测量结果的精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或示范性技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的皮肤水分通量密度的测量装置的结构示意图；

图2为图1的分解示意图；

图3为本申请实施例提供的第二壳体的截面示意图；

图4为本申请实施例提供的上壳体的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的下壳体的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的皮肤水分通量密度的测量方法的流程示意图。

其中，图中各附图主要标记：

1、第一壳体；11、主壳体；111、第一缺口；12、副壳体；121、第二缺口；

2、第二壳体；20、测量腔体；21、上壳体；22、下壳体；221、支撑架；2210、定位孔；222、支撑板；23、定位导杆；231、环形定位槽；

3、温湿度气压传感器；31、温湿度气压传感器本体；

4、主控制模块；5、显示屏；6、开关；7、充电接口。

实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在整个说明书中参考“一个实施例”或“实施例”意味着结合实施例描述的特定特征，结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，“在一个实施例中”或“在一些实施例中” 的短语出现在整个说明书的各个地方，并非所有的指代都是相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何合适的方式组合特定的特征，结构或特性。

为了方便描述，定义空间上相互垂直的三个坐标轴分别为X轴、Y轴和Z轴，同时，沿X轴的方向为纵向，沿Y轴的方向为横向，沿Z轴方向为竖向；其中X轴与Y轴为同一水平面相互垂直的两个坐标轴，Z轴为竖直方向的坐标轴；X轴、Y轴和Z轴位于空间相互垂直有三个平面分别为XY面、YZ面和XZ面，其中，XY面为水平面，XZ面和YZ面均为竖直面，且XZ面与YZ面垂直。空间中三轴为X轴、Y轴和Z轴，沿空间上三轴移动指沿空间上相互垂直的三轴移动，特指在空间上沿X轴、Y轴和Z轴移动；而平面移动，则为在XY面移动。

水蒸气通量密度的测量对于皮肤生物工程至关重要，通过这种测量可以确定经表皮水损失（Trans Epidermal Water Loss，TEWL）和汗液分泌速率。具体展开，TEWL是指通过皮肤表面的蒸发散失的水分量。这个参数反映了皮肤屏障功能的状态，即表皮对水分的渗透和蒸发的能力。正常的皮肤屏障功能有助于维持皮肤的水分平衡。如果TEWL值过高，可能意味着皮肤屏障受损，导致皮肤干燥和敏感。汗液分泌速度指的是单位时间内皮肤排出的汗液量。这个参数对于研究人体在不同条件下的体温调节和汗腺功能有重要意义。例如，在热环境中高汗液分泌速率可以帮助身体降温。通过对上述参数的评估，可以更好的了解皮肤的水分调节功能，评估皮肤屏障的完整性，研究皮肤疾病和问题，并且为开发新的护肤产品和治疗提供参考。在皮肤水分损失的检测中，水分子在这个层中从皮肤内部扩散到表皮表面，并在表皮表面蒸发。根据菲克第一定律，可以得知在稳定条件下，水分子的扩散速率与水分子浓度梯度成正比。当表皮表面的水分子蒸发速率与扩散速率达到平衡时，则可以检测到经过皮肤的水分扩散速率，即水分损失速率。

水分通量密度的测量通常测量的是通过皮肤表面蒸发和散失的水分量。测量该数 值基于的是水分子的渗透和蒸发过程。水蒸气通量密度检测通常以为单位， 这个速率用于计算单位面积上的水分散失情况。

