一种高原弥散式供氧控制方法与流程

[0001]
本发明涉及自动化控制领域，具体涉及一种高原弥散式供氧控制方法。


背景技术：

[0002]
缺氧是阻碍高原地区发展和影响高原地区人民健康的重要因素，为了改善高原地区人民的工作、生活，供氧显得尤为重要。传统鼻吸式供氧的方式极大的限制了用户的行动，弥散式供氧的出现很好地解决了这个问题。但现有的集体式弥散供氧设备对氧气的消耗量极大，造成了很大浪费，并且不能有效监测当前室内的氧气浓度，可能出现供氧不合理的情况。


技术实现要素：

[0003]
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种高原弥散式供氧控制方法解决了现有供氧方式存在较大浪费的问题。
[0004]
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
[0005]
提供一种高原弥散式供氧控制方法，其包括以下步骤：
[0006]
s1、判断原始目标区域的体积是否在阈值范围内，若是则进入步骤s4，否则进入步骤s2；
[0007]
s2、根据分布在原始目标区域中的氧气弥散口将原始目标区域划分为若干目标子区域；
[0008]
s3、通过摄像头获取有人员在的目标子区域，并将有人员在的目标子区域作为当前目标区域；
[0009]
s4、根据当前目标区域的海拔获取当前目标区域中的压强；获取当前目标区域的环境温度；
[0010]
s5、根据当前目标区域的压强和环境温度获取当前目标区域的氧气密度；获取供氧管道输入的氧气浓度和当前目标区域的氧气浓度；
[0011]
s6、设定当前目标区域的目标氧气浓度和达到目标氧气浓度的时间，并基于当前目标区域的氧气浓度计算在此条件下达到目标氧气浓度所需的供氧管道出口流量；
[0012]
s7、根据当前目标区域的氧气密度和供氧管道出口流量获取供氧管道两端压力差；
[0013]
s8、获取供氧管道入口压力，并根据供氧管道入口压力和供氧管道两端压力差获取供氧管道目标出口压力；
[0014]
s9、调整供氧设备，使供氧管道出口压力维持在供氧管道目标出口压力；
[0015]
s10、判断是否终止供氧，若是则结束供氧；否则维持步骤s6中设定的目标氧气浓度和达到目标氧气浓度的时间并返回步骤s3。
[0016]
进一步地，步骤s2的具体方法包括以下子步骤：
[0017]
s2-1、根据公式：
[0018][0019]
获取原始目标区域中的氧气出口进行弥散式供氧时可覆盖的最大区域面积 f；其中k0为常数，值为7.14m2；l为氧气弥散口的最大出氧流量；d
ab
为氧气分子扩散系数；
[0020]
s2-2、按照氧气出口进行弥散式供氧时可覆盖的最大区域面积在原始目标区域中分布式地设置氧气弥散口，将每个氧气出口进行弥散式供氧时可覆盖的最大区域作为目标子区域，完成将原始目标区域划分为若干目标子区域。
[0021]
进一步地，步骤s4中根据当前目标区域的海拔获取当前目标区域中的压强的具体方法为：
[0022]
根据公式：
[0023][0024]
获取当前目标区域中的压强p；其中e为自然常数；h为当前目标区域的海拔。
[0025]
进一步地，步骤s5中获取当前目标区域的氧气浓度的具体方法为：
[0026]
根据公式：
[0027][0028]
获取当前目标区域的氧气密度ρ；其中p为当前目标区域的压强；m为气体摩尔质量；r为气体常量，值为8.31j/mol；t为绝对温度；t
i
为环境温度。
[0029]
进一步地，步骤s6中获取达到目标氧气浓度所需的供氧管道出口流量的具体方法为：
[0030]
根据公式：
[0031][0032]
获取达到目标氧气浓度所需的供氧管道出口流量q；其中x
m
为当前目标区域的氧气浓度；x
n
