专利名称：间歇性低氧训练用常压低氧舱及其调节低氧舱内氧气浓度的方法
技术领域：
本发明属一种训练装置及其使用方法，具体涉及一种用于进行间歇性低氧训练的装置及其调节低氧舱内氧气浓度的方法。
背景技术：
现有进行间歇性低氧训练的方法通常有可以让被训人员在低压舱环境中，采用间歇地改变来自氧分压较低的低压舱内气体，或来自氧分压较高的面罩呼吸的方法进行训练；也可以让被训人员在非舱环境下，利用面罩内较低的氧浓度气体与氧浓度较高的气体之间进行间歇性变换的呼吸训练。前一种利用低压舱的训练方法虽然会使训练中的低氧生理反应较真实，但存在低压舱造价较高，以及在舱内气压骤变时对人体中耳腔气压平衡存在安全性隐患的问题；后一种利用氧浓度较低气体的面罩进行低氧训练虽然造价便宜，但存在面罩呼气阻力较高会造成低氧生理反应失真的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述不足，提供一种间歇性低氧训练用常压低氧舱及其调节低氧舱内氧气浓度的方法，该装置造价低，可避免由舱内气压骤变产生的安全性隐患，并能克服采用面罩低氧浓度呼吸时呼气阻力较高、容易出现低氧生理反应失真的问题，该调节低氧舱内氧气浓度的方法具有简单易行的优点。解决上述问题的技术方案是本发明装置设有具有气体置换功能的常压低氧舱， 该常压低氧舱通过流量控制部件和流量测量部件与氮气源连通，并与抽气装置连接；设有与中央控制单元连接的氧气浓度测量装置，用于测量常压低氧舱内的氧气浓度，所述的流量测量部件与中央控制单元输入端连接，中央控制单元的控制端与流量控制部件电连接； 还设有具有气体置换功能的封闭式气源舱，常压低氧舱内设有供被训者呼吸用的面罩，面罩分别通过吸气管单向阀和通断阀，以及呼气管单向阀和通断阀与气源舱连通，气源舱设有气源输入管和气流输出管。进一步的，设有用于测量常压低氧舱体内外气压差的压差测量部件，压差测量部件与中央控制单元连接；本发明装置调节常压低氧舱内氧气浓度的方法是利用常压低氧舱存在的漏气点会在舱内外存在压差的情况下产生气体交换、且压差大小可决定空气泄漏量的特点，用控制输入氮气量与抽气量之间相对大小的方法调节常压低氧舱内与舱外的压力差，从而实现通过调节舱内氮气量和空气量的比例来实现调节常压低氧舱内氧浓度的功能。本发明装置适用于单人或数人的间歇性低氧训练，被训人员可在常压低氧舱内进行低氧训练活动，舱内根据被训人数设置相应数量的面罩，当被训人员在低氧训练过程中需要间歇性地呼吸氧浓度较高气体时，气源舱可通过面罩为其提供氧浓度较高的呼吸气源。
本发明的气源舱可设置在常压低氧舱的外部，也可设置在常压低氧舱的内部，两舱内腔相互隔离，两舱中的气体来源和出口有各自独立的路径。氧气浓度测量装置可将常压低氧舱内的氧气浓度值输入到中央控制单元，中央控制单元通过控制氮气源的流量控制部件，达到自动调节常压低氧舱内氧气浓度的目的。常压低氧舱设置的抽气装置可配合氮气流量的控制，实现舱内压力的控制和舱内外气体的置换当输入的氮气流量小于抽气量时，舱内呈负压，反之，舱内呈正压；本发明的常压低氧舱虽然在结构上未设专门的环境空气输入管道，但实际上是利用了普通常压舱体的舱体舱门等部位会不可避免地存在空气泄漏点，当舱体内外存在压差时，这些泄漏点会产生舱体内外之间的气体交换。当常压低氧舱要从常氧状态向低氧状态转换时，本发明可先关闭抽气装置，利用输入的氮气及舱体存在的漏气点置换舱内的空气，使舱内的氧浓度降低(此时舱内呈正压)，当低氧水平达到设定值时，再开启抽气装置，使舱内呈一定程度的负压，然后在保持负压的状态下，通过调节氮气流量，使舱内氧气浓度符合设定值。气源舱的气源输入管用于为气源舱输入氧浓度比常压低氧舱高的空气或其它高氧气源，满足训练人员需要间歇呼吸较高浓度氧气的要求，气流输出管则配合气源输入管实现气源舱的气体置换的功能。本发明克服了传统低压舱造价高、存在安全隐患的不足，并克服了传统低氧面罩呼吸阻力高的不足，具有结构简单、造价低、安全性好的优点，本发明调节低氧舱内氧气浓度的方法具有简单易行的优点。
图1、本发明装置实施例结构示意2、本发明装置实施例常压低氧舱内氧浓度控制流程3、本发明装置实施例气源舱与高氧气源连接的结构示意图
