能够模拟高原氧浓度的低氧发生系统及控制方法与流程

本发明涉及一种低氧发生系统，具体涉及一种能够模拟高原氧浓度的低氧发生系统。

背景技术

近年来研究证明低氧环境会导致体重下降，而运动锻炼则可通过增加能量消耗达到减体重、改善血脂代谢、提高心肺功能等作用，提高运动员运动成绩，另外低氧运动的减肥效果是优于常氧的。

现有公开专利cn102491277a：控制提供了一种氧浓度控制技术，主要是在中空纤维膜前设置电控阀，根据中空纤维膜后的氧分压检测器传输的信息进行调整电控阀的开度从而调整膜内的压力，来达到控制膜后氧分压的目的。该技术不足之处是氧浓调节速度慢；系统会因为呼吸者呼吸气量及频率的变化，导致膜内压力变化较大，供气浓度波动较大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种能够模拟高原氧浓度的低氧发生系统，能够根据海拔高度智能调节氧浓度，快速、准确的到达设定海拔高度对应的氧浓度，且氧浓度可连续调控。

所述的能够模拟高原氧浓度的低氧发生系统包括：通过管路依次相连的压缩空气模块、中空纤维膜组件和低氧气体缓冲罐；在所述中空纤维膜组件和低氧气体缓冲罐之间的管路上设置氧气浓度控制模块；

所述压缩空气模块用于向所述中空纤维膜组件提供压缩空气；

所述中空纤维膜组件用于分离压缩空气中的氧气，分离出的低氧空气经过氧气浓度控制模块后到输入富氧气体缓冲罐中供后级用户终端使用；

所述氧气浓度控制模块包括：控制单元、氧气浓度分析仪、通过管路与所述中空纤维膜组件相连的气体分流接头a、通过管路与所述低氧气体缓冲罐相连的气体分流接头b，以及并联设置在两个气体分流接头之间的三个以上支路，其中一个支路上设置有电动流量调节阀，剩余每个支路上设置一个电磁阀；氧气浓度分析仪设置在所述气体分流接头b与所述低氧气体缓冲罐之间的管路上；

所述电动流量调节阀和电磁阀均受控于控制单元，所述氧气浓度分析仪用于实时监测经氧气浓度控制模块调控后的氧气浓度并将检测到的氧气浓度值反馈给所述控制单元；

当给定所需的低氧空气的氧浓度时，所述控制单元控制电动流量调节阀的开度和两个以上所述电磁阀的开闭，使所述氧气分析仪所检测的氧气浓度值与给定的氧浓度值一致。

所述控制单元中预设有设定范围内海拔高度对应含氧浓度的曲线方程，当给定高度值时，所述控制单元依据所述曲线方程将高度值转化为对应的氧浓度值，然后控制电动流量调节阀的开度和两个以上所述电磁阀的开闭，使所述氧气分析仪所检测的氧气浓度值与给定的高度值对应的含氧浓度值一致。

在两个气体分流接头之间还并联有一个设置有手动节流阀的支路；所述手动节流阀的固定开度使所述氧气分析仪所检测的氧气浓度值与曲线方程中最小海拔高度对应含氧浓度值一致。

两个以上所述电磁阀中至少有一个电磁阀的流通直径与其余电磁阀的流通直径不同。

此外本发明还提供一种能够模拟高原氧浓度的低氧发生系统的控制方法，所述电磁阀的个数为n个，将设定范围内海拔高度对应含氧浓度划分为n+2个区间；n+2个区间从含氧浓度值从低到高依次排序；

当输入的高度值对应的含氧浓度在第一个区间时，电动流量调节阀和n个电磁阀均不开启，调节手动节流阀的开度，使中空纤维膜组件分离出来的气体含氧量与输入的高度值对应的含氧浓度一致，然后将该开度作为手动节流阀的固定开度；

当输入的高度值对应的含氧浓度在第二个区间时，手动节流阀保持固定开度，n个电磁阀均不开启，控制单元调整电动流量调节阀的开度，使氧气浓度分析仪所检测的氧气浓度值与输入的高度值对应的含氧浓度一致；

