CN110095147A - 一种多参数耦合的环境试验系统及其工作方法 - Google Patents

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杨哲
陈华鑫
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Abstract

本发明公开了一种多参数耦合的环境试验系统及其工作方法，压力传感器经真空压力变送器与中央处理器相连接，环境温湿度模块、紫外线强度测试装置及二氧化碳浓度检测装置经数据采集单元及A/D转换单元与中央处理器相连接，工作站与中央处理器相连接，中央处理器通过驱动单元与强制开门装置、报警装置、真空泵、破空机、制冷机、加热装置、蒸汽发生装置、冷井装置、换气装置、二氧化碳进气装置及紫外线灯相连接，该系统及其工作方法能够实现对高海拔地区环境的模拟。

Description

一种多参数耦合的环境试验系统及其工作方法
技术领域
本发明属于高原特殊环境模拟技术领域，涉及一种多参数耦合的环境试验系统及其工作方法。
背景技术
西部待开发地区多属于高海拔地区，气候环境与平原地区差异大，主要体现为低气压、大温差、湿度低、强紫外线和低二氧化碳浓度等现象。应用于基建材料的结构、强度和耐久性等性能会受到特殊环境的影响，为了保证基础建设在这种复杂的环境中安全可靠的服役，需要对基础建设结构及材料进行可靠性试验，在实地的条件下进行试验不仅成本高、周期长，而且有安全隐患，试验结果很难分析。所以，有必要在一般环境上模拟出高原高海拔环境下的多参数复合环境，进行低成本、环境因素可控的模拟试验。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种多参数耦合的环境试验系统及其工作方法，该系统及其工作方法能够实现对高海拔地区环境的模拟。
为达到上述目的，本发明所述的多参数耦合的环境试验系统包括试验腔、报警装置、A/D转换单元、数据采集单元、中央处理器、驱动单元、工作站、真空压力变送器、用于检测试验腔内气压信息的压力传感器、用于检测试验腔内温湿度信息的环境温湿度模块、用于检测试验腔内紫外线强度的紫外线强度测试装置、用于检测试验腔内二氧化碳浓度的二氧化碳浓度检测装置、用于强制打开试验腔的门的强制开门装置、用于对试验腔进行抽真空的真空泵、用于向试验腔内充入空气的破空机、用于对试验腔内空气进行制冷的制冷机、用于对试验腔内空气进行加热的加热装置、用于增加试验腔内湿度的蒸汽发生装置、用于降低试验腔内湿度的冷井装置、用于使得试验腔与外界环境进行气体交换的换气装置、用于向试验腔内充入二氧化碳的二氧化碳进气装置以及设置于试验腔内的紫外线灯；
压力传感器经真空压力变送器与中央处理器相连接，环境温湿度模块、紫外线强度测试装置及二氧化碳浓度检测装置经数据采集单元及 A/D转换单元与中央处理器相连接，工作站与中央处理器相连接，中央处理器通过驱动单元与强制开门装置、报警装置、真空泵、破空机、制冷机、加热装置、蒸汽发生装置、冷井装置、换气装置、二氧化碳进气装置及紫外线灯相连接。
工作站还连接有键盘输入电路及LED显示电路。
还包括远程终端及无线通讯单元，其中，远程终端通过无线通讯单元与中央处理器相连接。
本发明所述多参数耦合的环境试验系统的工作方法包括以下步骤：
压力传感器实时采集试验腔内的气压信息，并将所述试验腔内的气压信息通过真空压力变送器转换为电信号后发送至中央处理器中，中央处理器将所述电信号发送至工作站中，工作站对试验腔内的气压信息进行储存，并当试验腔内的气压大于等于预设最高压力值时，则产生第一驱动信号，并将所述第一驱动信号发送至中央处理器中，中央处理器根据所述第一驱动信号通过驱动单元驱动真空泵工作；当试验腔内的气压小于等于预设最低压力值时，则产生第二驱动信号，并将所述第二驱动信号发送至中央处理器中，中央处理器根据所述第二驱动信号通过驱动单元驱动破空机工作；当试验腔内的气压小于30kPa并持续2s时，则产生第三驱动信号，并将所述第三驱动信号发送至中央处理器中，中央处理器根据所述第三驱动信号通过驱动单元驱动强制开门装置与报警装置工作，使得报警装置进行报警，同时通过强制开门装置打开试验腔的门，从而使得试验腔内的气压在预设的压力值范围内；
