CN101569771A - 多点温度反馈控制雾化熏蒸的方法及系统 - Google Patents

Abstract

多点温度反馈控制雾化熏蒸的方法及系统，解决雾化熏蒸包在空间中输出水雾实现均衡化的技术问题，采用的技术方案是，本方法是根据雾化熏蒸包的内部空间几何形状所决定的边界条件、包括超声雾化器喷头形成的气流喷射方向角和速度对温度梯度变化、设置多点温度传感器和雾化喷头分布的位置；系统结构中包括多点温度采集电路、中央处理电路、热量调节电路、水雾输出电路和雾量调节电路，本发明的优点是运用多点温度测量计算模型解决了熏蒸包内温度准确控制的效果，对于使用者能够产生很好的使用效果，具有良好的经济效益和社会效益。

Description

多点温度反馈控制雾化熏蒸的方法及系统

技术领域

本发明属于温度反馈控制技术领域，特别是多点温度反馈控制雾化熏蒸的方法及系统。

背景技术

随着现代科学技术的发展，雾化熏蒸包逐渐的应用于各个领域，例如医疗、美容、保健等等，由于熏蒸包发出的雾气散发于空气中，因此热平衡就很难保证。热平衡不能保证，就有可能带来了资源上的浪费，而且影响了熏蒸的效果。如想很好的控制热平衡，就要对熏蒸包输出的温度参数、雾气量参数以及在空间中的输出点、输出方向进行测量及进行实验。长期以来，熏蒸包由于体积较大，热量不均衡，而且温度难以准确控制与稳定，现有技术并不能很好的解决，给本领域带来了麻烦。

发明内容

为解决雾化熏蒸包在空间中输出水雾实现均衡化的技术问题，本发明设计了多点温度反馈控制雾化熏蒸的方法及系统，通过多口雾气比例输出解决了熏蒸包雾气输出的均衡性，使得熏蒸包内雾气输出达到快速稳定的输出效果，另外本发明运用多点温度测量计算模型解决了熏蒸包内温度准确控制的效果。

本发明为实现发明目的采用的技术方案是，多点温度反馈控制雾化熏蒸的方法，该方法建立在雾化熏蒸包的内部空间几何形状所设定的边界温度条件、包括超声雾化器喷头形成的气流喷射方向角和速度对温度场梯度变化影响的试验数据库模块、多点温度传感器和雾化喷头分布的位置，具体步骤如下：

A、以决定选用的雾化熏蒸包内部空间的几何形状和预先设定的标准工作温度作为动态均衡温度场的边界条件，找到动态均衡温度场等温线组成的温度梯度分布图，所形成的基础数据存储在雾化熏蒸包配套的管理单元中；

B、在动态均衡温度场的等温线上的沿温度梯度变化方向上均匀设置雾化喷头的位置；

C、在雾化喷头附近初步设置温度传感器，借助配套管理软件实时在线侦测空载时雾化熏蒸包内的等温线分布，根据等温线分布初步对雾化喷头的位置进行误差调整；

D、加载实验品放置在雾化熏蒸包内预先设定的空间位置，借助配套管理软件和温度传感器实时侦测此时的等温线分布；

E、根据空载与加载时等温线分布的关系及误差，借助配套数学公式计算并最终确定雾化喷头所设定在等温线上的位置以及喷射方向；

F、管理软件实时侦测所有温度传感器以及雾化熏蒸包内各个部位的温度变化情况；

G、根据上述的温度变化情况，系统管理软件对变化的状态作出判定，发出相应的指令控制一个、或几个雾化喷头的喷雾量、喷雾时间以及喷雾速度来实现均衡反馈调节。

多点温度反馈控制雾化熏蒸系统，系统结构中包括多点温度采集电路、中央处理电路、热量调节电路、水雾输出电路和雾量调节电路，以上各个电路整体配套安装在雾化熏蒸包内，多点温度采集电路采集各个点的温度信号发送给中央处理电路、中央处理电路借助配套管理软件和上述的数学模型处理分析后，发送控制信号分别送给热量调节电路和雾量调节电路。

本发明的有益效果是：运用多点温度测量的数学模型取得了所设计的熏蒸包内温度场分布、动态平衡建立以及局部出现动态温度场失衡过程在线传感器采样数据的内在联系。从而准确找出控制温度场失衡的补偿措施，转化为控制雾化喷嘴的指令，实现快速调整和高效补偿的有益效果，对于使用者能够产生显著的节约能源和降低成本，具有良好的经济效益和社会效益。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明中数学计算模型建立示意图。

