暖体测试假人的制作方法

本实用新型涉及一种暖体测试假人，更具体地涉及一种用于民用飞机舱室的热舒适性评价的暖体测试假人。

背景技术：

随着科技的进展，生活水平的提高，民用飞机作为高速、快捷的公共运输工具，逐渐成为大众化的出行方式，随之而来的是旅客数量的不断增加，乘客对于舱室环境舒适性和健康性的关注越来越多。

民用飞机舱室环境与一般建筑不同，鉴于飞机空调系统的工作原理，可调节的范围较小，属于热中性环境，具有低风速、非均匀辐射的特点，且乘客作为飞机舱室环境的局部热源和空气流场的阻碍物，与环境的相互作用更加明显。

因此，在舱室环境的研究中，仅仅使用空舱数据并不具备说服力，而真人试验则具有主观性强、个体差异大、试验环境受限、时间不灵活、成本高、重复性差等一系列缺点，还需面临因试验设计不周全导致试验所获取数据无法被使用的风险。采用假人代替真人进行试验是一种切实可行的办法。

假人试验作为20世纪40年代逐渐发展起来的新颖的生物物理试验方法，在全世界范围内，已研发的假人有100多种，主要用于服装、交通安全、消防、建筑、环境、航空航天等领域。另外，存在暖体假人、出汗假人、呼吸假人、燃烧假人等不同类型。通过假人，可以模拟出人体与环境之间的热、湿交换，它的身材大小与普通成年人相似，在热环境研究中可以避免真人试验中个体差异带来的影响，精度高，可重复性好。

但是，目前市面上的假人存在如下问题：

(1)目前市面上暖体假人设计的出发点多用于服装行业的热阻和湿阻的测试，造成这些假人功能上与民用飞机舱室热舒适性客观测试与评价不匹配。功能欠缺，如人体散热会造成人体周围微环境中存在“热羽”现象，影响人体周围空气流动，舱室热舒适性评价需要获得人体表面风速；

(2)飞机的不同姿态带来的非均匀辐射，使得靠窗的乘客的辐射热占人体与环境热量交换的比例较大，因此，这时候的辐射热所带来的影响不能被忽视；

(3)目前的暖体假人只能通过电加热丝模拟人体皮肤表面恒定温度，靠加热量的变化估算出人体的散热量来进行热舒适性评估，无法获得温度、风速、湿度及辐射单项参数值，进而也无法分析不同参数间相互关系；

(4)功能冗余。例如，出汗功能，在舱室对应的热中性环境中，人处于休息或轻微运动情况，皮肤表面是没有显汗出现的，人处于非蒸发散热范围内，假人的出汗功能不适用于飞机舱室环境研究。

因此，如何针对在民用飞机舱室中的热中性、低风速、非均匀辐照等独特环境，结合人体热生理反应，搭建一套适合于民用飞机舱室的暖体测试假人便成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型为解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种适用于民用飞机舱室的热舒适性评价的暖体测试假人。

为了实现上述目的，本实用新型的第一方面提供一种暖体测试假人，用于热舒适性评价，其特征是，所述暖体测试假人体表包含多个独立的热控区域，所述多个独立的热控区域内设置有加热元件，并通过恒功率控制器独立控制，输出恒定的加热量，用于模拟人体的代谢发热量，在所述暖体测试假人的所述多个独立的热控区域内，以人体中心呈轴对称的方式设置多个传感器测试基座，在所述多个传感器测试基座中，以人体中心呈轴对称的方式配置有用于对微环境风速、微环境温度、皮肤表面温度、微环境湿度和辐射热量进行测定的传感器集群。

根据如上所述构成，在本实用新型的暖体测试假人中，根据人体的活动情况，结合活动情况与代谢热量的数据，通过恒功率控制器控制暖体测试假人进行发热，暖体测试假人在自发热的基础上，会受到来自民机舱室内风速、温度、湿度和热辐射等的影响，导致暖体测试假人的表面皮肤温度降低，通过测量出来的体表皮肤温度及传感器测量获得的人体周围风速、温度、湿度、辐射热量等，对人体显热散热量和潜热散热量进行分析与计算，进而分析人体是否处于热舒适性状态。