请参阅图1至图3，现对本申请实施例提供的皮肤水分通量密度的测量装置进行说明。该皮肤水分通量密度的测量装置包括第一壳体1、主控制模块4、第二壳体2和多组温湿度气压传感器3。主控制模块4安装于第一壳体1中，以使第一壳体1对主控制模块4的遮盖保护。第二壳体2与第一壳体1连接，第二壳体2设有测量腔体20和分别与测量腔体20连通的两个开口端，两个开口端相对设置；两个开口端分别位于第二壳体2的顶部和底部，两个开口端的连接方向为基准方向，即图3中的X轴方向；测量腔体20内沿基准方向平行间隔形成有多个测量平面，各测量平面沿Y轴方向设置。多组温湿度气压传感器3环形阵列布设于测量腔体20的内周面，各组温湿度气压传感器3包括沿基准方向间隔设置的多个温湿度气压传感器本体31，各温湿度气压传感器本体31与主控制模块4电连接；各组温湿度气压传感器3中的多个温湿度气压传感器本体31的数量可与多个测量平面的数量相同，各组温湿度气压传感器3中的多个温湿度气压传感器本体31分别位于多个测量平面内，且各测量平面内的多个温湿度气压传感器本体31分别位于该测量平面的边界位置，如此可采集各测量平面内的多个边界位置处的温度、湿度和气压。具体地，各测量平面沿图中的Y轴方向设置，多个测量平面沿X轴方向平行间隔设置。例如，以各组温湿度气压传感器3包含三个温湿度气压传感器本体31为例进行说明。多个温湿度气压传感器本体31沿X轴方向间隔设置，分别为第一个温湿度气压传感器本体31、第二个温湿度气压传感器本体31和第三个温湿度气压传感器本体31。其中，多个第一个温湿度气压传感器本体31可位于第一个测量平面内，多个第二个温湿度气压传感器本体31可位于第二个测量平面内，多个第三个温湿度气压传感器本体31可位于第三个测量平面内。

在一个实施例中，请参阅图3，作为本申请实施例提供的皮肤水分通量密度的测量装置的一种具体实施方式，第二壳体2包括上壳体21和与上壳体21可拆卸连接的下壳体22，上壳体21与下壳体22之间围合形成测量腔体20；上壳体21的顶部设有一开口端，下壳体22的底部设有另一开口端，多组温湿度气压传感器3布设于下壳体22的内周面。此结构，将上壳体21与下壳体22可拆卸连接，从而便于对第二壳体2的拆解，便于将下壳体22拆卸后，对多组温湿度气压传感器3进行拆装及维护。

在一个实施例中，请参阅图4和图5，作为本申请实施例提供的皮肤水分通量密度的测量装置的一种具体实施方式，下壳体22包括支撑架221和与支撑架221连接的支撑板222，支撑架221呈中空且两端开口结构，支撑架221的中部形成上述测量腔体20；支撑板222上开设有与支撑架221导通的开口端，支撑板222与支撑架221可为一体成型；多组温湿度气压传感器3布设于支撑架221的内周面。此结构，通过呈圆柱体构型的支撑架221便于对多个温湿度气压传感器3的环形阵列布设；通过支撑板222上的开口端可供皮肤水分进入测量腔体20中，以实现多个温湿度气压传感器3对测量腔体20内的温度、湿度和气压的采集。

在一个实施例中，请参阅图5，作为本申请实施例提供的皮肤水分通量密度的测量装置的一种具体实施方式，支撑架221上还环形阵列开设有多个定位孔2210，多个定位孔2210的数量与多个温湿度气压传感器本体31的数量相同，多个温湿度气压传感器本体31分别设于多个定位孔2210中。此结构，通过多个定位孔2210便于对多个温湿度气压传感器本体31的快速定位安装。

在一个实施例中，各组温湿度气压传感器3中的多个温湿度气压传感器本体31可安装于同一电路板上，该电路板可安装于支撑架221的外周面，并可由支撑架221和上壳体21配合夹持固定；多个温湿度气压传感器本体31分别伸入多个定位孔2210中以实现定位。各温湿度气压传感器本体31可与相应电路板电连接，各电路板可与主控制模块4电连接。此结构，将多个温湿度气压传感器本体31集成于同一电路板上，便于对多个温湿度气压传感器本体31的拆装。

在一个实施例中，请参阅图2，作为本申请实施例提供的皮肤水分通量密度的测量装置的一种具体实施方式，第一壳体1包括主壳体11和与主壳体11可拆卸连接的副壳体12，主壳体11与副壳体12夹持固定第二壳体2；主控制模块4设于主壳体11与副壳体12围合的区域中。其中，主壳体11与副壳体12之间可通过卡扣连接，或者通过螺丝锁紧连接。此结构，通过将第一壳体1设置为主壳体11和副壳体12，从而便于对第一壳体1的拆解，以便对主控制模块4的拆装及维护，也便于第二壳体2的拆装。

在一个实施例中，请参阅图2和图4，作为本申请实施例提供的皮肤水分通量密度的测量装置的一种具体实施方式，第二壳体2上设有定位导杆23，定位导杆23的外周面开设有环形定位槽231；主壳体11上开设有卡入环形定位槽231中的第一缺口111，副壳体12上开设有卡入环形定位槽231中的第二缺口121。可选地，定位导杆23可安装于上壳体21上。此结构，通过第一缺口111和第二缺口121分别与环形定位槽231卡合，从而可通过主壳体11和副壳体12实现对第一壳体1的夹持固定，提高第二壳体2与第一壳体1之间的连接强度。

