CN104173119A - 一种间歇性缺氧系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种间歇性缺氧系统，其包括密封箱体（1）、氧气浓度测控器（2）以及均与PLC（3）连接的氮气流量控制阀（4）、空气流量控制阀（5）、箱体内气体置换控制阀（6）、空气泵（7），氧气浓度测控器（2）设置于密封箱体（1）的顶部且远离密封盖（11），密封箱体（1）的左右两侧壁设有氮气接入口（41、42），与外部连接带氮气流量控制阀（4）的氮气气源（43）连接，密封箱体（1）的前侧壁设有空气接入口（51），与外部连接带空气流量控制阀（5）的空气泵（7）连接，密封箱体（1）的后侧壁设有空气出口（61），与设置于外部的箱体内气体置换控制阀（6）连接。本发明提供了一种可以模拟间歇性缺氧的实验环境的间歇性缺氧系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种间歇性缺氧系统。
背景技术
生物体在打鼾、心脏病发作时，均有间歇性缺氧的情况发生，间歇性缺氧也会造成细胞的损伤。细胞或生物体间歇性缺氧观察对于弄清细胞损伤甚至脑损伤等机制、寻找防治对策均有重大意义。目前尚无厂家生产此类间歇性缺氧观察的系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟间歇性缺氧的实验环境的间歇性缺氧系统。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种间歇性缺氧系统，所述系统包括带有密封盖的密封箱体、氧气浓度测控器、PLC（可编程逻辑控制器）、氮气流量控制阀、空气流量控制阀、箱体内气体置换控制阀和空气泵，所述密封盖位于密封箱体的顶部，所述氧气浓度测控器设置于密封箱体的顶部且远离密封盖，所述密封箱体的左右两侧壁设有氮气接入口，与外部连接带所述氮气流量控制阀的氮气气源连接，所述密封箱体的前侧壁设有空气接入口，与外部连接带所述空气流量控制阀的所述空气泵连接，所述密封箱体的后侧壁设有空气出口，与设置于外部的所述箱体内气体置换控制阀连接，所述氮气流量控制阀、空气流量控制阀、箱体内气体置换控制阀和空气泵均与PLC连接，所述氮气流量控制阀、空气流量控制阀、箱体内气体置换控制阀均为电磁阀。
所述密封箱体内的空气接入口处设有空气分流器。
所述氮气流量控制阀、空气流量控制阀、箱体内气体置换控制阀与PLC均设置于控制箱内，所述控制箱设置于密封箱体的一旁，所述控制箱的外部的顶部或侧壁设有启动/关闭开关。
所述密封箱体内还设置食物槽，所述食物槽设置于密封箱体的底部。
所述密封箱体的底部设置隐式抽屉和密封条，所述隐式抽屉与密封箱体滑动配合连接，所述密封条设置于隐式抽屉与密封箱体的连接边界处，所述食物槽搁置于隐式抽屉的一侧。
所述密封箱体的其一侧壁设有给水口。
上述间歇性缺氧系统，其工作过程包括如下步骤：
步骤一、将氮气气源打开，调节氮气气源的压强；
步骤二、空气流量控制阀和空气泵处于关闭状态，开启氮气流量控制阀和箱体内气体置换控制阀，氮气进入密封箱体，箱体内气体置换控制阀将密封箱体内的空气排出，氮气输入用时N1秒，使氧气浓度快速达到7.4～7.8%；
步骤三、关闭氮气流量控制阀和箱体内气体置换控制阀，维持该氧气浓度，维持氧气浓度用时N2秒；
步骤四、开启空气流量控制阀、箱体内气体置换控制阀和空气泵，空气泵向密封箱体内输入空气，箱体内气体置换控制阀排出混合气体，空气输入用时N3秒，使氧气浓度达到19%～21%；
步骤五、上述步骤一至步骤四循环进行至间歇性缺氧系统工作结束，关闭氮气气源，关闭氮气流量控制阀、空气流量控制阀、箱体内气体置换控制阀和空气泵。
所述氮气输入用时N1、维持氧气浓度用时N2、空气输入用时N3之和不大于70秒。