因此，本实用新型的暖体测试假人能不考虑人体显性出汗，更适用于飞机舱室热中性环境的研究和分析，更加有针对性，降低了系统的复杂程度，提高了系统的可维护性。

本实用新型的第二方面的暖体测试假人是在本实用新型的第一方面的暖体测试假人的基础上，其特征是，所述传感器集群包括：对微环境风速进行测定的风速传感器；对微环境温度进行测定的第一温度传感器；对皮肤表面温度进行测定的第二温度传感器；对微环境湿度进行测定的湿度传感器；以及对辐射热量进行测定的感热部。

本实用新型的第三方面的暖体测试假人是在本实用新型的第二方面的暖体测试假人的基础上，其特征是，所述风速传感器是热线式全向风速仪，所述第一温度传感器是探头外露式温度传感器，所述第二温度传感器是贴片式温度传感器，所述感热部是辐射热流计。

本实用新型的第四方面的暖体测试假人是在本实用新型的第三方面的暖体测试假人的基础上，其特征是，所述多个传感器测试基座包括多个内凹圆形的传感器测试基座和多个微凹圆形的传感器测试基座，所述热线式全向风速仪和所述探头外露式温度传感器安装于所述多个内凹圆形的传感器测试基座，并且设置成仅传感器探头露出于皮肤表面，所述贴片式温度传感器粘贴在所述暖体测试假人的所述多个热控区域的中心位置处，所述辐射热流计安装于所述多个微凹圆形的传感器测试基座，并且设置成与皮肤齐平。

根据如上所述构成，由于所述热线式全向风速仪和所述探头外露式温度传感器设置成仅传感器探头露出于皮肤表面(即探头裸露方式)，所述贴片式温度传感器粘贴在所述暖体测试假人的所述多个热控区域的中心位置处，所述辐射热流计设置成与齐平(即采用薄膜式)，因此，能减少对周围流场的干扰。

本实用新型的第五方面的暖体测试假人是在本实用新型的第二方面的暖体测试假人的基础上，其特征是，所述湿度传感器在暖体测试假人的上躯干和头部各安装一个。

根据如上所述构成，能确保湿度传感器测量的准确性。

本实用新型的第六方面的暖体测试假人是在本实用新型的第二方面的暖体测试假人的基础上，其特征是，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器的分辨率小于等于0.1℃，测量精度大于等于±0.5℃。

根据如上所述构成，能够针对飞机舱室环境属于热中性环境，准确地测量皮肤表面温度和微环境温度。

本实用新型的第七方面的暖体测试假人是在本实用新型的第二方面的暖体测试假人的基础上，其特征是，所述风速传感器的测量范围为0～5m/s，测量精度在0-1m/s的范围内大于等于±0.05m/s，在1-5m/s的范围内大于等于±0.1m/s。

根据如上所述构成，能够针对飞机舱室低风速、高湍流度的特点，确保风速传感器在测量范围内的测量精度。

本实用新型的第八方面的暖体测试假人是在本实用新型的第一方面至第七方面中的任一方面的暖体测试假人的基础上，其特征是，所述暖体测试假人的假人壳体采用导热性能好、耐高温、热容量小的碳纤维复合材料制成。

根据如上所述构成，由于采用了导热性能好的碳纤维复合材料，因此，能有效保证独立区域的温度一致性。

本实用新型的第九方面的暖体测试假人是在本实用新型的第八方面的暖体测试假人的基础上，其特征是，所述加热元件是电加热膜，并设置成绕开体表的所述多个传感器测试基座。

根据如上所述构成，能够避免加热元件对体表传感器的测试精度造成影响。

附图说明

图1(a)和图1(b)是表示本实用新型的暖体测试假人的示意图，其中，图1(a)示出的是处于坐姿状态下的暖体测试假人的热控区域的整体示意图，图1(b)示出的是图1(a)的暖体测试假人的头部区域附近(头部和脖子)的热控区域的局部示意图。

