CN112595746A - 一种高压潜水服检测装置及检测方法 - Google Patents

一种高压潜水服检测装置及检测方法 Download PDF

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CN112595746A CN202011420246.6A CN202011420246A CN112595746A CN 112595746 A CN112595746 A CN 112595746A CN 202011420246 A CN202011420246 A CN 202011420246A CN 112595746 A CN112595746 A CN 112595746A
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Abstract

本发明公开了一种高压潜水服检测装置及检测方法，根据高压潜水服检测装置的总体要求以及技术指标进行分析，采用耐压结构和控制方式实现潜水服水下高压环境下的模拟检测；对应高压潜水服检测装置的15个部位单元分别设置加热系统、温控系统、温度监测系统、以及漏水点检测系统来对高压潜水服进行性能测试，通过热舒服测试、恒热流测试和恒皮温测试方式，实现对高压潜水服的舒适度和保温性能的检测，本发明的高压潜水服检测装置解决了高压环境下服装的保暖性能、舒适性能及服装密封性能的检测,能够模拟人体位于高压环境下的新陈代谢情况。高压潜水服检测装置具备在水下和高压环境下能够稳定使用，测量的数据与理论值之间的偏差小的优点。

Description

一种高压潜水服检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及高压潜水服检测技术领域，具体为一种高压潜水服检测方法及检测方法。
背景技术
人类对海洋的探索有着数千年的历史，从最初的造木筏渔猎到后来海上贸易，海货捕捞或者采取珍珠，再到后来进一步对海底世界的探索，可以说走过了漫长的历程。直到后来人类开始尝试开发能够在水下保暖和短时间维持呼吸的设备，最古老的潜水服也就诞生了。
这种功能性服装同样走过了有600年的历史，经历了无数次的探索和发展，最终从笨重臃肿的原始结构，发展出来现在种类繁多，材料各有千秋的功能性潜水服——工程潜水服和轻便美丽又时尚的运动竞赛潜水服。
潜水服是指完全沉入水里、并在压力环境中进行活动的潜水人员所穿的衣服，它是潜水装具的重要组成部分。潜水服除了能够防御水下生物等对潜水员的伤害外，最主要的是保护潜水员在高水压、低水温环境中不受寒冷的影响，即预防体热丧失，维持正常的人体生理学温度，以便进行安全有效的水下作业。
由于水下作业环境复杂，潜水员水下感知能力有限，安全性难以保障，而且个体化感知的差异也性较大、需要信息化设备支持。为了减少安全事故的发生，我们需要一个能够替代真人去测试的一个装置。
现有的高压潜水服检测装置在进行检测的过程中，观察暖体假人的不同部位在恒定气温无风环境中的温度变化情况；在相同且恒定的单位面积加热功率下，最终达到了假人表面设定的温度值；最后根据热阻的计算公式求出假人裸体表面空气热阻值并与理论值相比较，检测得到的数据与理论值存在较大的偏差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压潜水服检测装置和检测方法，高压潜水服检测装置在水下和高压环境下能够稳定使用，测量的数据与理论值之间的偏差小，解决了检测得到的数据与理论值存在较大的偏差的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高压潜水服检测装置，用于对高压潜水服的耐压性能、保温性能以及防水性能等进行检测，包括暖体假人，所述暖体假人包括以下部位单元：头部单元；躯干单元；臀部单元；前臂单元；上臂单元；手部单元；大腿单元；小腿单元；脚部单元，
所述暖体假人的多个部位上分别设置有用于给暖体假人加热的电加热装置；
还包括用于监测暖体假人的实时温度的温度监测系统，所述温度监测系统包括多个温度传感器，所述多个温度传感器分别设置在暖体假人的多个部位上；
用于控制电加热装置加热输入功率的温控系统，所述温控系统分别与温度监测系统和多个电加热装置电性连接，当暖体假人的实时温度偏离设定值时温控系统调整电加热装置的加热输入功率，通过把暖体假人的实时温度控制在人体温度的范围内来使暖体假人模拟人体温度。
优选的，还包括用于检测暖体假人上是否有漏水点的漏水点检测系统，所述漏水点检测系统包括漏水检测绳和配套控制盒，所述配套控制盒内设置有控制单元，所述漏水检测绳与所述控制单元电性连接，漏水检测绳布置在待检测高压潜水服的领口、袖口以及拉链开口处。
优选的，所述配套控制盒内设置有报警器，所述报警器与所述漏水检测绳和控制单元电性连接。
优选的，所述配套控制盒内设置有无线通信模块，所述无线通信模块与所述控制单元电性连接。无线通信模块可以与远程控制中心进行数据通信。
优选的，所述暖体假人包括关节和15个解剖区段构造，15个解剖区段构造为头部、躯干、臀部、右前臂、右上臂、右手部、右小腿、右大腿、右脚部、左前臂、左上臂、左手部、左小腿、大左腿和左脚部，头部属于头部单元；躯干属于躯干单元；臀部属于臀部单元；右前臂和左前臂属于前臂单元；右上臂和左上臂属于上臂单元；右手部和左手部属于手部单元；右大腿和大左腿属于大腿单元；右小腿和左小腿属于小腿单元；右脚部和左脚部属于脚部单元，每个解剖区段构造上均设置有独立的温控系统和温度监测系统，15个独立解剖区段构造相互间通过关节连接在一起。
