本發明涉及低氧訓練技術領域，特別是涉及一種低氧艙、氣壓調節方法及系統。
背景技術：
低氧訓練不但可以作為一種提高低氧環境適應能力的方法，也是強身健體的途徑，更對預防和治療疾病具有重要意義。在體育界，低氧訓練，即高原訓練是提高運動成績的重要手段，已經普遍展開。合適的低氧刺激不但可以作為一種健身、鍛煉方法、還可以對高血壓、哮喘、代謝綜合癥、冠心病、肺病、脊髓損傷后的呼吸功能恢復等有一定療效。動物實驗表明，低氧刺激對于放療期間防護和放療后康復也有顯著作用。
目前的低氧艙都是一個長方體的房間。為了實現艙內空氣的調節，低氧艙內都會設置進氣孔和對應的進氣系統，以及出氣孔和對應的出氣系統。但當前的低氧艙內的進氣孔和出氣孔數量很少。如果要求氣壓和氧含量精確快速控制，則室內氣體更新速度就要非常快。由于進氣孔和出氣孔非常少，如果想要快速更新室內氣體，就會造成室內局部風力過大，給使用低氧艙的人員帶來很大困擾。
此外，由于艙室內的功能單一，只能單獨模擬高緯度地區或者低緯度地區。傳統方法是在高緯度地區，即高氧環境，設置低氧艙。訓練時在艙內訓練，休息在艙外休息。這樣可以提高人體供氧能力，提高運動成績。
60年代出現的背攜式低氧輸出器曾在英、美及前蘇聯一度用于運動訓練且獲得一定類似高原訓練的效果。美國inspiraircorporation公司(westlakevillage，calif)進行了8年研究，于1981年生產了“低氧分壓有氧訓練器”，該產品重量小于2千克，造價低，是便攜式的低氧發生器，用于馬拉松運動員訓練，效果顯著，被稱為長跑訓練的“秘密武器”。但因運動員訓練過程要將低氧輸氣器背負在上背部，且需要戴呼吸面罩，因而存在很多不便，我國體育學工作者曾致力于對該方法的改進研究，也因為該方法自身條件的限制而未能有所突破。
高住低訓是美國學者levinebd.stray-gundersenj于1991年在med.sci.sportsexerc刊物中首先提出來的，其核心問題所在是通過低氧環境改善運動的氧氣運輸和利用能力。“高住低訓”就是讓運動員居住在高原或人工低氧環境，訓練在海平面或平原環境。讓運動員在不同時間內分別接受運動訓練負荷和缺氧負荷，即在常規運動訓練結束后，運動員在安靜即睡眠狀態下接受模擬高原環境的缺氧負荷。這使得在高原訓練中原本處于相互制約的兩個因素，即缺氧負荷和運動訓練負荷同時并存，協同起來，以最大限度的調動機體的能力，促進有氧耐力的提高，避免傳統高原運動負荷降低的尷尬。莫斯科謝切諾夫醫科大學博士創始了間歇性低氧訓練法，該方法是借助特定儀器低氧儀，通過降低空氣中氧的容積含量，提供額定低氧分壓混合氣體，使受試者吸入低氧氣體的訓練方法。在此基礎上，美國科羅拉多大學博士igorgamow于1994年提出在運動員結束常規訓練后，進入低氧小室接受模擬高原環境的低氧負荷訓練。用真空泵將小室氣體的氣壓逐步降低，最低水平為450mmhg，相當于海拔4000m以上的高原缺氧環境。實現了平原訓練，“高原生活”的模擬訓練新方法。芬蘭于1992年建造了一個altitudehouse即高原屋，瑞典于1994年建成了自己的模擬高原訓練場館，挪威斥巨資于1995年建造了一個帶有訓練設施的hypobaricaltitudehouse，美國最近又研制出了一種可調氧分壓式睡倉，它可提供1名運動員在倉內休息，以期望達到“高住低練”的效果。研究結果表明，運動員在低氧小室內接受4小時低氧負荷訓練后，開始出現血促紅細胞生成素即epo的升高，從而使紅細胞數增多，血紅蛋白含量升高，血液攜氧、運氧能力提高。但是，以上幾種方法還是利用氣壓下降的同時氧分壓也下降的原理來達到低氧效果，所以以上幾種方法既不安全又昂貴。
