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伟思实验仪器
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一、设备概述
1.1 、主要技术指标
建设一台内部高度不低于 2.5 米、面积约 20平方米的密闭训练方舱，墙体不少于1侧设置可透视窗(共不小于2平方米)和不少于2个出入口，舱外可与内部进行电子信息联系(具备视频、通话、文字功能)，内设移动式基础力量、速度、耐力、柔韧、灵敏类体能训练设备及基础生理指标采集仪器，能采集、分析训练、生理数据并即时指导体能训练，可承训不少于一个建制步兵班的人员（10人）在不同温度不同气压、不同湿度、不同音噪等复杂特殊环境下进行体能训练。
风速：≤40m/s（变频可控）。出风口尺寸：直径800mm。
温度范围：-40℃~60℃。
1.2、主要功能作用
1.3、特殊环境模拟:
环境视频音频仿真功能，模拟风声、水流声、虫鸣鸟叫声、雨声、雷声等特殊环境中的常见声音;环境嗅感仿真功能，仿真一种或多种混合嗅感，包含血腥味硝烟味、尸臭味、树叶腐烂变质味、海腥
味等;环境触感仿真功能，仿真相应的风力体感、湿度体感、气味体感等。模拟风(1~8级)、冷(-10~0℃)、热(0~40℃)、氧浓度变化。
二、设备组成
2.1、方舱
2.2、特殊环境模拟
2.3、体能训练与放松
2.4、数据采集分析
三、方舱
采用现场拼装式结构；
试验箱箱体采用冷库保温板拼装式结构；
库板拼装处为凹凸形，挂钩链接，打上密封胶，最后使用密封条密封，以保证良好的密封性。
3.1、箱体材料
内箱材质：SUS304不锈钢，1mm厚。使用精密激光切割设备切割及数控折床弯折成型，再用氩弧焊接，打磨抛光制作而成。
内部装修材料采用航空铝板，1mm厚，颜色可以自由搭配。
部装饰墙面：外箱材质：航空铝板，1mm厚，外观白色。使用精密激光切割设备切割及数控折床弯折成型，再用氩弧焊接进行焊接、打磨抛光制作成；钢板表面进行整体酸洗除锈后，表面高温烤漆处理，与通常的外表喷涂处理相比外观更加美观大方及增强了其防腐防生锈性能；
3.2、保温材料
保温材质：聚氨酯发泡（添加阻燃剂）(保温层厚 100 mm)。
密度40kg/m³，导热系数0.024W/㎡/℃，防火等级B1级。
聚氨酯泡沫是以异氰酸酯和聚醚为主要原料发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂，通过专用设备混合经过高压100kg打压发泡而成的高分子保温材料，发泡密度高承重保温性能更好。
3.3、内部循环风道
箱体内设计隔离不锈钢壁板，隔离出单独一个空间，作为循环风道，起到空气调节作用。
循环风道内包含：蒸发器、加热器、加湿口、循环风机（离心式风机，长轴外置电机驱动）、出风口、进风口。
原理：循环空气在循环风道内调和好温度，通过顶部出风口，风均匀的从顶部吹出，散发到测试空间，再从底部回风口回流至循环风道内，形成闭环风循环。从而达到均匀的控制温度的目的。
循环风机位于设备试验箱顶部。
3.4、底板
地面：厚度3mm的SUS304防滑花纹不锈钢板。
单位均布承重能力：≥500kg/m2（均匀负载）。
组成：从下到上分别为外壁板、保温层（内含不锈钢支撑）、防滑不锈钢板。
外壁板：同库板。保温隔热层：厚度200mm
防滑钢板：厚度3mm，不锈钢花纹钢板，有防滑、防锈，同时也有分散重力的作用。
地板排水设计：
地板四周设置有排水沟及地漏，防止舱内冷凝水积聚。
两个地漏在设备底板拐角处，排水沟在设备立板壁面处
具有工作室冷凝水和机组凝结水的引出孔（冷凝出水孔），溢流孔，以便于冷凝水的流出；工作室排水沟水以及机组底部接水盘的水均可流出。
3.5、箱门
手动双开铰链门，机械锁，每扇门开一个观察窗。
门洞尺寸：2000mm（W）×2000mm（H）
大门材料、厚度、颜色同箱体库板一致，强度可靠，不易变形，外观白色。
密封：硅胶条密封。大门内侧边沿设置两道硅橡胶密封条。仓门严密无泄漏，隔热隔音。
门框内嵌加热丝，防止外部结霜凝露，系统自动开启电热装置除霜功能。
安全大门，内外均可打开。
3.6、观察窗
面积：≥1000mm×2000mm。
数量：1个，设置于舱体。
多层导电膜钢化中空防爆玻璃 (即在外动玻璃表面喷涂导电发热材料，经高温烧结后固化，通电后即后产生热能），当工作室温度低于环境温度时系统自动开启观察窗除雾功能，保证可清晰观察。
3.7、照明
内部设置防爆照明LED灯，保证舱内照明亮度；