优选的，还包括中央控制系统，所述中央控制系统包括上位机电脑工作站，所述暖体假人的9个部位单元上分别设置有独立的运动驱动模块，所述运动驱动模块分别与上位机电脑工作站进行信号传递和数据传输；所述温控系统、温度监测系统和漏水点检测系统分别与上位机电脑工作站进行信号传递和数据传输。
优选的，所述暖体假人的9个部位单元分别包括有一个铜制外壳结构，所述外壳结构的外部包覆有一层硅胶材料。
选用医用硅胶作为暖体假人的外表材质；硅胶是性能非常接近于人体皮肤的一种材质，其无异味和污染；根据9个部位单元的结构形式通过制作模具进行灌铸，这样可以使硅胶紧紧的和暖体假人表面铜制外壳相啮合在一起。
为了暖体假人的温度分布的均匀性，通过在皮肤的表层下加上一层将肢体包裹的导热性能较好的材料；加热装置对导热材料进行加热，然后导热材料快速的将热量均匀的传递到肢体各个地方；对比各种材料的导热性能及可塑性，选用铜作为导热材料。
作为本发明的进一步方案，高压潜水服检测装置暖体假人的9个部位单元的内腔，在内腔里面安装一些温度传感器和电加热装置，内腔做成联通式的；在高压空气舱中，联通方式使气流充满内腔，保证内外压力一致。
作为本发明的进一步方案，暖体假人采用耐压结构和铜制外壳，保护内部的电器元件和承受高压环境的外部压力，暖体假人的15个部位单元内部是中空的,通过在暖体假人的15个部位单元内部添加有填充物增加单元的耐压性能，减小内部空间的空气影响，保护电器元件。
其采用的填充物为空心玻璃球和环氧树脂的混合物组成，空心玻璃球具备比重轻、高强度耐压性能、隔热性能好等良好性能。环氧树脂具备粘接性良好、隔热性能优良、高强度耐压性能等良好特性，空心玻璃球和环氧树脂的混合体构建了一个良好的隔热体、增加了暖体假人的耐压性能、保护了暖体假人内部的电器元件，也大大减轻了暖体假人的整体重量；极大的减少了加热系统的测试前预热的加热过程。
铜制外壳作为设备外部导热层使暖体假人具有一定的抗压能力，电加热装置中采用硅胶加热片进行加热，硅胶加热片的温度场分布更均匀，而且耐压性能好。温度监控系统中使用了铂电阻温度传感器，选用PT100铂电阻温度传感器经过特氟龙封装具备10Mpa的耐压能力。
在暖体假人的头部设置线孔，方便供电线和信号线的出线，线孔处采用耐高压防水连接件并且进行封装和密封使连接件内部成实心状态，提高连接件的耐高压性能和防水性能。所用线缆采用耐高压耐撕裂高性能线缆，具备较好的柔性和抗压能力。
在高压潜水服检测装置暖体假人的头部顶端设置有吊环，用于高压潜水服检测装置的吊装。高压潜水服检测装置可以在高压仓内进行姿态模拟，通过头部吊环把高压潜水服检测装置固定在高压仓体内，在通过高压仓各位置安装钢丝绳拉住暖体假人的关节进行固定；高压潜水服检测装置在高压仓内的运动模拟固定通过在高压仓各位置安装钢丝绳进行捆绑吊装，电机运动带动钢丝绳进行模拟运动。
本发明还提供了一种采用上述高压潜水服检测装置的高压潜水服检测方法，其包括以下三种测试方式：
(1)测试方式一：
S1、热舒服测试方式：使待测高压潜水服处于400米水深状态，把待测高压潜水服穿到暖体假人上，利用高压潜水服检测装置把暖体假人加热到人体生理温度，调整高压潜水服检测装置中电加热装置的工作功率，同时采集暖体假人各部位单元的温度变化曲线，利用Fanger的热舒适公式来调节电加热装置的工作功率，以达到高压潜水服的热舒适平衡；通过功率变化和温度变化曲线计算出高压潜水服的热阻；
(2)测试方式二：
S2、恒热流：利用高压潜水服检测装置把暖体假人加热到人体生理温度后，在暖体假人各部位单元处于温度平衡后并保持这个温度平衡，在额定功率下通过测温度监测系统测出暖体假人的温度变化曲线，根据温度变化曲线计算出高压潜水服的保温性能；在保持暖体假人各部位单元内部温度变化平衡一致时，需要对暖体假人的比热容进行准确的标定，通过对比暖体假人和正常人的比热的比例，可以将测出的暖体假人的温度数据换算成人体的温度数据；
在保持暖体假人各部位单元内部温度变化平衡一致时需要用到恒热流--串行算法；
(3)测试方式三：
S3、恒皮温：在利用高压潜水服检测装置把暖体假人加热到人体生理温度、暖体假人各部位单元处于温度平衡后后，通过温度监测系统的监控和温控系统实时改变输入暖体假人各部位单元上电加热装置的工作功率，以保持暖体假人各部位单元的温度不变；根据暖体假人各部位单元上电加热装置的工作功率输入情况可得出高压潜水服的保温性能，通过将处于人体生理温度的暖体假人各部位单元设为一个定值，保持暖体假人各部位单元维持人体生理温度需要的工作功率即暖体假人各部位单元表面散失掉的功率。
其中，(1)在测试方式一中，暖体假人各部位单元上的电加热装置的工作功率和暖体假人的皮温满足等式：Tsk＝36.4-0.054Qs；
热舒适--通用算法的公式如下：
Figure BDA0002821892560000061
式中：
Figure BDA0002821892560000062
表示皮肤平均温度，ta表示环境温度，tsi表示各区段的皮温。αi表示各区段面积与全身面积的比率。Rti表示各区段的热阻值，qi表示各区段的散热量；
(2)在测试方式二中，恒热流--串行算法的公式如下：
Figure BDA0002821892560000063
(3)在测试方式三中，恒皮温模式--并行算法的公式如下：
Figure BDA0002821892560000064
式中：
Figure BDA0002821892560000071