在一个实施例中，作为本申请实施例提供的皮肤水分通量密度的测量装置的一种具体实施方式，各温湿度气压传感器本体31为温度、湿度和气压三合一的MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微机电***）传感器。此结构，采用MEMS温湿度气压传感器3具有微型化、智能化、多功能、高集成度等优点，有助于提高对测量腔体20内的温度、湿度和气压的数据采样精度。

在一个实施例中，请参阅图2，第一壳体1上可安装有显示屏5，该显示屏5可与主控制模块4电连接。显示屏5可用于显示皮肤水分通量密度的检测数据。

在一个实施例中，请参阅图2，第一壳体1上还可安装有开关6，开关6可与主控制模块4电连接。开关6可用于控制皮肤水分通量密度的测量装置的开闭。

在一个实施例中，请参阅图2，主控制模块4上安装有充电接口7，该充电接口7与主控制模块4电连接，充电接口7伸出第一壳体1，以与外部充电线连接。通过充电接口7可为皮肤水分通量密度的测量装置进行充电。

本申请实施例还提供了一种皮肤水分通量密度的测量方法，采用上述任一实施例提供的皮肤水分通量密度的测量装置。如图6所示，该皮肤水分通量密度的测量方法包括步骤：

S1、通过多个温湿度气压传感器本体31采集各测量平面内对应边界点处的温度、湿度和气压。具体地，各测量平面内设有若干温湿度气压传感器本体31，若干温湿度气压传感器本体31可分布于该测量平面的边界位置。各温湿度气压传感器本体31采集到的温度、湿度和气压，即为该测量平面在该边界点处的温度、湿度和气压。

S2、利用公式（1）计算各测量平面内的不同边界点处的水蒸气浓 度。水分子在空气中的质量浓度的计算公式为。其中，为水蒸气浓度；为 边界点处的百分比相对湿度；为当前边界点处的温度T及气压P所决定的饱和水蒸 气的质量浓度，具体的数值可以通过公开资料查表获得，单位为。其中，在本申请实 施例中，默认使用环境为一个标准大气压，也可以使用温湿度气压传感器本体31检测参数 后查表得到。

S3、利用线性插值算法计算各测量平面的边界的水蒸气浓度。线性插值法是指函数在自变数一些离散值所对应的函数值为已知，则可以作一个适当的特定函数，使得在这些离散值所取的函数值，就是函数的已知值，从而可以用特定函数来估计函数在这些离散值之间的自变数所对应的函数值。具体地，由步骤S2得到各测量平面的多个边界点处的水蒸气浓度，通过多个边界点处的水蒸气浓度，并结合线性插值算法就能得到各测量平面的边界的水蒸气浓度。

或者，由于各测量平面的边界尺寸较小，也可假设各测量平面的边界的水蒸气浓度为一个均匀值，此时，各温湿度气压传感器本体31采集各测量平面内对应边界点处的温度、湿度和气压，并利用公式（1）也可得到各测量平面的边界的水蒸气浓度。

S4、利用拉普拉斯方程计算各测量平面的水蒸气浓度。通过多组温湿度气压传感器3的环形阵列分布，可以得到测量腔体20内的边界温度、湿度和气压情况。考虑到温度和湿度的物理场是空间位置和时间的函数，且温湿度在测量腔体20中的变化是平滑均匀的，可以采用拉普拉斯算子作为二维平面空间中的二阶偏微分算子来描述温湿度的分布特性。与此同时，考虑到在稳定状态下，温湿度或其他物理场分布不随时间变化，其变化由其梯度和散度决定，拉普拉斯算子可以将散度和梯度结合在一起，描述物理场分布的稳定状态。利用拉普拉斯方程的线性偏微分方程特性，可以利用有限差分法，将描述温湿度分布的拉普拉斯方程进行离散化，进而可以通过求解离散后的代数方程组来获得物理场的数值解。