数据采集单元通过环境温湿度检测模块实时采集试验腔内的温度信息及湿度信息，并将试验舱内的温度信息及湿度信息发送至中央处理器中，中央处理器将所述试验腔内的温度信息及湿度信息发送至工作站中，工作站对试验腔内的温度信息及湿度信息进行储存，并当试验腔内的温度大于预设最高温度值时，则产生第四驱动信号，并将所述第四驱动信号发送至中央处理器中，中央处理器根据所述第四驱动信号通过驱动单元驱动制冷机工作；当试验腔内的温度小于预设最低温度值时，则产生第五驱动信号，并将所述第五驱动信号发送至中央处理器中，中央处理器根据所述第五驱动信号通过驱动单元驱动加热装置工作，从而使得试验腔内的温度处于预设温度值范围内；当试验腔内的湿度大于预设最高湿度值时，则产生第六驱动信号，并将所述第六驱动信号发送至中央处理器中，中央处理器根据所述第六驱动信号通过驱动单元驱动冷井装置工作；当试验腔内的湿度小于预设最低湿度值时，则产生第七驱动信号，并将所述第七驱动信号发送至中央处理器中，中央处理器根据所述第七驱动信号通过驱动单元驱动蒸汽发生装置工作，从而使得试验腔内的湿度处于预设湿度值范围内；
数据采集单元通过二氧化碳浓度检测装置实时采集试验腔内的CO2气体浓度信息，并将试验腔内的CO2气体浓度信息发送至中央处理器中，中央处理器将所述试验腔内的CO2气体浓度信息发送至工作站中，工作站对试验腔内的CO2气体浓度信息进行储存，并当试验腔内的CO2气体浓度大于预设最高气体浓度时，则产生第八驱动信号，并将所述第八驱动信号发送至中央处理器中，中央处理器根据所述第八驱动信号通过驱动单元驱动换气装置工作；当试验腔内的CO2气体浓度小于预设最低气体浓度时，则产生第九驱动信号，并将所述第九驱动信号发送至中央处理器中，中央处理器根据所述第九驱动信号通过驱动单元驱动二氧化碳进气装置工作，从而使得试验腔内的二氧化碳浓度处于预设的气体浓度范围内；
数据采集单元通过紫外线强度测试装置实时采集试验腔内的紫外线强度信息，并将试验腔内的紫外线强度信息发送至中央处理器中，中央处理器将所述试验腔内的紫外线强度信息发送至工作站中，工作站对试验腔内的紫外线强度信息进行储存，并当试验腔内的紫外线强度大于预设最高紫外线强度时，则产生第十驱动信号，并将所述第十驱动信号发送至中央处理器中，中央处理器根据所述第十驱动信号通过驱动单元控制紫外线灯的控制器，以减弱紫外线灯的功率；当试验腔内的紫外线强度小于预设最低紫外线强度时，则产生第十一驱动信号，并将所述第十一驱动信号发送至中央处理器中，中央处理器根据所述第十一驱动信号通过驱动单元控制紫外线灯的控制器，以增大紫外线灯的功率，从而使得试验腔内的紫外线强度处于预设的紫外线强度范围内。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的多参数耦合的环境试验系统及其工作方法在具体操作时，利用压力传感器、真空压力变送器、中央处理器、工作站、驱动单元、真空泵、破空机及强制开门装置相配合，以实现试验腔内气压的调整，通过环境温湿度模块、数据采集单元、A/D转换单元、中央处理器、工作站、驱动单元、制冷机、加热装置、蒸汽发生装置及冷井装置相配合，以实现试验腔内温度及湿度的调节，通过二氧化碳浓度检测装置、数据采集单元、A/D转换单元、中央处理器、工作站、驱动单元、换气装置及二氧化碳进气装置相配合，以实现试验腔内二氧化碳浓度的调节，通过紫外线强度测试装置、数据采集单元、A/D转换单元、中央处理器、工作站、驱动单元及紫外线灯相配合，以实现试验腔内紫外线强度的调节，进而能够在试验腔内模拟高海拔环境，操作简单、方便，自动化程度较高，安装维护方便，成本低，可靠性较高，能更深入地开展高原高海拔多参数复合环境的研究，为特殊环境下混凝土材料性质研究提供参考。
附图说明
图1为本发明的原理图。
