[发明专利]一种低压低氧动物实验舱控制系统

权利要求书

1.一种低压低氧动物实验舱控制系统，其特征在于，包括实验舱体以及调节系统和气体循环系统；

气体循环系统向实验舱体内进入和抽出空气、氧气、氮气，包括氧气电磁阀、氮气电磁阀、空气电磁阀，氧气电磁阀、氮气电磁阀、空气电磁阀一端分别连接有氧气源、氮气源和空气源，另一端连接混合气体罐，再通过电磁比例阀为实验舱体供气；气体循环系统还包括真空泵和转换舱，真空泵经转换舱连接实验舱体的出气口；

调节系统由压力传感器、氧传感器、氮气传感器、温度传感器、湿度传感器作为信号输入端，由氧气电磁阀、氮气电磁阀、空气电磁阀、电磁比例阀、真空泵作为信号输出受控端；以中央控制器作为核心，通过接收舱内压力值、氧含量值、氮气含量值，经计算后输出信号控制电磁阀、真空泵的开闭，控制电磁比例阀开度大小来调节舱内压力和氧含量的变化；

实验舱处于不同阶段时，调节系统的调节方法如下：

处于升海拔阶段时，调节系统根据肺组织内外压力速率变化模型和压力-海拔换算控制舱内压力变化速率和模拟舱内模拟海拔高度变化速率，缓慢提升舱内模拟海拔高度至中等海拔高度，在该海拔高度下停留一段时间使实验动物适应，随后继续提升舱内海拔高度至模拟高海拔，可避免实验动物受肺减压伤的影响；

处于维持高海拔阶段时，调节系统控制实验舱内压力稳定的基础上，维持舱内一定的气体交换速率，同时根据舱内氧含量的变化实时调节补充氧气，维持氧含量的稳定；

处于降海拔阶段时，调节系统通过控制补充氮气替代空气以设定海拔变化速率进行缓慢降低海拔高度至中等海拔高度时休息一段时间后再缓慢降低舱内模拟海拔高度至实验舱所在地海拔，同时维持舱内氧含量与维持高海拔阶段的一致；

还包括模拟舱内模拟海拔高度变化速率控制方法：

处于升海拔阶段时，调节系统根据肺组织内外压力速率变化模型控制舱内压力变化速率结合压力-海拔换算公式可确定以避免实验动物受肺减压伤影响时的舱内模拟海拔变化速率h’的取值范围,h′＜0.5m/s；

P₀：海拔高度为h₁时的肺外气压，单位pa；

p’：舱内压力在时间t内的平均变化速率，单位pa/s；

t:时间,单位s；

R：摩尔气体常数，单位J·mol^-1·K^-1；

T：温度，K；

n：肺内的气体的物质的量，单位mol；

n’：肺内气体分子数量在时间t内的平均变化速度，单位mol·s^-1；

V₀：海拔高度为h₁时的肺体积，单位m³；

v′：肺内体积在时间t内的平均变化速度，单位m³/s；

r：肺组织的半径,单位m；

b：肺泡壁的厚度,单位m；

肺组织所受应变；

∈：肺组织的杨氏模量，单位Pa；

P:压力，单位Pa；

h：海拔高度，单位m。

2.根据权利要求1所述的一种低压低氧动物实验舱控制系统，其特征在于：调节系统接收各类传感器的输入信号，通过调节真空泵抽真空速率、进气路上电磁阀开闭和电磁比例阀的开度来控制海拔变化速率和实时补充氧气、氮气相结合的控制方法达到控制模拟压力在101.3Kpa-26.4Kpa之间变化，氧含量在20.95％-5.44％之间变化，用于模拟从海平面到10000米海拔高度的低压低氧环境，同时可控制舱内海拔变化速率在0-10米/秒。

3.根据权利要求1所述的一种低压低氧动物实验舱控制系统，其特征在于：处于维持高海拔阶段时，调节系统实时调节补氧，调节系统接收舱内氧传感器反馈的当前舱内氧含量实测值并与预设氧含量值相比较，在预设氧含量值上下偏差的范围内反馈调节，也就是说当舱内氧含量低于预设氧含量值时，调节系统控制氧气电磁阀开启，向舱内补充氧气，直至舱内氧含量上升至预设氧含量值，用来维持高海拔阶段氧含量稳定。