CN104226383B - 带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置，该装置是由伸缩舱体和固定舱体组成的密封实验舱体，固定舱体的上部装有外套舱，固定舱体内部装有舱内压力传感器、温湿度传感器、加热制冷元件和加湿器，实验舱体内的底部是一个能够放置实验用受试物固定笼的平面，实验舱体的底部和固定台板之间装有震摇装置能够使实验舱体上下运动模拟在恶劣道路上颠簸的运行状态，同时计算机控制器根据实验要求控制实验舱体内的温度和湿度并驱动步进电机提升伸缩舱体使实验舱体体积密封扩大，原有的实验舱体内部的正常大气压：101.325Kpa和正常氧气含量21%将随实验舱体体积增大呈比例降低到实验要求的数值。本发明的有益效果是：开发了一种带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置，从根本上解决了该领域科研和实验中进行精确、简便、快捷、低成本标准实验的难题。

Description

带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置

技术领域

本发明涉及一种带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置。

背景技术

随着近代高原环境医学、低氧病理药理学、环境保护科学、人体运动学以及多学科针对低气压缺氧环境造成的危害和效应研究逐步深入，发展过程中模拟低气压低氧恶劣环境下颠簸运行和行进的实验和鉴定科学研究中经常要求进行相应的科学实验，过去大部分实验采用到高原现场进行，或者已经有一些实验装置可以通过充入惰性气体模拟缺氧环境，用抽吸气体方式模拟低气压环境，用运输工具携带实验装置直接到颠簸路况现场进行模拟实验，但是由于设备结构比较复杂方法又笨拙，而且受到环境、路况的限制，所以操作复杂不便于控制，设备运行需要的资源和成本较高不利于广泛推广应用，不能适应当前大批量科研实验和越来越细化的环境及路况模拟实验的要求，在一定程度上影响了该领域科学研究的进展、阻碍了相关研究的深入发展，为了克服上述困难，从根本上解决科研工作中上述存在的问题，满足科研和实验中大批量进行简便、快捷、低成本标准实验的需要，研发一种不再使用传统的结构复杂、方法笨拙，受环境限制、费用高的实验装置到现场实验的带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置就成了必然和迫切的需要。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置，采用人为模拟高原自然环境中比较恶劣的气压和环境下在恶劣道路上颠簸的运行和行进状态的方法，完成带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验。

为实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置，该装置是由伸缩舱体和固定舱体组成的密封实验舱体，固定舱体的上部装有外套舱，固定舱体内部装有舱内压力传感器、温湿度传感器、加热制冷元件和加湿器，实验舱体内的底部是一个能够放置实验用受试物固定笼的平面，实验舱体的底部和固定台板之间装有震摇装置能够使实验舱体上下运动模拟在恶劣道路上颠簸的运行状态，同时计算机控制器根据实验要求控制实验舱体内的温度和湿度并驱动步进电机提升伸缩舱体使实验舱体体积密封扩大，原有的实验舱体内部的正常大气压：101.325Kpa和正常氧气含量21%将随实验舱体体积增大呈比例降低到实验要求的数值。

本发明的有益效果是：开发了一种带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置，采用人为模拟高原自然环境中比较恶劣的气压和环境下在恶劣道路上颠簸的运行和行进状态的方法，完成带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验；克服了以前作此类试验时必须使用传统的结构复杂、方法笨拙，费用高的实验装置到现场实验，从根本上解决了该领域科研和实验中进行精确、简便、快捷、低成本标准实验的难题。

