专利名称：一种抗荷抗缺氧能力检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种抗荷抗缺氧能力检测仪，属于航空生理学的领域。具体的说，
涉及可以进行抗荷加压呼吸检测和训练、代偿加压呼吸检测和训练、低浓度氧耐力检测和 训练的仪器。
背景技术：
高性能战斗机具有持续高加速度、高加速度增长率、高角加速度和高升限等一系 列战术特性，其载荷增长率可达3G/s，最大载荷(+Gz)为9G持续10 15s，在6. 5G载荷可 持续30 45s，升限可达18 20km。对飞行员抗荷耐力、抗缺氧能力提出了更高的要求。 —般情况下，可以通过采用抗荷措施提高飞行员的抗荷耐力。常用的抗荷措施主 要有使用抗荷装备、使用后倾座椅、进行抗荷训练、做抗荷动作和加压呼吸等几种方式。其 中抗荷动作技巧性非常强，其效果与飞行员掌握动作的熟练程度关系很大，掌握正确的抗 荷动作要领对确保抗荷动作的抗荷效果是十分重要的。另外，抗荷正压呼吸也是一种常用 的抗荷措施，其是通过对飞行员面罩氧气加正压来提高抗荷耐力，对面罩加正压打乱了飞 行员的正常呼吸习惯，吸气容易呛咳，呼气非常费力，必须通过矫治才能适应抗荷正压呼吸 装备，也才能发挥装备效能，可在日常飞行训练中进行矫治，但是其成本高，且存在一定的 风险性。 另一方面，飞行中缺氧将造成重大飞行事故。气压环境的改变可使人体产生病理 变化，导致功能性影响和器质性的损伤。美国空军Rayman报道，在89例空中意识丧失的事 故中，有19例是由于缺氧引起，占21.3%。英国空军报道了 10年间发生了 400例飞行缺氧 事故。印度空军航空航天医学研究所高空缺氧研究室最近也报道了 13起缺氧事件。以色 列空军航空医学研究中心报道，1991年 1996年以色列空军发生了缺氧事故29起，其中 68%是由于供氧装备故障和缺乏检查鉴定矫治所致。我军飞行部队也曾出现多起因缺氧而 造成的飞行事故或事故征候。 在现有技术中，我国专利CN101032659A提供了一种生物反馈抗荷训练器，该训练 器可引导飞行员正确实施抗荷动作，但是其未引入抗荷服充气、抗荷加压呼吸等气体输入， 无法使飞行员在地面上进行类似飞机上的抗荷体验。在国外，俄、美、英等国空军都有低氧 仪和加压供氧呼吸检查装置。由于世界各国装备的飞机机种不同，低氧/加压供氧呼吸的 压力制度差异较大，没有通用性。本实用新型的研制，填补了国内在地面上进行抗荷、代偿 加压供氧体验的空白。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种抗荷抗缺氧能力检测仪，其能够使飞行员在地面 就能体验抗荷服充气、抗荷加压呼吸、代偿加压呼吸，从而纠正飞行员抗荷动作，使飞行员 熟悉加压呼吸环境，提高其抗荷能力。 本实用新型的另一目的在于提供一种抗荷抗缺氧能力检测仪，其能使飞行员体验高空1000米、2000米、3000米、4000米、5000米、6000米、7000米、7500米的缺氧环境，提高 抗缺氧能力。 本实用新型的又一目的在于提供一种抗荷抗缺氧能力检测仪，其能在飞行员检测 和训练过程中实时检测其心电信号，并能准确计算即时心率，心电连接线可以依附媒介而 轻易的依附于使用者身上，不会增加使用者负担，同时在检测过程中能实时测量人体蹬力。 本实用新型提供一种抗荷抗缺氧能力检测仪，其包括供氧装备箱，用于产生符合 规定大小和比例要求的气体压力；脚蹬机构，实时反映被测人员双脚蹬力大小；传感器，感 知气体压力和脚蹬力大小，并将压力转换成电压表示；操纵杆，调节抗荷服装压力大小；电 气测量系统，预处理压力信号并采集人体心电生理信号；电源，提供整台仪器所需的电力； 计算机，采集、处理、存储压力信号和心电信号；另外还包括显示器、座椅及座椅架、支架、罩 壳等。 本实用新型的机械部分与电气部分的连接关系是内装有管路、抗荷加压呼吸机