图3是本发明中的系统方框图。

图4是本发明的水雾输出电路原理实施例。

图5是本发明的反馈系统电路原理实施例。

图6是本发明中雾化熏蒸包空间形态的实施例。

附图中，1是多点温度采集电路，2是中央处理电路，3是热量调节电路，4是水雾输出电路，5是雾量调节电路，6是雾化熏蒸包，7是电机风扇，8是超声波雾化器，U1是单片机，U2是电位器，PK9018、MAX485是芯片，Q1、Q2、Q3、Q4是三极管，C1、C2……C12是电容，D1、D2、D3、D4是二极管，R1是电阻丝，R2、R3……R10是电阻，R11、R12……R18是热敏电阻，S是晶振，LED是发光二极管，T1、T2是变压器，F是保险丝。

具体实施方式

参看图1，多点温度反馈控制雾化熏蒸的方法，该方法建立在雾化熏蒸包6的内部空间几何形状所设定的边界温度条件、包括超声雾化器喷头形成的气流喷射方向角和速度对温度场梯度变化影响的试验数据、多点温度传感器和雾化喷头分布的位置，具体步骤如下：

A、以决定选用的雾化熏蒸包内部空间的几何形状和预先设定的标准工作温度作为动态均衡温度场的边界条件，找到动态均衡温度场等温线组成的温度梯度分布图，所形成的基础数据存储在雾化熏蒸包6配套的管理单元中；

B、在动态均衡温度场的等温线上的沿温度梯度变化方向上均匀设置雾化喷头的位置；

C、在雾化喷头附近初步设置温度传感器，借助配套管理软件实时在线侦测空载时雾化熏蒸包内6的等温线分布，根据等温线分布初步对雾化喷头的位置进行误差调整；

D、加载实验品放置在雾化熏蒸包6内预先设定的空间位置，借助配套管理软件和温度传感器实时侦测此时的等温线分布；

E、根据空载与加载时等温线分布的关系及误差，借助配套数学公式计算并最终确定雾化喷头所设定在等温线上的位置以及喷射方向；

F、管理软件实时侦测所有温度传感器以及雾化熏蒸包6内各个部位的温度变化情况；

G、根据上述的温度变化情况，系统管理软件对变化的状态作出判定，发出相应的指令控制一个、或几个雾化喷头的喷雾量、喷雾时间以及喷雾速度来实现均衡反馈调节。

上述的雾化熏蒸包6的空间形态为圆柱体，或球体，或长方体。

上述的温度传感器和雾化喷头在空间形态中放置可以分为上、中、下三层放置，每层设立1或2或3个喷头和温度传感器。

参看图3，多点温度反馈控制雾化熏蒸系统，系统结构中包括多点温度采集电路1、中央处理电路2、热量调节电路3、水雾输出电路4和雾量调节电路5，以上各个电路整体配套安装在雾化熏蒸包6内，多点温度采集电路1采集各个点的温度信号发送给中央处理电路2、中央处理电路2借助配套管理软件和上述的数学模型处理分析后，发送控制信号分别送给热量调节电路3和雾量调节电路5。

上述的多点温度采集电路1的结构中包括多个热敏电阻、芯片PK9018和芯片MAX485，放置在不同地点的热敏电阻将温度信号发送给芯片PK9018，处理后的差分信号经过芯片MAX485发送至中央处理电路2中的单片机U1。

上述的中央处理电路2包括单片机U1模块、输入输出总线及外围配套元件，单片机U1的控制输出总线连接热量调节电路3和雾量调节电路5的输入端。

上述的热量调节电路3包括直流电源供给模块、三极管Q2、二极管D2、电阻丝R1和周围配套元件，单片机U1输出不同占空比的脉冲控制信号经三极管Q2和二极管D2调节后、供给电阻丝R1输出热量。

上述的雾量调节电路5包括直流电源供给模块、电位器U2、三极管Q1和电机风扇7，单片机U1输出的控制信号送给电位器U2，电位器U2输出不同的电压信号送给三极管Q1的基极调控三极管Q1中的电流，三极管Q1发射极连接电机风扇7。

上述的水雾输出电路4包括直流电源供给模块、三极管Q3、超声波雾化器8和配套振荡模块，振荡模块由三极管Q4和外围电容、晶振S起振，经三极管Q3放大、驱动超声波雾化器8产生水雾。

