供飞行员低氧训练的设备

供飞行员低氧训练的设备

　　技术领域

　　本申请涉及低氧训练领域，具体而言，涉及一种供飞行员低氧训练的设备。

　　背景技术

　　飞行员低氧训练设备是飞行员在地面海拔高度体验高空缺氧状态的一套缺氧体验训练产品。该设备能够在常压状态下为受训人员提供一定低氧浓度呼吸气体，进而使其体验缺氧状态的训练设备。该设备使用压缩空气为原料，采用气体分离制氮技术制备富氮气体，然后压缩空气和富氮气体通过调节压力、流量、浓度、蓄压、肺式呼吸调节等环节最终通过氧气面罩供受训人员呼吸。

　　现有技术中的低氧训练设备以高纯氮和高纯氧为气源，使用效果较差。

　　在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。

　　发明内容

　　本申请的主要目的在于提供一种供飞行员低氧训练的设备，以解决现有技术中飞行员低氧训练设备的使用效果较差的问题。

　　为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种供飞行员低氧训练的设备，所述设备包括气路组件、执行机构、控制器和传感器，所述气路组件通过输气管路与所述执行机构连接，部分所述传感器安装在部分所述气路组件上且至少用于检测部分所述气路组件中的气体的浓度和/或压力，剩余的所述传感器安装在所述输气管路上且至少用于检测所述输气管路中的所述气体的流量和/或压力，所述控制器分别与所述执行机构和所述传感器电连接，所述控制器根据所述传感器的输出信号至少控制所述执行机构动作，所述设备的气源为空气。

　　进一步地，所述气路组件包括空气压缩机和第一储气罐，所述执行机构包括变频器，所述传感器包括第一气体压力传感器，所述空气压缩机通过所述输气管路与所述第一储气罐的第一端连通，所述第一气体压力传感器安装在所述第一储气罐上，所述变频器与所述空气压缩机电连接，所述第一气体压力传感器用于检测所述第一储气罐中的空气的压力，所述控制器根据所述第一储气罐中的空气的压力控制所述变频器的输出，以控制所述空气的压力保持在第一预定范围内。

　　进一步地，所述气路组件还包括膜制氮模块和第二储气罐，所述传感器还包括第一氧分压传感器和第二气体压力传感器，所述膜制氮模块的第一端通过所述输气管路与所述第一储气罐的第二端连通，所述膜制氮模块的第二端通过所述输气管路与所述第二储气罐的第一端连通，所述第一氧分压传感器和所述第二气体压力传感器安装在所述第二储气罐上，所述膜制氮模块用于生成富氮气体，所述第一氧分压传感器用于检测所述富氮气体的氧气浓度，所述第二气体压力传感器用于检测所述富氮气体的压力，所述控制器根据所述富氮气体的氧气浓度和所述富氮气体的压力控制所述膜制氮模块的输出以控制所述富氮气体的氧气浓度保持在第二预定范围内，以控制所述富氮气体的压力保持在第三预定范围内。

　　进一步地，所述气路组件还包括混气装置，所述执行机构还包括第一流量控制器和第二流量控制器，所述第一流量控制器的第一端通过所述输气管路与所述第二储气罐的第二端可切断地连通，所述第二流量控制器的第一端通过所述输气管路与所述第一储气罐的第二端可切断地连通，所述第一流量控制器的第二端通过所述输气管路与所述混气装置的第一端可切断地连通，所述第二流量控制器的第二端通过所述输气管路与所述混气装置的第一端可切断地连通。

　　进一步地，所述气路组件还包括第三储气罐，所述传感器还包括第二氧分压传感器和第三气体压力传感器，所述第三储气罐的第一端通过所述输气管路与所述混气装置的第二端连通，所述第二氧分压传感器和所述第三气体压力传感器安装在所述第三储气罐上，所述控制器根据所述第二氧分压传感器的输出信号和第三气体压力传感器的输出信号，控制所述第一流量控制器的输出和所述第二流量控制器的输出，以控制所述第三储气罐中的气体中的氧气的浓度和所述气体的压力。