构、压力比调节器、衣压比机构、气体混合容罐等的供氧装备箱产生的服装、面罩等压力信
号和双脚蹬力机构产生的双脚蹬力信号传输到传感器，传感器将其转换成电压信号后传输
至电气测量系统，再将其传输到隔离模块隔离后经A/D卡由计算机对其进行后续处理。 上述抗荷抗缺氧能力检测仪，包含三种模式，即抗荷加压呼吸检测训练模式、代偿
加压呼吸检测训练模式和低浓度氧检测训练模式。 抗荷加压呼吸检测训练模式主要由气源、抗荷加压呼吸机构、压力比调节器、紧急
卸压开关和相关管路系统组成，在气源打开的前提下，当被测者向其身体方向拉动操纵杆
时，操纵杆内部固定的角位移传感器对应输出符合要求的电气比例阀控制电压信号，控制
电气比例阀相应输出0MPa 0. 04MPa的抗荷服模拟压力，该压力输入抗荷加压呼吸机构，
在抗荷开关打开的前提下，抗荷加压呼吸结构上的有效面积比值约为5 : l的两个膜片相
应输出压力关系比为5 : 1的两股气体压力，其中比值较大的气体压力经过紧急卸压开关
后直接供给抗荷服，这里的紧急卸压开关是当服装压力过大导致被测者身体不适的情况下
采取的应急措施；比值较小的气体压力进入肺式呼吸调节器，肺式呼吸调节器是货架产品，
其作用是提供被测者正常的肺式呼吸用氧，吸气时，肺式活门打开，气体由此进入，呼气时，
肺式活门关闭，呼出的气体从面罩处漏出，如此随着呼吸循环实施肺式供氧。气体经过肺式
呼吸调节器后直接供给面罩用氧。 代偿加压呼吸检测训练模式主要由气源、减压器、紧急卸压开关、加压器、调压器、 应急卸压器、衣压比机构、衣压比开关等组成，在气源打开的前提下，打开衣压比开关、程序 供氧开关、补加供氧开关，气体一部分通过程序供氧机构流向衣压比机构，衣压比机构的输 出需满足一定的比例关系，即输出的服装压力与面罩压力关系比例关系是确定的，衣压比 机构中的比例较大的那部分气体压力直接供给代偿服装，比例较小的部分经过肺式呼吸调 节器后分成两股，一股供给面罩呼吸用，另一股供给面罩上的对抗压用，用于给呼吸建立 阻力，形成余压；气源供气中的另一部分气体直接经过补加供氧开关，连到面罩供气管路 上，补加供氧的设置，可保障在不影响代偿服压力与面罩压力比值的前提下向面罩腔补充 40 60L/min的连续流量，以减小加压呼吸波动，并在加压呼吸前提供0. 4 0. 6kPa的小 余压。程序供氧机构前安装有加压器，其用于建立不同大小的输入压力，以在不影响比例关 系的前提下调整服装和面罩压力的大小。加压器后面、对抗压输入口前端及肺式呼吸调节器后面安装有应急卸压器，保证在压力过大的情况下瞬间卸除服装和面罩压力。 低浓度氧检测训练模式主要由氮气和氧气气源、可调管路开关、气体混合容罐及
其连接管道组成，根据所设定的高空环境不同，要求所输出的气体中氧浓度能够与设定的
高空含氧量相符合。在氧气气源和氮气气源连接并打开的前提下，按照所设高度要求的氧
气和氮气压力的大小，调节氧气减压器和氮气减压器，气体压力大小经过传感器传输到计
算机中，因为氧气和氮气所通过的定径孔的大小比例关系是一定的，经过标定后，氧气和氮
气压力大小即可直接反映单位时间内两种气体的含量。两股气体在气体混合容罐中充分混
合后提供给面罩，以达到模拟不同高空环境的不同氧气浓度的要求。 本实用新型提供给操作者和被测者的操作接口为相关服装压力开关、操纵杆、气