表示皮肤平均温度，ta表示环境温度，tsi表示各区段的皮温，αi表示各区段面积与全身面积的比率，Rti表示各区段的热阻值，qi表示各区段的散热量。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明客服了现有技术应用中对于外部环境压力的技术瓶颈，实现了水下高压环境下服装保温性能、舒适度和服装密封性能的测试，对高压潜水服检测装置暖体假人的各个部位单元进行加热，加热到人体的体温时，然后测试维持此温度所需要的功耗，将高压潜水服检测装置内部环境看作一个密闭整体，根据能量守恒定律可知，密闭环境维持特定温度时需要持续加热所耗的功耗就等于密闭环境扩散的热量，密闭环境扩散的热量决定着潜水服的保温能力，扩散的能量越少，保温性能越好。高压潜水服检测装置在水下和高压环境下能够稳定使用，测量的数据与理论值之间的偏差小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1和图2是本发明高压潜水服检测装置的结构示意图；
图3是本发明高压潜水服检测装置中漏水点检测系统的示意图；
图4是本发明高压潜水服检测装置中暖体假人的局部剖视图示意图；
图5是本发明高压潜水服检测装置中中央控制系统与运动驱动模块、温控系统、温度监测系统和漏水点检测系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于文中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
如图1所示，一种高压潜水服检测装置，包括暖体假人38，所述暖体假人38包括以下9个部位单元：头部单元1；躯干单元4；臀部单元7；前臂单元2；上臂单元3；手部单元5；大腿单元6；小腿单元8；脚部单元9，
所述暖体假人38的多个部位上分别设置有用于给暖体假人38加热的电加热装置10；
如图5所示，还包括用于监测暖体假人38的实时温度的温度监测系统34，所述温度监测系统34包括多个温度传感器11，所述多个温度传感器11分别设置在暖体假人38的多个部位上；
用于控制电加热装置加热输入功率的温控系统12，温控系统12包括有温度控制电路(图中未标识)，所述温控系统12分别与温度监测系统34和多个电加热装置10电性连接，当暖体假人38的实时温度偏离设定值时温控系统34调整电加热装置10的加热输入功率，通过把暖体假人38的实时温度控制在人体温度的范围内来使暖体假人38模拟人体温度。
优选的，如图3所示，还包括用于检测暖体假人38上是否有漏水点的漏水点检测系统35，所述漏水点检测系统35包括漏水检测绳28和配套控制盒29，所述配套控制盒29内设置有控制单元30，所述漏水检测绳28与所述控制单元30电性连接，漏水检测绳28布置在待检测高压潜水服39的领口、袖口以及拉链开口处，检测这些位置是否有漏水现象。
优选的，所述配套控制盒29内设置有报警器31，所述报警器与所述漏水检测绳和控制单元电性连接。
优选的，所述配套控制盒29内设置有无线通信模块40，所述无线通信模块40与所述控制单元30电性连接。无线通信模块40可以与远程控制中心进行数据通信。
优选的，如图2所示，所述暖体假人38包括关节和15个解剖区段构造，15个解剖区段构造为头部13、躯干17、臀部21、右前臂15、右上臂14、右手部16、右小腿23、右大腿22、右脚部26、左前臂19、左上臂18、左手部20、左小腿25、大左腿24和左脚部27，头部13属于头部单元1；躯干17属于躯干单元4；臀部21属于臀部单元7；右前臂15和左前臂19属于前臂单元2；右上臂14和左上臂18属于上臂单元3；右手部16和左手部20属于手部单元5；右大腿22和大左腿24属于大腿单元6；右小腿23和左小腿25属于小腿单元8；右脚部26和左脚部27属于脚部单元9，每个解剖区段构造上均设置有独立的温控系统和温度监测系统，15个独立解剖区段构造相互间通过关节连接在一起。
优选的，还包括中央控制系统36，所述中央控制系统36包括上位机电脑工作站，所述暖体假人38的9个部位单元上分别设置有独立的运动驱动模块37，所述运动驱动模块37分别与上位机电脑工作站进行信号传递和数据传输；所述温控系统12、温度监测系统34和漏水点检测系统35分别与上位机电脑工作站进行信号传递和数据传输。中央控制系统36统筹温控系统12、温度监测系统34和漏水点检测系统35的数据，协调它们之间的联系。漏水检测绳28检测的数据传输给中央控制系统36，中央控制系统36判断高压潜水服是否漏水。中央控制系统36中设置有数据分析模块。
优选的，如图4所示，所述暖体假人38的9个部位单元分别包括有一个铜制外壳32结构，所述外壳32结构的外部包覆有一层硅胶材料33。
选用医用硅胶作为暖体假人38的外表材质；硅胶是性能非常接近于人体皮肤的一种材质，其无异味和污染；根据9个部位单元的结构形式通过制作模具进行灌铸，这样可以使硅胶紧紧的和暖体假人38表面铜制外壳32相啮合在一起。
为了暖体假人38的温度分布的均匀性，通过在皮肤的表层下加上一层将肢体包裹的导热性能较好的材料；加热装置对导热材料进行加热，然后导热材料快速的将热量均匀的传递到肢体各个地方；对比各种材料的导热性能及可塑性，选用铜作为导热材料。
作为本发明的进一步方案，高压潜水服检测装置暖体假人38的9个部位单元的内腔，在内腔里面安装一些温度传感器11和电加热装置10，内腔做成联通式的；在高压空气舱中，联通方式使气流充满内腔，保证内外压力一致。