其中，1为压力传感器、2为真空压力变送器、3为键盘输入电路、 4为LED显示电路、5为工作站、6为中央处理器、7为A/D转换单元、8为数据采集单元、9为环境温湿度模块、10为紫外线强度测试装置、 11为二氧化碳浓度检测装置、12为远程终端、13为无线通讯单元、14为驱动单元、15为强制开门装置、16为报警装置、17为真空泵、18为破空机、19为制冷机、20为加热装置、21为蒸汽发生装置、22为冷井装置、23为换气装置、24为二氧化碳进气装置、25为紫外线灯。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的多参数耦合的环境试验系统包括试验腔、报警装置16、A/D转换单元7、数据采集单元8、中央处理器6、驱动单元14、工作站5、真空压力变送器2、用于检测试验腔内气压信息的压力传感器1、用于检测试验腔内温湿度信息的环境温湿度模块9、用于检测试验腔内紫外线强度的紫外线强度测试装置10、用于检测试验腔内二氧化碳浓度的二氧化碳浓度检测装置11、用于强制打开试验腔的门的强制开门装置15、用于对试验腔进行抽真空的真空泵17、用于向试验腔内充入空气的破空机18、用于对试验腔内空气进行制冷的制冷机19、用于对试验腔内空气进行加热的加热装置20、用于增加试验腔内湿度的蒸汽发生装置21、用于降低试验腔内湿度的冷井装置22、用于使得试验腔与外界环境进行气体交换的换气装置23、用于向试验腔内充入二氧化碳的二氧化碳进气装置24以及设置于试验腔内的紫外线灯25；压力传感器1 经真空压力变送器2与中央处理器6相连接，环境温湿度模块9、紫外线强度测试装置10及二氧化碳浓度检测装置11经数据采集单元8及 A/D转换单元7与中央处理器6相连接，工作站5与中央处理器6相连接，中央处理器6通过驱动单元14与强制开门装置15、报警装置16、真空泵17、破空机18、制冷机19、加热装置20、蒸汽发生装置21、冷井装置22、换气装置23、二氧化碳进气装置24及紫外线灯25相连接。
工作站5还连接有键盘输入电路3及LED显示电路4；本发明还包括远程终端12及无线通讯单元13，其中，远程终端12通过无线通讯单元13与中央处理器6相连接。
本发明所述多参数耦合的环境试验系统的工作方法包括以下步骤：
压力传感器1实时采集试验腔内的气压信息，并将所述试验腔内的气压信息通过真空压力变送器2转换为电信号后发送至中央处理器6中，中央处理器6将所述电信号发送至工作站5中，工作站5对试验腔内的气压信息进行储存，并当试验腔内的气压大于等于预设最高压力值时，则产生第一驱动信号，并将所述第一驱动信号发送至中央处理器6中，中央处理器6根据所述第一驱动信号通过驱动单元14驱动真空泵17工作；当试验腔内的气压小于等于预设最低压力值时，则产生第二驱动信号，并将所述第二驱动信号发送至中央处理器6中，中央处理器6根据所述第二驱动信号通过驱动单元14驱动破空机18工作；当试验腔内的气压小于30kPa并持续2s时，则产生第三驱动信号，并将所述第三驱动信号发送至中央处理器6中，中央处理器6根据所述第三驱动信号通过驱动单元14驱动强制开门装置15与报警装置16工作，使得报警装置 16进行报警，同时通过强制开门装置15打开试验腔的门，从而使得试验腔内的气压在预设的压力值范围内；
数据采集单元8通过环境温湿度检测模块9实时采集试验腔内的温度信息及湿度信息，并将试验舱内的温度信息及湿度信息发送至中央处理器6中，中央处理器6将所述试验腔内的温度信息及湿度信息发送至工作站5中，工作站5对试验腔内的温度信息及湿度信息进行储存，并当试验腔内的温度大于预设最高温度值时，则产生第四驱动信号，并将所述第四驱动信号发送至中央处理器6中，中央处理器6根据所述第四驱动信号通过驱动单元14驱动制冷机19工作；当试验腔内的温度小于预设最低温度值时，则产生第五驱动信号，并将所述第五驱动信号发送至中央处理器6中，中央处理器6根据所述第五驱动信号通过驱动单元 14驱动加热装置20工作，从而使得试验腔内的温度处于预设温度值范围内；当试验腔内的湿度大于预设最高湿度值时，则产生第六驱动信号，并将所述第六驱动信号发送至中央处理器6中，中央处理器6根据所述第六驱动信号通过驱动单元14驱动冷井装置22工作；当试验腔内的湿度小于预设最低湿度值时，则产生第七驱动信号，并将所述第七驱动信号发送至中央处理器6中，中央处理器6根据所述第七驱动信号通过驱动单元14驱动蒸汽发生装置21工作，从而使得试验腔内的湿度处于预设湿度值范围内；