附图说明

图1为本发明结构的示意图。

图中：

1、步进电机2、稳定长轴3、制动紧固套4、伸缩舱体5、伸缩活动外套

6、密封胶圈7、伸缩固定内套8、加热制冷元件9、加湿器10、密封舱门

11、柔性封边12、固定舱体13、小滑轮组14、震摇装置15、偏心轮

16、偏心电机17、固定台板18、恢复弹簧19、固定螺栓20、受试物固定笼

21、计算机控制器22、外套舱23、刚性顶板24、活动螺杆25、驱动小齿轮

26、电磁线圈27、压力传感器28、温湿度传感器29、复位弹簧30、电控紧固套

31、实验受试物32、实验舱体。

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明加以说明。

如图1所示，本发明提供一种带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置，该装置是由能够上下活动的伸缩舱体4和体积不变的固定舱体12两部分组成的可改变内部体积的密封实验舱体32，实验舱体32是由刚性耐腐蚀材料制作成的，内壁光滑完全密封不透气的圆柱形或者不仅仅局限于圆柱形的空心腔体舱，这个空心腔体设计成中间有双层密封胶圈6隔离的伸缩舱体4和固定舱体12上下两层结构，实验舱体32的上层是伸缩舱体4，伸缩舱体4是由刚性耐腐蚀材料制作成的内壁光滑密封不透气的的圆柱形或者不仅仅局限于圆柱形的中空结构舱体，主要由伸缩固定内套7和伸缩活动外套5组成，通过伸缩固定内套7和伸缩活动外套5的相互运动改变伸缩舱体4内部空间体积，在伸缩活动外套5内壁最底端固定有一圈密封胶圈6紧紧密封住伸缩固定内套7和伸缩活动外套5之间的缝隙让伸缩活动外套5上下密封移动，同样伸缩固定内套7外圈最上端也固定有一圈密封胶圈6紧紧密封住伸缩固定内套7和伸缩活动外套5之间的缝隙让伸缩活动外套5上下密封移动，这种双层密封胶圈6结构即让伸缩活动外套5上下密封移动，又能保证伸缩固定内套7和伸缩活动外套5之间的缝隙在活动时密封不漏气；实验舱体32的下层是具有一定标准体积的固定舱体12，固定舱体12侧壁下部中间位置开有一个密封舱门10；固定舱体12的上部装有外套舱22，外套舱22是由刚性耐腐蚀材料材料制作的不需要密封的圆柱形或者不仅仅局限于圆柱形的中空结构舱体，在其内部顶部中心位置有一个开口穿过活动螺杆24，活动螺杆24是一个由金属材料制作成的外表面光滑的直杆，被垂直固定于刚性顶板23的中心位置，外套舱22内部的顶部固定步进电机1，活动螺杆24的一侧有均匀排布的齿条和步进电机1上安装的驱动小齿轮25紧密啮合，在步进电机1带动下上下运动，进而带动刚性顶板23和整个伸缩活动外套5上下运动，让实验舱体32扩张或压缩改变实验舱体32体积和内部压力；外套舱22内部的顶部沿边缘向下均匀分布固定着稳定长轴2，稳定长轴2是由金属材料制作的外壁光滑的长杆，均匀分布的固定在外套舱22内部的顶部边缘位置，向下穿过并固定在刚性顶板23上，位于制动紧固套3的中间，由于制动紧固套3是由金属材料制作的具有内壁光滑的