作为本发明的进一步方案，高压潜水服检测装置内部为中空的对于高压情况下的高压潜水服检测装置的温度均匀性有较大的影响，对此采用在肢体内部添加填充物的方式，暖体假人的9个部位单元内部是中空的,在暖体假人的9个部位单元内部添加有填充物，将暖体假人内部空气排出，从而减低空气的影响；选用3M空心玻璃微珠和环氧树脂的混合物进行填充；3M空心玻璃微球具有较好的承压能力而有比重轻的综合性能；其中选用S60等级的空心玻璃球密度为0.6g/cm3、承压能力为68.9Mpa；导热系数为0.003-0.01BTU/in.hr.℉(0.0051-0.0172W/m·K)，低介电常数(1.2-2.0)。
铜制外壳32作为设备外部导热层使暖体假人具有一定的抗压能力，电加热装置10中采用硅胶加热片进行加热，硅胶加热片的温度场分布更均匀，而且耐压性能好。温度监控系统34中使用了铂电阻温度传感器，选用PT100铂电阻温度传感器经过特氟龙封装具备10Mpa的耐压能力。
在暖体假人38的头部13设置线孔，方便供电线和信号线的出线，线孔处采用耐高压防水连接件并且进行封装和密封使连接件内部成实心状态，提高连接件的耐高压性能和防水性能。所用线缆采用耐高压耐撕裂高性能线缆，具备较好的柔性和抗压能力。
在高压潜水服检测装置暖体假人38的头部13顶端设置有吊环(图中未示)，用于高压潜水服检测装置的吊装。高压潜水服检测装置可以在高压仓内进行姿态模拟，通过头部吊环把高压潜水服检测装置固定在高压仓体内，在通过高压仓各位置安装钢丝绳拉住暖体假人的关节进行固定；高压潜水服检测装置在高压仓内的运动模拟固定通过在高压仓各位置安装钢丝绳进行捆绑吊装，电机运动带动钢丝绳进行模拟运动。
实施例2：
高压潜水服检测装置耐压结构的实施方案包括：一、空腔结构、二、实心结构；
其中对于空腔结构采用如下的方法制作：
S1、采用加工中心加工人体仿形铜制外壳或者开模的方式，并加工安装加热片和温度传感器的方式；
S2、将加热片和温度传感器11安装固定到铜制外壳32上；
S3、对暖体假人38部位单元两端的出线添加铁氟龙外套处理；
S4、将暖体假人38部位单元一头的出线接到一个防水耐压接插件上；
S5、对加热测温模块进行测试；
S6、对铜制外壳32进行焊接；
S7、对暖体假人38部单元位的内腔进行灌填充物并且将特氟龙管插入胶水内部50mm；
S8、对填充口进行密封；
S9、对接插件进行灌胶处理。灌胶时需将铁氟龙管没入胶中。
对于实心结构采用如下的方法制作：加热棒位于一个孔中，测温传感器位于一个孔中，将安装好的出线集中到一个铁氟龙管中，集中接到一个防水耐压接插件上，铁氟龙的两头灌胶耐高压防水处理。
头部处于潜水服领口上部，作为整个潜水服检测装置的出线位置，出线口可以为暖体假人38的口部，头部13结构主要为承压和整体出线而定，故其内部采用填充物进行耐压处理，其中头部的外形尺寸规格为
Figure BDA0002821892560000121
150x200mm，颈部关节高50mm，总重量为3.4kg，2mm厚铜制外壳1.6kg、填充物为1.6kg。
安装制作步骤：
1)采用加工中心加工人体仿形头部外壳，其内部加工安装加热片和温度传感器的方式。
2)安装口部出线接插件并内部放线，测试其工作是否正常。测试正常后对组装好的头部进行焊接。
3)对内腔进行灌填充物。
4)在灌满胶后安装颈部对接接插件。
5)将硅胶附着到头部表面上。
躯干部分，采用的结构为铜制外壳、填充层、表面硅胶层。铜制外壳作为躯干部分的结构骨架，其外表面模拟人体外形加工，并加工出内部元器件的安装位置。填充层作为躯干部分的主要承压结构，采用的是一种耐高压的3M空心玻璃球作为承压结构，环氧导热胶作为粘合剂。硅胶层为硅胶材料作为模拟人体皮肤。将硅胶附着在铜制外壳上作为潜水服检测装置的表皮。其中躯干的外形尺寸规格为500x400x200mm，总重量为30kg，其中铜制外壳8kg、填充物为16kg。内部控制盒重6kg。
安装制作步骤：
1)采用加工中心加工人体仿形躯干铜制外壳，其内部加工安装加热片和温度传感器的方式。
2)安装加热片和温度传感器并对内部走线固定处理。对内部出线套特氟龙管。
3)对温度传感器和加热片进行调试，测试其是否正常工作，测试正常后对铜制外壳进行焊接。
4)对躯干内部进行灌填充物。
5)对填充口密封。
6)安装接插件。
7)对接插件进行灌胶处理。灌胶时需将出线(特氟龙)管没入胶中。(凝固)
8)将硅胶附着到躯干外壳表面上。
臀部部分，同样采用铜制外壳、填充层、表面硅胶层。铜制外壳作为躯干部分的结构骨架，其外表面模拟人体外形加工，并加工出内部元器件的安装位置。填充层作为躯干部分的主要承压结构，采用的是一种耐高压的3M空心玻璃球作为承压结构，环氧导热胶作为粘合剂。硅胶层为硅胶材料作为模拟人体皮肤。将硅胶附着在铜制外壳上作为潜水服检测装置的表皮。其中躯干的外形尺寸规格为500x200x200mm，总重量为16kg，其中铜制外壳6kg、填充物为10kg。
安装制作步骤：
1)采用加工中心加工人体仿形臀部铜制外壳，其内部加工安装加热片和温度传感器的方式。
2)安装加热片和温度传感器并对内部走线固定处理。对内部出线套特氟龙管。
3)对温度传感器和加热片进行调试，测试其是否正常工作，测试正常后对铜制外壳进行焊接。
4)对躯干内部进行灌填充物。
5)对填充口密封。
6)安装接插件。
7)对接插件进行灌胶处理。灌胶时需将出线(特氟龙)管没入胶中。(凝固)
8)将硅胶附着到躯干外壳表面上。
左前臂部分和右前臂部分为对称部分，根据人体体温分布的情况有左前臂和右前臂温度基本一致，所以合并为一种。又左上臂部分、右上臂、左下腿、右下腿、左上腿、右上腿结构方式和前臂相同，所以一起说明，采用的结构同样是3层模式。铜制外壳作为躯干部分的结构骨架，其外形模拟人体外形加工，内部作为5mm厚壁及加工出内部元器件的安装位置。填充层作为主要耐压结构，采用的是一种耐高压的3M空心玻璃球作为承压结构，环氧导热胶作为粘合剂。硅胶层为硅胶材料作为模拟人体皮肤。将硅胶附着在铜制外壳上作为潜水服检测装置的表皮。其中各部分的重量为：