具体实施例方式参见图1，本例装置设有足够大的空间的常压低氧舱，舱体设有可供被训人员出入的舱门。本例低氧舱是钢型材搭建成的框架再加蒙皮的结构，蒙皮可以是帆布，或者玻璃， 或者铝板，或者铁皮。低氧舱也可以是其它土木结构或者水泥结构。总之，本发明的低氧舱体是在较低成本安装工艺下的存在漏气点的常压舱体。设有氮气源，压力高于常压低氧舱内压力的氮气源通过氮气输入管、流量控制阀和流量测量部件与常压低氧舱内腔连通，并设有抽气管，抽气管通过抽气量控制阀与抽气装置连接，用于保证常压低氧舱内压力调节和气体置换功能的实现。还设有用于测量常压低氧舱内氧气浓度的氧气浓度测量装置和用于检测常压低氧舱内与舱外气压差的压差测量指示部件，氧气浓度测量装置和压差测量指示部件的测量数据输出端与中央控制单元输入端连接，前述氮气源流量测量部件的测量数据输出端也与中央控制单元输入端连接，中央控制单元的控制输出端与氮气源的流量控制阀连接，用于控制氮气源的流量。
中央控制单元采用的是单片机，也可是微型计算机、CPLD等其它控制装置。为实现常压低氧舱内气体压力和氧浓度的平稳控制，可将舱内气压值控制在当地大气压的一个上下较小变化范围值内，例如本例是将舱内气压值控制在当地大气压的士 2. 5mmHg以内(还可根据舱体大小适当改变该范围值)，即当地海平面高度士 30米以内。低氧舱内的这种常压控制性能设计可带来如下效果(1)、由于压差很小，舱内还是常压，因此舱内的氧分压和氧浓度基本是等效的。例如当该压差值控制在当地大气压的士2. 5mmHg以内时，两者相互表达的差异仅在0. 33以内 (2. 5/760 ^ 0. 33% ) (2)、由于舱内气压保持在常压附近的控制性能设计，可使舱内氧分压的控制变得仅仅调节氮气输入流量，即可达到舱内不同氧分压的要求。这为舱内气体氧浓度自动控制系统的设计提供了极有利的条件(单参数反馈控制)。(3)、这种常压性能设计还简化了舱体舱门的密闭性设计，因为成本相对低廉的舱体结构不可避免地会存在漏气点，而这些漏气点所造成的漏气量，从工程观点看是舱内外压差的函数，在抽气量一定的条件下，调节氮气输入量，就可以调节舱内外的差压，也就等于调节了流入舱内的空气量，而氮气量和空气量的比例，就决定了舱内气体的氧浓度，常压舱体漏气点的这一性能正好可被利用作为舱内气体氧浓度的调节因素。由于常压低氧舱的漏气程度过大时，易造成氮气量的浪费；过小时会造成舱内气体置换过慢，有可能使被训者在舱内呼出的二氧化碳积累浓度过高，所以在进行常压低氧舱的制备时，可在氮气源和抽气装置运行的情况下配合C02含量的检测使常压低氧舱的漏气程度控制在适当的范围内，以实现本发明的优化运行。对于常压低氧舱设置的抽气装置，当低氧舱内的压差值的稳定水平要求不高时， 可以将其抽气量控制阀人工设定在一个位置上就不动了，这样，低氧舱内与舱外的压差值就主要随氮气流量的变化而变化，不过，由于压差值变化很小，所以，对低氧程度影响不大(如果需要精确控制压差值，也可由中央控制单元依据测量的压差信号精细控制抽气量控制阀)。图2是本例中央控制单元控制常压低氧舱内氧气浓度的流程图。本例在实际运行中，通过控制输入的氮气量与抽气量之间的相对大小，使常压低氧舱内的气压控制并保持在当地气压的士2. 5mmHg以内，在该压力差范围内，再通过调节氮气流量控制常压低氧舱内的氧浓度；具体调节过程是当常压低氧舱要从常氧状态向低氧转换时，先关闭抽气装置，利用输入的氮气及舱体存在的漏气点置换舱内的空气，使舱内的氧浓度降低(此时舱内呈正压)，当低氧水平达到设定值时，再开启抽气装置，使舱内呈一定程度的负压，然后在维持负压的条件下，通过调节氮气流入量，使舱内氧气浓度符合设定值，上述整个调节过程的舱内气压值是控制在当地气压的士2. 5mmHg以内。常压低氧舱内的面罩呼吸气源由容积足够大的气源舱提供，气源舱设有气源输入管、气流输出管和面罩连接口，本例气源舱设置在常压低氧舱内，其气源输入管和气流输出管分别通过各自的管路通到常压低氧舱外，其中气源输入管用于从低氧舱外输入氧浓度高于常压低氧舱内氧浓度的呼吸气体，本例是直接与大气连通，输入常压低氧舱外的环境空气，气流输出管是与舱体外的功率较小的抽气装置连接，以保证气源舱内的气体置换。