圆孔，正好和稳定长轴2紧密配合，能够约束住刚性顶板23不会前后左右晃动，同时也就保证了在电控紧固套30的约束下，当达到需要的实验舱体32内压力值时刚性顶板23稳定不动，也就保证了稳定改变或维持实验舱体32的扩张或压缩以达到改变实验舱体32体积和内部压力的目的；在外套舱22外部的顶部固定有电控紧固套30，电控紧固套30是分别固定在刚性顶板23和外套舱22顶部的电动控制制动部件，由电磁线圈26、复位弹簧29和制动紧固套3组成，电磁线圈26在通电情况下产生的电磁驱动力使得制动紧固套3压紧复位弹簧29向内收缩抱紧被制动的稳定长轴2和活动螺杆24，进而将伸缩活动外套5位置锁定不动，保证实验舱体32扩张体积稳定不变，如果需要改变实验舱体32体积，通过切断电磁线圈26的电源让复位弹簧29将制动紧固套3放松就改变伸缩活动外套5位置；外套舱22的底边和固定舱体12紧密连接固定；实验舱体32内的底部是一个能够放置实验用受试物固定笼20的平面，受试物固定笼20是由坚固耐腐蚀表面光滑材料制作成的，有许多透气孔隙的具有一定体积的容器，其体积大小可以容纳适当数量的实验受试物31，在受试物固定笼20上面装有带有固定门锁的小活动门用来放入或取出实验受试物31，实验受试物31可以是实验动物、相关的仪器仪表以及材料等物品，在受试物固定笼20的底部均匀排布有若干个固定螺栓将整个受试物固定笼20牢固的固定在实验舱体32底部的上表面上，保证整个实验舱体32作上下运动模拟出在恶劣道路上颠簸的运行状态时受试物固定笼20和其内部的实验受试物31不会脱落或乱动；实验舱体32的底部和固定台板17之间装有震摇装置14能够使整个实验舱体32上下运动从而模拟出在恶劣道路上颠簸的运行状态，震摇装置14是一个安装在实验舱体32底部的机械装置，有若干个由偏心电机16带动的偏心轮15驱动整个实验舱体32作上下运动，安装在实验舱体32底部下表面和偏心轮15相对应位置上的小滑轮组13能够在偏心轮15和整个实验舱体32之间起到减少磨损的作用，连接在实验舱体32底部和固定台板17之间的恢复弹簧18能够约束实验舱体32稳定运动不会过分倾斜或脱落，在整个实验舱体32和固定台板17周围还密封安装有一圈柔性封边11起到防尘和安全隔离作用，由于每一个偏心轮15的偏心位置都不相同造成整个实验舱体32作上下运动时的高低位置不同步，就使整个实验舱体32的上下运动是一种不平衡的颠簸状态；在固定舱体12内壁上装有舱内压力传感器27和温湿度传感器28，固定舱体12内部的中间位置装有加热制冷元件8和加湿器9，计算机控制器21根据实验要求检测和控制实验舱体32内的温度和湿度，并驱动步进电机1提升伸缩舱体4使实验舱体32体积密封扩大，原有的实验舱体32内部的正常大气压：101.325Kpa和正常氧气含量21%将随实验舱体32体积增大呈比例降低到实验要求的数值，造成人为模拟高原自然环境中比较恶劣的气压和环境下运输和行进状态，完成带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验。