S5、对各测量平面的水蒸气浓度对进行积分并做面积平均。积分后进行平均可提高各测量平面的水蒸气浓度的数值精度。

S6、利用公式（2）计算水分通量密度。根据菲克第一定律，其描述了物质 在扩散过程中的速率。应用于本申请实施例中，即可描述水分子在皮肤中扩散和蒸发的过 程。菲克第一定律的公式表达式为。其中，J是物质的扩散通量密度，单位为。本申请中，即为水分子的扩散通量密度。D是扩散系数，单位为。本申请中， 水分子在空气中的扩散系数D为。是为测量平面内的平均水蒸气浓度， 单位为。x是距离，单位为。为浓度梯度，单位为。本申请中，指的是水 分子浓度沿X轴方向的变化梯度。

使用时，将测量腔体20底部的开口端贴于皮肤上，皮肤蒸发的水分可进入测量腔体20中。通过多个温湿度气压传感器本体31采集各测量平面内对应边界点处的温度、湿度和气压；利用公式（1）计算各温湿度气压传感器本体31所在边界点处的水蒸气浓度，即各测量平面内的不同边界点处的水蒸气浓度；利用线性插值算法计算各测量平面的边界的水蒸气浓度，或者假设各测量平面的边界水蒸气浓度是均匀的，由步骤S1和步骤S2可直接得到各测量平面的边界的水蒸气浓度；利用各测量平面的边界的水蒸气浓度通过拉普拉斯方程计算得到各测量平面的水蒸气浓度；将求得的各测量平面的水蒸气浓度进行积分平均，利用该值在沿测量腔体20的基准方向X轴上的不同测量平面上通过公式（2）计算得出水分子的扩散通量密度，即为水分通量密度。

在一个实施例中，作为本申请实施例提供的皮肤水分通量密度的测量方法的一种 具体实施方式，于步骤S4中，将拉普拉斯方程离散化为公式（3） 进行计算。其中，为各测量平面上离散化的坐标；为对应坐标点处的水蒸气浓度。在 测量腔体20中，水蒸气沿X轴方向扩散。由于扩散速度较慢，且扩散方向与测量平面垂直，同 时水蒸气浓度不会发生突变，所以认为在单个测量平面内，水蒸气浓度为一个无源场且为 一个有势场，故可以利用拉普拉斯方程来对各测量平面内的水蒸气分布进行计算评估。

拉普拉斯方程在笛卡尔坐标系下的二维平面内的一般表达式为，其中，为拉普拉斯算子。具体计算过程中，为了求得测量腔体20内的 水蒸气浓度值，首先需对测量平面进行网格划分，将求解区域划分成网格，每个网格点上有 一个对应的未知数，测量平面内的网格点坐标由表示。之后，对拉普拉斯算子进行差分近 似，对于网格内的每一个点都应满足，,即。 这样，就可以根据差分近似，将拉普拉斯方程离散化为一系 列方程。又由于已经知道测量平面内的边界网格点上的水蒸气浓度值，就可以将已知的条 件带入整个离散方程中，将系列方程转化为线性方程组。通过在整个网格上迭代计算，根据 差分公式逐步逼近拉普拉斯方程的解，最终计算得到浓度分布的结果。

在一个实施例中，作为本申请实施例提供的皮肤水分通量密度的测量方法的一种具体实施方式，于步骤S5中，利用公式（4）进行计算。其中，M为各测量平面内的网格横向离散点总数；N为各测量平面内的网格纵向离散点总数；/>为网格内对应/>坐标点处的水蒸气浓度；/>为单位网格面积。

本申请实施例提供的皮肤水分通量密度的测量装置及其测量方法，通过在测量腔体20的内周面环形阵列布设多组温湿度气压传感器3，并在沿基准方向设置的各测量平面内布设多个温湿度气压传感器本体31，基于多个温湿度气压传感器本体31可采集各测量平面内对应边界点处的温度、湿度和气压，利用公式（1）可计算得到各测量平面内的不同边界点处的水蒸气浓度，利用线性插值算法或假设各测量平面的边界水蒸气浓度是均匀的，并通过拉普拉斯方程可计算得到各测量平面的水蒸气浓度，并对各测量平面的水蒸气浓度进行积分平均，随后计算不同测量平面的水蒸气浓度轴向梯度，最后利用公式（2）可计算得到水分通量密度。该测量装置及其测量方法克服了测量腔体20在对流情况下导致湿度分布不均匀的缺陷，提高了测量结果的精确度。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.皮肤水分通量密度的测量装置，其特征在于，包括：