数据采集单元8通过二氧化碳浓度检测装置11实时采集试验腔内的 CO2气体浓度信息，并将试验腔内的CO2气体浓度信息发送至中央处理器6中，中央处理器6将所述试验腔内的CO2气体浓度信息发送至工作站5中，工作站5对试验腔内的CO2气体浓度信息进行储存，并当试验腔内的CO2气体浓度大于预设最高气体浓度时，则产生第八驱动信号，并将所述第八驱动信号发送至中央处理器6中，中央处理器6根据所述第八驱动信号通过驱动单元14驱动换气装置23工作；当试验腔内的CO2气体浓度小于预设最低气体浓度时，则产生第九驱动信号，并将所述第九驱动信号发送至中央处理器6中，中央处理器6根据所述第九驱动信号通过驱动单元14驱动二氧化碳进气装置24工作，从而使得试验腔内的二氧化碳浓度处于预设的气体浓度范围内；
数据采集单元8通过紫外线强度测试装置10实时采集试验腔内的紫外线强度信息，并将试验腔内的紫外线强度信息发送至中央处理器6中，中央处理器6将所述试验腔内的紫外线强度信息发送至工作站5中，工作站5对试验腔内的紫外线强度信息进行储存，并当试验腔内的紫外线强度大于预设最高紫外线强度时，则产生第十驱动信号，并将所述第十驱动信号发送至中央处理器6中，中央处理器6根据所述第十驱动信号通过驱动单元14控制紫外线灯的控制器，以减弱紫外线灯25的功率；当试验腔内的紫外线强度小于预设最低紫外线强度时，则产生第十一驱动信号，并将所述第十一驱动信号发送至中央处理器6中，中央处理器 6根据所述第十一驱动信号通过驱动单元14控制紫外线灯的控制器，以增大紫外线灯25的功率，从而使得试验腔内的紫外线强度处于预设的紫外线强度范围内。
工作站5连接有键盘输入电路3及LED显示电路4，中央处理器6 通过无线通讯单元13与远程终端12相连接，真空压力变送器2的精度需达到美国军用级US181等级。
进一步的，所述第四驱动信号、第五驱动信号、第六驱动信号及第七驱动信号均采用递进调节的方式；冷井装置22能够提供一个非常低温的表面，在冷却的表面上以凝结方式捕集水蒸气，以降低环境湿度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种多参数耦合的环境试验系统，其特征在于，包括试验腔、报警装置(16)、A/D转换单元(7)、数据采集单元(8)、中央处理器(6)、驱动单元(14)、工作站(5)、真空压力变送器(2)、用于检测试验腔内气压信息的压力传感器(1)、用于检测试验腔内温湿度信息的环境温湿度模块(9)、用于检测试验腔内紫外线强度的紫外线强度测试装置(10)、用于检测试验腔内二氧化碳浓度的二氧化碳浓度检测装置(11)、用于强制打开试验腔的门的强制开门装置(15)、用于对试验腔进行抽真空的真空泵(17)、用于向试验腔内充入空气的破空机(18)、用于对试验腔内空气进行制冷的制冷机(19)、用于对试验腔内空气进行加热的加热装置(20)、用于增加试验腔内湿度的蒸汽发生装置(21)、用于降低试验腔内湿度的冷井装置(22)、用于使得试验腔与外界环境进行气体交换的换气装置(23)、用于向试验腔内充入二氧化碳的二氧化碳进气装置(24)以及设置于试验腔内的紫外线灯(25)；
压力传感器(1)经真空压力变送器(2)与中央处理器(6)相连接，环境温湿度模块(9)、紫外线强度测试装置(10)及二氧化碳浓度检测装置(11)经数据采集单元(8)及A/D转换单元(7)与中央处理器(6)相连接，工作站(5)与中央处理器(6)相连接，中央处理器(6)通过驱动单元(14)与强制开门装置(15)、报警装置(16)、真空泵(17)、破空机(18)、制冷机(19)、加热装置(20)、蒸汽发生装置(21)、冷井装置(22)、换气装置(23)、二氧化碳进气装置(24)及紫外线灯(25)相连接。
2.根据权利要求1所述的多参数耦合的环境试验系统，其特征在于，工作站(5)还连接有键盘输入电路(3)及LED显示电路(4)。
3.根据权利要求1所述的多参数耦合的环境试验系统，其特征在于，还包括远程终端(12)及无线通讯单元(13)，其中，远程终端(12)通过无线通讯单元(13)与中央处理器(6)相连接。
4.一种权利要求1所述多参数耦合的环境试验系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
