CN103006344A

CN103006344A - 一种半导体制冷式冻伤模型仪

Info

Publication number: CN103006344A
Application number: CN2012105142832A
Authority: CN
Inventors: 孙晓明; 万桂怡; 吴明海; 魏欣冰
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-12-05
Also published as: CN103006344B

Abstract

本发明公开了一种半导体制冷式冻伤模型仪，包括箱体、操作平台，箱体位于操作平台下方，箱体内设有制冷控制电路；所述制冷控制电路包括微处理器、驱动模块、电源、温度传感器、输入键盘、液晶显示模块和至少一层半导体制冷片；所述操作平台上还设有固定机构。本发明的半导体制冷式冻伤模型仪的工作原理为：利用半导体制冷技术进行制冷，在微处理器控制下按预先设定的温度和时间进行冻伤模型的制作。本发明的半导体制冷式冻伤模型仪，具有以下优点：1)模型的冻伤创面深度准确一致。2)创面面积大小可调节。3)创面深度可调。4)制冷速度快。5)重复性好。此外，本发明还有操作简单、方便、灵活、工作可靠，制造成本低等优点。

Description

一种半导体制冷式冻伤模型仪

技术领域

本发明涉及一种半导体制冷式冻伤模型仪。

背景技术

众所周知，冻伤治疗的研究离不开动物冻伤模型的制作，冻伤模型制作的好坏又直接影响到对研究结果的评价和鉴定，因此，动物冻伤模型的制作是至关重要的。现有技术中，冻伤建模的主要方法是将一元钱硬币在液氮罐中冷冻一段时间后取出，再紧贴需要冷冻的部位（如大鼠背部皮肤），或将液氮倒到人特制的玻璃瓶中（底部平整）,再将其底部贴紧需要冷冻的部位（已脱毛），从而制造局部冻伤。该方法存在以下缺陷：温度不能保证恒定和精确，时间控制不准确，冻伤创面深度不能精确一致，重复性差，容易使实验在建模时存在差异，最终导致实验结果存在偏倚（影响实验结果的准确性），进而影响研究结果。因此，急需研发一种能制作标准化的冻伤创面模型的精确仪器。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种半导体制冷式冻伤模型仪。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种半导体制冷式冻伤模型仪，包括箱体、操作平台，箱体位于操作平台下方，箱体内设有制冷控制电路；

所述制冷控制电路包括微处理器、驱动模块、电源、温度传感器、输入键盘、液晶显示模块和至少一层半导体制冷片，其中，半导体制冷片与驱动模块电路连接，驱动模块与微处理器电路连接；温度传感器依次通过放大电路、A/D转换电路与微处理器电路连接，输入键盘与微处理器电路连接；液晶显示模块与微处理器电路连接；电源与所有单元电路连接；半导体制冷片下部设有散热器；

所述操作平台中央设有隔热板，隔热板上开有冷冻孔，隔热板下方设有隔热箱，隔热箱内设有冷冻腔，温度传感器位于冷冻腔内。

所述冷冻腔内设有冷冻头，冷冻头与半导体制冷片连接，冷冻头由导热性能良好的材料制成。

所述半导体制冷片可以根据冷冻温度的需求，选择一层或多层（一般制冷片的层数从一层到六层不等，层数越多，温差越大，最大温差可达130℃)。

所述箱体上设有用于露出/显示输入键盘和液晶显示模块的窗口。

所述制冷控制电路还包括有源蜂鸣器，有源蜂鸣器通过驱动电路与微处理器连接。

所述电源下方以及散热器下方均设有散热风扇，用于散热。

所述微处理器、放大电路、A/D转换电路、驱动电路和有源蜂鸣器均设在一块电路板上。

进一步地，所述操作平台上还设有固定机构，所述固定机构包括两个T型移动杆和两个侧向移动杆，其中，两个T型移动杆分别位于操作平台左侧和右侧，两个侧向移动杆分别位于操作平台中央前侧和中央后侧；T型移动杆由横杆和竖杆构成，横杆末端与竖杆中部连接，横杆通过固定滑块固定在操作平台上，竖杆两端各设有一个移动滑块；侧向移动杆通过固定滑块固定在操作平台上，两个侧向移动杆的末端各设有一个固定板，其中一个固定板上设有两条固定带，另一个固定板上设有两个与固定带相配合的固定带穿过孔，固定带穿过孔上方设有锁紧凸轮，锁紧凸轮通过转轴固定在固定板上，锁紧凸轮上设有锁紧杆（固定带穿过孔、锁紧凸轮和锁紧杆构成固定带锁定器），使用时，固定带可穿过固定带孔，然后通过锁紧杆转动锁紧凸轮，则锁紧凸轮把固定带卡住，从而起到固定作用。