体减压器、加压器、调压器、紧急卸压开关、键盘和鼠标。操作者根据模式选择的不同，给被
测者穿戴好不同的服装和面罩，打开对应的服装压力开关，再由减压器、调压器或操纵杆输
出不同大小和比例的服装及面罩压力，以此完成不同检测和训练的功能。 另外，本实用新型采用自行研制的三导联心电信号提取装置提取人体心电信号，
原始心电信号经过该装置的放大、滤波、隔离作用后由A/D数据采集卡采集到计算机中进
行心率计算及心电图显示。 根据本实用新型，仪器所检测的压力信号包括氧气压力、氮气压力、抗荷服压力、 两种代偿服压力、面罩压力和双脚蹬力，生理信号主要是心电信号。另外，操作者可以根据 实际使用过程中的需要，配备血氧饱和度仪以检测被测者的血氧浓度。 本实用新型所述的抗荷抗缺氧能力检测仪，依据飞机上的设计原理，从飞行员的
实际需要和成本出发，可使飞行员不用上飞机就可直接在地面上实施抗荷、代偿加压呼吸
检测和训练，另外还可使其能够体验不同高空环境的氧气浓度，对提高作战水平，增强飞行
员的素质，节约经费，确保飞行安全具有非比寻常的意义，填补了国内空白。 本实用新型所要解决的技术问题和技术方案要点，将结合具体实施方式
、参考附
图作进一步的说明。
图1A为抗荷抗缺氧能力检测仪的总体示意图，图1B为抗荷抗缺氧能力检测仪的 信号流程图。 图1中，l.支架，2.计算机，3.电气测量系统，4.罩壳，5.显示器，6.传感器组， 7.供氧装备箱，8.座椅，9.座椅架，IO.操纵杆，ll.脚蹬机构，12.电源，13.数据采集卡。 图2A、图2B和图2C为抗荷抗缺氧能力检测仪供氧装备箱内部三种检测训练模式 的连接框图，图2D为供氧装备箱外部接口布局图。 图2中，14.氧气气源，15.电气比例阀，16.抗荷加压开关，17.抗荷加压呼吸机 构，18.紧急卸压开关，19.抗荷服压力传感器，20.抗荷服装接口，21.肺式呼吸调节器， 22.面罩压力传感器，23.面罩接口，24.程序供氧开关，25.程序供氧机构，26.衣压比开关， 27.衣压比机构，28.代偿服压力传感器，29.代偿服接口，30.加压器，31.氮气气源，32.对 抗压接口，33.补加供氧开关，34.氮气气源，35.氧气减压器，36.氮气减压器，37.氧气传感 器，38.氮气传感器，39.气体混合容罐，40.衣压接口 1，41.衣压接口 2，42.气背心接口， 43.衣压开关1，44.衣压开关2，45.转换开关，46. 0 0. 6Mpa减压器[0024] 图3A和图3B为抗荷抗缺氧能力检测仪的心电电极导联示意图。 图3中，48.心电导联电极位置1(胸骨柄上端)，49.心电导联电极位置2 (腋前第
五肋间交叉处V5) ，50.心电导联电极位置3(第七颈突)。
具体实施方式图1到图3显示的是本实用新型的实施例。 图1A为本实用新型实施例的外部总体示意图，座椅8安装在座椅架9上，计算机 2、罩壳4、座椅架9、操纵杆10、脚蹬机构11、电源12安装在支架1上，传感器组6安装在 供氧装备箱7与罩壳4连接处，计算机2、电源12和电气测量系统3被固定在罩壳4内部。 原始信号由供氧装备箱7和脚蹬机构产生，传感器6采集到信号后，输出到电气测量系统3 中，该测量系统3对这些信号隔离、放大后传送到数据采集卡13，再由计算机2对其进行处 理。 图2是本实用新型的核心结构——供氧装备箱7的内部连接框图和外部操作接口 示意图。 