為解決上述低壓問題，又開始研究新型的方法，即常壓低氧環境的模擬。挪威nilsottestad在前人所做基礎上進行了改進，使用了氧氣發生器、電磁閥、風扇、二氧化碳過濾器、氧氣傳感器和二氧化碳傳感器。氧氣發生器連續工作。氧氣傳感器和二氧化碳傳感器用來測量室內氧氣、二氧化碳濃度，并把數據傳送到控制面板，所述控制面板只能控制報警裝置，電磁閥和風扇，不能控制氧氣發生器和二氧化碳過濾器，需要使用者手動控制。而且，當二氧化碳濃度超標時，風扇不能自動打開。系統只能模擬高海拔，不能模擬低海拔。美國kotliar先后四次對這種系統做了發明和改進，并且都申請了專利，分別是us5850833，us5799652，us5924419，us5964222，其技術方案是用氧氣發生器把一定量的氮氣沖入封閉環境來達到低氧效果。這種系統控制海拔高度和二氧化碳濃度的能力都有限，而且也只能模擬高海拔，不能模擬低海拔。
綜上所述，本領域亟需一種能夠提高艙內氣體更新速度以及艙內氣壓控制速度，并且可在同一艙內進行高住低訓的低氧艙。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種低氧艙、氣壓調節方法及系統，可提高艙內氣體更新速度以及艙內氣壓控制速度。
為實現上述目的，本發明提供了如下方案：
一種低氧艙，包括：
艙體，所述艙體的相對側壁的對應位置上分別設置多個進氣孔或出氣孔；
多個進氣系統，各所述進氣系統與各所述進氣孔一一連通，所述進氣系統以恒定進氣速度為艙體內部提供氮氣和空氣的混合氣體；
多個出氣系統，各所述出氣系統與各所述出氣孔一一連通，所述出氣系統將艙體內部的氣體抽出到艙體外部；
無線氣壓傳感器，設置于艙體內部，用于實時采集艙體內部的氣壓值；
主控制器，分別與各所述進氣系統、各所述出氣系統和所述無線氣壓傳感器連接，所述主控制器根據所述氣壓值得到控制量，并根據所述控制量調節所述出氣系統的出氣速度，以調節艙體內部的氣壓。
可選的，各所述進氣孔和各所述出氣孔分別設置于相對側壁的邊緣以及中間部分，其中，邊緣部分設置的各所述進氣孔或各所述出氣孔之間的間隔距離小于中間部分設置的各所述進氣孔或各所述出氣孔之間的間隔距離。
可選的，所述進氣孔和所述出氣孔的數量均至少為30個。
可選的，所述主控制器包括：
獲取單元，用于獲取艙體內部的氣壓值；
計算單元，用于基于pid控制算法，根據所述氣壓值，確定控制量，所述控制量為進氣速度與出氣速度的差值；
控制單元，分別與所述計算單元、各所述進氣系統及各所述出氣系統連接，用于控制所述進氣系統以所述恒定進氣速度為艙體內部提供氮氣和空氣的混合氣體，同時調節所述出氣系統的出氣速度以滿足所述差值。
可選的，針對每一進氣系統，所述進氣系統包括：
進氣控制器和第一電動閥門，所述進氣控制器分別與所述主控制器和所述第一電動閥門連接，所述第一電動閥門設置在所述進氣系統與所述進氣孔之間的連通管道上，所述主控制器通過所述進氣控制器控制所述第一電動閥門以所述恒定進氣速度進氣；
第二電動閥門，與所述進氣控制器連接，所述第二電動閥門設置在供氮管道上，所述主控制器通過所述進氣控制器控制所述第二電動閥門的開斷和氮氣流量；
第三電動閥門，與所述進氣控制器連接，所述第三電動閥門設置在空氣管道上，所述主控制器通過所述進氣控制器控制所述第三電動閥門的開斷和空氣流量；