本发明中的方法在具体实施时，整个控制系统工作过程为：中央处理器采用单片机，系统启动后中央处理器进行一系列初始化工作后进入使用者设定程序，例如温度设定、熏蒸时间设定等。使用者设定完成后，系统进入工作状态，中央处理器根据使用者设定的熏蒸温度、以及各测温点的温度反馈值，运用所设计的模型进行Y、Z输出量的计算并输出控制，直到达到使用者所设定的温度后停止输出。此后中央处理器对各测温点的温度反馈值进行实时监测，一旦达到输出控制要求，根据Y、Z输出量进行相应控制输出即可达到温度控制效果。整个过程持续达到熏蒸时间结束为止。

参看图2，在数学模型图中：

Xi(i＝1，2，...，n)为整个控制系统温度点测量输入值；

Wi为该整个控制系统分别与各输入间的连接强度，称为连接权值；

θ为整个控制系统输出控制阈值，该值可以从温度设定值算出；

S为环境温度输入控制信号，它可以用来调整整个控制系统的温度连接权值，使整个系统保持在某一稳定平衡状态；

Y为整个控制系统的雾化量输出控制；

Z为整个控制系统的雾气温度输出控制。

整个数学模型的计算过程是：

(1)从各输人端接收输入信号Xi；

(2)根据环境温度输入控制信号S算出各连接权值Wi；

(3)根据连接权值Wi，求出所有输入的加权和σ：

$\mathrm{\σ}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i{X}_i+S-\mathrm{\θ};$

(4)用一特性函数(又称作用函数)f₁进行转换，得到输出Y：

$Y=f_1\left(\mathrm{\σ}\right)=f_1(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i{X}_i+S-\mathrm{\θ});$

(5)用一特性函数(又称作用函数)f₂进行转换，得到输出Z：

$Z=f_2\left(\mathrm{\σ}\right)=f_2(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i{X}_i+S-\mathrm{\θ}).$

这样，通过该模型的使用可以有效控制熏蒸包内温度均衡，达到温度恒定的效果。

以圆柱体模型为例，如图6所示，以一个圆柱形雾化熏蒸系统为例：外径75cm，内径72cm，高110cm，一般雾化熏蒸器为双层，外层与内层之间填充空气用以绝热，底层用厚的保温材料填充，即可达到保温效果，也可保证受体稳定的效果。顶层采用充气方式用以保温，顶层采用拉链方式以方便人体进入。熏蒸系统下端有一气体输出口，当熏蒸系统内气体压力高于一定阈值时，输出口在气体压力下逐渐打开放气，使熏蒸包内气体压力平衡。

从上面构造可以看出，雾化熏蒸系统由于周围采用空气填充方式进行隔热，对于系统内部的温度影响小而且变化缓慢。对于圆柱形雾化熏蒸系统来说，对于系统内空气温度影响主要来自熏蒸系统下端的气体输出口和上部的拉链结构(包括人体头部热量输出)引起的温度变化。

在熏蒸系统中层设置喷头b主要作用是补充熏蒸系统内的空气与人体热量交换后引起的热量变化。

喷头a、喷头b、喷头c直径按一定比例设计，通过分析及实验得知，当上、中、下开口比例为1.3∶1∶1.5时温度场分布具有较好的

均匀性。根据需要，雾气总输入量可控，输出量的大小由中央控制器输出值Y控制。

综上所述，通过以上对熏蒸系统的边界条件分析以及热量输入控制方式，可以将熏蒸系统内热量变化及时补充，使得系统内温度基本保持恒定状态。

本发明中的超声波雾化器8的雾气输出采用上、中、下三口同时输出，输出口分布于雾化熏蒸包6的上、中、下三个位置，通过实验可以确定各个输出口的雾气输出量比例并采用不同输出口直径进行比例控制，通过这样设计可使使雾气量均衡、快速地向雾化熏蒸包6内输出。根据需要，雾气总输出量可控，输出量的大小由中央处理电路2输出值Y控制。

雾气输出温度控制采用电机风扇7，雾气输出温度，主要由风速、电阻丝R1温度决定，风速的大小由中央处理电路2输出值Y控制；电阻丝R1温度由中央处理电路2输出值Z控制。

中央处理电路2通过对Y、Z的控制可以在雾化熏蒸包2内的温度变化下的快速调整以达到保持温度均匀恒定的效果。

Claims (9)