第一壳体；

主控制模块，安装于所述第一壳体中；

第二壳体，与所述第一壳体连接，所述第二壳体设有测量腔体和分别与所述测量腔体连通的两个开口端，两个所述开口端的连线方向为基准方向，所述测量腔体内沿所述基准方向平行间隔形成有多个测量平面；

多组温湿度气压传感器，环形阵列布设于所述测量腔体的内周面，各组所述温湿度气压传感器包括沿所述基准方向间隔设置的多个温湿度气压传感器本体；各组所述温湿度气压传感器中的多个所述温湿度气压传感器本体分别位于多个所述测量平面内，各所述温湿度气压传感器本体与所述主控制模块电连接。

2.如权利要求1所述的皮肤水分通量密度的测量装置，其特征在于：所述第二壳体包括上壳体和与所述上壳体可拆卸连接的下壳体，所述上壳体与所述下壳体之间围合形成所述测量腔体；所述上壳体的顶部设有一所述开口端，所述下壳体的底部设有另一所述开口端，多组所述温湿度气压传感器布设于所述下壳体的内周面。

3.如权利要求2所述的皮肤水分通量密度的测量装置，其特征在于：所述下壳体包括支撑架和与所述支撑架连接的支撑板，所述支撑架呈中空且两端开口结构，所述支撑架的中部形成所述测量腔体，所述支撑板上开设有与所述支撑架导通的所述开口端；多组所述温湿度气压传感器布设于所述支撑架的内周面。

4.如权利要求3所述的皮肤水分通量密度的测量装置，其特征在于：所述支撑架上环形阵列开设有多个定位孔，多个定位孔的数量与多个所述温湿度气压传感器本体的数量相同，多个所述温湿度气压传感器本体分别设于多个所述定位孔中。

5.如权利要求1所述的皮肤水分通量密度的测量装置，其特征在于：所述第一壳体包括主壳体和与所述主壳体可拆卸连接的副壳体，所述主壳体与所述副壳体夹持固定所述第二壳体；所述主控制模块设于所述主壳体与所述副壳体围合的区域中。

6.如权利要求5所述的皮肤水分通量密度的测量装置，其特征在于：所述第二壳体上设有定位导杆，所述定位导杆的外周面开设有环形定位槽；所述主壳体上开设有卡入所述环形定位槽中的第一缺口，所述副壳体上开设有卡入所述环形定位槽中的第二缺口。

7.如权利要求1-6任一项所述的皮肤水分通量密度的测量装置，其特征在于：各所述温湿度气压传感器本体为温度、湿度和气压三合一的MEMS传感器。

8.一种皮肤水分通量密度的测量方法，其特征在于：采用如权利要求1-7任一项所述的皮肤水分通量密度的测量装置，所述皮肤水分通量密度的测量方法包括步骤：

通过多个温湿度气压传感器本体采集各测量平面内对应边界点处的温度、湿度和气压；

利用公式（1）计算各所述测量平面内的不同边界点处的水蒸气浓度；

利用线性插值算法计算各所述测量平面的边界的水蒸气浓度；或者，各所述温湿度气压传感器本体采集各所述测量平面内对应边界点处的温度、湿度和气压，利用公式（1）得到各所述测量平面的边界的水蒸气浓度；

利用拉普拉斯方程计算各所述测量平面的水蒸气浓度；

对各所述测量平面的水蒸气浓度进行积分并做面积平均；

利用公式（2）计算水分通量密度；

其中，为所述测量平面内的平均水蒸气浓度；/>为边界点处的百分比相对湿度；为边界点处的温度T和气压P所决定的饱和水蒸气浓度；/>为物质的扩散通量密度；D为扩散系数；/>为水分子浓度沿基准方向x的浓度梯度。

9.如权利要求8所述的皮肤水分通量密度的测量方法，其特征在于，于所述利用拉普拉 斯方程计算各所述测量平面的水蒸气浓度步骤中，将所述拉普拉斯方程离散化为公式（3）进行计算；

其中，为各测量平面上离散化的坐标；/>为对应/>坐标点处的水蒸气浓度。

10.如权利要求9所述的皮肤水分通量密度的测量方法，其特征在于，于所述对各所述测量平面内的水蒸气浓度进行积分并做面积平均步骤中，利用公式（4）进行计算；

其中，M为各所述测量平面内的网格横向离散点总数；N为各所述测量平面内的网格纵向离散点总数；为网格内对应/>坐标点处的水蒸气浓度；/>为单位网格面积。