所述固定滑块的结构为：包括块体，块体固定在操作平台上，块体中部设有通孔，通孔上方设有定位螺栓，T型移动杆的横杆/侧向移动杆穿过通孔，T型移动杆的横杆/侧向移动杆可相对于固定滑块移动，当移动到所需位置时，通过定位螺栓固定住。

所述移动滑块的结构为：包括滑块体，滑块体中部设有通孔，通孔上方设有定位螺栓，T型移动杆的竖杆穿过通孔，滑块体可沿T型移动杆的竖杆滑动，当滑动到所需位置时，通过定位螺栓固定住；滑块体上设有凹槽、绑绳和楔形栓，使用时，将动物（如大鼠）的前肢/后肢卡在凹槽中，绑绳缠绕前肢/后肢几圈后，再缠绕在楔形栓上，起到固定、增大静摩擦力的作用，使得动物即使挣扎，前肢/后肢也不会从绑绳上脱离。

所述固定滑块的块体通过螺栓固定在操作平台上。

本发明中所涉及的技术，未详尽的内容均为所属领域的常规技术，如：温度自动控制系统(温度传感器、放大电路、A/D转换电路、微处理器)、液晶显示模块、驱动模块等，均为现有技术中成熟的技术，很容易实现，在此不再赘述。

本发明的半导体制冷式冻伤模型仪的工作原理为：利用半导体制冷技术进行制冷，在微处理器控制下按预先设定的温度和时间进行冻伤模型的制作。具体工作过程如下：首先通过输入键盘设定好所需温度和所需冷冻时间，冷冻电路工作，半导体制冷片开始制冷，当位于冷冻腔内的温度传感器检测到温度降到设定值后（半导体制冷片制冷速度很快，温度很快就能达到设定值）；将动物（如大鼠）通过固定机构固定在操作平台上，将需要冻伤处理的部位对准隔热板上的冷冻孔或对准冷冻头，开始冷冻，当冷冻时间达到事先设定的时间后，半导体制冷片停止工作，有源蜂鸣器报警提示操作人员冷冻完成，动物冻伤模型制作完成。

将动物通过固定机构固定在操作平台上的方法为：首先，根据动物的体长调节T型移动杆至合适位置，通过定位螺栓固定住，然后根据动物四肢伸直后的长短调节移动滑块的间距，通过定位螺栓固定住；将动物的四肢卡在相应的移动滑块上的凹槽内，绑绳缠绕几圈后，再缠绕在楔形栓上，起到固定、增大静摩擦力的作用；根椐动物的体宽调节侧向移动杆至合适位置，通过定位螺栓固定住，固定带越过动物的腹部，通过锁紧凸轮固定住，从而将动物挟持住，使得其即使挣扎，也不会使位置发生移动。

所述冷冻温度和冷冻时间的设定，由所需冻伤深度、冻伤程度确定；冻伤创面的大小，由冷冻头面积确定或由隔热板上的冷冻孔的面积确定；冷冻头和隔热板是可以更换的，可根据创面大小的需求更换合适的冷冻头和隔热板。

本发明的半导体制冷式冻伤模型仪，具有以下优点：

1)模型的冻伤创面深度准确一致，这是通过以下两个条件来实现和保证的：一是半导体制冷片能实现高精度的温度控制（半导体制冷片是电流换能型器件，通过微处理器对输入电流的自动控制，很容易实现高精度的温度控制，精度可控制在±0.1℃的范围之内）；二是由微处理器自动控制冷冻时间。

2)创面面积大小可调节（根据创面大小选择合适的冷冻头和隔热板）。

3)创面深度可调，因为半导体制冷片的温度可在很宽的范围内调节（从90℃到-130℃都可以实现）。

4)制冷速度快（因为半导体制冷片热惯性非常小，通电几分钟，半导体制冷片就能达到最大温差）。

5)重复性好（因为温度控制高精度，时间控制准确）。

此外，本发明还有操作简单、方便、灵活、工作可靠，制造成本低等优点。

附图说明

图1为本发明的半导体制冷式冻伤模型仪的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明的制冷控制电路的结构示意图。