为设定的当前目标区域的目标氧气浓度；c为供氧管道输入的氧气浓度；t为设定的达到目标氧气浓度的时间；v为目标区域的体积。
[0033]
进一步地，步骤s7中获取供氧管道两端压力差的具体方法为：
[0034]
根据公式：
[0035][0036]
获取供氧管道两端压力差p
k
；其中v为供氧管道出口流速；q为供氧管道出口流量；ρ为当前输氧管道中的氧气密度。
[0037]
进一步地，步骤s8中获取供氧管道目标出口压力的具体方法为：
[0038]
根据公式：
[0039]
p
j
＝p
i-p
k
[0040]
获取供氧管道目标出口压力p
j
；其中p
i
为供氧管道入口压力，由传感器测得； p
k
为计算得到的供氧管道两端压力差。
[0041]
进一步地，步骤s6中当前目标区域的目标氧气浓度的设定范围为：
[0042]
若当前海拔高度在3000m以内，则当前目标区域的目标氧气浓度设定范围为
22.3％-25.7％；
[0043]
若当前海拔高度在3000m-3500m时，则当前目标区域的目标氧气浓度设定范围为22.3％-26.3％；
[0044]
若当前海拔高度在3500m-4000m时，则当前目标区域的目标氧气浓度设定范围为22.3％-26.8％；
[0045]
若当前海拔高度在4000m-4500m时，则当前目标区域的目标氧气浓度设定范围为22.4％-27.5％；
[0046]
若当前海拔高度在4500m-5000m时，则当前目标区域的目标氧气浓度设定范围为22.4％-28.1％；
[0047]
若当前海拔高度在5000m-5500m时，则当前目标区域的目标氧气浓度设定范围为23.9％-28.7％。
[0048]
进一步地，步骤s6中还包括以下步骤：
[0049]
①
、判断用户设定的当前目标区域的目标氧气浓度数值是否在规定的设定范围内，若是则按照用户设定的数值进行供氧管道出口流量计算，否则进入步骤
②
；
[0050]
②
、提醒用户设定值无效，并判断用户在规定时间内是否重新设置有效值，若重新设定了有效值则按照该有效值进行供氧管道出口流量计算，否则进入步骤
③
；
[0051]
③
、若当前海拔在3000m以内，则自动将当前目标区域的目标氧气浓度设定为25％；若当前海拔在3000m-3500m，则自动将当前目标区域的目标氧气浓度设定为25.5％；若当前海拔在3500m-4000m，则自动将当前目标区域的目标氧气浓度设定为26％；若当前海拔在4000m-4500m，则自动将当前目标区域的目标氧气浓度设定为26.5％；若当前海拔在4500m-5000m，则自动将当前目标区域的目标氧气浓度设定为27％；若当前海拔在5000m-5500m，则自动将当前目标区域的目标氧气浓度设定为28％；并进行供氧管道出口流量计算。
[0052]
本发明的有益效果为：本发明可以根据海拔和目标区域的实际情况针对性的进行供氧控制，对于大区域进行分区域供氧可以避免氧气的过多供应，避免浪费。同时本方法能自动识别用户的设置是否有效，对于无效的设置进行提醒及自动纠正，实现合理供氧，对改善高原地区干燥缺氧的环境现状和人民的生活质量以及探究供氧对高原地区人民身体健康的影响等具有重要意义。
附图说明
[0053]
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
[0054]
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0055]
如图1所示，该高原弥散式供氧控制方法包括以下步骤：
[0056]
s1、判断原始目标区域的体积是否在阈值范围内，若是则进入步骤s4，否则进入步
骤s2；
[0057]
s2、根据分布在原始目标区域中的氧气弥散口将原始目标区域划分为若干目标子区域；
[0058]