混氣缸，分別與所述第二電動閥門、所述第三電動閥門和所述第一電動閥門連通，所述第二電動閥門控制進入所述混氣缸中的氮氣流量，所述第三電動閥門控制進入所述混氣缸中的空氣流量，所述混氣缸對所述氮氣和所述空氣進行混合，混合后的氣體流過所述第一電動閥門，經所述進氣孔進入艙體內部。
可選的，針對每一出氣系統，所述出氣系統包括：
出氣控制器和真空泵，所述真空泵包括氣體輸送管道以及設置于所述氣體輸送管道上的電機；所述出氣控制器分別與所述主控制器和所述電機連接，所述氣體輸送管道設置在所述出氣系統與所述出氣孔之間的連通管道上，所述主控制器通過所述出氣控制器控制所述電機調節所述氣體輸送管道的出氣速度；
流量傳感器，與所述出氣控制器連接，所述流量傳感器設置在所述氣體輸送管道上，所述主控制器通過所述出氣控制器獲取所述流量傳感器采集的流量值，并根據所述流量值通過所述出氣控制器控制所述電機調節所述氣體輸送管道的出氣量；
氧含量傳感器，與所述出氣控制器連接，所述氧含量傳感器設置在所述氣體輸送管道上，所述主控制器通過所述出氣控制器獲取所述氧含量傳感器采集的氧含量值，并根據所述氧含量值通過所述進氣控制器調整所述第二電動閥門的氮氣流量和所述第三電動閥門的空氣流量。
為實現上述目的，本發明還提供了如下方案：
一種氣壓調節方法，包括：
獲取艙體內部的氣壓值；
將所述氣壓值代入pid控制算法得到進氣速度與出氣速度的差值；
根據所述差值控制進氣系統以恒定進氣速度進氣，控制出氣系統調節出氣速度以滿足所述差值。
可選的，所述根據所述差值控制進氣系統以恒定進氣速度進氣，控制出氣系統調節出氣速度以滿足所述差值，具體包括：
將所述差值發送給所述出氣系統，所述出氣系統根據所述差值增加或減小相應差值的出氣速度。
為實現上述目的，本發明還提供了如下方案：
一種氣壓調節系統，包括：
獲取單元，用于獲取艙體內部的氣壓值；
計算單元，用于將所述氣壓值代入pid控制算法得到進氣速度與出氣速度的差值；
控制單元，用于根據所述差值控制進氣系統以恒定進氣速度進氣，控制出氣系統調節出氣速度以滿足所述差值。
可選的，所述控制單元用于根據所述差值控制進氣系統以恒定進氣速度進氣，控制出氣系統調節出氣速度以滿足所述差值，具體包括：
將所述差值發送給所述出氣系統，所述出氣系統根據所述差值增加或減小相應差值的出氣速度。
根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：本發明公開的低氧艙，在艙體的相對側壁的對應位置上分別設置多個進氣孔或出氣孔，通過在艙體的側壁上開設大量的進氣孔和出氣孔，在提高艙內氣體更新速度時，由于氣體流量遠大于傳統的低氧艙，因此艙內壓力控制速度快，能夠提高艙內氣壓控制速度；將各進氣系統與各進氣孔一一連通，各進氣系統以恒定進氣速度為艙體內部提供氮氣和空氣的混合氣體，將各出氣系統與各出氣孔一一連通，各出氣系統將艙體內部的氣體抽出到艙體外部，通過設置無線氣壓傳感器在艙體內部來實時采集艙體內部的氣壓值，由主控制器根據氣壓值得到控制量，并根據控制量調節出氣系統的出氣速度以調節艙體內部的氣壓，由于艙體側壁上設置有大量的進氣孔和出氣孔，因此在調節艙體內部的氣壓時，艙內空氣流動速度快，空氣更新快，可以減少控制系統的時滯問題，增加控制精度和響應速度。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明低氧艙實施例的結構圖；
圖2為本發明低氧艙實施例中控制器的連接圖；
圖3為本發明氣壓調節方法實施例的流程圖；