图4为本发明的移动滑块的结构示意图。

图5为图4的俯视图。

图6为本发明的固定带锁定器的结构示意图。

图7为本发明的固定滑块的结构示意图。

其中，1、固定滑块；2、移动滑块；3、隔热箱；4、冷冻腔；5、隔热板；6、固定板；7、冷冻头；8、温度传感器；9、输入键盘；10、液晶显示模块；11、操作平台；12、箱体；13、半导体制冷片；14、散热风扇；15、散热器；16、驱动模块；17、电源；18、电路板；19、T型移动杆；20、侧向移动杆；21、固定带；22、固定带锁定器；23、放大电路；24、A/D转换电路；25、有源蜂鸣器；26、驱动电路；27、微处理器；28、锁紧杆；29锁紧凸轮；30、绑绳；31、定位螺栓；32、楔形栓；33，滑块体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

一种半导体制冷式冻伤模型仪，包括箱体12、操作平台11，箱体12位于操作平台11下方，箱体12内设有制冷控制电路，如图1、图2所示；

所述制冷控制电路包括微处理器27、驱动模块16、电源17、温度传感器8、输入键盘9、液晶显示模块10、有源蜂鸣器25和至若干层半导体制冷片13，如图3所示，其中，半导体制冷片13与驱动模块16电路连接，驱动模块16与微处理器27电路连接；温度传感器8依次通过放大电路23、A/D转换电路24与微处理器27电路连接，输入键盘9与微处理器27电路连接；液晶显示模块10与微处理器27电路连接；有源蜂鸣器25通过驱动电路26与微处理器27连接；电源17与所有单元电路连接；半导体制冷片13下部设有散热器15；电源17下方以及散热器15下方均设有散热风扇14，用于散热；

所述操作平台11中央设有隔热板5，隔热板5上开有冷冻孔，隔热板5下方设有隔热箱3，隔热箱3内设有冷冻腔4，温度传感器8位于冷冻腔4内。

所述冷冻腔4内设有冷冻头7，冷冻头7与半导体制冷片13连接，冷冻头7由导热性能良好的材料制成。

所述箱体12上设有用于露出/显示输入键盘9和液晶显示模块10的窗口，方便输入以及显示，此为常规设计。

所述微处理器27、放大电路23、A/D转换电路24、驱动电路26和有源蜂鸣器25均设在一块电路板18上。

所述操作平台11上还设有固定机构，所述固定机构包括两个T型移动杆19和两个侧向移动杆20，其中，两个T型移动杆19分别位于操作平台11左侧和右侧，两个侧向移动杆20分别位于操作平台11中央前侧和中央后侧；T型移动杆19由横杆和竖杆构成，横杆末端与竖杆中部连接，横杆通过固定滑块1固定在操作平台11上，竖杆两端各设有一个移动滑块2；侧向移动杆20通过固定滑块1固定在操作平台11上，两个侧向移动杆20的末端各设有一个固定板6，其中一个固定板6上设有两条固定带21，另一个固定板6上设有两个与固定带21相配合的固定带穿过孔，固定带穿过孔上方设有锁紧凸轮29，锁紧凸轮29通过转轴固定在固定板6上，锁紧凸轮29上设有锁紧杆28（固定带穿过孔、锁紧凸轮29和锁紧杆28构成固定带锁定器22，如图6所示），使用时，固定带21可穿过固定带孔，然后通过锁紧杆28转动锁紧凸轮29，则锁紧凸轮29把固定带21卡住，从而起到固定作用。

所述固定滑块1的结构为：包括块体，块体通过螺栓固定在操作平台11上，块体中部设有通孔，通孔上方设有定位螺栓31，T型移动杆19的横杆/侧向移动杆20穿过通孔，T型移动杆19的横杆/侧向移动杆20可相对于固定滑块1移动，当移动到所需位置时，通过定位螺栓31固定住，如图7所示。

所述移动滑块2的结构为：包括滑块体33，滑块体33中部设有通孔，如图4、图5所示，通孔上方设有定位螺栓31，T型移动杆19的竖杆穿过通孔，滑块体33可沿T型移动杆19的竖杆滑动，当滑动到所需位置时，通过定位螺栓31固定住；滑块体33上设有凹槽、绑绳30和楔形栓32，使用时，将动物（如大鼠）的前肢/后肢卡在凹槽中，绑绳30缠绕前肢/后肢几圈后，再缠绕在楔形栓32上，起到固定、增大静摩擦力的作用，使得动物即使挣扎，前肢/后肢也不会从绑绳30上脱离。