s3、通过摄像头获取有人员在的目标子区域，并将有人员在的目标子区域作为当前目标区域；
[0059]
s4、根据当前目标区域的海拔获取当前目标区域中的压强；获取当前目标区域的环境温度；
[0060]
s5、根据当前目标区域的压强和环境温度获取当前目标区域的氧气密度；获取供氧管道输入的氧气浓度和当前目标区域的氧气浓度；
[0061]
s6、设定当前目标区域的目标氧气浓度和达到目标氧气浓度的时间，并基于当前目标区域的氧气浓度计算在此条件下达到目标氧气浓度所需的供氧管道出口流量；
[0062]
s7、根据当前目标区域的氧气密度和供氧管道出口流量获取供氧管道两端压力差；
[0063]
s8、获取供氧管道入口压力，并根据供氧管道入口压力和供氧管道两端压力差获取供氧管道目标出口压力；
[0064]
s9、调整供氧设备，使供氧管道出口压力维持在供氧管道目标出口压力；
[0065]
s10、判断是否终止供氧，若是则结束供氧；否则维持步骤s6中设定的目标氧气浓度和达到目标氧气浓度的时间并返回步骤s3。
[0066]
步骤s2的具体方法包括以下子步骤：
[0067]
s2-1、根据公式：
[0068][0069]
获取原始目标区域中的氧气出口进行弥散式供氧时可覆盖的最大区域面积 f；其中k0为常数，值为7.14m2；l为氧气弥散口的最大出氧流量；d
ab
为氧气分子扩散系数；
[0070]
s2-2、按照氧气出口进行弥散式供氧时可覆盖的最大区域面积在原始目标区域中分布式地设置氧气弥散口，将每个氧气出口进行弥散式供氧时可覆盖的最大区域作为目标子区域，完成将原始目标区域划分为若干目标子区域。
[0071]
步骤s4中根据当前目标区域的海拔获取当前目标区域中的压强的具体方法为：根据公式：
[0072][0073]
获取当前目标区域中的压强p；其中e为自然常数；h为当前目标区域的海拔。
[0074]
步骤s5中获取当前目标区域的氧气浓度的具体方法为：根据公式：
[0075][0076]
获取当前目标区域的氧气密度ρ；其中p为当前目标区域的压强；m为气体摩尔质量；r为气体常量，值为8.31j/mol；t为绝对温度；t
i
为环境温度。
[0077]
步骤s6中获取达到目标氧气浓度所需的供氧管道出口流量的具体方法为：根据公式：
[0078][0079]
获取达到目标氧气浓度所需的供氧管道出口流量q；设定的当前目标区域的目标氧气浓度；x
n
为当前目标区域的氧气浓度；c为供氧管道输入的氧气浓度； t为设定的达到目标氧气浓度的时间；v为目标区域的体积。
[0080]
步骤s7中获取供氧管道两端压力差的具体方法为：根据公式：
[0081][0082]
获取供氧管道两端压力差p
k
；其中v为供氧管道出口流速；q为供氧管道出口流量，即s6中获取达到目标氧气浓度所需的供氧管道出口流量；ρ为当前输氧管道中的氧气密度。
[0083]
步骤s8中获取供氧管道目标出口压力的具体方法为：根据公式：
[0084]
p
j
＝p
i-p
k
[0085]
获取供氧管道目标出口压力p
j
；其中p
i
为供氧管道入口压力，由传感器测得； p
k
为计算得到的供氧管道两端压力差。
[0086]
步骤s6中当前目标区域的目标氧气浓度的设定范围为：
[0087]
若当前海拔高度在3000m以内，则当前目标区域的目标氧气浓度设定范围为22.3％-25.7％；
[0088]
若当前海拔高度在3000m-3500m时，则当前目标区域的目标氧气浓度设定范围为22.3％-26.3％；
[0089]
若当前海拔高度在3500m-4000m时，则当前目标区域的目标氧气浓度设定范围为22.3％-26.8％；
[0090]
若当前海拔高度在4000m-4500m时，则当前目标区域的目标氧气浓度设定范围为22.4％-27.5％；
[0091]