圖4為本發明氣壓調節系統實施例的結構圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
本發明的目的是提供一種低氧艙、氣壓調節方法及系統，可提高艙內氣體更新速度以及艙內氣壓控制速度。
為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步詳細的說明。
圖1為本發明低氧艙實施例的結構圖。參見圖1，本發明低氧艙包括艙體101、多個進氣系統、多個出氣系統、無線氣壓傳感器106和主控制器107。
其中，所述艙體101的相對側壁的對應位置上分別設置多個進氣孔102或出氣孔103。各所述進氣系統與各所述進氣孔102一一連通，所述進氣系統以恒定進氣速度為艙體101內部提供氮氣和空氣的混合氣體。各所述出氣系統與各所述出氣孔103一一連通，所述出氣系統將艙體101內部的氣體抽出到艙體101外部。
進一步的，所述艙體101的一側壁上還設置有供人員進出的艙門1011。
所述無線氣壓傳感器106設置于艙體101內部，用于實時采集艙體101內部的氣壓值。在本實施例中，在艙體101內安裝多個無線氣壓傳感器106。
所述主控制器107分別與各所述進氣系統、各所述出氣系統和所述無線氣壓傳感器106連接，所述主控制器107根據所述氣壓值得到控制量，并根據所述控制量調節所述出氣系統的出氣速度，以調節艙體101內部的氣壓。
具體地，各所述無線氣壓傳感器106均通過無線方式與主控制器107通信。
在該實施例中，主控制器107放置在低氧艙外面，主控制器107帶有人機接口，所述人機接口包括鍵盤和顯示器或者觸摸屏，方便操作人員設定艙內模擬的海拔高度，類似于操控手機。
其中，所述主控制器107包括獲取單元、計算單元和控制單元。
所述獲取單元用于獲取艙體內部的氣壓值。
所述計算單元用于基于pid控制算法，根據所述氣壓值，確定控制量。所述控制量為進氣速度與出氣速度的差值。
所述控制單元分別與所述計算單元、各所述進氣系統及各所述出氣系統連接，用于控制所述進氣系統以所述恒定進氣速度為艙體101內部提供氮氣和空氣的混合氣體，同時調節所述出氣系統的出氣速度以滿足所述差值。
所述計算單元還用于基于pid控制算法，根據初始設置的氣壓值，確定進氣速度與出氣速度的初始差值。
所述控制單元還用于任意給定所述恒定進氣速度，控制所述進氣系統以所述恒定進氣速度為艙體內部提供氮氣和空氣的混合氣體，同時調節所述出氣系統的出氣速度以滿足所述初始差值。
各所述進氣孔102和各所述出氣孔103分別設置于相對側壁的邊緣以及中間部分，其中，邊緣部分設置的各所述進氣孔102或各所述出氣孔103之間的間隔距離小于中間部分設置的各所述進氣孔102或各所述出氣孔103之間的間隔距離。
優選地，所述進氣孔102和所述出氣孔103的直徑為1cm，可根據實際要求對直徑的尺寸進行調整。
進一步地，所述進氣孔102和所述出氣孔103的數量均至少為30個。
具體地，左側壁是進氣孔，右側壁是出氣孔，在左側壁及右側壁的前端豎向、上端橫向及后端豎向各開十個孔，在兩面中間部分，平均分成四行，每行開五個孔，這樣左側壁的邊緣一共有三個十孔，中間有二十個孔，右側壁的邊緣一共有三個十孔，中間有二十個孔。
通過設置各進氣系統和出氣系統，使得邊緣的進氣速度和出氣速度快，中間進氣及出氣速度慢，根據空氣動力學常識，艙內邊緣空氣流速越快，氣壓越低，則艙內空氣會快速向周圍擴散，通過控制進氣速度和出氣速度的差值，就可以控制艙內的氣壓。中間空氣流速較慢，這樣在艙內的人員對空氣流動不會有明顯的感覺。由于空氣流量遠大于傳統的低氧艙，因此艙內壓力控制速度快。