当输入的高度值对应的含氧浓度在第2+i个区间时，i为大于等于1的整数，手动节流阀保持固定开度，单片机控制器控制i个电磁阀开启，同时调整电动流量调节阀的开度，使氧气浓度分析仪所检测的氧气浓度值与输入的高度值对应的含氧浓度一致；

当输入的高度值对应的含氧浓度在第n+2个区间时，手动节流阀保持固定开度，单片机控制器控制所有电磁阀开启，同时调整电动流量调节阀的开度，使氧气浓度分析仪所检测的氧气浓度值与输入的高度值对应的含氧浓度一致。

有益效果：

(1)采用该低氧发生系统能够根据模拟高原氧浓度，即能够依据给定的海拔高度来智能调节氧浓度，且在设定的高度范围内可连续自由设定，采用该低氧发生系统可以模拟1000m～5500m高度氧气含量(约10.6％～18.8％)。

(2)该低氧发生系统采用分段调控+精准调节技术，确保氧浓度可连续调控，且能够快速、准确的到达设定海拔高度对应的氧浓度。采用电磁阀快速关断能使氧气浓度能够快速达到设定海拔高度对应的氧浓度附近；电动调节阀调节范围较小，可以较精准的控制氧气浓度，氧含量波动≤0.1％；由此通过电动调节阀与电磁阀配合控制能快速的输出海拔高度1000m～5500m中任意高度对应的低氧空气。

附图说明

图1为本发明的低氧发生系统的示意图；

图2为氧气浓度控制模块的示意图。

其中：1-压缩空气模块，2-管路，3-中空纤维膜组件，4-氧气浓度控制模块，4-1-气体分流接头a，4-2-电动流量调节阀，4-3-电磁阀a，4-4-电磁阀b，4-5-电磁阀c，4-6-手动节流阀，5-氧气浓度分析仪，6-低氧气体缓冲罐，7-富氧气体缓冲罐，8-单片机控制器，9-触摸屏

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种能够模拟高原氧浓度的低氧发生系统，通采用分段调控+精准调节技术，从而能够模拟海拔高度1000m～5500m范围内对应的低氧环境(对应氧浓度10.6％～18.8％)，且能够快速、准确的到达设定海拔高度的氧含量。

如图1所示，该低氧发生系统包括：压缩空气模块1、中空纤维膜组件3、氧气浓度控制模块4和低氧气体缓冲罐6。其中压缩空气模块1用于提供洁净压缩空气，所提供的压缩空气的气体压力范围为：0.2mpa～0.7mpa；压缩空气模块1通过管路2与中空纤维膜组件3相连，使得压缩空气经过管路2流向中空纤维膜组件3，中空纤维膜组件3具有分离压缩空气中氧气的功能，分离出来的富氧空气(含氧量：21％～35％)，流入到富氧气体缓冲罐12中供后级用户终端使用；分离出来含氧量低的空气即低氧空气(含氧量：10.6％～18.8％)则流经氧气浓度控制模块4后进入到低氧气体缓冲罐6中供后级用户终端使用。在氧气浓度控制模块4与低氧气体缓冲罐6之间的管路上设置有氧气浓度分析仪5，氧气浓度分析仪5用于实时监测经氧气浓度控制模块4调控后的氧气浓度。

氧气浓度控制模块4主要完成低氧空气中氧浓度的快速调节和精确控制功能，如图2所示，氧气浓度控制模块4包括：单片机控制器8、气体分流接头a4-1和气体分流接头b4-2，以及并联设置在两个气体分流接头之间的五个支路，五个支路上分别设置手动节流阀4-6、电动流量调节阀4-2、电磁阀a4-3、电磁阀b4-4和电磁阀c4-5。其中中空纤维膜组件3通过管路与气体分流接头a4-1相连，气体分流接头b4-2通过管路与低氧气体缓冲罐6相连；电磁阀a4-3的流通直径为1±0.5mm,电磁阀b4-4的流通直径为1.6±0.5mm,电磁阀c4-5的流通直径为1.6±0.5mm，电动调节阀4-2的最大流通直径为1.6±0.5mm。

