[发明专利]火灾应急防护服测试用模拟皮肤传感器及其测试方法

权利要求书

1、一种火灾应急防护服装测试用模拟皮肤热流传感器，其特征在于：采用与人体皮肤属性相似的人工玻璃晶体制作皮肤模拟传感器(1)，在皮肤模拟传感器(1)表面开有矩形凹槽(2)，在矩形凹槽(2)里装有一只T型热电偶(3)，热电偶(3)的接线(4)沿法向方向穿过模拟器接入转换器(5)，热电偶的测量端用环氧树脂胶粘于模拟器表面，所述的转换器(5)为PCI-MIO-16E-1数据采集卡(DAQ)，由热电偶采集到的温度模拟信号经PCI-MIO-16E-1数据采集卡(DAQ)转换成标准信号输入计算机。

2、根据权利要求1所述的火灾应急防护服装测试用模拟皮肤热流传感器，其特征在于：所述的人工玻璃晶体为热传导率为1.5W/m·K，使用范围在-270℃～+800℃；从800℃急冷至0℃不破碎，200℃急冷到0℃强度不变化的玻璃类材料。

3、根据权利要求1所述的火灾应急防护服装测试用模拟皮肤热流传感器，其特征在于：所述的皮肤模拟传感器(1)的直径为40mm，厚度为13.5mm。

4、一种采用权利要求1所述的火灾应急防护服装测试用模拟皮肤热流传感器测试应急防护服的方法，其特征在于：按照如下步骤进行：

(1)、依热电偶测量模拟皮肤器表面温度T₁；

(2)、根据模拟皮肤器表面温度T₁，求取入射到皮肤模拟器表面热量q″；

假设皮肤模拟器为半无限体，根据传热逆问题法则，将半无限体的某一受热时间段Δt分成n个时间步长，并用热电偶测量每个步长下半无限体表面的瞬时温度T_j，则皮肤模拟器表面吸收的热流量可用式(1)计算：

q′′(tn)=kρsmcsmπΔtΣj=1nTj-Tj-1n+1-j---(1)]]>

式中，ρ_sm和c_sm分别是皮肤模拟器的密度和比热，

(3)、将入射到模拟皮肤器表面的热量q″值代入到传统Pennes或STWM皮肤传热方程式中，计算得到皮肤温度值，其中：

传统Pennes皮肤传热方程：

▿(kskin▿T)+ωbρbCp,b(Tb-T)+qm+qr=ρskinCp,skin∂T∂t---(2)]]>

式中：ρ_skin、C_p，skin和k_skin——皮肤组织的密度、比热和导热系数；

ρ_b和C_p，b——人体血液的密度和比热；

ω_b——血流灌注率；

q_m和q_r——新陈代谢产热与激光、微波等外来能量被生物组织吸收后表现为容积发热源；

T_b和T——人体动脉和皮肤组织温度，

本发明根据皮肤生物组织传热特点，考虑了热量在皮肤传递速度有限的热波皮肤模型来测量皮肤的烧伤度，从而以此热防护服用织物层下皮肤烧伤级别来评价织物的热性能，即在传统Pennes皮肤传热方程中增加传热滞后时间τ，获得皮肤热波传热(STWM)方程：

▿[kskin▿T]+[ωbρbCp,b(Tb-T)+qm+qr+τ(-ωbCp,b∂T∂t+∂qm∂t+∂qr∂t)]]]>

=ρskinCp,skin[τ(∂2T∂t2)+∂T∂t]---(3)]]>

(4)、为了预测皮肤烧伤度，将测试分析并计算得到的基面温度作为输入参数代入到Henriques皮肤烧伤积分模型(4)：

dΩdt=Pexp(-ΔERT)---(4)]]>

通过积分得式(5)：

Ω=∫0tPexp(-ΔERT)dt---(5)]]>

式中：Ω——皮肤烧伤破坏程度的量化值，无量纲；

R——摩尔气体常数，8.31J/mol·K；

ΔE——皮肤的活化能，J/mol；

P——皮肤组织频率因子，1/sec；

T——皮肤表面80μm处温度，℃；

t——皮肤受热时间，s。

当Ω等于或大于1时，皮肤即达到二级烧伤度；当Ω等于0.53时，皮肤达到一级烧伤度，因此根据以上内容，提出皮肤模拟器测量皮肤温度并以此预测皮肤烧伤度所需时间的流程。