而空氣流動速度快，艙內空氣更新快，就可以減少控制系統的時滯問題。由于四周空氣流動速度快，因此艙內空氣更新速度快，中間的孔進一步增加更新速度。中間的四行孔中，上兩行孔起輔助控制作用，下兩行孔主要是加快co2的消散，并輔助控制作用，由于co2重，會主要集中在艙室的下半部分。
此外，針對每一進氣系統，所述進氣系統包括進氣控制器1041、第一電動閥門1042、第二電動閥門1043、第三電動閥門1044和混氣缸1045。
如圖2所示，所述進氣控制器1041分別與所述主控制器107和所述第一電動閥門1042連接，所述第一電動閥門1042設置在所述進氣系統與所述進氣孔102之間的連通管道上，所述主控制器107通過所述進氣控制器1041控制所述第一電動閥門1042以所述恒定進氣速度進氣。
所述第二電動閥門1043與所述進氣控制器1041連接，所述第二電動閥門1043設置在供氮管道上，所述主控制器107通過所述進氣控制器1041控制所述第二電動閥門1043的開斷和氮氣流量。
所述第三電動閥門1044與所述進氣控制器1041連接，所述第三電動閥門1044設置在空氣管道上，所述主控制器107通過所述進氣控制器1041控制所述第三電動閥門1044的開斷和空氣流量。
所述混氣缸1045分別與所述第二電動閥門1043、所述第三電動閥門1044和所述第一電動閥門1042連通，所述第二電動閥門1043控制進入所述混氣缸1045中的氮氣流量，所述第三電動閥門1044控制進入所述混氣缸1045中的空氣流量，所述混氣缸1045對所述氮氣和所述空氣進行混合，混合后的氣體流過所述第一電動閥門1042，經所述進氣孔102進入艙體101內部。
針對每一出氣系統，所述出氣系統包括出氣控制器1051、真空泵、流量傳感器1053和氧含量傳感器1054。
所述真空泵包括氣體輸送管道10521以及設置于所述氣體輸送管道10521上的電機10522；所述出氣控制器1051分別與所述主控制器107和所述電機10522連接，所述氣體輸送管道10521設置在所述出氣系統與所述出氣孔103之間的連通管道上，所述主控制器107通過所述出氣控制器1051控制所述電機10522調節所述氣體輸送管道10521的出氣速度。
所述流量傳感器1053與所述出氣控制器1051連接，所述流量傳感器1053設置在所述氣體輸送管道10521上，所述主控制器107通過所述出氣控制器1051獲取所述流量傳感器1053采集的流量值，并根據所述流量值通過所述出氣控制器1051控制所述電機10522調節所述氣體輸送管道10521的出氣量。
所述氧含量傳感器1054與所述出氣控制器1051連接，所述氧含量傳感器1054設置在所述氣體輸送管道10521上，所述主控制器107通過所述出氣控制器1051獲取所述氧含量傳感器1054采集的氧含量值，并根據所述氧含量值通過所述進氣控制器1041調整所述第二電動閥門1043的氮氣流量和所述第三電動閥門1044的空氣流量。
在該實施例中，各進氣控制器1041和各出氣控制器1051均通過無線方式與主控制器107通信，主控制器107與各進氣控制器1041和各出氣控制器1051是無線方式連接的，實現無線通信。
在人員分布不均勻的情況下，人員聚集區氧氣濃度低，對應的出氣孔的氧含量也會降低，氧含量傳感器輸出信號降低。信號通過無線通信傳送給主控制器。主控制器會將采集到的各氧含量值與操作人員設定值做比較。人員聚集區的氧含量會低于設定值。主控制器向氧含量降低區域的進氣控制器發出控制命令，控制對應進氣系統的第二電動閥門和第三電動閥門，提高空氣和氮氣比例，即空氮比；增加進入混氣缸內空氣量，減少進入混氣缸內的氮氣量。由于空氣流動速度快，艙內空氣更新快。艙內氧含量低的氣體可被快速抽出；新的混合氣體可快速補充進入艙內。因此氧含量變化速度慢，時滯高的問題得以解決。