　　进一步地，所述气路组件还包括分流装置，所述执行机构还包括第一呼吸流量控制器和第二呼吸流量控制器，所述第三储气罐的第二端通过所述输气管路与所述分流装置的输入端连通，所述分流装置的第一输出端通过所述输气管路与所述第一呼吸流量控制器的第一端可切断地连通，所述分流装置的第二输出端通过所述输气管路与所述第二呼吸流量控制器的第一端可切断地连通，所述第一呼吸流量控制器和所述第二呼吸流量控制器均至少用于控制受训者吸入气体的流量。

　　进一步地，所述传感器还包括第四气体压力传感器、第五气体压力传感器、第一气体质量流量传感器、第二气体质量流量传感器、第三氧分压传感器、第四氧分压传感器、第一绝压式气体压力传感器和第二绝压式气体压力传感器，所述气路组件还包括第一氧气面罩接头和第二氧气面罩接头，所述第四气体压力传感器、所述第一气体质量流量传感器、第三氧分压传感器和所述第一绝压式气体压力传感器安装在第一目标管路上，所述第一目标管路为所述第一氧气面罩接头与所述第一呼吸流量控制器的第二端之间的所述输气管路，所述第五气体压力传感、所述第二气体质量流量传感器、第四氧分压传感器和所述第二绝压式气体压力传感器安装在第二目标管路上，所述第二目标管路为所述第二氧气面罩接头与所述第二呼吸流量控制器的第二端之间的所述输气管路。

　　进一步地，所述控制器根据所述第四气体压力传感器的输出控制所述第一呼吸流量控制器的输出，所述控制器根据所述第五气体压力传感器的输出控制所述第二呼吸流量控制器的输出。

　　进一步地，所述控制器根据所述第三氧分压传感器的输出和所述第一绝压式气体压力传感器的输出获取第一等效生理高度；所述控制器根据所述第一等效生理高度与等效生理高度的基准值控制所述第一呼吸流量控制器的输出；和/或，所述控制器根据所述第四氧分压传感器的输出和所述第二绝压式气体压力传感器的输出获取第二等效生理高度；所述控制器根据所述第二等效生理高度与所述等效生理高度的基准值控制所述第二呼吸流量控制器的输出。

　　进一步地，所述控制器根据所述第一气体质量流量传感器的输出控制所述第一呼吸流量控制器的输出；所述控制器根据所述第二气体质量流量传感器的输出控制所述第二呼吸流量控制器的输出。

　　进一步地，所述控制器控制各所述执行机构的动作均为闭环控制。

　　进一步地，所述控制器至少为以下之一：控制计算机、单片机、FPGA。

　　应用本申请的技术方案，供飞行员低氧训练的设备采用了空气为气源，相比于现有技术中的低氧训练设备多采用高纯氮和高纯氧为气源，节约了成本，本设备中的控制器根据传感器的输出信号至少控制执行机构动作，实现了气体的浓度、压力和流量等参数实时反馈控制，提高了控制精度，进而改善了飞行员低氧训练设备的使用效果。

　　附图说明

　　构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

　　图1示出了根据本申请的实施例的供飞行员低氧训练的设备示意图。

　　其中，上述附图包括以下附图标记：

　　10、空气压缩机；11、膜制氮模块；12、混气装置；13、分流装置；14、第一储气罐；15、第二储气罐；16、第三储气罐；17、第一氧气面罩接头；18、第二氧气面罩接头；19、止回阀；20、预处理装置；30、控制器；31、变频器；32、第一流量控制器；33、第二流量控制器；34、第一呼吸流量控制器；35、第二呼吸流量控制器；40、第一气体压力传感器；41、第一氧分压传感器；42、第二气体压力传感器；43、第二氧分压传感器；44、第三气体压力传感器；45、第四气体压力传感器；46、第五气体压力传感器；47、第一气体质量流量传感器；48、第二气体质量流量传感器；49、第三氧分压传感器；50、第四氧分压传感器；51、第一绝压式气体压力传感器；52、第二绝压式气体压力传感器。

　　具体实施方式

　　应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

　　需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

　　应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。

　　正如背景技术中所介绍的现有技术中的飞行员低氧训练设备的使用效果较差，为解决如上飞行员低氧训练设备的使用效果较差的问题，本申请的实施例提供了一种供飞行员低氧训练的设备。

