CN115201090A - 呼吸防护用品测试仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的呼吸防护用品测试仪，涉及教学实验技术领域，所述测试仪包括防护用品仿真使用装置和呼吸防护性能测试系统；所述呼吸防护用品仿真使用装置包括仿真人头模型、呼吸道模型、呼吸动力装置、温湿度装置；所述呼吸防护性能测试系统包括粒子计数装置、压差及流量测量装置、屏显操作箱；本发明可在不同场所快速测试绝大多数呼吸防护用品在各种佩戴条件下的呼吸防护性能，如过滤效率、呼吸阻力、防护因数等；且所设置的粒子计数装置和流量测量装置可对仿真呼吸道的不同局部进行监测，获取颗粒物在呼吸道的整体和局部沉积估计，进一步说明所测防护用品的颗粒物防护性能，为呼吸防护用品的检验和选用提供合理参考，可用于呼吸防护相关教学实验。
Description
技术领域
本发明涉及教学实验技术领域，具体涉及一种呼吸防护用品测试仪。
背景技术
一直以来，佩戴呼吸防护用品在众多化工业工作场所及医院被视为必要之举，因为正确地佩戴合适的呼吸防护用品大大降低了环境污染对佩戴者的健康危害。近年来流行病毒的传播使呼吸防护用品市场进一步繁荣，各式各样的呼吸防护用品层出不穷，但同时其质量也参差不齐。呼吸防护用品的防护品质至关重要，在选购呼吸防护用品时需要对其呼吸防护性能参数严格把关。
因此，鉴于以上问题，有必要提出一种呼吸防护用品测试仪，一体式方便快捷地测量过滤效率、呼吸阻力、颗粒物沉积分数、颗粒物沉积效率等参数，以估计呼吸防护用品的实际佩戴效果，进而为呼吸防护用品的选用和检验提供合理参考，可用于呼吸防护相关教学实验。
发明内容
根据本发明的目的提出的一种呼吸防护用品测试仪，包括防护用品仿真使用装置和呼吸防护性能测试系统；
所述防护用品仿真使用装置包括仿真人头模型、呼吸道模型、呼吸动力装置，所述呼吸道模型安装于仿真人头模型内部且与仿真人头模型的口鼻连通，所述呼吸道模型以多段直圆管简化模拟人体从口鼻到支气管的呼吸气道，呼吸动力装置一端与呼吸道模型连通，另一端与外界环境连通；
所述呼吸防护性能测试系统包括粒子计数器、压差及流量测量装置、屏显操作箱，所述粒子计数器的计数探头通过连接管与呼吸道模型连接，压差及流量测量装置连通于粒子计数器所在管路，所述例子计数器所在管路背离呼吸道模型的一端与外部环境连通，且管路安装有用于切换连通呼吸道模型以及外部环境的电磁阀，以测量进入到呼吸道模型内的颗粒物计数浓度或获取环境颗粒物计数浓度，所述压差及流量测量装置一端连通大气环境，另一端连通呼吸道模型口鼻腔内部，测量呼吸气流经过呼吸防护用品后的内外压降、呼吸道内特定位置的呼吸流量；
所述粒子计数装置、压力及流量测量装置均集成于所述屏显操作箱内部，并由同一控制主板控制；箱体顶部平整用于放置仿真人头模型。
优选的，所述屏显操作面板设计为弧形且与水平面呈约45°倾角，方便操作者于测试仪正面进行观察和操作。
优选的，所述仿真人头模型采用模块化设计，五官区域及头发区域为可替换拼接的面部模型模块，根据需要用真人CT三维重建和不同材质的3D打印得来的不同模块，表征不同面部特征、不同毛发特征、不同肤质的人群，增加实际选用呼吸防护用品对个体的适配性。
优选的，所述呼吸道模型可更换为从鼻腔到支气管的仿真气道模型和肺部容积袋，仿真气道模型可由三维重建和3D打印快速分段制作拼接而成，其口鼻端拼接在仿真人头模型的呼吸开口，其咽喉及以下部分位于屏显操作箱中，肺部容积袋由可伸缩硅橡胶制作，安装在支气管末端以模拟未打印的剩余肺部容积，根据已打印的仿真气道模型调整其大小以反映真实人体情况；所述呼吸动力装置可通过软管连接肺部容积袋，为仿真呼吸道模型内的气流流动提供动力。
