[发明专利]基于手-手套-环境系统的手部皮肤温度实时预测系统

说明书

本发明公开了一种基于手‑手套‑环境系统的手部皮肤温度实时预测系统，包括手‑手套‑环境热平衡系统、手部热生理调节系统、手部皮肤温度输出模块。手‑手套‑环境热平衡系统是将手部按生理结构划分为大拇指、食指、中指、无名指、小指、手掌和手背，考虑各部位与环境之间通过对流、辐射、传导、蒸发等方式进行的热量传递过程，建立热平衡方程。手部热生理调节系统主要分析出汗、颤抖及血液流量对手的各部位换热量的影响。手部皮肤温度输出模块用于计算并实时显示各手指、手掌及手背的皮肤温度。所建立的手部皮肤温度实时预测系统，可满足手不同部位皮肤温度准确预测的需求，可用于防护手套性能测试及研发，为手部热舒适性评估提供基础数据。

技术领域

本发明涉及公共安全人体防护领域，尤其涉及一种基于手-手套-环境系统的手部皮肤温度实时预测系统。

背景技术

受比表面积大、血液流量变化大、散热量高、代谢产热量低等因素影响，手部，特别是手指，是人体最容易受寒冷环境影响的部位之一。手部皮肤温度直接影响手的灵活性、操作性能、热舒适性能。研究表明，要保持手的灵活性和舒适性不受影响，手部皮肤温度至少要维持在15℃以上，当手部皮肤温度处于6-8℃时的手的操作性能急剧降低、容易引发事故，当手部皮肤温度低于5℃时易引发冻伤。此外，手指、手掌和手背之间的皮肤温度差异很大，特别是手指的皮肤温度显著低于手掌和手背。然而，手部热生理调节规律及手-手套-环境之间的热湿交换机理仍不清楚，手部皮肤温度分布的机理也不明确，极大地影响高性能手套的研发及手部热防护。已有研究和专利尚未分析手的各部位温度分布及变化规律，更没有深入分析手套和环境温度、湿度及风速等对手的不同部位皮肤温度的影响。因此，现有关于手部温度分布的发明局限性较大，无法实时准确地评估手指、手掌及手背皮肤温度的变经规律。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于手-手套-环境系统的手部皮肤温度实时预测系统。关注手套热湿传递属性和环境条件对手部热生理反应的影响，分别建立手-手套-环境热平衡方程、手部热生理调节系统，从而达到实时预测手部皮肤温度分布的目的。该发明系统是手部热防护和高性能防护手套研发的重要前期基础，通过实时预测手指、手掌及手背皮肤温度的分布，可为手部防护及高性能防护手套提供支撑。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括手-手套-环境热平衡系统、手部热生理调节系统、手部皮肤温度输出模块；其中

手-手套-环境热平衡系统：

手-手套-环境热平衡系统主要计算手部皮肤、手套、环境之间通过对流、辐射、传导及蒸发等过程进行热量传递过程，通过热阻和湿阻分析手套对皮肤与环境之间热交换的影响，及对手部各部位换热系数的影响。

手部热生理调节系统：

手部热生理调节系统主要模拟出汗、颤抖、血管扩张及收缩过程对手部换热量的影响，通过手指、手掌、手背皮肤温度与其热中性状态下的调定点温度之差，计算热生理调节功能对热交换的影响。

手部皮肤温度输出模块：

手部皮肤温度输出模块是在手-手套-环境热平衡系统和手部热生理调节系统的基础上，实时计算各手指、手掌、手背的皮肤温度的分布及变化情况，显示不同环境温度、湿度、风速、手套热阻和湿阻、手部代谢量等条件下的皮肤温度分布。

较佳地，手-手套-环境热平衡系统的建立过程包括：

将手按生理结构划分为大拇指、食指、中指、无名指、小指、手掌及手背共七个部位。每个部位分为四层，即皮肤层、脂肪层、肌肉层、核心层。此外，中心血液层与七个部位的每层都进行热量交换。分别对各部位的各层建立热平衡方程如下，