电动流量调节阀4-2、电磁阀a4-3、电磁阀b4-4和电磁阀c4-5均受控于单片机控制器8，在单片机控制器8中预设有不同海拔高度对应含氧浓度的曲线方程。氧气浓度分析仪5与单片机控制器8相连，用于将检测到的氧气浓度值反馈给单片机控制器8。

采用该低氧发生系统模拟高原不同海拔氧气浓度快速实现过程为：

根据空气在中空纤维膜内不同的流速和压力下可分离出不同浓度的低氧空气的特性，在中空纤维膜组件3后面设置氧气浓度控制模块4以及氧气浓度分析仪5，并在单片机控制器8中预设好不同海拔高度对应含氧浓度的曲线方程。当用户在触摸屏18中输入任意高度后，单片机控制器8依据其内部预设的不同海拔高度对应含氧浓度的曲线方程将输入的高度数值转化为对应的氧浓度数值，然后根据依据预设的控制方案开启电磁阀，并控制电动流量调节阀4-2的开度来完成压力和流量控制，从而达到出口气体氧浓度的控制。该控制方案是指依据电动流量调节阀4-2和各电磁阀的流通直径所设定的电磁阀的开关状态和电动流量调节阀4-2的开度。

本实施例中所设定的控制方案为：

当输入的高度值对应的含氧浓度c≤10％时，电动流量调节阀和三个电磁阀均不开启，手动调节手动节流阀4-6的开度，使中空纤维膜组件3分离出来的气体含氧量在10％左右(通过氧气浓度分析仪5检测)，然后将该开度作为手动节流阀4-6的固定开度。

当输入的高度值对应的含氧浓度：10％＜c≤13.5％时，手动节流阀4-6保持固定开度，三个电磁阀均不开启，单片机控制器8通过pid调节技术调整电动流量调节阀4-2的开度，从而使氧气浓度分析仪5所检测的氧气浓度值与输入的高度值对应的含氧浓度一致，pid调节阀门开度的依据是输入的高度值对应的含氧浓度与氧气分析仪5检测的实际氧气浓度对比差值。

当输入的高度值对应的含氧浓度：13.5％＜c≤16％时，手动节流阀4-6保持固定开度，单片机控制器8控制电磁阀a4-3开启，同时单片机控制器8通过pid调节技术调整电动流量调节阀4-2的开度，从而使氧气浓度分析仪5所检测的氧气浓度值与输入的高度值对应的含氧浓度一致，pid调节阀门开度的依据是输入的高度值对应的含氧浓度与氧气分析仪5检测的实际氧气浓度对比差值。

当输入的高度值对应的含氧浓度：16％＜c≤17.5％时，手动节流阀4-6保持固定开度，单片机控制器8控制电磁阀4-3和电磁阀4-4开启，同时单片机控制器8通过pid调节技术调整电动流量调节阀4-2的开度，从而使氧气浓度分析仪5所检测的氧气浓度值与输入的高度值对应的含氧浓度一致，pid调节阀门开度的依据是输入的高度值对应的含氧浓度与氧气分析仪5检测的实际氧气浓度对比差值。

当输入的高度值对应的含氧浓度：c>17.5％时，手动节流阀4-6保持固定开度，单片机控制器8控制电磁阀a4-3、电磁阀b4-4和电磁阀c4-5均开启，同时单片机控制器8通过pid调节技术调整电动流量调节阀4-2的开度，从而使氧气浓度分析仪5所检测的氧气浓度值与输入的高度值对应的含氧浓度一致，pid调节阀门开度的依据是输入的高度值对应的含氧浓度与氧气分析仪5检测的实际氧气浓度对比差值。

上述控制方法即采用三个电磁阀进行分段控制，利用电动调节阀在分段浓度内进行精确调节。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。