左/右前臂的外形尺寸规格为
Figure BDA0002821892560000141
100x300mm，总重量为2.2kg，铜制外壳重1.4kg、填充物为0.8kg。
左/右上臂的外形尺寸规格为
Figure BDA0002821892560000142
100x300mm，总重量为3.7kg，铜制外壳重2.4kg、填充物为1.3kg。
左/右大腿的外形尺寸规格为
Figure BDA0002821892560000151
100x300mm，总重量为6.7kg，铜制外壳重4kg、填充物为2.7kg。
左/右小腿的外形尺寸规格为
Figure BDA0002821892560000152
100x300mm，总重量为4kg，铜制外壳重2.3kg、填充物为1.7kg。
安装制作步骤：
1)采用加工中心加工人体仿形铜制外壳，其内部加工安装加热片和温度传感器的方式、。
2)安装加热片和温度传感器并对其出线进行安装固定，添加特氟龙套管。
3)将筒状结构2部分组装。
4)对温度传感器和加热片进行调试，测试其工作是否正常。
5)对铜制外壳进行焊接。
6)对内腔进行灌填充物，出线(特氟龙)管插入胶水内部50mm。
7)对填充口进行密封。
8)对接插件进行灌胶处理。灌胶时需将特氟龙管没入胶中凝固。
9)将硅胶附着到铜制外壳表面上。
左手部分和右手部分为对称部分，根据人体体温分布的情况有左手部和右手部温度基本一致，所以合并为一种。考虑到手位于潜水服外部，故不对手部进行加热和温度监控，但通过手部与前臂的连接进行热传导，用模拟人体热传导的散热情况。基于这个部分的空间体积较小，故采用的结构为实心的铜和外表包裹硅胶来实现。其中手部尺寸规格为100x100x70mm，重量为1.2kg，铜重1.2kg。
安装制作步骤：
1)采用加工中心加工人体仿形铜手。
2)将硅胶附着到其表面上。
左脚部分和右脚部分为对称部分，根据人体体温分布的情况有左手部和右手部温度基本一致，所以合并为一种。基于这个部分的空间体积较小，故采用的结构为实心的铜和外表包裹硅胶来实现。其中加热片和温度传感器温通过在其表面打螺纹孔安装。其中脚部尺寸规格为250x80x70mm，重量为2.5kg。
安装制作步骤：
1)采用加工中心加工铜制脚，其内部加工安装加热片和温度传感器的方式。
2)安装加热棒及温度传感器。
3)对温度传感器和加热棒进行调试，测试其工作是否正常。
4)将安装好的出线集中到一个铁氟龙管中，集中接到一个防水耐压接插件上，特氟龙的两头灌胶耐高压防水处理。
5)将硅胶附着到其表面上。
实施例3：
一种高压潜水服检测装置的加热方案：
躯干部分：由于躯干部分的表面积比较大，需要对各点加热的分布均匀否则会使躯干出现梯度温差，将躯干划分为6个区域进行单独加热控制，根据躯干单区域需要加热功率114w，才用的发热密度为1w/cm2。需要硅胶加热片的面积大于114cm2。根据躯干的结构采用6张150x80x1.5mm的不规则加热片功率为120w，其可供总功率为720w。其安装在如下铜制外壳32内表面。
臀部部分：由于臀部部分的表面积比较大，需要对各点加热的分布均匀否则会使躯干出现梯度温差，将臀部划分为4个区域进行单独加热控制，根据躯干单区域需要加热功率107.15w才用的发热密度为1w/cm2。需要单块硅胶加热片的面积大于108cm2。根据臀部的结构采用4张110x100x1.5mm的加热片功率为110w，其可供总功率为440w。其安装在如下铜制外壳32内表面。
左/右前臂部分：为了是前臂受热均匀，需均匀分布硅胶加热膜，根据前臂需要加热功率78.6w，需要硅胶加热片的面积大于78.6cm2。根据前臂的结构采用2张150x30x1.5mm的不规则加热片功率为45w，其可供总功率为90w。其安装在如下铜制外壳32内壁上。
左/右上臂部分：为了使上臂受热均匀，需均匀分布硅胶加热膜，根据上臂需要加热功率110w，需要硅胶加热片的面积大于110cm2。根据上臂的结构采用2张200x30x1.5mm的规则加热片功率为60w，其可供总功率为120w。其安装在如下铜制外壳内表面，之后通过填充物挤压贴合到铜制外壳内表面上。
左/右小腿部分：为了是小腿受热均匀，需均匀分布硅胶加热膜，根据小腿需要加热功率158.1w，需要硅胶加热片的面积大于158.1cm2。根据小腿的结构采用2张270x30x1.5mm的加热片功率为81w，其可供总功率为162w。
左/右大腿部分：为了是大腿受热均匀，需均匀分布硅胶加热膜，根据大腿需要加热功率199w，需要硅胶加热片的面积大于199cm2。根据大腿的结构采用2张250x40x1.5mm的加热片功率为100w，其可供总功率为200w。其安装在铜制外壳内表面。
左/右脚、左/右手部分：由于空间体积较小采用的铜的实体焊接而成，铜的导热性能比较好，所以手部的均匀性能部用太多的考虑。采用加热棒的形式进行直接加热。根据胶脚部需要加热功率18.8w，选用Φ8x40mm的加热棒，功率为40w。其安装是通过在脚上打孔进行安装然后用环氧树脂对其进行密封。其中开40mm深的孔，将加热棒放到脚的中间位置进行加热。
实施例4：
一种高压潜水服检测装置的漏水点检测系统：