图2是表示本实用新型的暖体测试假人中的传感器与微型数采集系统的接线示意图。

(符号说明)

1暖体测试假人

2热线式全向风速仪

3探头外露式温度传感器

4辐射热流计

5贴片式温度传感器

6湿度传感器

7微型数据采集设备

8恒功率控制器

9电加热膜

具体实施方式

以下，首先参照图1(a)和图1(b)，对本实用新型的暖体测试假人1的整体结构进行详细说明。其中，图1(a)是处于坐姿状态下的暖体测试假人1的热控区域的整体示意图，图1(b)是图1(a)的暖体测试假人1的头部区域附近(头部和脖子)的热控区域的局部示意图。

在图1(a)中，暖体测试假人1包含多个独立热控区域，在本实施方式中，例如包含16个独立热控区域，分别是头部热控区域、脖子热控区域、上身躯干热控区域、左上臂热控区域、右上臂热控区域、左前臂热控区域、右前臂热控区域、左手热控区域、右手热控区域、臀部热控区域、左大腿热控区域、右大腿热控区域、左小腿热控区域、右小腿热控区域、左脚热控区域和右脚热控区域。其中：暖体测试假人的上臂、前臂和手可通过肩关节、肘关节和腕关节活动；臀部、(左、右)大腿、(左、右)小腿和(左、右)脚保持标准坐姿，既可以活动，也可以不活动；臀部、(左、右)大腿及上躯干背部造型设计成受座椅挤压的形态。由此，暖体测试假人1被设计成尽可能近似于真人几何外形。

暖体测试假人1的假人壳体采用导热性能好、耐高温、热容量小的材料制成，例如由碳纤维复合材料制成。

多个(16个)独立的热控区域通过加热元件(在本实施方式中，例如是贴覆在内表面一段一段的电加热膜9或其它具有同等功效的加热方式)，实现模拟人体处于热中性环境非出汗状态下的正常代谢发热量。

另外，在图1(a)和图1(b)中，为了图面清晰，仅图示了在人体上躯干前部的加热元件(电加热膜9)，热控制采用的是恒功率开环控制加热方式，独立的每个热控区域的加热元件(电加热膜9)通过恒功率控制器8独立控制，输出恒定的加热量，以模拟人体表面各区域的正常代谢散热量。

另外，较为理想的是，加热元件的设置(电加热膜9的贴覆)要绕开体表传感器测试基座(B1、B2)，避免对体表传感器的测试精度造成影响。

暖体测试假人1的多个(16个)热控区域以人体中心呈轴对称的方式设置若干个内凹圆形的传感器测试基座B1，用于安装风速传感器(例如，热线式全向风速仪2)和第一温度传感器(例如，探头外露式温度传感器3)，以测量人体周围微环境中的风速和温度。另外，较为理想的是，上述风速传感器(热线式全向风速仪2)和上述第一温度传感器(探头外露式温度传感器3)在安装时确保仅传感器探头露出于皮肤表面。

此外，暖体测试假人1的多个(16个)热控区域的中心位置粘贴有第二温度传感器(例如，贴片式温度传感器5)，用于测量人体皮肤温度。在此，由于采用了导热性能好的材料(碳纤维复合材料)，因此，能有效保证独立区域的温度一致性。

另外，在暖体测试假人1的能够被阳光照射的区域(阳光照射区域)处，例如，头部、颈部、肩部、上臂、前胸及大腿处，呈对称地布置对辐射热量进行测定的感热部(例如，辐射热流计4)。采用微凹的圆形传感器测试基座B2，使感热部的表面与皮肤齐平。

另外，考虑到湿度传感器测量误差及舱室内的湿度分布，较为理想的是，在暖体测试假人1的上躯干和头部各安装一个湿度传感器6，用于湿度数据的测量及一致性的印证。

上述各传感器(风速传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、感热部、湿度传感器)的数量可以在暖体测试假人1制作前确定，并根据试验需求进行调整。