　　本申请的一种实施例，如图1所示，上述设备包括气路组件、执行机构、控制器30和传感器，上述气路组件通过输气管路与上述执行机构连接，部分上述传感器安装在部分上述气路组件上且至少用于检测部分上述气路组件中的气体的浓度和/或压力，剩余的上述传感器安装在上述输气管路上且至少用于检测上述输气管路中的上述气体的流量和/或压力，上述控制器30分别与上述执行机构和上述传感器电连接，上述控制器30根据上述传感器的输出信号至少控制上述执行机构动作，上述设备的气源为空气。

　　需要说明的是，上述控制器也可以分别与上述执行机构和上述传感器无线连接或有线电连接，图1仅仅示出了控制器30与部分执行机构，控制器30与部分传感器的连接，图中的虚线表示控制器30与部分执行机构通信连接，图中的虚线表示控制器30与部分传感器通信连接。

　　上述方案中，供飞行员低氧训练的设备采用了空气为气源，相比于现有技术中的低氧训练设备多采用高纯氮和高纯氧为气源，节约了成本，本设备中的控制器根据传感器的输出信号至少控制执行机构动作，实现了气体的浓度、压力和流量等参数实时反馈控制，提高了控制精度，进而改善了飞行员低氧训练设备的使用效果。

　　本申请的又一种实施例，如图1所示，上述气路组件包括空气压缩机10和第一储气罐14，上述执行机构包括变频器31，上述传感器包括第一气体压力传感器40，上述空气压缩机10通过上述输气管路与上述第一储气罐14的第一端连通，上述第一气体压力传感器40安装在上述第一储气罐14上，上述变频器31与上述空气压缩机10电连接，上述第一气体压力传感器40用于检测上述第一储气罐14中的空气的压力，上述控制器30根据上述第一储气罐14中的空气的压力控制上述变频器31的输出，以控制上述空气的压力保持在第一预定范围内，第一气体压力传感器40可以为差压式气体压力传感器，即空气气源通过空气压缩机10压缩为具有一定压力的压缩空气，压缩空气进入第一储气罐14中，第一气体压力传感器40采集到第一储气罐14中的空气的压力，控制器30根据空气的压力的测量值与设定值的大小关系，控制变频器31的输出，进而使得第一储气罐14中的气体的压力保持在第一预定范围内，实现了对第一储气罐14中的空气的压力的精准控制，进而改善了飞行员低氧训练设备的使用效果。

　　本申请的又一种实施例，如图1所示，上述空气压缩机10与第一储气罐14之间的输气管路上还分布有止回阀19和预处理装置20，止回阀19用于防止输气管路中的气体倒流，在压缩空气进入第一储气罐14之前，对压缩空气进行预处理，预处理包括颗粒物过滤和除湿，进一步地保证了飞行员低氧训练的需求。

　　需要说明的是，第一预定范围内优选为400kpa～600kpa，当然，本领域技术人员可以根据实际情况设置合适的第一预定范围以满足实际需求。

　　本申请的再一种实施例，如图1所示，上述气路组件还包括膜制氮模块11和第二储气罐15，上述传感器还包括第一氧分压传感器41和第二气体压力传感器42，上述膜制氮模块11的第一端通过上述输气管路与上述第一储气罐14的第二端连通，上述膜制氮模块11的第二端通过上述输气管路与上述第二储气罐15的第一端连通，上述第一氧分压传感器41和上述第二气体压力传感器42安装在上述第二储气罐15上，上述膜制氮模块11用于生成富氮气体，上述第一氧分压传感器41用于检测上述富氮气体的氧气浓度，上述第二气体压力传感器42用于检测上述富氮气体的压力，上述控制器30根据上述富氮气体的氧气浓度和上述富氮气体的压力控制上述膜制氮模块11的输出以控制上述富氮气体的氧气浓度保持在第二预定范围内，以控制上述富氮气体的压力保持在第三预定范围内，第二气体压力传感器42可以为差压式气体压力传感器，即一定压力的压缩空气经过膜制氮模块11生成具有一定氧浓度和压力的富氮气体，该富氮气体存储在第二储气罐15中，该氧气浓度和压力由第一氧分压传感器41和第二气体压力传感器42采集到控制器30中，控制器30根据该信号控制制氮模块改变相应输出，以控制上述富氮气体的氧气浓度保持在第二预定范围内，以控制上述富氮气体的压力保持在第三预定范围内，在富氮气体的氧气浓度不在第二预定范围内或者富氮气体的压力不在第三预定范围内的情况下，设备启动报警功能，以提醒控制器30做相应的调整，改善了飞行员低氧训练设备的使用效果。