图2A中，氧气气源14与电气比例阀15的气体输入口相连，电气比例阀15的气体 输出口连接到抗荷加压开关16上，抗荷加压开关16控制抗荷加压呼吸机构17的气体输 入，抗荷加压呼吸机构17的输出分成两部分，一部分通过紧急卸压开关18后输送到抗荷服 装接口 20，另一部分通过肺式呼吸调节器21与面罩接口 23相连。为了将抗荷服压力和面 罩压力转成成电压信号，在抗荷服装接口 20前接有抗荷服传感器19，面罩接口 23前接有面 罩压力传感器22。 图2B中，氧气气源14通过程序供氧开关24向程序供氧机构25提供氧气，程序供 氧机构25通过加压器30来调整其输入压力的大小，程序供氧机构25的输出连接到衣压比 开关26 (分成两个开关， 一个是衣压开关44， 一个是衣压开关43)上，衣压比开关26控制的 是衣压比机构27，衣压比机构27输出两股相互成一定比例关系的气体，一部分直接输入到 代偿服接口 29(分成两个接口，一个是代偿服接口 41，一个是代偿服接口 40)，另一部分通 过肺式呼吸调节器21给对抗压接口32和面罩接口23。为了减少加压呼吸引起的面罩压力 波动，在面罩接口 23前接有补加供氧开关33，该开关另外一端直接通到氧气气源14。应急 卸压器31可以同时卸掉代偿服压力、对抗压压力和面罩压力，所以其与代偿服接口 29、对 抗压接口 32和面罩接口 23都相连接。同样的，为了将代偿服压力和面罩压力转成成电压 信号，在代偿服接口 29前接有代偿服传感器28，面罩接口 23前接有面罩压力传感器22。 图2C中，氧气气源14和氮气气源34各自与氧气减压器35和氮气减压器36相连， 经过减压后，灌入气体混合容罐39，经过充分混合后，供给面罩接口 23。氧气与氮气的压力 通过氧气传感器37和氮气传感器38传递到电气测量系统3中。 下面根据图2D (供氧装备箱外部操作接口示意图)、图3 (人体心电电极导联位置 示意图)，详细说明在抗荷加压呼吸检测训练模式、代偿加压呼吸检测训练模式和低浓度氧 检测训练模式下该抗荷抗缺氧能力检测仪的实施操作方式。 在抗荷加压呼吸模式下，首先，连接氧气气源15并打开氧气瓶开关，连接220伏电 源线，打开电源开关。由氧源接嘴输入13MPa 15MPa氧气压力，旋转减压器47旋钮调出 0. 3 0. 4MPa压力。被检者在航医监护下穿戴好抗荷装备坐于检测仪座椅8上，双脚蹬于脚蹬机构11上，固定好安全带。通过连接管路将加压供氧面罩呼吸管、对抗压管及抗荷服 分别与检测仪面板上面罩接口 24、对抗压接口 33及抗荷服装接口 21相连。连接监护心电 电极导线至人体胸骨柄上段48、腋前第五肋间交叉处(V5)49和第七颈突50处。令被检者 右手拉操纵杆10并同时跟随显示器5屏幕上的"呼吸参考"曲线引导做抗荷正压呼吸动作， 依次建立面罩压力，每次操纵杆10达到预先设定压力值后令被检者保持住，并监测被检者 心电、心率、动脉血压、双腿蹬力，同时检测监测供氧面罩内压力、呼吸波动与抗荷服压力。 训练过程中，可通过顺时针旋动加压器31手柄对面罩压进行微调。 在代偿加压呼吸模式下，首先，连接氧气气源15并打开氧气瓶开关，连接220伏电 源线，打开电源开关。由氧源接嘴输入13MPa 15MPa氧气压力，旋转减压器47旋钮调出 0. 27MPa压力。被检者在航医监护下穿好代偿服，坐于检测仪座椅8上，双脚蹬于脚蹬机构 11上，固定好安全带。将代偿服与衣压接口 42 (衣压接口 41)相连，打开衣压开关45 (衣压 开关44)，将面罩呼吸管和对抗压管分别与检测仪面板上面罩接口 24、对抗压接口 33。连接 监护心电电极导线至人体胸骨柄上段48、腋前第五肋间交叉处(V5)49和第七颈突50处。 