气源舱设有检测气源舱内腔与常压低氧舱内腔气压差的压差测量显示装置，该装置可供人工观察，也可与中央控制单元连接，由中央控制单元根据压差显示控制气源舱抽气装置的抽气量，以使二舱的压差不要过大，同时保证气源舱内的二氧化碳浓度不要过高。如果要求输入气源的氧浓度高于21%，则需要将气源舱的气源输入管连接到舱外的高氧气源设备(参见图3)，因高氧气源有正压，所以此时气源舱的气流输出管直接与大气连通即可实现气源舱内的气体置换。常压低氧舱内的面罩分别通过吸气管和呼气管与气源舱连接，吸气管和呼气管路上分别设有吸气管单向阀和呼气管单向阀，并分别设有通断阀门，通断阀门只有在需要从面罩呼吸时才被打开。在实际运行中，常压低氧舱和气源舱设置的抽气装置可用于调节两舱中的压力， 通过气体置换功能使被训者呼气中所含C02成份在两舱中的积累量分别低于规定的标准， 本例的规定是两舱中C02积累量应低于0. 5%，当检测到C02高于该值时，可加大抽气量，提高气体的置换流量。
权利要求
1.间歇性低氧训练用常压低氧舱，设有具有气体置换功能的常压低氧舱，该常压低氧舱通过流量控制部件和流量测量部件与氮气源连通，并与抽气装置连接；设有与中央控制单元连接的氧气浓度测量装置，用于测量常压低氧舱内的氧气浓度，所述的流量测量部件与中央控制单元输入端连接，中央控制单元的控制端与流量控制部件电连接；还设有具有气体置换功能的封闭式气源舱，常压低氧舱内设有供被训者呼吸用的面罩，面罩分别通过吸气管单向阀和通断阀，以及呼气管单向阀和通断阀与气源舱连通，气源舱设有气源输入管和气流输出管。
2.根据权利要求1所述的间歇性低氧训练用常压低氧舱，其特征在于，设有用于测量常压低氧舱体内外气压差的压差测量部件，压差测量部件与中央控制单元连接。
3.根据权利要求1所述的间歇性低氧训练用常压低氧舱，其特征在于，所述的气源舱设有检测气源舱内腔与常压低氧舱内腔气压差的压差测量装置。
4.根据权利要求1、2或3所述的间歇性低氧训练用常压低氧舱，其特征在于，所述气源舱气源输入管与大气连通，气流输出管与抽气装置连接。
5.根据权利要求1、2或3所述的间歇性低氧训练用常压低氧舱，其特征在于，所述气源舱气源输入管与高氧气源连接，气流输出管与大气连通。
6.权利要求1-5所述装置调节低氧舱内氧气浓度的方法，其特征在于利用常压低氧舱存在的漏气点会在舱内外存在压差的情况下产生气体交换、且压差大小可决定空气泄漏量的特点，用控制输入氮气量与抽气量之间相对大小的方法调节常压低氧舱内与舱外的压力差，从而实现通过调节舱内氮气量和空气量的比例来实现调节常压低氧舱内氧浓度的功能。
7.根据权利要求6所述的调节低氧舱内氧气浓度的方法，其特征在于通过控制输入的氮气量与抽气量之间的相对大小，将常压低氧舱内的气压控制在当地大气压的一个上下较小变化范围值内，在该压力差范围内，通过调节氮气流量控制常压低氧舱内的氧浓度。
8.根据权利要求6所述的调节低氧舱内氧气浓度的方法，其特征在于当常压低氧舱要从常氧状态向低氧状态转换时，先关闭抽气装置，利用输入的氮气及舱体存在的漏气点置换舱内的空气，使舱内的氧浓度降低，当低氧水平达到设定值时，再开启抽气装置，使舱内呈一定程度的负压，然后在保持负压的状态下，通过调节氮气流量，使舱内氧气浓度符合设定值。
全文摘要
间歇性低氧训练用常压低氧舱及其调节低氧舱内氧气浓度的方法，设有常压低氧舱，常压低氧舱通过流量控制部件和流量测量部件与氮气源连通，并与抽气装置连接；设有与中央控制单元连接的氧气浓度测量装置，流量测量部件与中央控制单元输入端连接，中央控制单元与流量控制部件电连接；还设有具有气体置换功能的气源舱，常压低氧舱内设有面罩，面罩分别通过吸气管单向阀和通断阀，以及呼气管单向阀和通断阀与气源舱连通，气源舱设有气源输入管和气流输出管，具有结构简单、造价低、安全性好的优点，本发明方法通过控制输入的氮气量与抽气量之间的相对大小调节低氧舱内外的压力差，实现调节常压低氧舱内氧浓度的功能，具有简单易行的优点。
文档编号G05D16/04GK102198321SQ20111006462
公开日2011年9月28日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者俞梦孙, 李晔, 杨军, 王乃中, 王海涛, 苗毅 申请人:中国人民解放军空军航空医学研究所, 北京新兴阳升科技有限公司