　　需要说明的是，第二预定范围内优选为7～21％.，第三预定范围内优选为0kpa～100kpa，当然，本领域技术人员可以根据实际情况设置合适的第二预定范围和第三预定范围以满足实际需求。

　　本申请的另一种实施例，如图1所示，上述气路组件还包括混气装置12，上述执行机构还包括第一流量控制器32和第二流量控制器33，上述第一流量控制器32的第一端通过上述输气管路与上述第二储气罐15的第二端可切断地连通，上述第二流量控制器33的第一端通过上述输气管路与上述第一储气罐14的第二端可切断地连通，上述第一流量控制器32的第二端通过上述输气管路与上述混气装置12的第一端可切断地连通，上述第二流量控制器33的第二端通过上述输气管路与上述混气装置12的第一端可切断地连通，即富氮气体经过第一流量控制器32进入混气装置12，第一储气罐14中的压缩空气经过第二流量控制器33进入混气装置12，在混气装置12内两种气体进行充分混合，混合后的气体是与设备输入的等效生理高度相对应的低氧浓度气体，该低氧浓度气体后续供受训者使用，即混气装置12实现了对富氮气体和空气的混合，改善了飞行员低氧训练设备的使用效果。

　　本申请的又一种实施例，如图1所示，上述气路组件还包括第三储气罐16，上述传感器还包括第二氧分压传感器43和第三气体压力传感器44，上述第三储气罐16的第一端通过上述输气管路与上述混气装置12的第二端连通，上述第二氧分压传感器43和上述第三气体压力传感器44安装在上述第三储气罐16上，上述控制器30根据上述第二氧分压传感器43的输出信号和第三气体压力传感器44的输出信号，控制上述第一流量控制器32的输出和上述第二流量控制器33的输出，以控制上述第三储气罐16中的气体中的氧气的浓度和上述气体的压力，即经过混气装置12混合后的气体进入第三储气罐16，进入第三储气罐16中的气体中的氧气浓度由第二氧分压传感器43测得，进入第三储气罐16中的气体的压力由第三气体压力传感器44测得，控制根据第二氧分压传感器43的测量值和设定值大小关系，控制第一流量控制器32的输出和第二流量控制器33的输出，控制根据第三气体压力传感器44的测量值和设定值大小关系，控制第一流量控制器32的输出和第二流量控制器33的输出，通过控制第一流量控制器32的输出和第二流量控制器33的输出以控制第三储气罐16中的氧气浓度和压力满足条件，改善了飞行员低氧训练设备的使用效果。

　　本申请的再一种实施例，如图1所示，上述气路组件还包括分流装置13，上述执行机构还包括第一呼吸流量控制器34和第二呼吸流量控制器35，上述第三储气罐16的第二端通过上述输气管路与上述分流装置13的输入端连通，上述分流装置13的第一输出端通过上述输气管路与上述第一呼吸流量控制器34的第一端可切断地连通，上述分流装置13的第二输出端通过上述输气管路与上述第二呼吸流量控制器35的第一端可切断地连通，上述第一呼吸流量控制器34和上述第二呼吸流量控制器35均至少用于控制受训者吸入气体的流量，第一呼吸流量控制器34和第二呼吸流量控制器35的作用是根据受训者的呼吸状态调节输出气流量，进而满足受训者的使用需求。

　　本申请的又一种实施例，如图1所示，上述传感器还包括第四气体压力传感器45、第五气体压力传感器46、第一气体质量流量传感器47、第二气体质量流量传感器48、第三氧分压传感器49、第四氧分压传感器50、第一绝压式气体压力传感器51和第二绝压式气体压力传感器52，上述气路组件还包括第一氧气面罩接头17和第二氧气面罩接头18，上述第四气体压力传感器45、上述第一气体质量流量传感器47、第三氧分压传感器49和上述第一绝压式气体压力传感器51安装在第一目标管路上，上述第一目标管路为上述第一氧气面罩接头17与上述第一呼吸流量控制器34的第二端之间的上述输气管路，上述第五气体压力传感、上述第二气体质量流量传感器48、第四氧分压传感器50和上述第二绝压式气体压力传感器52安装在第二目标管路上，上述第二目标管路为上述第二氧气面罩接头18与上述第二呼吸流量控制器35的第二端之间的上述输气管路，第四气体压力传感器45和第五气体压力传感器46可以为差压式压力传感器，第四气体压力传感器45能够感受第一呼吸流量控制器34后端的气压变化，第五气体压力传感器46能够感受第二呼吸流量控制器35后端的气压变化，以满足受训者的使用需求，采用双路输出方式，能够供两名飞行员同时训练。