若当前海拔高度在4500m-5000m时，则当前目标区域的目标氧气浓度设定范围为22.4％-28.1％；
[0092]
若当前海拔高度在5000m-5500m时，则当前目标区域的目标氧气浓度设定范围为23.9％-28.7％。
[0093]
步骤s6中还包括以下步骤：
[0094]
①
、判断用户设定的当前目标区域的目标氧气浓度数值是否在规定的设定范围内，若是则按照用户设定的数值进行供氧管道出口流量计算，否则进入步骤
②
；
[0095]
②
、提醒用户设定值无效，并判断用户在规定时间内是否重新设置有效值，若重新设定了有效值则按照该有效值进行供氧管道出口流量计算，否则进入步骤
③
；规定时间可以设置为15秒；
[0096]
③
、若当前海拔在3000m以内，则自动将当前目标区域的目标氧气浓度设定为25％；若当前海拔在3000m-3500m，则自动将当前目标区域的目标氧气浓度设定为25.5％；若当前海拔在3500m-4000m，则自动将当前目标区域的目标氧气浓度设定为26％；若当前海拔在4000m-4500m，则自动将当前目标区域的目标氧气浓度设定为26.5％；若当前海拔在4500m-5000m，则自动将当前目标区域的目标氧气浓度设定为27％；若当前海拔在5000m-5500m，则自动将当前目标区域的目标氧气浓度设定为28％；并进行供氧管道出口流量计
算。
[0097]
在具体实施过程中，原始目标区域的体积对应的阈值可以通过室内弥散口可覆盖的区域面积来确定，即若一个弥散口的覆盖区域为10平方米，则原始目标区域的体积对应的阈值为10平方米。对于未设置达到目标氧气浓度的时间的情况，可以按照5分钟或其他数值来进行工作。
[0098]
在本发明的一个实施例中，如表1所示，当前目标区域的目标氧气浓度的设定范围可以分为3个等级(a、b和c)，其中a级适用于急进高原的人员；b 级适用于短居高原的人员；c级实用于久居高原的人员。另外，在用于休息、简单办公的目标区域，宜采用b级；在进行体育活动等较大劳动强度的环境(短时间)，宜采用a级。
[0099]
表1：当前目标区域的目标氧气浓度的推荐值
[0100][0101][0102]
以海拔在3500米的一个3
×3×
3的半封闭式房间为例，一个长期在此办公的人根据自身情况选择了b模式供氧，并设置了供氧区域的面积为3
×3×
3。若用户未在系统等待时间内自主设置目标氧气浓度值，则系统自动采用3500米海拔下 b模式中的推荐浓度24.0％(以表1作为标准)作为目标氧气浓度值。此时传感器模块监测到氧气浓度x
n
为20％，海拔h为3500米，室温t
i
为17℃，采用管径为dn80的电磁阀，出口流速为6m/s,入口压力p
i
为0.6mpa,而氧气摩尔质量m 为32g/mol,r为8.31j/(mol
·
k),热力学温度t为273.15℃，供入的氧气浓度为90％。将上述参数代入公式中可得出，若将出口压力调节为0.56mpa,则可在短时间内实现对空间中氧气浓度的迅速提升。
[0103]
在具体实施时，还可以在出氧口安装传感器，根据传感器获取的数值判断氧气是否正常输出，并以此来判断氧气来源是否正常。若判断为异常，则自动停止设备的工作，并启动声光报警等装置来提醒用户。例如，当氧气传感器监测到的氧气浓度一会为23％一会变成30％；或氧气传感器监测到的氧气浓度在一定时间内均低于预设值，即可判断为异常。当传感器监测到二氧化碳或其他有害气体浓度超标，则自动打开新风系统进行通风；传感器监测到有火情发生时则自动停止氧气的供给并进行报警。
[0104]
综上所述，本发明可以根据海拔和目标区域的实际情况针对性的进行供氧控制，对于大区域进行分区域供氧可以避免氧气的过多供应，避免浪费。同时本方法能自动识别用户的设置是否有效，对于无效的设置进行提醒及自动纠正，实现合理供氧。