实施例：

使用一种带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置模拟高原自然环境中比较恶劣的气压和环境下在恶劣道路上颠簸的运行和行进状态进行相关科学研究和实验时，首先准备好实验受试物31如实验动物、相关的仪器仪表以及材料等物品等，提前计划好所要求的高原海拔和低气压的目标值例如拉萨市区海拔3700米左右，大气压力在65KPa左右，将带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置准备好，打开安装在实验舱体32的下层的固定舱体12的侧壁上的密封舱门10，再打开固定在实验舱体32底部平面上的受试物固定笼20上面带有固定门锁的小活动门，然后将准备好的实验受试物31如实验动物、相关的仪器仪表以及材料等物品等装入到实验用受试物固定笼20里，关闭受试物固定笼20的小活动门并锁好固定门锁，再关闭固定舱体12的侧壁上的密封舱门10，检查刚性顶板23的位置是否在最低的位置既伸缩舱体4体积最小的位置，如果不是最小位置则切断电磁线圈26的电源让复位弹簧29将制动紧固套3放松就改变伸缩活动外套5位置，使伸缩舱体4体积最小，然后电磁线圈26在通电情况下产生的电磁驱动力使得制动紧固套3压紧复位弹簧29向内收缩抱紧被制动的稳定长轴2和活动螺杆24，进而将伸缩活动外套5位置锁定不动，保证刚性顶板23稳定不动且伸缩舱体4体积最小；此时的实验舱体32内部的体积为标准精确体积，实验舱体32内部的气压也是标准大气压值，例如在海平面高度大气压应该为正常大气压：101.325Kpa和正常氧气含量21%，此时接通计算机控制器21的电源，计算机控制器21先根据实验要求通过温湿度传感器28检测和控制实验舱体32内的温度和湿度，如果温度和湿度不符合实验要求，计算机控制器21会控制开启加热制冷原件8和加湿器9，使实验舱体32内的温度和湿度符合实验要求，再通过压力传感器27检测和控制实验舱体32内的压力，使压力符合实验要求；然后切断固定在刚性顶板23和外套舱22顶部的电控紧固套30中电磁线圈26的电源，让复位弹簧29将制动紧固套3放松，计算机控制器21驱动步进电机1提升伸缩舱体4的伸缩活动外套5，活动螺杆24的一侧有均匀排布的齿条和步进电机1上安装的驱动小齿轮25紧密啮合，在步进电机1带动下驱动小齿轮25转动带动活动螺杆24向上运动，进而带动刚性顶板23和整个伸缩活动外套5向上运动，由于在伸缩活动外套5内壁最底端固定有一圈密封胶圈6和伸缩固定内套7外圈最上端也固定有一圈密封胶圈6紧紧密封住伸缩固定内套7和伸缩活动外套5之间的缝隙，让伸缩活动外套5上下密封移动不漏气，可以让实验舱体32扩张改变实验舱体32体积和内部压力，当达到实验要求的压力时，步进电机1停止提升伸缩舱体4的伸缩活动外套5，再接通电磁线圈26的电源，电磁线圈26在通电情况下产生的电磁驱动力使得制动紧固套3压紧复位弹簧29向内收缩抱紧被制动的稳定长轴2和活动螺杆24，进而将伸缩活动外套5位置锁定不动，外套舱22内部的顶部沿边缘向下均匀分布固定的并位于制动紧固套3的中间的稳定长轴2向下穿过并固定在刚性顶板23上，由于制动紧固套3是由金属材料制作的具有内壁光滑的圆孔，正好和稳定长轴2紧密配合，能够约束住刚性顶板23不会前后左右晃动，同时也就保证了在电控紧固套30的约束下，当达到实验需要的实验舱体32内体积和压力值时刚性顶板23稳定不动，也就保证了稳定改变或维持实验舱体32的扩张以达到改变实验舱体32体积和内部压力的目的，原有的实验舱体32内部的正常大气压：101.325Kpa和正常氧气含量21%将随实验舱体32体积增大呈比例降低到实验要求的数值，造成人为模拟高原自然环境状态；接通震摇装置14中的偏心电机16的电源，由偏心电机16带动偏心轮15驱动整个实验舱体32作上下运动，安装在实验舱体32底部下表面和偏心轮15相对应位置上的小滑轮组13能够在偏心轮15和整个实验舱体32之间起到减少磨损的作用，连接在实验舱体32底部和固定台板17之间的恢复弹簧18能够约束实验舱体32稳定运动不会过分倾斜或脱落，整个实验舱体32和固定台板17周围密封安装的柔性封边11起到防尘和安全隔离作用，由于每一个偏心轮15的偏心位置都不相同造成整个实验舱体32作上下运动时的高低位置不同步，就使整个实验舱体32的上下运动是一种不平衡的颠簸状态，模拟出在恶劣道路上颠簸的运行状态，这样就采用了人为模拟高原自然环境中比较恶劣的气压和环境下在恶劣道路上颠簸的运行和行进状态的方法，完成带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验。实验完成，切断震摇装置14中的偏心电机16的电源，震摇装置14停止震摇颠簸运动，再切断固定在刚性顶板23和外套舱22顶部的电控紧固套30中电磁线圈26的电源，让复位弹簧29将制动紧固套3放松，计算机控制器21驱动步进电机1驱动小齿轮25反向转动带动活动螺杆24向下进而带动伸缩舱体4的伸缩活动外套5向下运动，使伸缩舱体4体积最小且刚性顶板23处于最低的位置，此时的实验舱体32内部的体积恢复为标准精确体积，实验舱体32内部的气压也恢复到标准大气压值，例如在海平面高度大气压应该为正常大气压：101.325Kpa和正常氧气含量21%；切断计算机控制器21的电源，打开固定舱体12的侧壁上的密封舱门10，打开受试物固定笼20的固定门锁和小活动门，取出受试物固定笼20内的实验受试物31如实验动物、相关的仪器仪表以及材料等物品，进行进一步的科学分析和研究。