所述氮气输入用时N1、维持氧气浓度用时N2、空气输入用时N3之和为45～60秒。
所述维持氧气浓度用时N2为5～7秒。
本发明的有益效果是：
本发明的间歇性缺氧系统利用PLC（可编程逻辑控制器）控制三个电磁阀和一个空气泵循环切换氮气和空气、氧气浓度测控器实时、准确检测密封箱体内的氧气浓度，在密封箱体内模拟了良好的间歇性缺氧的实验环境；该间歇性缺氧系统结构简单，操作方便，PLC程序编写灵活，与电脑连接，可实现无人值守的智能控制。
附图说明
图1为本发明一种间歇性缺氧系统的实施例的结构示意图；
图2为图1的换气定时的工作流程示意图；
图3为本发明一种间歇性缺氧系统的另一实施例的结构示意图；
其中，密封箱体1
密封盖11
隐式抽屉12
食物槽13
给水口14
氧气浓度测控器2
PLC3
氮气流量控制阀4
氮气接入口41、42
氮气气源43
空气流量控制阀5
空气接入口51
空气分流器52
箱体内气体置换控制阀6
空气出口61
空气泵7
控制箱8
计算机9。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更加充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例，从而本公开将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施例。
本发明一种间歇性缺氧系统，参见图1和图2，其通过短时间内增加空气中的氮气浓度降低氧含量来模拟缺氧状况，维持几秒后，恢复空气中的氧含量，结束短暂的缺氧状况，此为一个循环来模拟间歇性缺氧环境。
如图1所示，间歇性缺氧的模拟实验在一密封箱体1内进行，该密封箱体1的顶部开有开口，与一密封盖11配合使用，该开口的尺寸可以大些，也可用作饲养方便口，间歇性缺氧的实验对象放置在密封箱体1内。该密封箱体1可以选用方便观察的有机玻璃或设有观察口的不锈钢板制作，密封盖11周边有密封胶条，保证密封箱体1的气体含量稳定。密封箱体1的顶部且远离密封盖11处设有氧气浓度测控器2，其中，氧气浓度测控器2的探头安装在密封箱体1内、其余部件露在密封箱体1外，进行实时检测密封箱体1内的氧气浓度。
密封箱体1的左右两侧壁设有氮气接入口41、42，与外部连接带氮气流量控制阀4的氮气气源43连接。氮气气源43可以是氮气高压瓶，为密封箱体1提供氮气。氮气气源43的输出端设有三通管，三通管的一支主管路连接氮气气源43、两支分路通过氮气管道与氮气接入口41、42连接。氮气流量控制阀4可以为电磁阀，其由PLC（可编程逻辑控制器）3控制。一般氮气接入口41、42同时使用，以使氮气快速、均匀的散布在密封箱体1内。
密封箱体1的前侧壁设有空气接入口51，与外部连接带空气流量控制阀5的空气泵7连接，空气流量控制阀5可以为电磁阀。空气流量控制阀5和空气泵7都与PLC3相连接。由于空气泵7进空气的气流大，产生的箱体噪音会比较大，一般在密封箱体1内的空气接入口51处设有空气分流器52，空气分流器52有多个空气孔，分散气流，降低噪音，并使空气均匀分布。
密封箱体1的后侧壁设有空气出口61，与设置于外部的箱体内气体置换控制阀6连接。箱体内气体置换控制阀6可以为电磁阀，也与PLC3相连接。在打开氮气流量控制阀4输入氮气、打开空气流量控制阀5输入空气时，均需要打开箱体内气体置换控制阀6，分别使密封箱体1的空气和氮气排出，以快速打到预设的氧气浓度。
氮气流量控制阀4、空气流量控制阀5、箱体内气体置换控制阀6与空气泵7的信号线都与PLC3的对应信号端口连接，氮气流量控制阀4、空气流量控制阀5、箱体内气体置换控制阀6与PLC3及其控制电源都设置于位于密封箱体1一旁的控制箱8内。PLC3按照预先编好的程序依次控制氮气流量控制阀4、空气流量控制阀5、箱体内气体置换控制阀6和空气泵7，使密封箱体1的氮气或空气达到实验要求。PLC3的控制电源可以由变压器将220V交流电转换成24V直流电来提供。在控制箱8的外部的顶部或侧壁设有启动/关闭开关，因此，间歇性缺氧系统准备好之后，只需要启动开关即可使间歇性缺氧系统进入工作状态。