本發明低氧艙內還可以實現不同區域設定不同海拔，在同一個艙內實現高住低訓的目的。所述高住低訓是指在低氧環境訓練在高氧環境休息。
本發明的低氧艙通過操作人員指定艙內的休息區和訓練區。其中休息區內模擬低海拔地區的氧含量和氣壓等值；訓練區內模擬高海拔地區的氧含量和氣壓等值。操作人員可通過人機接口實現上述設定，如通過鍵盤輸入實現。主控制器根據操作人員的設定增加或降低各區域內的氣壓設定值及氧含量值。艙內各進氣控制器和各出氣控制器按前述方法，控制艙內各區域的氣壓及氧含量，實現同一艙室內模擬不同的海拔高度，實現在同一艙室內高住低訓的目的。由于不同區域的進氣速度和出氣速度差值不一樣，就可以實現不同區域氣壓不同，氧含量也可區分，這就完成了分區，從而實現了艙內分區控制，人員在艙內即可完成高住低訓。
本發明公開的低氧艙是個長方體房間，因此會存在空間比較大，如果快速提升氣壓值，當達到預定值時，雖然控制系統輸出停止信號了，但氣壓還在變化，造成精度低，較為落后，尤其是時滯嚴重，而且控制精度也較差，響應速度慢的問題。本發明首先通過增加大量的進氣孔和出氣孔增加艙室內空氣更新速度，從而增加控制精度和響應速度。其次利用空氣加力學，使艙室兩側四周孔的密度大，中間密度小，從而使得艙室周圍風力大，中間風力小，對艙內人員影響不大。最后能夠實現氣壓和氧含量分區控制，實現在同一艙內進行高住低訓，提高低氧艙的利用效率。
圖3為本發明氣壓調節方法實施例的流程圖。參見圖3，該氣壓調節方法包括：
步驟301：獲取艙體內部的氣壓值。
步驟302：將所述氣壓值代入pid控制算法得到進氣速度與出氣速度的差值。
步驟303：根據所述差值控制進氣系統以恒定進氣速度進氣，控制出氣系統調節出氣速度以滿足所述差值。
其中，所述根據所述差值控制進氣系統以恒定進氣速度進氣，控制出氣系統調節出氣速度以滿足所述差值，具體包括：
將所述差值發送給所述出氣系統，所述出氣系統根據所述差值增加或減小相應差值的出氣速度。
圖4為本發明氣壓調節系統實施例的結構圖。參見圖4，該氣壓調節系統包括：獲取單元401、計算單元402和控制單元403。
所述獲取單元401用于獲取艙體內部的氣壓值。
所述計算單元402用于將所述氣壓值代入pid控制算法得到進氣速度與出氣速度的差值。
所述控制單元403用于根據所述差值控制進氣系統以恒定進氣速度進氣，控制出氣系統調節出氣速度以滿足所述差值。
其中，所述控制單元403用于根據所述差值控制進氣系統以恒定進氣速度進氣，控制出氣系統調節出氣速度以滿足所述差值，具體包括：
將所述差值發送給所述出氣系統，所述出氣系統根據所述差值增加或減小相應差值的出氣速度。
本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的方法而言，由于其與實施例公開的系統相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見系統部分說明即可。
本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的系統及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。