实验1 巷道环境条件下人体机能影响性实验

实验类型：综合性 实验学时：2 实验要求：必修

一、实验目的

1. 认识智能人工气候实验室的基本构成和基本功能；

2. 加深理解人机环三者关系；

3. 掌握测试心率、体温等参数的方法和原理。

二、实验内容

不同巷道条件和不同身体状态下的人生理特征参数（心率、体温、呼吸等）测试及分析。

三、实验仪器

矿井模拟环境人体特征测量系统、测功仪。

模拟系统采用中央控制面板集中控制，实现远程控制所有环境参量并显示相应参数，并将人体参数进入计算机工作站，方便操作和数据查询存储，系统立体图如图1所示。系统通过改变温度，湿度，风速，光度，烟雾浓度等参数，来观测测试人员随着环境变化而引起的人体特征参数的变化（主要包括：血压，脉搏，体温，血氧饱和度等），从而找出环境因素对人体影响的相对规律，并结合人体运动状态作出分析。

图1 矿井模拟环境人体特征测量系统立体图

1. 巷道风速变化模拟：采用变频控制轴流风机来改变风速，利用远传风速表显示在控制棉板上。实现训练房间内模拟井下巷道不同风速不同的效果。风速大小可以通过变频器外接控制面板远程控制，并在控制柜的数显表上实时显示出当前风速大小。采用西门子变频器可以从0~50HZ调节轴流风机的频率转数，从而达到调节风速的目的，风速用远传风速传感器输入到中央控制柜上的风速数显表，根据显示调节变频器控制棉板到达指定速度。

2. 巷道温度变化模拟：采用远程反馈控制电热风机来改变环境温度，利用远传温度传感器反馈控制。实现在训练房间内模拟井深及巷道不同温度不同的效果。温度高低可以通过数显表远程控制，并实时显示出当前温度大小，温度可以最高到45~50度，根据空间大小及密闭情况。采用中间继电器，控制按钮，交流接触器，温度传感器，温度控制数显表，实现温度调节和保护。

3. 模拟巷道湿度变化：采用自动加湿系统来改变环境湿度，利用湿度传感器来反馈控制。实现在训练房间内模拟不同巷道不同温度下的湿度不同的效果。湿度高低通过控制面板设定调节。通过湿度传感器探测湿度，形成闭环控制，通过面板调节湿度大小。

4. 黑暗系统模拟：采用4组灯光模拟调节房间光暗度，IPCS智能环境控制系统来实现灯光光度的256级变化。

5. 烟雾系统模拟：通过烟雾发生器来模拟井下黑暗、可见度接近为零的灾难状态。通过地烟机和悬挂式发烟机可以在规定的时间将训练室内的烟雾浓度达到要求状态。系统采用2台发烟机能快速使室内充满烟雾。

6. 人体体征监测系统：采用人体监测系统来测量训练房间内人体体温、呼吸、心率、血压等变化，可以就地显示及远传计算机工作站显示。

四、所需耗材

无。

五、实验原理、方法和手段

所有的人机系统都处于一定的环境之中。广义的分，环境分为物理的、物化的和社会心理的。如矿井的高湿环境、接触粉体的粉尘、接触有毒气体等都属于物理、化学环境条件。这些条件与从事作业的人员的健康密切相关。常见的环境因素包括照明、色彩、噪声、振动及气候条件等。

矿井生产条件下，影响作业人员的主要气候条件包括温度、湿度、能见度、风速。人在在不同的气候条件下会通过自身调节达到另外一种平衡。这种平衡的外在表现就是血管系统、呼吸系统和体温调节系统的变化。血管系统的变化主要包括心率、血压、血液成分等参数的改变。呼吸系统的变化主要为呼吸频率的改变。体温调节系统主要是保持稳定的核心温度，以保证作业人员正常的生理活动。

矿井人工气候模拟和监测系统是可人工控制光照、温度、湿度和气体成分等因素的密闭隔离设备，可以模拟矿井条件下的环境条件，用以研究环境条件变化对人体生理活动的影响。其规模及可控条件则根据需要确定。一般由人工气候室和监测室组成。人工气候室包括控制室、空气处理室和环境实验室三部分组成。控制室内装有控制各种因素的调节器和巡测器以及各种生理指标的监测终端，调节器指示所需要的各种环境因素的设定值，并根据巡测器连续不断地检测环境实验室的实际值与设定值之间的偏差，自动发出动作信号分别传递给各种执行机构（如热源、光源、气体成分控制系统）进行动作；空气处理室内装有空气过滤器、热源、冷源、除湿器、加湿器等设备，这些设备按控制室内调节器的指令动作；环境实验室内装有电光源和监测光、温度、湿度、气体成分等因素的感应元件，并与巡测器监测终端相连接，将各感应到的实际值传给巡测器转到控制室的调节器上进行偏差识别及对生理监测数据进行保存和显示。监测室主要监测人工气候室内各设备的工作状态和生命体征检测设备的监测数据，不断进行保存和显示。根据不同环境条件下测试者生理参数的变化，可以确定矿井条件下适合正常生产的环境参数，为改善环境条件提供基础支持。

六、实验步骤

1. 连接导线，打开电源，检查人工气候室设备的状态。

2. 测试各系统的状态是否够正常。

3. 测试人员进入气候室，连接体征监测导线，测试静止状态时不同气候条件下的生理参数，记录数据。

4. 测试人员启动测测仪，连接体征监测导线，测试不同运动强度时不同气候条件下的生理参数，记录数据。

5. 重复人员2-3人。

七、实验结果及处理

将实验数据填入表中，并分析结果。

八、实验注意事项

1. 人体特征测试设备为精密仪器，请注意安全使用和佩戴。

2. 人工气候室内温度升高和有烟雾时环境条件比较恶劣，故测试人员要求身体健康，无禁忌症。

3. 人工气候室内要保留至少两人（一人测试，一人辅助）。

九、思考题

1. 环境条件变化时，人的生理反应规律及适应性如何？

2. 对于矿井特定条件，你认为采取那些措施能保证作业人员保持安全高效率的工作状态？

十、实验报告要求

1. 试验报告包括实验目的、内容、操作步骤。

2. 根据实验数据评价不同环境条件对人生理特征的影响。

3. 思考题的论述。

4. 其它（包括实验心得、体会及意见等）。