[发明专利]一种人体呼出飞沫气溶胶监测及仿真模拟系统

权利要求书

1.一种人体呼出飞沫气溶胶监测及仿真模拟系统，包括人体呼出飞沫气溶胶监测系统和人体呼出飞沫气溶胶仿真模拟系统，其特征在于，所述人体呼出飞沫气溶胶监测系统包括呼气窗高度可调透明均流舱、标准粒度荧光粒子喷发装置、飞沫气溶胶粒度/计数浓度/流速演变分析系统、微气候参数调控系统和跑步机(1)；

所述人体呼出飞沫气溶胶仿真模拟系统包括仿真口鼻模型、人工唾液试剂瓶(32)和伺服气动喷发装置。

2.根据权利要求1所述的一种人体呼出飞沫气溶胶监测及仿真模拟系统，其特征在于，所述呼气窗高度可调透明均流舱包括透明均流舱(3)、舱体四角底足(2)、高度可调呼气窗和黏弹性硅胶半面罩(16)；

所述透明均流舱舱体周壁为透明板材，板材上均匀布设均流孔(4)，用于均匀导流、调控舱内环境中的风向和风速；

所述舱体四角底足(2)高度与跑步机(1)跑台高度一致，且可为舱体底部布设通风罩撑起空间；

所述高度可调呼气窗可沿一竖直滑轨(12)上下移动，从而匹配不同身高受试者，呼气窗可伸缩螺纹型塑膜(14)密封连接；

所述黏弹性硅胶半面罩(16)在舱体外侧密封连接于高度可调呼气窗，面罩口鼻部开口，受试者可通过面部贴合面罩将口鼻部探入舱体内；

所述可伸缩螺纹型塑膜(14)包括连接框架(141)，所述连接框架(141)固定套接于呼吸窗内部，所述连接框架(141)内壁的两侧均开设有凹槽(142)，两个所述凹槽(142)的内腔滑动连接有两个密封塑膜(143)，两个所述密封塑膜(143)相背的一侧均与连接框架(141)内壁的顶部和底部固定连接，所述密封塑膜(143)的背面等距固定连接有多个限位板(144)，两个所述密封塑膜(143)相对的一侧均固定连接有连接板(145)，所述连接板(145)外壁的两端和限位板(144)外壁的两端均与凹槽(142)的内腔滑动连接，所述连接板(145)的两端均开设有承载槽，所述承载槽内腔的一端滑动套接有弹簧(148)，所述承载槽内腔的另一端滑动套接有定位杆(147)，所述凹槽(142)内壁的一侧等距开设有多个卡槽(146)，所述定位杆(147)外壁的一端与卡槽(146)的内腔滑动卡接。

3.根据权利要求1所述的一种人体呼出飞沫气溶胶监测及仿真模拟系统，其特征在于，所述标准粒度荧光粒子喷发装置包括荧光粒子发生器(9)、热干燥管(8)和导流管(7)；

所述荧光粒子发生器粒子喷出口(23)依次与热干燥管(8)、导流管(7)、连接舱体顶部均流板的透明风罩(6)密闭串联，用于在舱内产生均匀分布的标准粒度萤光粒子。

4.根据权利要求1所述的一种人体呼出飞沫气溶胶监测及仿真模拟系统，其特征在于，所述飞沫气溶胶粒度/计数浓度/流速演变分析系统包括高清高频摄像机(19)、脉冲激光器(20)、粒度/计数浓度/流速实时分析系统(21)和数字化标定动态演示系统(22)；

所述高清高频摄像机(19)与脉冲激光器(20)联合运作，可对舱内目标颗粒高频次拍摄多组高清图像，并将图像传输至粒度/计数浓度/流速实时分析系统(21)；

所述粒度/计数浓度/流速实时分析系统(21)包括中值滤波器、rgb-hsv图像转换器、hsv-灰度图像转换器、灰度图像二值化处理器、开运算粒度分析装置、计数浓度换算装置和光流法流速分析装置，可将多组高清图像依次进行滤波去噪、消除图像背景、提取定位目标颗粒、调整图像阈值、消除运动模糊影响、强化与目标颗粒相关的像素区域、流速分析等处理，进而基于荧光粒子标准粒度及形态学开运算，反推获得飞沫气溶胶颗粒粒径；

基于目标颗粒的提取定位计数、激光厚度、摄像头视野范围、标准粒度荧光粒子计数浓度，解算获取飞沫气溶胶的计数浓度；

基于光流算法对提取定位的目标颗粒在上一帧图像的空间位置与当前帧图像的空间位置进行定位跟踪、位移求解，结合相邻帧时间间隔，可获得飞沫气溶胶在任意时刻的速度矢量目标颗粒中飞沫气溶胶的运移速度及其时空演变规律，而且可以根据目标颗粒中标准粒径荧光粒子运移速度，可获得人体呼气、咳嗽、打喷嚏、说话等过程呼出气体的流速及其时空演变规律；

所述数字化标定动态演示系统(22)可在线接收粒度/计数浓度/流速实时分析系统(21)的实时图像、数据，存储以及动态反演飞沫气溶胶粒度/计数浓度/流速的时空演变规律。