[发明专利]一种低压低氧动物实验舱控制系统

说明书

本发明提供了一种低压低氧动物实验舱控制系统，包括实验舱体以及调节系统和气体循环系统；气体循环系统用于向实验舱体内进入和抽出空气、氧气、氮气；调节系统用于接收实验舱内实时压力、氧含量信号，经计算比对后调节空气、氧气、氮气进入和抽出实验舱的速率来调节实验舱内模拟升海拔阶段、维持高海拔阶段及降海拔阶段舱内压力、氧含量的稳定。本发明有益效果：一种低压低氧动物实验舱的实验不同海拔高度调节系统在实验全过程能精细的控制压力和氧含量的变化；调节系统能调节控制实现舱内压力在101.3Kpa‑26.4Kpa之间变化，氧含量在20.95％‑5.44％之间变化，即能稳定模拟从海平面到10000米海拔高度的低压低氧环境。

技术领域

本发明属于机械设备控制领域，尤其是涉及一种低压低氧动物实验舱控制系统。

背景技术

低压低氧动物实验舱是一种用于模拟高原低压缺氧环境，研究缺氧损伤动物模型和低压低氧相关疾病不可或缺的设备，实验舱最主要的功能是通过控制真空泵的运行抽取舱内气体降低舱内压力模拟高海拔的低压低氧环境，因此亟需一种可以在实验过程中对舱内模拟升海拔、维持高海拔、降海拔三个实验阶段的自动化调节的低压低氧动物实验舱控制系统。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种低压低氧动物实验舱控制系统，以解决上述问题中的不足之处。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种低压低氧动物实验舱控制系统，包括实验舱体以及调节系统和气体循环系统；

气体循环系统用于向实验舱体内进入和抽出空气、氧气、氮气；

调节系统用于接收实验舱内实时压力、氧含量信号，经计算比对后调节空气、氧气、氮气进入和抽出实验舱的速率来调节实验舱内模拟海拔变化阶段、维持高海拔阶段及降海拔阶段舱内压力、氧含量的稳定。

进一步的，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，可根据舱内压力变化速率模型公式：

和压力-海拔换算公式明确舱内压力变化速率p'和舱内模拟海拔高度变化速率h’，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，随后继续提升舱内模拟海拔高度至模拟海拔高度，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。

进一步的，调节系统接收各类传感器的输入信号，通过调节进气路上电磁阀开闭和电磁比例阀的开度，控制真空泵抽真空速率来决定舱内压力的和氧含量的变化。

进一步的，还包括舱内模拟海拔高度变化速率控制方法：

处于升海拔阶段时，假设当前海拔高度为h₁时，实验动物肺部体积为V₀，肺内气压为P_0(in)，肺外气压为P₀；当经过时间t升高到海拔高度h₂时，此时肺内体积为V₀+v'·t，肺组织内部气压为肺组织外部气压为P_(out)＝P₀-p’·t，可得出肺组织内外气压差为ΔP＝P_(in)-P_(out)，此时根据肺组织所受应力和肺组织所受应变得出舱内压力变化速率的大小和压力-海拔高度换算公式确定舱内模拟海拔高度变化速率h’的大小，其中：