压力传感器(1)实时采集试验腔内的气压信息，并将所述试验腔内的气压信息通过真空压力变送器(2)转换为电信号后发送至中央处理器(6)中，中央处理器(6)将所述电信号发送至工作站(5)中，工作站(5)对试验腔内的气压信息进行储存，并当试验腔内的气压大于等于预设最高压力值时，则产生第一驱动信号，并将所述第一驱动信号发送至中央处理器(6)中，中央处理器(6)根据所述第一驱动信号通过驱动单元(14)驱动真空泵(17)工作；当试验腔内的气压小于等于预设最低压力值时，则产生第二驱动信号，并将所述第二驱动信号发送至中央处理器(6)中，中央处理器(6)根据所述第二驱动信号通过驱动单元(14)驱动破空机(18)工作；当试验腔内的气压小于30kPa并持续2s时，则产生第三驱动信号，并将所述第三驱动信号发送至中央处理器(6)中，中央处理器(6)根据所述第三驱动信号通过驱动单元(14)驱动强制开门装置(15)与报警装置(16)工作，使得报警装置(16)进行报警，同时通过强制开门装置(15)打开试验腔的门，从而使得试验腔内的气压在预设的压力值范围内；
数据采集单元(8)通过环境温湿度检测模块(9)实时采集试验腔内的温度信息及湿度信息，并将试验舱内的温度信息及湿度信息发送至中央处理器(6)中，中央处理器(6)将所述试验腔内的温度信息及湿度信息发送至工作站(5)中，工作站(5)对试验腔内的温度信息及湿度信息进行储存，并当试验腔内的温度大于预设最高温度值时，则产生第四驱动信号，并将所述第四驱动信号发送至中央处理器(6)中，中央处理器(6)根据所述第四驱动信号通过驱动单元(14)驱动制冷机(19)工作；当试验腔内的温度小于预设最低温度值时，则产生第五驱动信号，并将所述第五驱动信号发送至中央处理器(6)中，中央处理器(6)根据所述第五驱动信号通过驱动单元(14)驱动加热装置(20)工作，从而使得试验腔内的温度处于预设温度值范围内；当试验腔内的湿度大于预设最高湿度值时，则产生第六驱动信号，并将所述第六驱动信号发送至中央处理器(6)中，中央处理器(6)根据所述第六驱动信号通过驱动单元(14)驱动冷井装置(22)工作；当试验腔内的湿度小于预设最低湿度值时，则产生第七驱动信号，并将所述第七驱动信号发送至中央处理器(6)中，中央处理器(6)根据所述第七驱动信号通过驱动单元(14)驱动蒸汽发生装置(21)工作，从而使得试验腔内的湿度处于预设湿度值范围内；
数据采集单元(8)通过二氧化碳浓度检测装置(11)实时采集试验腔内的CO2气体浓度信息，并将试验腔内的CO2气体浓度信息发送至中央处理器(6)中，中央处理器(6)将所述试验腔内的CO2气体浓度信息发送至工作站(5)中，工作站(5)对试验腔内的CO2气体浓度信息进行储存，并当试验腔内的CO2气体浓度大于预设最高气体浓度时，则产生第八驱动信号，并将所述第八驱动信号发送至中央处理器(6)中，中央处理器(6)根据所述第八驱动信号通过驱动单元(14)驱动换气装置(23)工作；当试验腔内的CO2气体浓度小于预设最低气体浓度时，则产生第九驱动信号，并将所述第九驱动信号发送至中央处理器(6)中，中央处理器(6)根据所述第九驱动信号通过驱动单元(14)驱动二氧化碳进气装置(24)工作，从而使得试验腔内的二氧化碳浓度处于预设的气体浓度范围内；
数据采集单元(8)通过紫外线强度测试装置(10)实时采集试验腔内的紫外线强度信息，并将试验腔内的紫外线强度信息发送至中央处理器(6)中，中央处理器(6)将所述试验腔内的紫外线强度信息发送至工作站(5)中，工作站(5)对试验腔内的紫外线强度信息进行储存，并当试验腔内的紫外线强度大于预设最高紫外线强度时，则产生第十驱动信号，并将所述第十驱动信号发送至中央处理器(6)中，中央处理器(6)根据所述第十驱动信号通过驱动单元(14)控制紫外线灯的控制器，以减弱紫外线灯(25)的功率；当试验腔内的紫外线强度小于预设最低紫外线强度时，则产生第十一驱动信号，并将所述第十一驱动信号发送至中央处理器(6)中，中央处理器(6)根据所述第十一驱动信号通过驱动单元(14)控制紫外线灯的控制器，以增大紫外线灯(25)的功率，从而使得试验腔内的紫外线强度处于预设的紫外线强度范围内。
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