优选的，所述仿真气道模型采用分段拼接而成，且各段留有可自封测量接口，接口长度及直径小以对呼吸道模型内的气流流动影响忽略不计，所述粒子计数器和流量测量装置的测量探头可接入呼吸道模型不同接口，测量呼吸道局部的颗粒物浓度及气流流量，进而可计算估计呼吸道整体和局部的气流特征和颗粒物沉积的相关参数。
与现有技术相比，本发明公开的呼吸防护用品测试仪的优点是：
(1)本发明整体小巧，所使用的测量装置集成度高，同时其屏显操作面板符合人体工学，为呼吸防护用品检测带来极大便捷。
(2)本发明中使用可模块化拼装的人头模型和仿真呼吸道模型，两者皆可通过高精三维重建和3D打印制成，更贴合实际地模拟出不同的呼吸防护用品佩戴使用情况，应对不同的测试场景。
(3)本发明中使用的呼吸防护性能测试系统不仅可以同时检验呼吸流量、呼吸防护用品的过滤效率和呼吸阻力，还可以测量呼吸道颗粒物局部沉积来评价颗粒物污染对呼吸道的危害和呼吸防护用品对呼吸道不同局部的颗粒物防护作用。
(4)本发明综合测试功能强，应用场景广。稍作扩展即可用于实验室或粉尘工作产所的呼吸用品测试实验和呼吸道颗粒物沉积实验。提供多种可调参数，如呼吸道特征、佩戴特征、呼吸流量特征、呼吸时长、气流温湿度、人体位移运动特征等，可得到过滤效率、呼吸阻力、气道流量分布、沉积效率、沉积分数等结果。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为呼吸防护用品测试仪整体外观结构图。
图2为呼吸防护用品测试仪完整结构分解示意图。
图3为屏显操作面板示意图。
图4为可替换五官、毛发和呼吸道模块的防护用品仿真使用装置示意图。
图中的数字或字母所代表的零部件名称为：
A-防护用品仿真使用装置；B-呼吸防护性能测试系统；C-待测呼吸防护用品；1-仿真人头模型；2-压差及流量测量装置；3-屏显操作箱；4-呼吸道模型；5-呼吸动力装置；6-开关电源；7-控制主板；8-屏显操作面板；9-小气泵；10-粒子计数器；11-电磁阀；12-风扇。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
图1-图3示出了本发明较佳的实施例，分别从不同的角度对其进行了详细的剖析。
如图1、2所示的呼吸防护用品测试仪包括防护用品仿真使用装置A和呼吸防护性能测试系统B。根据需要为防护用品仿真使用装置A以卡扣装配没有任何毛发特征的仿真人头模型，且仿真人头模型内部安装有简化为圆管的呼吸道模型4，呼吸道模型4通过圆管延伸至仿真人头模型的口部以及鼻部，并与外界连通，呼吸道模型4的底部连通有呼吸动力装置5，且呼吸动力装置5固定在屏显操作箱3的底部，呼吸动力装置5一端与呼吸道模型4连通，另一端延伸穿过屏显操作箱3的后侧壁并与外界环境连通，本实施例中，呼吸动力装置5可采用气泵，仿真人头模型1放置在屏显操作箱3的顶部，仿真人头模型1的口鼻呼吸开口和呼吸道模型4连通。将待测的呼吸防护用品C(如随弃式N95自吸过滤口罩或其他型号待测口罩)以不同方式佩戴在仿真人头模型1上，不同佩戴方式有正常佩戴、胶带密封边缘佩戴、硅胶垫密封边缘佩戴以及橡皮筋箍紧佩戴等，形成至少4个实验对照组。
呼吸道模型4的气管中段位置处开设有壁面测量接口，壁面测量接口处连通有分支管道，分支管道上安装有粒子计数器10、电磁阀11以及小气泵9，分支管道的另一端与外界环境连通。且呼吸道模型4与分支管道的连通位置处安装有压差及流量测量装置2。屏显操作箱3内部安装有控制主板7以及开关电源6。