本发明的半导体制冷式冻伤模型仪的工作原理为：利用半导体制冷技术进行制冷，在微处理器27控制下按预先设定的温度和时间进行冻伤模型的制作。具体工作过程如下：首先通过输入键盘9设定好所需温度和所需冷冻时间，冷冻电路工作，半导体制冷片13开始制冷，当位于冷冻腔4内的温度传感器8检测到温度降到设定值后（半导体制冷片13制冷速度很快，温度很快就能达到设定值）；将动物（如大鼠）通过固定机构固定在操作平台11上，将需要冻伤处理的部位对准隔热板5上的冷冻孔或对准冷冻头7，开始冷冻，当冷冻时间达到事先设定的时间后，半导体制冷片13停止工作，有源蜂鸣器25报警提示操作人员冷冻完成，动物冻伤模型制作完成。

将动物通过固定机构固定在操作平台11上的方法为：首先，根据动物的体长调节T型移动杆19至合适位置，通过定位螺栓31固定住，然后根据动物四肢伸直后的长短调节移动滑块2的间距，通过定位螺栓31固定住；将动物的四肢卡在相应的移动滑块2上的凹槽内，绑绳30缠绕几圈后，再缠绕在楔形栓32上，起到固定、增大静摩擦力的作用；根椐动物的体宽调节侧向移动杆20至合适位置，通过定位螺栓31固定住，固定带21越过动物的腹部，通过锁紧凸轮29固定住，从而将动物挟持住，使得其即使挣扎，也不会使位置发生移动。

所述冷冻温度和冷冻时间的设定，由所需冻伤深度、冻伤程度确定；冻伤创面的大小，由冷冻头7面积确定或由隔热板5上的冷冻孔的面积确定；冷冻头7和隔热板5是可以更换的，可根据创面大小的需求更换合适的冷冻头7和隔热板5。

Claims

1.一种半导体制冷式冻伤模型仪，其特征在于：包括箱体、操作平台，箱体位于操作平台下方，箱体内设有冷冻电路；

2.根据权利要求1所述的一种半导体制冷式冻伤模型仪，其特征在于：所述冷冻腔内设有冷冻头，冷冻头与半导体制冷片连接。

3.根据权利要求1所述的一种半导体制冷式冻伤模型仪，其特征在于：所述箱体上设有用于露出/显示输入键盘和液晶显示模块的窗口。

4.根据权利要求1所述的一种半导体制冷式冻伤模型仪，其特征在于：所述制冷控制电路还包括有源蜂鸣器，有源蜂鸣器通过驱动电路与微处理器连接。

5.根据权利要求1所述的一种半导体制冷式冻伤模型仪，其特征在于：所述电源下方以及散热器下方均设有散热风扇。

6.根据权利要求1所述的一种半导体制冷式冻伤模型仪，其特征在于：所述微处理器、放大电路、A/D转换电路、驱动电路和有源蜂鸣器均设在一块电路板上。

7.根据权利要求1所述的一种半导体制冷式冻伤模型仪，其特征在于：所述操作平台上还设有固定机构，所述固定机构包括两个T型移动杆和两个侧向移动杆，其中，两个T型移动杆分别位于操作平台左侧和右侧，两个侧向移动杆分别位于操作平台中央前侧和中央后侧；T型移动杆由横杆和竖杆构成，横杆末端与竖杆中部连接，横杆通过固定滑块固定在操作平台上，竖杆两端各设有一个移动滑块；侧向移动杆通过固定滑块固定在操作平台上，两个侧向移动杆的末端各设有一个固定板，其中一个固定板上设有两条固定带，另一个固定板上设有两个与固定带相配合的固定带穿过孔，固定带穿过孔上方设有锁紧凸轮，锁紧凸轮通过转轴固定在固定板上，锁紧凸轮上设有锁紧杆。

8.根据权利要求7所述的一种半导体制冷式冻伤模型仪，其特征在于：所述固定滑块的结构为：包括块体，块体固定在操作平台上，块体中部设有通孔，通孔上方设有定位螺栓，T型移动杆的横杆/侧向移动杆穿过通孔。

9.根据权利要求8所述的一种半导体制冷式冻伤模型仪，其特征在于：所述固定滑块的块体通过螺栓固定在操作平台上。

10.根据权利要求7所述的一种半导体制冷式冻伤模型仪，其特征在于：所述移动滑块的结构为：包括滑块体，滑块体中部设有通孔，通孔上方设有定位螺栓，T型移动杆的竖杆穿过通孔；滑块体上设有凹槽、绑绳和楔形栓。