[发明专利]基于手-手套-环境系统的手部皮肤温度实时预测系统

权利要求书

1.一种基于手-手套-环境系统的手部皮肤温度实时预测系统，其特征在于：包括手-手套-环境热平衡系统、手部热生理调节系统、手部皮肤温度输出模块；所述手-手套-环境热平衡系统计算手部皮肤、手套、环境之间通过对流、辐射、传导及蒸发等过程进行热量传递过程，通过热阻和湿阻分析手套对皮肤与环境之间热交换的影响，及对手部各部位换热系数的影响；

所述手部热生理调节系统模拟出汗、颤抖、血管扩张及收缩过程对手部换热量的影响，通过手指、手掌、手背皮肤温度与其热中性状态下的调定点温度之差，计算热生理调节功能对热交换的影响；

所述手部皮肤温度输出模块是在手-手套-环境热平衡系统和手部热生理调节系统的基础上，实时计算各手指、手掌、手背的皮肤温度的分布及变化情况，显示不同环境温度、湿度、风速、手套热阻和湿阻、手部代谢量等条件下的皮肤温度分布。

2.如权利要求1所述的基于手-手套-环境系统的手部皮肤温度实时预测系统，其特征在于，所述手的各部位热平衡方程的建立过程包括：

将手按生理结构划分为大拇指、食指、中指、无名指、小指、手掌及手背共七个部位。每个部位分为四层，即皮肤层、脂肪层、肌肉层、核心层。此外，中心血液层与七个部位的每层都进行热量交换。分别对各部位的各层建立热平衡方程如下，

公式(1)中，i(1-7)代表手的七个部位，分别是大拇指、食指、中指、无名指、小指、手掌及手背；j(1-4)代表各部位的四层，分别为皮肤层、脂肪层、肌肉层和皮肤层；T代表手部各部位和各层的温度；t代表暴露时间；Q代表手部各部位及各层的代谢产热量；B代表中心血液层与各部位、各层之间的对流换热量；D代表同一部位相邻层之间的传导换热量；Rad代表手部皮肤与环境的辐射换热量；Cov代表手部皮肤与环境的对流换热量；Eva代表手部与环境的蒸发换热量。

3.如权利要求2所述的基于手-手套-环境系统的手部皮肤温度实时预测系统，其特征在于，所述手部热生理调节方程建立过程包括：

热生理调节系统在维持手部温度起了重要作用，在寒冷环境通过血管收缩和颤抖对体温进行调控，在热环境中通过血管扩张和出汗进行散热调节。调定点温度是处于热中性状态时，手部各部位各层的温度值，通过设定点温度与各部位的皮肤温度之差计算热生理调节的影响，如血管扩张的计算如下，

D_L＝C_dlErr(1,1)+S_dl(Warms-Clds)+P_dlWarm(1,1)Warms (2)

式(2)中，DL代表血管扩张；Err代表温度错误信号值，由设定点温度与手部组织温度之差计算可得；Warms和Clds分别代表手部热信号和冷信号的值，可由各部位各层的温度错误信号加权计算；Cdl、Sdl和Pdl是热生理调节系数。

4.如权利要求3所述的基于手-手套-环境系统的手部皮肤温度实时预测系统，其特征在于，所述的手部皮肤温度输出模块可实时显示各手指、手掌、手背的皮肤温度的分布及变化情况，在此基础上可评估手套热防护性能，可为手部热舒适性评估、操作性评估及高性能防护手套提供理论支撑。