如图3所示通过长按屏显操作面板8的“开/关”按键可以实现开关测试仪，“-/+”按键调节呼吸流量大小模式，短按“开/关”按键控制呼吸动力装置5的开关，即性能测试的开始和结束，“内/外”按键切换测试仪器对外部环境和呼吸道内的参数测量。屏幕实时显示流量值(L/min)、呼吸防护用品内外的颗粒物计数浓度(PCS/L)、压差(Pa)、温度(℃)、湿度(％)。屏显操作面板8被设计为弧形且与水平面有约45°倾角，方便操作者于测试仪正面进行观察和操作。
将呼吸防护用品测试仪置于颗粒物环境中，当测试开始后,呼吸动力装置5按照人为设定呼吸参数开始抽吸气体，外界气体从待测的呼吸防护用品C外经过呼吸防护用品C的滤料，进入仿真人头模型1的口鼻呼吸开口，流经整个呼吸道模型4后被呼吸动力装置5重新排出到外部大气环境中。此时粒子计数装置10所在管道支路的小气泵9在控制主板7控制下开始吸气，由于粒子计数器10通过电磁阀11连接的是呼吸道模型4气管中段的壁面测量接口，所以流经呼吸道模型4气管中段的呼吸气流被抽取，经过粒子计数器10时气流中的颗粒物浓度被记录为“颗粒物浓度(内)”并实时显示在屏显操作面板8上。然后短按“内/外”按键控制电磁阀11，使粒子计数器10和呼吸道模型4的连通断开，切换为粒子计数器10连通外部大气环境，测量仿真人头模型1外部呼吸区的颗粒物浓度，记录并实时显示为“颗粒物浓度(外)”。压差及流量测量装置2包括压差测量装置和流量测量装置两个部分，具体地，压差测量装置通过软管连接两个探头，两探头分别位于靠近口鼻呼吸开口的外部环境和呼吸道模型口鼻腔内侧，压差测量装置将两处压力值自动处理为内外压差，表征呼吸气流经过呼吸防护用品后产生的压降，记录并实时显示为“压差”在屏显操作面板8上。流量测量装置2通过软管连接呼吸道模型4的壁面测量接口，与测量浓度的接口位于同一呼吸道部位，可以测得呼吸道模型内气流流量大小，在屏显操作面板8上显示为“流量值”，作为一个监测值让操作者可以监控所设置的呼吸流量大小。呼吸道模型4的口鼻腔的内壁面还安装有用于监测温度和湿度的传感器，以测量和控制模拟呼吸气流的温湿度，显示为“温度”和“湿度”。自测试开始后的每半个小时记录一次屏幕显示的数据，每组实验8小时，重复三次。通过
可以得到待测的呼吸防护用品C(随弃式N95自吸过滤口罩)的颗粒物过滤效率，而屏幕显示的压差则直接表示了口罩带来的呼吸阻力。4个对照组实验可以得出该呼吸防护用品在不同佩戴方式下的过滤效率和呼吸阻力随时间变化的规律，经过对比分析可评价各佩戴方式对呼吸防护用品的防护品质的影响。
在另一实施例中，如图4所示，本发明的防护用品仿真使用装置A可以将简单呼吸道模型和人头模型替换为由三维重建和3D打印制成的具有代表性特征或者特异性特征(包括个体五官毛发、呼吸道形态病变或面部残缺)的仿真模型，使呼吸防护用品对个体的适配更具有针对性。具体地，呼吸道模型4包括从鼻腔到支气管的仿真气道模型和肺部容积袋，仿真气道模型可由三维重建和3D打印快速分段制作而成，其口鼻端拼接在仿真人头模型的呼吸开口，其咽喉及以下部分位于屏显操作箱3内部，肺部容积袋由可伸缩硅橡胶制成，安装在支气管末端以模拟未经过3D打印的剩余肺部容积，同时，可以调整仿真起到模型调整其大小以反映真实人体情况。
仿真呼吸道模型4分段严格照生理结构分段且可以拼接，并在模型的各段设置有可自封的测量接口，测量接口长度以及直径小、对呼吸道模型4内的气流流动影响忽略不计，如直径尺寸可以在5mm-10mm，粒子计数器10以及压差及流量测量装置2可以接入呼吸道模型不同接口，以测量呼吸道局部的颗粒物浓度以及气流流量，进而可估算呼吸道整体和局部的气流特征和颗粒物沉积相关参数。