1、一种实现雾化熏蒸包内温度场快速均化平衡的方法，该方法是借助多点分布的温度传感器、配套设置的雾化喷头所组成的闭环控制系统实现的，其特征在于：所述的方法建立在雾化熏蒸包(6)的内部空间几何形状所设定的边界温度条件、包括超声雾化器喷头形成的气流喷射方向角和速度对温度场梯度变化影响的试验数据库模块、多点温度传感器和雾化喷头分布的位置，具体步骤如下：

A、以决定选用的雾化熏蒸包内部空间的几何形状和预先设定的标准工作温度作为动态均衡温度场的边界条件，找到动态均衡温度场等温线组成的温度梯度分布图，所形成的基础数据存储在雾化熏蒸包(6)配套的管理单元中；

B、在动态均衡温度场的等温线上的沿温度梯度变化方向上均匀设置雾化喷头的位置；

C、在雾化喷头附近初步设置温度传感器，借助配套管理软件实时在线侦测空载时雾化熏蒸包(6)内的等温线分布，根据等温线分布初步对雾化喷头的位置进行误差调整；

D、加载实验品放置在雾化熏蒸包(6)内预先设定的空间位置，借助配套管理软件和温度传感器实时侦测此时的等温线分布；

E、根据空载与加载时等温线分布的变化关系及误差，借助配套数学公式计算并最终确定雾化喷头所设定在等温线上的位置以及喷射方向；

F、管理软件实时侦测所有温度传感器以及雾化熏蒸包(6)内各个部位的温度变化情况；

G、根据上述的温度变化情况，系统管理软件对变化的状态作出判定，发出相应的指令控制一个、或几个雾化喷头的喷雾量、喷雾时间以及喷雾速度来实现均衡反馈调节。

2、根据权利要求1所述的多点温度反馈控制雾化熏蒸的方法，其特征在于：所述的雾化熏蒸包(6)的空间形态为圆柱体，或球体，或长方体。

3、根据权利要求1所述的多点温度反馈控制雾化熏蒸的方法，其特征在于：所述的温度传感器和雾化喷头在空间形态中放置可以分为上、中、下三层放置，每层设立1或2或3个喷头和温度传感器。

4、多点温度反馈控制雾化熏蒸系统，其特征在于：所述的雾化熏蒸系统借助权利要求1中的方法实现的，系统结构中包括多点温度采集电路(1)、中央处理电路(2)、热量调节电路(3)、水雾输出电路(4)和雾量调节电路(5)，以上各个电路整体配套安装在雾化熏蒸包(6)内，多点温度采集电路(1)采集各个点的温度信号发送给中央处理电路(2)、中央处理电路(2)借助配套管理软件和上述的数学模型处理分析后，发送控制信号分别送给热量调节电路(3)和雾量调节电路(5)。

5、根据权利要求4所述的多点温度反馈控制雾化熏蒸系统，其特征在于：所述的多点温度采集电路(1)的结构中包括多个热敏电阻、芯片(PK9018)和芯片(MAX485)，放置在不同地点的热敏电阻将温度信号发送给芯片(PK9018)，处理后的差分信号经过芯片(MAX485)发送至中央处理电路(2)中的单片机(U1)。

6、根据权利要求4所述的多点温度反馈控制雾化熏蒸系统，其特征在于：所述的中央处理电路(2)包括单片机(U1)模块、输入输出总线及外围配套元件，单片机(U1)的控制输出总线连接热量调节电路(3)和雾量调节电路(5)的输入端。

7、根据权利要求4所述的多点温度反馈控制雾化熏蒸系统，其特征在于：所述的热量调节电路(3)包括直流电源供给模块、三极管(Q2)、二极管(D2)、电阻丝(R1)和周围配套元件，单片机(U1)输出不同占空比的脉冲控制信号经三极管(Q2)和二极管(D2)调节后、供给电阻丝(R1)输出热量。

8、根据权利要求4所述的多点温度反馈控制雾化熏蒸系统，其特征在于：所述的雾量调节电路(5)包括直流电源供给模块、电位器(U2)、三极管(Q1)和电机风扇(7)，单片机(U1)输出的控制信号送给电位器(U2)，电位器(U2)输出不同的电压信号送给三极管(Q1)的基极调控三极管(Q1)中的电流，三极管(Q1)发射极连接电机风扇(7)。

9、根据权利要求4所述的多点温度反馈控制雾化熏蒸系统，其特征在于：所述的水雾输出电路(4)包括直流电源供给模块、三极管(Q3)、超声波雾化器(8)和配套振荡模块，振荡模块由三极管(Q4)和外围电容、晶振(S)起振，经三极管(Q3)放大、驱动超声波雾化器(8)产生水雾。

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