Claims (9)

1.一种带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置，其特征是：该装置是由能够上下活动的伸缩舱体（4）和体积不变的固定舱体（12）两部分组成的可改变内部体积的密封实验舱体（32），固定舱体（12）的上部装有外套舱（22），实验舱体（32）内的底部是一个能够放置实验用受试物固定笼（20）的平面，实验舱体（32）的底部和固定台板（17）之间装有震摇装置（14）能够使整个实验舱体（32）上下运动从而模拟出在恶劣道路上颠簸的运行状态，在固定舱体（12）内壁上装有舱内压力传感器（27）和温湿度传感器（28），固定舱体（12）内部的中间位置装有加热制冷元件（8）和加湿器（9），计算机控制器（21）根据实验要求检测和控制实验舱体（32）内的温度和湿度，并驱动步进电机（1）提升伸缩舱体（4）使实验舱体（32）体积密封扩大，这样原有的实验舱体（32）内部的正常大气压：101.325Kpa和正常氧气含量21%将随实验舱体（32）体积增大呈比例降低到实验要求的数值，造成人为模拟高原自然环境中比较恶劣的气压和环境下运输和行进状态，完成带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验。

2.根据权利要求1所述的一种带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置，其特征是：所述实验舱体（32）是由刚性耐腐蚀材料制作成的，内壁光滑完全密封不透气的圆柱形或者其他形状的空心腔体舱，这个空心腔体设计成伸缩舱体（4）和固定舱体（12）上下两层结构，两层结构中间用双层密封胶圈（6）隔离，实验舱体（32）的上层是伸缩舱体（4），实验舱体（32）的下层是具有一定标准体积的固定舱体（12），固定舱体（12）侧壁下部中间位置开有一个密封舱门（10）。

3.根据权利要求1所述的一种带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置，其特征是：所述外套舱（22）是安装在固定舱体（12）上部的由刚性耐腐蚀材料制作的不需要密封的圆柱形或者其他形状的中空结构舱体，在其内部顶部中心位置有一个开口穿过活动螺杆（24），外套舱（22）内部的顶部固定步进电机（1），外套舱（22）内部的顶部沿边缘向下均匀分布固定着稳定长轴（2），在外套舱（22）外部的顶部固定有电控紧固套（30），外套舱（22）的底边和固定舱体（12）紧密连接固定。

4.根据权利要求1所述的一种带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置，其特征是：所述伸缩舱体（4）是由刚性耐腐蚀材料制作成的内壁光滑密封不透气的的圆柱形或者其他形状的中空结构舱体，主要由伸缩固定内套（7）和伸缩活动外套（5）组成，通过伸缩固定内套（7）和伸缩活动外套（5）的相互运动改变伸缩舱体（4）内部空间体积，在伸缩活动外套（5）内壁最底端固定有一圈密封胶圈（6）紧紧密封住伸缩固定内套（7）和伸缩活动外套（5）之间的缝隙让伸缩活动外套（5）上下密封移动，同样伸缩固定内套（7）外圈最上端也固定有一圈密封胶圈（6）紧紧密封住伸缩固定内套（7）和伸缩活动外套（5）之间的缝隙让伸缩活动外套（5）上下密封移动，这种双层密封胶圈（6）结构即让伸缩活动外套（5）上下密封移动，又能保证伸缩固定内套（7）和伸缩活动外套（5）之间的缝隙在活动时密封不漏气。

