[发明专利]一种气溶胶浓度可控的仿生气体流量控制装置

说明书

本发明提供了一种气溶胶浓度可控的仿生气体流量控制装置。所述一种气溶胶浓度可控的仿生气体流量控制装置包括支撑结构、封装外壳及设于其中的伺服控制系统、响应系统、开关控制系统、管路系统、气液混合流体出入口，所述伺服控制系统分别与所述响应系统及所述开关控制系统连接，所述响应系统与所述管路系统连接，所述开关控制系统控制所述管路系统与所述气液混合流体出入口之间的开闭。电源和气体出入口在设备表面设有专用接口进行连接。本发明可为人体仿生实验中对人体的呼吸、咳嗽、打喷嚏等状态的模拟提供精确的控制设备，并且能够对呼吸中产生的气溶胶颗粒浓度进行精确控制。

技术领域

本发明涉及仿生控制技术领域，特别涉及一种气溶胶浓度可控的仿生气体流量控制装置。

背景技术

鉴于新冠疫情的爆发，世界各国相对出台了各类对于突发性公共安全事件的应对措施。其中，如何限制公共传染性疾病在人群中的大范围传播是应对措施中的关键任务之一。然而，人体之间流场空间的病毒消杀是一个涉及医学研究和工程应用的学科交叉相关问题。现有病毒传播模拟和消杀测试的方法大多基于恒定浓度、恒定病原体播撒速度的病毒消杀效果测试，并无法模拟携带病原体的患者其真实的病原体传播状态。为了真实地还原人体在呼吸、咳嗽、打喷嚏等过程中的气流状态，需要针对气流的流速、流向以及气液混合的流场状态进行全方位的还原。

目前，能够对包含气溶胶成分的人体呼吸进行模拟的专用装置极少。最常用的病原体传播气溶胶播撒方式为通过雾化装置(如超声波雾化，高速喷嘴雾化等)进行匀速直接播撒。上述播撒方式虽然能够实现气溶胶颗粒在空间中的播撒，但是无法模拟人体呼吸时的真实工况。主要表现在以下几个方面：

1.无法模拟人体的吸气状态，即无法吸收部分周围流场的空气。

2.只能通过一个恒定的速度控制气溶胶颗粒的播撒速度，无法准确还原人体在呼吸过程中气流的起伏变化。亦无法模拟人体在咳嗽、打喷嚏等生理场景下气溶胶混合气体的初始速度、初始浓度，以及在行为过程中各种参数的衰减特征。

3.无法精确控制气液混合物中气溶胶成分的比例。

4.暂无针对不同生理模式下气溶胶播撒进行精确控制的系统。

发明内容

本发明提供了一种气溶胶浓度可控的仿生气体流量控制装置，其目的是为了解决背景技术中不能模拟包含气溶胶成分的人体呼吸的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供的一种气溶胶浓度可控的仿生气体流量控制装置，包括支撑结构及设于其中的伺服控制系统、响应系统、开关控制系统、管路系统、气液混合流体出入口，以及分别与所述伺服控制系统、所述响应系统、所述开关控制系统通过专用电源接口连接的电源系统，所述伺服控制系统分别与所述响应系统及所述开关控制系统连接，所述响应系统通过专用管路接口与所述管路系统连接，所述管路系统通过专用管路接口与所述气液混合流体出入口连接，所述开关控制系统控制所述管路系统与所述气液混合流体出入口之间的开闭，所述响应系统包括并联设置的空气泵及气溶胶雾化器，所述空气泵包括并联式设置的空气泵一、空气泵二及空气泵三，所述管路系统为O型管路，包括并联式连接的管路一支管一及管路一支管二，以及与其分别连接的管路一总管，并联式连接的管路二支管一及管路二支管二，以及与其分别连接的管路二总管，所述空气泵一与所述管路一支管一连接，所述空气泵二与所述管路一支管二连接，所述空气泵三与所述管路二支管一连接，所述气溶胶雾化器与所述管路二支管二连接，所述开关控制系统包括电磁阀一及电磁阀二，所述电磁阀一与所述管路一总管连接，所述电磁阀二与所述管路二总管连接。

优选地，所述空气泵一、所述空气泵二、所述空气泵三均为伺服电机调节型空气泵，调节气体的进出气模式以及风量。

优选地，所述伺服控制系统包括中央控制单元及控制代码，所述控制代码用于所述中央控制单元对所述响应系统及所述开关控制系统进行控制。