参见图1，间歇性缺氧系统准备好之后，包括将实验对象放置于长宽高为40cm *30cm *20cm的密封箱体1内，间歇性缺氧系统的工作步骤如下：
步骤一、将氮气气源43打开，调节氮气气源43的减压阀，使气压维持在0.1MPa；
步骤二、空气流量控制阀5和空气泵7处于关闭状态，开启氮气流量控制阀4和箱体内气体置换控制阀6，氮气通过氮气接入口41、42进入密封箱体1内，箱体内气体置换控制阀6将密封箱体1内的空气排出，氧气浓度测控器2实时检测氧气浓度，一般氮气输入用时24秒时，氧气浓度快速降至7.4～7.8%；
步骤三、关闭氮气流量控制阀4和箱体内气体置换控制阀6，维持该氧气浓度，维持氧气浓度用时5～7秒；
步骤四、开启空气流量控制阀5、空气泵7和箱体内气体置换控制阀6，空气泵7通过空气分流器52向密封箱体1内输入空气，箱体内气体置换控制阀6排出混合气体，氧气浓度测控器2实时检测氧气浓度，一般空气泵7用时28秒时，氧气浓度达到19%～21%；
步骤一至步骤四为一个循环，用时控制在60秒以内；
步骤五、上述步骤一至步骤四循环进行至间歇性缺氧系统工作结束，关闭氮气气源43，关闭氮气流量控制阀4、空气流量控制阀5、箱体内气体置换控制阀6和空气泵7。
上述间歇性缺氧环境为了模拟用时更短的一个循环周期，可以通过改变氮气气源43的减压阀的气压来实现，如减压阀的气压维持在0.2MPa，一般氮气输入用时10秒，氧气浓度就可快速降至7.4～7.8%；维持氧气浓度用时5～7秒；氧气浓度恢复至19%～21%用时26～28秒；使一个循环用时控制在45秒以内完成。
在上述间歇性缺氧系统的工作过程中和停止工作后，均可以对实验对象进行观察和专业分析。
如图1所示，为了较长时间（如8至12小时）观察实验对象在间歇性缺氧环境中的反应，在密封箱体1的底部可以设置食物槽13，食物槽13内放置食物。在密封箱体1的底部还可以设置抽取方便的隐式抽屉12，用作实验对象的休息和排泄区，隐式抽屉12与密封箱体1滑动配合连接，隐式抽屉12与密封箱体1的连接边界处设有密封条，在隐式抽屉12与密封箱体1闭合时，密封条保证箱体内气体不泄露，间歇性缺氧系统结束工作后抽出隐式抽屉12，进行清理；在隐式抽屉12的一侧搁置食物槽13，食物槽13内放置食物。以及在密封箱体1的后侧壁或其它侧壁设置带盖的给水口14，适时给实验对象补充水分。
本发明一种间歇性缺氧系统不限于上述优选实施例，如图3所示，其与上述实施例的区别在于：氧气浓度测控器2与PLC3均与计算机9连接，其中，氧气浓度测控器2实时监测密封箱体1内的氧气浓度，监测数据反馈给计算机9，进行记录；通过计算机9可以设定PLC3的循环周期和对PLC3进行程序修改。同时，氧气浓度测控器2与PLC3也可以相互连接，氧气浓度测控器2的氧气浓度信息传送给PLC3，PLC3判断后对氮气流量控制阀4、空气流量控制阀5、箱体内气体置换控制阀6和空气泵7发出工作指令。氧气浓度测控器2与PLC3均与计算机9连接，可实现无人值守的智能控制。
另外，氮气接入口41、42、空气接入口51、空气出口61的位置可以根据使用方便进行规划和调整，如氮气接入口41、42也可以设置在密封箱体1的前后壁或并排设置在密封箱体1的顶部，空气接入口51、空气出口61也可进行相应的调整；密封箱体1的开口也可以设置在其一侧壁。