　　本申请的再一种实施例，如图1所示，上述控制器30根据上述第四气体压力传感器45的输出控制上述第一呼吸流量控制器34的输出，上述控制器30根据上述第五气体压力传感器46的输出控制上述第二呼吸流量控制器35的输出，控制器30根据第四气体压力传感器45的输出控制第一呼吸流量控制器34的输出，使得第一呼吸流量控制器34周期性地向受训者供给低氧气体，同理，控制器30根据第五气体压力传感器46的输出控制第二呼吸流量控制器35的输出，使得第二呼吸流量控制器35周期性地向受训者供给低氧气体，以满足受训者的使用需求，改善了飞行员低氧训练设备的使用效果。

　　本申请的另一种实施例，如图1所示，上述控制器30根据上述第三氧分压传感器49的输出和上述第一绝压式气体压力传感器51的输出获取第一等效生理高度；上述控制器30根据上述第一等效生理高度与等效生理高度的基准值控制上述第一呼吸流量控制器34的输出；和/或，上述控制器30根据上述第四氧分压传感器50的输出和上述第二绝压式气体压力传感器52的输出获取第二等效生理高度；上述控制器30根据上述第二等效生理高度与上述等效生理高度的基准值控制上述第二呼吸流量控制器35的输出，第三氧分压传感器49、第四氧分压传感器50和第一绝压式气体压力传感器51和第二绝压式气体压力传感器52分成两组连接至飞行员供氧面罩，能够采集面罩内的氧分压和气压，控制器30根据采集到的氧分压信号和气压信号，进行计算转换为等效生理高度，进而控制器30根据等效生理高度和等效生理高度的基准值的大小关系，控制第一呼吸流量控制器34的输出和第二呼吸流量控制器35的输出，第一呼吸流量控制器34与第一氧气面罩接头17连通，第二呼吸流量控制器35与第二氧气面罩接头18连通，通过调节第一呼吸流量控制器34和第二呼吸流量控制器35的输出满足第一受训者和第二受训者的低氧训练。

　　本申请的又一种实施例，如图1所示，上述控制器30根据上述第一气体质量流量传感器47的输出控制上述第一呼吸流量控制器34的输出；上述控制器30根据上述第二气体质量流量传感器48的输出控制上述第二呼吸流量控制器35的输出，第一呼吸流量控制器34与第一氧气面罩接头17连通，第二呼吸流量控制器35与第二氧气面罩接头18连通，通过调节第一呼吸流量控制器34和第二呼吸流量控制器35的输出满足第一受训者和第二受训者的低氧训练。

　　本申请的再一种实施例，如图1所示，上述控制器30控制各上述执行机构的动作均为闭环控制，即通过检测气体的浓度、气体的压力、气体的流量等信号，控制相应的气体的，采用了对气体参数的多重反馈控制，且为闭环控制，提高了等效生理高度控制精度。

　　本申请的另一种实施例，上述控制器至少为以下之一：控制计算机、单片机、FPGA，当然控制器也可以为其他具有控制功能的器件。

　　本申请的再一种实施例，实时采集了受训人员的血氧饱和度信号，并分析其缺氧状态，并据此能够在必要时将受训人员吸入气由低氧浓度气体切换为空气，提高了训练安全性；

　　本申请的再一种实施例，采用了军用飞机机载氧气系统专用接口，能够与飞行员氧气面罩直接连接，在实际使用中飞行员可以直接将其本人的氧气面罩连接到本设备，提高了卫生行和通用性。

　　从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

　　本申请的飞行员低氧训练的设备，供飞行员低氧训练的设备采用了空气为气源，相比于现有技术中的低氧训练设备多采用高纯氮和高纯氧为气源，节约了成本，本设备中的控制器根据传感器的输出信号至少控制执行机构动作，实现了气体的浓度、压力和流量等参数实时反馈控制，提高了控制精度，进而改善了飞行员低氧训练设备的使用效果。

　　以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。