令被检者戴好头盔及加压供氧面罩(或密闭头盔)，打开程序供氧开关25和补加供氧开关 34，建立代偿服预充压和面罩腔"小余压"。顺时针旋转加压器31手轮，以每秒钟0. kPa 0. 3kPa加压速度，根据不同配套装备进行加压呼吸训练。每个压力值训练结束后，关闭程序 供氧开关25和补加供氧开关34，紧急情况下用应急卸压器32卸压。加压呼吸过程中，监测 被检者心电图、心率、动脉血压、呼吸频率及呼吸波动，监测面罩压及代偿服压。 在低浓度氧模式下，首先，连接氧气气源15和氮气气源35并打开气源开关，连接 220伏电源线，打开电源开关。在计算机2中设定需要模拟的低氧环境的高度，被检者戴头 盔和面罩坐于检测仪座椅8上，将面罩与面罩接口 24连接。连接监护心电电极导线至人体 胸骨柄上段48、腋前第五肋间交叉处(V5)49和第七颈突50处。调节氧气或氮气输入压力， 直到计算机软件系统界面上出现"氧压力合适"和"氮压力合适"的字样。被检者开始呼吸 低氧混合气体。测试过程中用血氧饱和度仪检测被测者的血氧饱和度，以血氧饱和度、心 率、主观感受为依据记录被测者缺氧暴露的耐受时间。 综上所述，本实用新型可以在地面上对飞行员进行抗荷加压呼吸检测和训练、代 偿加压呼吸检测和训练和低浓度氧检测和训练，除此之外，还可进行蹬力检领U、提取心电信 号并计算即时心率等。 本实用新型已由上述的实施例详细描述，并可由熟悉本专业技术的工作人员作出 各种修改，然而都不脱离所附权利要求书的范围。
权利要求一种抗荷抗缺氧能力检测仪，包括支架(1)、计算机(2)、罩壳(4)、显示器(5)、传感器(6)、座椅(8)及座椅架(9)、电源(12)，其特征是还包括电气测量系统(3)、供氧装备箱(7)、操纵杆(10)和脚蹬机构(11)，座椅(8)安装在座椅架(9)上，计算机(2)、罩壳(4)、座椅架(9)、操纵杆(10)、脚蹬机构(11)、电源(12)安装在支架(1)上，传感器(6)安装在供氧装备箱(7)与罩壳(4)连接处，原始信号由供氧装备箱(7)和脚蹬机构(11)产生，传感器(6)采集到信号后，输出到电气测量系统(3)中，再由计算机(2)对其进行处理。
2. 根据权利要求1所述的抗荷抗缺氧能力检测仪，其特征是所述的供氧装备箱内装有 抗荷加压呼吸机构、衣压比机构、气体混合容罐。
3 . 根据权利要求1所述的抗荷抗缺氧能力检测仪，其特征是所述的操纵杆内部装有角 位移传感器。
4. 根据权利要求1所述的抗荷抗缺氧能力检测仪，其特征是模拟的低氧环境为1000 米、2000米、3000米、4000米、500Q米、600Q米、700Q米、750Q米高空环境。
专利摘要本实用新型公开了一种抗荷抗缺氧能力检测仪，由支架1、计算机2、电气测量系统3、罩壳4、显示器5、传感器6、供氧装备箱7、座椅8及座椅架9、操纵杆10、脚蹬机构11和电源12组成。连接氧气气源和氮气气源的供氧装备箱7产生的符合一定要求的气体压力信号以及由蹬力机构11产生的蹬力信号，经传感器5转换成电压信号后传送至电气测量系统3，再发送到计算机2中处理、显示并存储。本实用新型属于航空生理学领域，可进行抗荷加压呼吸检测和训练、代偿加压呼吸检测和训练以及低浓度氧耐力检测和训练。
文档编号A61B5/22GK201481435SQ200920167568
公开日2010年5月26日 申请日期2009年7月23日 优先权日2009年7月23日
发明者卫晓阳, 张立辉, 李宝辉, 李毅峰, 王海霞, 耿喜臣, 金朝, 颜桂定 申请人:中国人民解放军空军航空医学研究所