[发明专利]基于PIV技术的人体上呼吸道流场测量方法及实验装置

摘要

本发明公开了一种基于PIV技术的人体上呼吸道流场测量方法及实验装置。本发明以真实人体上呼吸道模型为研究对象，利用真空泵的抽吸作用使气体在模型内形成通路，模拟人体肺的呼吸过程。在流场内散播示踪粒子，用激光器产生的片光源照射人体上呼吸道模型流场，并利用跨帧CCD相机以垂直片光源方向对准待测区域，根据示踪粒子对光的散射作用，记录下两次脉冲激光曝光时粒子的图像并传送到计算机内进行计算和分析，采用自相关或互相关算法求得人体上呼吸道模型流场内流体的速度，同时获得吸气时人体上呼吸道流场气流涡结构特征及其演化形式和剪应力的变化及分布形式。

主权项

一种基于PIV技术的人体上呼吸道流场测量实验装置，其特征是，所述实验装置包括真实人体上呼吸道模型、气路系统和PIV测试系统；所述真实人体上呼吸道模型包括口腔、悬雍垂、咽部、会厌、喉部、声门、梨状窝、主气管、二级支气管和三级支气管；所述模型口腔进口简化为圆形，口腔腔体为拱形，口腔的进口沿水平方向；所述模型悬雍垂在口腔上壁靠近咽部前壁处，高为6.14mm；所述咽部与口腔底部平滑连接；所述模型喉部下方有声门开口，会厌在咽的内部突起，会厌与声门通过管型连接，会厌至少距离咽部底部20mm；所述梨状窝位于喉部底端两侧；所述声门与气管平滑连接；所述模型主气管分别连接两个二级支气管，二级支气管分别连接三级支气管，主气管长134.69mm，，上述气管平滑连接而成，所述支气管相对于主气管非对称分布；所述气路系统包括真空泵、真空舱室、电磁阀、流量计、比例调节阀和烟雾混合舱室；第一真空气路包括第一真空泵和第一真空舱室，所述第一真空泵与第一真空舱室之间连接电磁阀四和流量计四，第一真空舱室通过依次设置电磁阀五、第一比例调节阀和流量计五的管路分别与烟雾混合舱室和真实人体上呼吸道模型入口连接；第二真空气路包括第二真空泵和第二真空舱室，所述第二真空泵与第二真空舱室之间连接第二电磁阀和第二通过流量计，所述第二真空泵与第二真空舱室之间连接电磁阀一和流量计一，第二真空舱室通过依次设置电磁阀二、第二比例调节阀、流量计二和流量计三的管路分别与三级 支气管末端连接，烟雾混合舱室通过设置电磁阀六、电磁阀七的管路分别与三级支气管末端连接；所述PIV测试系统由脉冲激光器、跨帧CCD相机、同步控制器、烟雾发生器、示踪粒子和电脑组成；所述脉冲激光器置于真实人体上呼吸道模型同侧；所述跨帧CCD相机正对真实人体上呼吸道模型垂直置于脉冲激光器产生的片光源方向；所述同步控制器连接脉冲激光器、跨帧CCD相机和电脑；所述示踪粒子置于气溶胶发生器内，气溶胶发生器输出端置于烟雾混合舱室内。