5.根据权利要求3所述的一种带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置，其特征是：所述电控紧固套（30）是分别固定在刚性顶板（23）和外套舱（22）顶部的电动控制制动部件，由电磁线圈（26）、复位弹簧（29）和制动紧固套（3）组成，电磁线圈（26）在通电情况下产生的电磁驱动力使得制动紧固套（3）压紧复位弹簧（29）向内收缩抱紧被制动的稳定长轴（2）和活动螺杆（24），进而将伸缩活动外套（5）位置锁定不动，保证实验舱体（32）扩张体积稳定不变，如果需要改变实验舱体（32）体积，通过切断电磁线圈（26）的电源让复位弹簧（29）将制动紧固套（3）放松就改变伸缩活动外套（5）位置达到要求。

6.根据权利要求3所述的一种带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置，其特征是：所述活动螺杆（24）是一个由金属材料制作成的外表面光滑的直杆，被垂直固定于刚性顶板（23）的中心位置，活动螺杆（24）的一侧有均匀排布的齿条和步进电机（1）上安装的驱动小齿轮（25）紧密啮合，在步进电机（1）带动下上下运动，进而带动刚性顶板（23）和整个伸缩活动外套（5）上下运动，让实验舱体（32）扩张或压缩以达到改变实验舱体（32）体积和内部压力的目的。

7.根据权利要求3所述的一种带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置，其特征是：所述稳定长轴（2）是由金属材料制作的外壁光滑的长杆，均匀分布的固定在外套舱（22）内部的顶部边缘位置，向下穿过并固定在刚性顶板（23）上，位于制动紧固套（3）的中间，由于制动紧固套（3）是由金属材料制作的具有内壁光滑的圆孔，正好和稳定长轴（2）紧密配合，能够约束住刚性顶板（23）不会前后左右晃动，同时也就保证了在电控紧固套（30）的约束下，当达到需要的实验舱体（32）内压力值时刚性顶板（23）稳定不动，也就保证了稳定改变或维持实验舱体（32）的扩张或压缩以达到改变实验舱体（32）体积和内部压力的目的。

8.根据权利要求1所述的一种带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置，其特征是：所述震摇装置（14）是一个安装在实验舱体（32）底部的机械装置，有若干个由偏心电机（16）带动的偏心轮（15）驱动整个实验舱体（32）作上下运动，安装在实验舱体（32）底部下表面和偏心轮（15）相对应位置上的小滑轮组（13）能够在偏心轮（15）和整个实验舱体（32）之间起到减少磨损的作用，连接在实验舱体（32）底部和固定台板（17）之间的恢复弹簧（18）能够约束实验舱体（32）稳定运动不会过分倾斜或脱落，在整个实验舱体（32）和固定台板（17）周围还密封安装有一圈柔性封边（11）起到防尘和安全隔离作用，由于每一个偏心轮（15）的偏心位置都不相同造成整个实验舱体（32）作上下运动时的高低位置不同步，就使整个实验舱体（32）的上下运动是一种不平衡的颠簸状态，从而模拟出在恶劣道路上颠簸的运行状态。

9.根据权利要求1所述的一种带震摇模拟低气压低氧恶劣环境实验装置，其特征是：所述受试物固定笼（20）是由坚固耐腐蚀表面光滑材料制作成的，有许多透气孔隙的具有一定体积的容器，其体积大小可以容纳适当数量的实验受试物（31），在受试物固定笼（20）上面装有带有固定门锁的小活动门用来放入或取出实验受试物（31），实验受试物（31）是实验动物、相关的仪器仪表以及材料物品，在受试物固定笼（20）的底部均匀排布有若干个固定螺栓将整个受试物固定笼（20）牢固的固定在实验舱体（32）底部的上表面上，保证整个实验舱体（32）作上下运动模拟出在恶劣道路上颠簸的运行状态时受试物固定笼（20）和其内部的实验受试物（31）不会脱落或乱动。