因此任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种间歇性缺氧系统，其特征在于：所述系统包括带有密封盖（11）的密封箱体（1）、氧气浓度测控器（2）、PLC（可编程逻辑控制器）（3）、氮气流量控制阀（4）、空气流量控制阀（5）、箱体内气体置换控制阀（6）和空气泵（7），所述密封盖（11）位于密封箱体（1）的顶部，所述氧气浓度测控器（2）设置于密封箱体（1）的顶部且远离密封盖（11），所述密封箱体（1）的左右两侧壁设有氮气接入口（41、42），与外部连接带所述氮气流量控制阀（4）的氮气气源（43）连接，所述密封箱体（1）的前侧壁设有空气接入口（51），与外部连接带所述空气流量控制阀（5）的所述空气泵（7）连接，所述密封箱体（1）的后侧壁设有空气出口（61），与设置于外部的所述箱体内气体置换控制阀（6）连接，所述氮气流量控制阀（4）、空气流量控制阀（5）、箱体内气体置换控制阀（6）和空气泵（7）均与PLC（3）连接，所述氮气流量控制阀（4）、空气流量控制阀（5）、箱体内气体置换控制阀（6）均为电磁阀。
2.根据权利要求1所述的一种间歇性缺氧系统，其特征在于：所述密封箱体（1）内的空气接入口（51）处设有空气分流器（52）。
3.根据权利要求1所述的一种间歇性缺氧系统，其特征在于：所述氮气流量控制阀（4）、空气流量控制阀（5）、箱体内气体置换控制阀（6）与PLC（3）均设置于控制箱（8）内，所述控制箱（8）设置于密封箱体（1）的一旁，所述控制箱（8）的外部的顶部或侧壁设有启动/关闭开关。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种间歇性缺氧系统，其特征在于：所述密封箱体（1）内还设置食物槽（13），所述食物槽（13）设置于密封箱体（1）的底部。
5.根据权利要求4所述的一种间歇性缺氧系统，其特征在于：所述密封箱体（1）的底部设置隐式抽屉（12）和密封条，所述隐式抽屉（12）与密封箱体（1）滑动配合连接，所述密封条设置于隐式抽屉（12）与密封箱体（1）的连接边界处，所述食物槽（13）搁置于隐式抽屉（12）的一侧。
6.根据权利要求5所述的一种间歇性缺氧系统，其特征在于：所述密封箱体（1）的其一侧壁设有给水口（14）。
7.根据权利要求1所述的一种间歇性缺氧系统，其工作过程包括如下步骤：
步骤一、将氮气气源（43）打开，调节氮气气源（43）的压强；
步骤二、空气流量控制阀（5）和空气泵（7）处于关闭状态，开启氮气流量控制阀（4）和箱体内气体置换控制阀（6），氮气进入密封箱体（1），箱体内气体置换控制阀（6）将密封箱体（1）内的空气排出，氮气输入用时N1秒，使氧气浓度快速达到7.4～7.8%；
步骤三、关闭氮气流量控制阀（4）和箱体内气体置换控制阀（6），维持该氧气浓度，维持氧气浓度用时N2秒；
步骤四、开启空气流量控制阀（5）、箱体内气体置换控制阀（6）和空气泵（7），空气泵（7）向密封箱体（1）内输入空气，箱体内气体置换控制阀（6）排出混合气体，空气输入用时N3秒，使氧气浓度达到19%～21%；
步骤五、上述步骤一至步骤四循环进行至间歇性缺氧系统工作结束，关闭氮气气源（43），关闭氮气流量控制阀（4）、空气流量控制阀（5）、箱体内气体置换控制阀（6）和空气泵（7）。
8.根据权利要求7所述的一种间歇性缺氧系统，其特征在于：所述氮气输入用时N1、维持氧气浓度用时N2、空气输入用时N3之和不大于70秒。
9.根据权利要求8所述的一种间歇性缺氧系统，其特征在于：所述氮气输入用时N1、维持氧气浓度用时N2、空气输入用时N3之和为45～60秒。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的一种间歇性缺氧系统，其特征在于：所述维持氧气浓度用时N2为5～7秒。
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