粒子计数装置10和流量测量装置2通过软管连接测量接口后可以得到仿真呼吸道模型不同位置的颗粒物浓度和流量大小。如在仿真呼吸道的口鼻端测得外界进入呼吸道的起始颗粒物浓度Cs和流量Qs，在某段呼吸道支气管分叉位置的上游测得颗粒物浓度C0和流量Q0，在其中一个下游分支气管测得颗粒物浓度C1和流量Q1，在另一个下游分支气管测得颗粒物浓度C2和流量Q2，则在该呼吸道分叉位置的局部颗粒物沉积效率(DepositionEfficiency，DE)可由
计算得来，而在该测试分段的沉积分数(Deposition Fraction，DF)可由
得到。
在另一实施例中，屏显操作箱3的背部位置处安装有风扇，风扇用于将屏显操作箱3内的气体进行疏散，从而降低屏显操作箱3内的温度，起到降温保护作用。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种呼吸防护用品测试仪，其特征在于，包括防护用品仿真使用装置和呼吸防护性能测试系统；
所述防护用品仿真使用装置包括仿真人头模型（1）、呼吸道模型（4）、呼吸动力装置（5），所述呼吸道模型（4）安装于仿真人头模型（1）内部且与仿真人头模型（1）的口鼻连通，所述呼吸道模型（4）以多段直圆管简化模拟人体从口鼻到支气管的呼吸气道，呼吸动力装置（5）一端与呼吸道模型（4）连通，另一端与外界环境连通；
所述呼吸防护性能测试系统包括粒子计数器（10）、压差及流量测量装置（2）、屏显操作箱（3），所述粒子计数器（10）的计数探头通过连接管与呼吸道模型（4）连接，压差及流量测量装置（2）连通于粒子计数器（10）所在管路，所述例子计数器（10）所在管路背离呼吸道模型（4）的一端与外部环境连通，且管路安装有用于切换连通呼吸道模型（4）以及外部环境的电磁阀（11），以测量进入到呼吸道模型（4）内的颗粒物计数浓度或获取环境颗粒物计数浓度，所述压差及流量测量装置（2）一端连通大气环境，另一端连通呼吸道模型（4）口鼻腔内部，测量呼吸气流经过呼吸防护用品后的内外压降、呼吸道内特定位置的呼吸流量；
所述粒子计数装置（10）、压力及流量测量装置（2）均集成于所述屏显操作箱（3）内部，并由同一控制主板控制；箱体顶部平整用于放置仿真人头模型（1）。
2.根据权利要求1所述的呼吸防护用品测试仪，其特征在于，所述屏显操作面板（8）设计为弧形且与水平面呈约45°倾角。
3.根据权利要求1所述的呼吸防护用品测试仪，其特征在于，所述仿真人头模型采用模块化设计，五官区域及头发区域为可替换拼接的面部模型模块，根据需要用真人CT三维重建和不同材质的3D打印得来的不同模块，表征不同面部特征、不同毛发特征、不同肤质的人群。
4.根据权利要求1所述的呼吸防护用品测试仪，其特征在于，所述呼吸道模型（4）可更换为从鼻腔到支气管的仿真气道模型和肺部容积袋，仿真气道模型可由三维重建和3D打印快速分段制作拼接而成，其口鼻端拼接在仿真人头模型的呼吸开口，其咽喉及以下部分位于屏显操作箱（3）中，肺部容积袋由可伸缩硅橡胶制作，安装在支气管末端以模拟未打印的剩余肺部容积，根据已打印的仿真气道模型调整其大小以反映真实人体情况；所述呼吸动力装置可通过软管连接肺部容积袋，为仿真呼吸道模型内的气流流动提供动力。
5.根据权利要求4所述的呼吸防护用品测试仪，其特征在于：所述仿真气道模型采用分段拼接而成，且各段留有可自封测量接口，接口长度及直径小以对呼吸道模型内的气流流动影响忽略不计，所述粒子计数器和流量测量装置的测量探头可接入呼吸道模型不同接口，测量呼吸道局部的颗粒物浓度及气流流量，进而可计算估计呼吸道整体和局部的气流特征和颗粒物沉积的相关参数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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