高压潜水服检测装置模拟人体的代谢生理特征，对于潜水服的保暖性能的测定，其中潜水服的密封性能对潜水服的保温性能造成直接的影响。人体在水下工作时，产生的代谢功率一定的情况下，进水会直接影响到代谢功率需要提供热量的分布。所以需要对潜水服的密封性能进行一定的测量评估，对此提出了测量潜水服漏水点的方式进行测量。考虑到暖体假人的工作环境以及采用的方式使得温度传感器需要具有高压环境下工作以及防水的能力，采用LK2000漏水检测绳，主要是用来检测保护区域有没有漏水情况。
这种漏水点检测系统主要是用来检测保护区域有没有漏水情况，采用双源轮检算法，可精确定位漏水点，它是通过检测前端预先在保护区范围内布好的漏水检测绳来定位漏水位置，并能发出声光报警，同时可控制一路开关信号，起到联动作用。
该产品具有RS-485通讯端口，可与电脑连接，可通过网络远程监控。
其中对于漏水检测绳28的配套控制盒29，需要进行耐压处理，将其电路板取出，放置于耐压潜水服检测装置的仓内控制箱(图中未示)中，与仓内控制箱一起进行灌环氧胶进行耐压处理。
考虑到高压水下环境，系统漏水点的检测采用的是这种耐腐蚀、表面经过特殊处理过的漏水检测绳，由于这种漏水检测绳总体定位精度对于系统来说不是很高：±0.2m，故需要在耐高压潜水服检测装置上进行巧妙的布置以获得最好的测量结果；其中对于漏水检测绳的排布，采用分段排布的方式，通过进水的侵入方式，从最开始手部上的漏水检测绳开始报警，到水膜最终分布到的位置，经过多次试验对开口处的密封情况进行一定的估算。
各单元漏水检测服的安装及分布情况：
手部袖口处有2根漏水检测绳。当水进入袖口处侵入到漏水检测绳，漏水检测绳将信号传递给上位机，漏水检测绳是在铜制外壳表面浇注硅胶层时一起浇筑的，漏水检测绳与硅胶表面齐平并有一部分裸露在外。
头部开口处有2根漏水检测绳。当水从领口漏水检测绳有水侵入时，漏水检测绳将信号传递给上位机，漏水检测绳的安装布置是在铜制外壳表面浇注硅胶层时一起浇筑的，漏水检测绳与硅胶表面齐平并有一部分裸露在外。
实施例5：
高压潜水服检测装置的暖体假人由15个独立的部位单元组成，其每个单元都具有独立的温度控制、加热系统及温度监测系统。其每个单元的调控数据都有所差异，但单元的控制形式为一样的，而且各单元的温控系统通过集成到工控机上，可以通过工控机实时监测各单元的温度变化情况以及实时调控各单元的输入功率。
单元控制系统通过工控机对暖体假人各部分设置指令温度，之后与相应温度传感器反馈回来的温度做比较得到温度误差。根据温度误差来通过PID控制驱动器，从而实现对加热片的加热或断开控制，最终实现该部分系统的温度监控功能。
温度控制系统中使用到的关键技术有PID控制和PWM脉冲宽度调制，其中PID控制主要是用来更快调整温度，使其达到指定温度；PWM脉冲宽度调制用来调制输出脉冲宽度来对加热片加热，从而确定加热片加热维持在指定温度所需要的功率，无需通过额外的功率计来测量加热片所耗功率。
比例、积分、微分控制，简称PID控制，PID控制器其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例(P)控制：一种最简单的控制方式，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系，当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。
积分(I)控制：控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入积分项。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分(D)控制：控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化超前，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。因此在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是微分项，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。
PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。两种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：
(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；
(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；
(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
脉宽调制(PMW)是用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。利用PMW技术产生周期和脉宽可调的方波，从而控制加热片加热的通断。高电平时表示对加热片进行加热，低电平时表示加热片加热断开。当占空比(τ/T)已知时，输出的高电平1所代表的输出电压24V，则即可算出实际加热片加热的功率P加。
P加＝τU2/RT
其中温控模块的主要技术指标：
输入电压：DC18-48V可选
量程范围：0-100℃
控制精度：±0.02℃
绝对漂移：±0.03℃
恒功率输出精度：1％
控制方式：PID控制
报警功能：上限、下限报警；
温度校准：POS坐标移动
传感器输入：热电阻PT100
工作环境：温度-10～+60℃、湿度0～85％的无腐蚀环境