另外，由于飞机舱室环境属于热中性环境，体表温度会在较小范围内变化，因此，要求第一温度传感器和第二温度传感器的分辨率小于等于0.1℃，测量精度大于等于±0.5℃。

此外，针对飞机舱室低风速、高湍流度的特点，为了保证传感器在测量范围内的测量精度，要求风速传感器的测量范围最合适0～5m/s，选择风速传感器时测量范围不能偏离太多，还要求测量精度在0-1m/s的范围内大于等于±0.05m/s，在1-5m/s的范围内大于等于±0.1m/s。

另外，风速传感器、第一温度传感器和湿度传感器7采用探头裸露方式，第二温度传感器采用贴片式，辐射热流计4采用与皮肤齐平的方式，以减少对周围流场的干扰。

图2是表示本实用新型的暖体测试假人中的传感器与微型数采集系统的接线示意图。

如图2所示，设置于内凹圆形的传感器测试基座B1的风速传感器(例如，热线式全向风速仪2)和第一温度传感器(例如，探头外露式温度传感器3)、粘贴在假人皮肤表面的第二温度传感器(例如，贴片式温度传感器5)以及设置于微凹的圆形传感器测试基座B2的感热部(例如，辐射热流计4)分别与设置在暖体测试假人1的壳体空腔中心处的微型数据采集设备7连接，各传感器的信号通过微型数据采集设备7调制后通过网线传输到外部计算机终端。

由于人体热舒适性受多种因素的多方面影响，因此，像本实用新型这样研究多个因素的综合作用才具有真正意义。目前国际上认可的影响热舒适性的因素主要有：人体的活动情况、衣着情况、空气温度、湿度、风速和热辐射六大因素，人体的活动情况主要与人体的代谢热量息息相关，衣着情况主要体现热阻上。

在暖体测试假人1的测试中，首先，根据人体的活动情况，结合活动情况与代谢热量的数据，通过恒功率控制器8控制暖体测试假人1进行发热，暖体测试假人1在自发热的基础上，会受到来自民机舱室内风速、温度、湿度以及热辐射的影响，导致暖体测试假人1表面皮肤温度降低，通过测量出来的体表皮肤温度及传感器测量获得的人体周围风速、温度、湿度、辐射热量等，对人体显热散热量和潜热散热量进行分析与计算，进而分析人体是否处于热舒适性状态。

因此，本实用新型的暖体测试假人1不考虑人体显性出汗，更适用于飞机舱室热中性环境的研究和分析，更加有针对性，降低了系统的复杂程度，提高了系统的可维护性。

另外，本实用新型的暖体测试假人1与传统的暖体测试假人相比，控制人体皮肤温度为恒定值不同，本实用新型的暖体测试假人1采用恒功率开环控制人体各区域产热，即代谢热量，通过人体皮肤温度的变化从一个方面反映人体舒适性。由于本实用新型的暖体测试假人1并非仅从人体热平衡角度获得加热量判断人体舒适性，而是在自发热的基础上通过在皮肤表面安装有测试微环境风速、微环境温度、皮肤表面温度、微环境湿度和辐射热量的传感器集群，因此，能够获得影响热舒适性各个因素的客观测量值，而且这些因素不是单独存在于环境中，测量值反映的是该因素受到其它因素作用的综合作用的结果，通过参数的改变和组合测量，利用大数据分析可以完成热舒适性多因素间影响因子的分析与综合热舒适性评价。

熟悉本领域的技术人员易于想到其它的优点和修改。因此，在其更宽泛的上来说，本实用新型并不局限于这里所示和所描述的具体细节和代表性实施例。因此，可以在不脱离如所附权利要求书及其等价物所限定的总体发明概念的精神或范围的前提下做出修改。

例如，在本实施方式中，以适用于民用飞机舱室的热舒适性评价的暖体测试假人为例进行了说明，但本实用新型不局限于此，本实用新型的暖体测试假人也可以适用于对其它空间内进行热舒适性评价。

例如，在本实施方式中，对风速传感器、第一温度传感器和湿度传感器7采用探头裸露方式，第二温度传感器采用贴片式，辐射热流计4采用与皮肤齐平的方式进行了举例说明，但本实用新型不局限于此，只要是能减少对周围流场带来干扰，可以采用其它任意合适的方式。