其中，对于深海温度传感器的处理需要本身的考量，不仅是所选的传感器能够工作在深海环境下，对传感器本身的精度、灵敏度、稳定性及响应特效提出了很高的要求。为了承受深海的巨大压力，我们对传感器进行封装，使它不会因为压力过大产生变形而影响温度传感器的精度。再将封装好的温度传感器放入特氟龙管中使其具有耐海水腐蚀的性能。
传感器信号处理电路需要完成温度、化学传感器输出的微弱模拟信号的数字化，并将其存放在非易失性大容量数据存储器中，处理电路同时实现与上位机的直接通讯，以便实时将数据传输给上位机。
系统的测温采用的是集中数据传输的模式，所以要求电路满足功能的要求下功率尽量低。由于实时的数据很大而却都需要，对存储器提出了大容量要求，在供电断开的或存在其他故障的时候，数据不会遗失或出错。
Pt100测温原理为:pt100代表铂热电阻0摄氏度时的直流电阻值为100欧,温度升高时电阻值也增大,不同的温度表现不同的电阻,让一恒流源通过Pt100电阻,Pt100上就会一个电压,温度不同时电压大小也不同,我们测出Pt100电阻上某一温度下的电压再除以这个恒流源的大小就可以得到Pt100这个温度时的电阻,然后根据Pt100分度表就可以得到对应的温度值。
在控制电路中采用高速、低功率精密四运算放大器TLE2024。让500μA的恒流源流过Pt100电阻,在Pt100上产生一个电压,这个电压值经过U3B和U3D两级放大,从放大器的16脚输出放大后的电压值。我们很容易的发现,在0℃时,Pt100的电阻为100Ω,这是的结果是1.502V,在的仿真结果是1℃时,Pt100的电阻是100.4Ω,这时的电压为1.508V,在100.5℃时,电压值为2.102V.放大器的输出电压值与理论值相吻合。如果取普通的分辨率为12位、模拟参考电压为4V的ADC,这个电路测温的精度可达到±0.2℃。为了可以提高测温的精度,我们也可以在后级放大器U3D的输入端15脚处设一个调零偏置电路,目的是为了增加系统的分辨率。
实施例6：
本发明还提供了一种采用上述高压潜水服检测装置的高压潜水服检测方法，其包括以下三种测试方式：
(1)测试方式一：
S1、热舒服测试方式：使待测高压潜水服处于400米水深状态，把待测高压潜水服穿到暖体假人上，利用高压潜水服检测装置把暖体假人加热到人体生理温度，调整高压潜水服检测装置中电加热装置的工作功率，同时采集暖体假人各部位单元的温度变化曲线，利用Fanger的热舒适公式来调节电加热装置的工作功率，以达到高压潜水服的热舒适平衡；通过功率变化和温度变化曲线计算出高压潜水服的热阻；
(2)测试方式二：
S2、恒热流：利用高压潜水服检测装置把暖体假人加热到人体生理温度后，在暖体假人各部位单元处于温度平衡后并保持这个温度平衡，在额定功率下通过测温度监测系统测出暖体假人的温度变化曲线，根据温度变化曲线计算出高压潜水服的保温性能；在保持暖体假人各部位单元内部温度变化平衡一致时，需要对暖体假人的比热容进行准确的标定，通过对比暖体假人和正常人的比热的比例，可以将测出的暖体假人的温度数据换算成人体的温度数据；
在保持暖体假人各部位单元内部温度变化平衡一致时需要用到恒热流--串行算法；
(3)测试方式三：
S3、恒皮温：在利用高压潜水服检测装置把暖体假人加热到人体生理温度、暖体假人各部位单元处于温度平衡后后，通过温度监测系统的监控和温控系统实时改变输入暖体假人各部位单元上电加热装置的工作功率，以保持暖体假人各部位单元的温度不变；根据暖体假人各部位单元上电加热装置的工作功率输入情况可得出高压潜水服的保温性能，通过将处于人体生理温度的暖体假人各部位单元设为一个定值，保持暖体假人各部位单元维持人体生理温度需要的工作功率即暖体假人各部位单元表面散失掉的功率。
其中，(1)在测试方式一中，暖体假人各部位单元上的电加热装置的工作功率和暖体假人的皮温满足等式：Tsk＝36.4-0.054Qs；
热舒适--通用算法的公式如下：
Figure BDA0002821892560000241
式中：
Figure BDA0002821892560000242
表示皮肤平均温度，ta表示环境温度，tsi表示各区段的皮温。αi表示各区段面积与全身面积的比率。Rti表示各区段的热阻值，qi表示各区段的散热量；
(2)在测试方式二中，恒热流--串行算法的公式如下：
Figure BDA0002821892560000243
(3)在测试方式三中，恒皮温模式--并行算法的公式如下：
Figure BDA0002821892560000244
式中：
Figure BDA0002821892560000245
表示皮肤平均温度，ta表示环境温度，tsi表示各区段的皮温，αi表示各区段面积与全身面积的比率，Rti表示各区段的热阻值，qi表示各区段的散热量。
本发明的高压潜水服检测装置及检测方法：对高压潜水服检测装置暖体假人的各个部位单元进行加热，加热到人体的体温时，然后测试维持此温度所需要的功耗，将高压潜水服检测装置内部环境看作一个密闭整体，根据能量守恒定律可知，密闭环境维持特定温度时需要持续加热所耗的功耗就等于密闭环境扩散的热量，密闭环境扩散的热量决定着潜水服的保温能力，扩散的能量越少，保温性能越好。高压潜水服检测装置在水下和高压环境下能够稳定使用，测量的数据与理论值之间的偏差小。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种高压潜水服检测装置，包括暖体假人，其特征在于：所述暖体假人包括以下部位单元：头部单元；躯干单元；臀部单元；前臂单元；上臂单元；手部单元；大腿单元；小腿单元；脚部单元，
所述暖体假人的多个部位上分别设置有用于给暖体假人加热的电加热装置；
还包括用于监测暖体假人的实时温度的温度监测系统，所述温度监测系统包括多个温度传感器，所述多个温度传感器分别设置在暖体假人的多个部位上；
用于控制电加热装置加热输入功率的温控系统，所述温控系统分别与温度监测系统和多个电加热装置电性连接，当暖体假人的实时温度偏离设定值时温控系统调整电加热装置的加热输入功率，通过把暖体假人的实时温度控制在人体温度的范围内来使暖体假人模拟人体温度。
2.根据权利要求1所述的一种高压潜水服检测装置，其特征在于：还包括用于检测暖体假人上是否有漏水点的漏水点检测系统，所述漏水点检测系统包括漏水检测绳和配套控制盒，所述配套控制盒内设置有控制单元，所述漏水检测绳与所述控制单元电性连接，漏水检测绳布置在待检测高压潜水服的领口、袖口以及拉链开口处。
3.根据权利要求2所述的一种高压潜水服检测装置，其特征在于：所述配套控制盒内设置有报警器，所述报警器与所述漏水检测绳和控制单元电性连接。
4.根据权利要求2所述的一种高压潜水服检测装置，其特征在于：所述配套控制盒内设置有无线通信模块，所述无线通信模块与所述控制单元电性连接。
5.根据权利要求2所述的一种高压潜水服检测装置，其特征在于：所述暖体假人包括关节和15个解剖区段构造，15个解剖区段构造为头部、躯干、臀部、右前臂、右上臂、右手部、右小腿、右大腿、右脚部、左前臂、左上臂、左手部、左小腿、大左腿和左脚部，头部属于头部单元；躯干属于躯干单元；臀部属于臀部单元；右前臂和左前臂属于前臂单元；右上臂和左上臂属于上臂单元；右手部和左手部属于手部单元；右大腿和大左腿属于大腿单元；右小腿和左小腿属于小腿单元；右脚部和左脚部属于脚部单元，每个解剖区段构造上均设置有独立的温控系统和温度监测系统，15个独立解剖区段构造相互间通过关节连接在一起。
6.根据权利要求2所述的一种高压潜水服检测装置，其特征在于：还包括中央控制系统，所述中央控制系统包括上位机电脑工作站，所述暖体假人的9个部位单元上分别设置有独立的运动驱动模块，所述运动驱动模块分别与上位机电脑工作站进行信号传递和数据传输；所述温控系统、温度监测系统和漏水点检测系统分别与上位机电脑工作站进行信号传递和数据传输。
7.根据权利要求6所述的一种高压潜水服检测装置，其特征在于：所述暖体假人的9个部位单元分别包括有一个铜制外壳结构，所述外壳结构的外部包覆有一层硅胶材料。
8.根据权利要求7所述的一种高压潜水服检测方法，其特征在于：暖体假人的9个部位单元内部是中空的,在暖体假人的9个部位单元内部添加有填充物。
9.一种采用权利要求1至8中任一项所述的高压潜水服检测装置的高压潜水服检测方法，其特征在于：包括以下三种测试方式：
(1)测试方式一：
S1、热舒服测试方式：使待测高压潜水服处于400米水深状态，把待测高压潜水服穿到暖体假人上，利用高压潜水服检测装置把暖体假人加热到人体生理温度，调整高压潜水服检测装置中电加热装置的工作功率，同时采集暖体假人各部位单元的温度变化曲线，利用Fanger的热舒适公式来调节电加热装置的工作功率，以达到高压潜水服的热舒适平衡；通过功率变化和温度变化曲线计算出高压潜水服的热阻；
(2)测试方式二：
S2、恒热流：利用高压潜水服检测装置把暖体假人加热到人体生理温度后，在暖体假人各部位单元处于温度平衡后并保持这个温度平衡，在额定功率下通过测温度监测系统测出暖体假人的温度变化曲线，根据温度变化曲线计算出高压潜水服的保温性能；在保持暖体假人各部位单元内部温度变化平衡一致时，需要对暖体假人的比热容进行准确的标定，通过对比暖体假人和正常人的比热的比例，可以将测出的暖体假人的温度数据换算成人体的温度数据；
在保持暖体假人各部位单元内部温度变化平衡一致时需要用到恒热流--串行算法；
(3)测试方式三：
S3、恒皮温：在利用高压潜水服检测装置把暖体假人加热到人体生理温度、暖体假人各部位单元处于温度平衡后后，通过温度监测系统的监控和温控系统实时改变输入暖体假人各部位单元上电加热装置的工作功率，以保持暖体假人各部位单元的温度不变；根据暖体假人各部位单元上电加热装置的工作功率输入情况可得出高压潜水服的保温性能，通过将处于人体生理温度的暖体假人各部位单元设为一个定值，保持暖体假人各部位单元维持人体生理温度需要的工作功率即暖体假人各部位单元表面散失掉的功率。
10.根据权利要求9所述的一种高压潜水服检测方法，其特征在于：
(1)在测试方式一中，暖体假人各部位单元上的电加热装置的工作功率和暖体假人的皮温满足等式：Tsk＝36.4-0.054Qs；
热舒适--通用算法公式如下：
Figure FDA0002821892550000041
式中：
Figure FDA0002821892550000042
表示皮肤平均温度，ta表示环境温度，tsi表示各区段的皮温。αi表示各区段面积与全身面积的比率。Rti表示各区段的热阻值，qi表示各区段的散热量；
(2)在测试方式二中，恒热流--串行算法的公式如下：
Figure FDA0002821892550000043
(3)在测试方式三中，恒皮温模式--并行算法的公式如下：
Figure FDA0002821892550000044
式中：
Figure FDA0002821892550000045
表示皮肤平均温度，ta表示环境温度，tsi表示各区段的皮温，αi表示各区段面积与全身面积的比率，Rti表示各区段的热阻值，qi表示各区段的散热量。
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