控制开关在箱体外部控制面板上及舱内开关，具有延时自动关闭功能。
四、特殊环境模拟
4.1、加热系统
采用电加热丝P.I.D加热。
原理 | 应用宽带压迫平衡调温系统，通过快速收敛的PID自适应算法实现温度的快速控制。为实现温度的快速收敛，我公司自助开发了专用的、适用于本公司的PID自适应算法，该控制方式在控制过程中根据温度情况不断修正控制，达到收剑快，温度过冲小，稳定性高的控制目的。 |
加热器 | 采用裸露的螺旋镍铬加热丝和绝缘陶瓷支架制作加热器，表面负荷小，具有控温灵敏、温度滞后小的特点。 |
执行元件 | SSR，固态继电器进行无触点过零触发驱动加热器工作，无接触火花和噪音，使用寿命长。 |
加热子系统校核计算 | 功率的计算选择应考虑以下三条： a.从初始状态，按规定时间要求实现加热介质至设定温度(工作温度); b.在工况条件下，发热量足以维持介质温度; c.应有一定的安全裕度，一般取1.2； d.从第a）、b）条选择功率的较大者，乘以安全裕度就是应选的功率。 P 其中1.2为系统设计余量 |
4.2、制冷系统
采用压缩机组制冷。
制冷方式 | 为了保证试验室降温速率和最低温度的要求，本试验室采用一套单级制冷系统，热量交换通过蒸发冷凝器实现。 |
制冷组成 | 制冷系统包括冷凝器、蒸发器、压缩机、冷却设备等 |
压缩机工作原理 | 压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的介质，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经膨胀阀，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的介质，再送入压缩机的入口，从而完成制冷循环。 |
制冷压缩机 | 采用先进的德国比泽尔压缩机。 各机组为独立制冷方式，压缩机组方便拆卸和维修。 具有温度、压力高低警告和报警功能、具有调整并合理分配压缩机运行时间功能、压缩机具有不同比例的加载模式功能、合理分配进回气管路，做到对称、均衡； 压缩机电机可直接启动，并具有过载保护功能； 压缩机具有油箱加热器、干燥过滤器、手动阀门、压力调节器和制冷剂视镜。油气分离器，其上需配备玻璃视窗，便于观察油位； 压缩机底部有接水盘，能够将结霜产生的凝露水收集起来，与排水相连。 |
制冷系统管路 | 易耗件采用易维护维修设计，充分考虑检修空间。 |
蒸发器 | 翅片式蒸发器。 |
换热装置 | 采用高效钎焊板式换热器。 |
冷却方式 | 风冷。 |
冷凝器 | 风冷冷凝器 |
压缩机冷凝水 | 压缩机系统及冷凝管路全部配置承水托盘，排水口处放置接水盒 |
节流装置 | 热力膨胀阀、加厚毛细管 |
全进口制冷配件 | |
油分离器 | 将压缩机排出的高温高压制冷剂气体混有的冷冻油滴分离下来，并返回到压缩机曲轨腔供压缩机润滑和降温用 |
干燥过滤器 | 吸收制冷系统制冷剂中的残留水分、酸性物质，和过滤掉系统中的固休杂质颗粒、铜削等，保护膨胀阀和毛细管的正常工作，不至于发 生冰堵和脏堵 |
制冷剂 | 采用臭氧耗损指数为0的环保制冷剂R404a/R23 HFC型非共沸环保制冷剂，一级制冷机组采用 R404A。 |
减震、降噪 | 带弹簧减震垫。 机组架：采用钢板整体成型，减少拼接及焊楼点，避免共振的发生。机组室：采用蜂窝状的特种消音海绵吸音。 |
4.3、湿度系统
采用电热不锈钢加热器蒸汽加湿。
冷冻除湿方式，蒸发器冷凝除湿。配备净水器过滤加湿用水。
原理 | 采用蒸汽加湿法，将水从水箱抽到加湿锅炉，中间用水位杯控制加湿锅炉水位，将低压蒸汽注入舱内，实现加湿。 采用机械制冷除湿，将蒸发器冷却到漏点温度以下，使大于饱和含湿量的水蒸气凝结析出，从而降低湿度，P.I.D控制加湿量达到所需要的湿度。 |
组成 | 通过箱内传感器实时监测湿度，反馈至控制系统，控制加湿子系统，实现设定湿度； 水箱位置有透明水位显示，有手动加水口； 水质：纯净水。 水位杯有浮球控制自动注水。 |
供水 | 直接采用自来水供水。设备内部安装RO纯水机对自来水进行水源过滤和软化，以确保经过处理后的水满足国家加湿用水（电阻率≥500Ω·m）的要求。 纯水机为RO膜逆渗透工作原理，RO膜可定期进行反冲再生。过滤软化后的纯净水自动送入加湿系统进行使用。 |
安全保障 | 防干烧保护、断水保护器、水位自动控制器、自动上水系统。 |
4.4、吹风系统
配备单独变频风机，模拟吹风，通过变频器控制风速（1~8级风）。
4.5、氧浓度系统
采用制氧机与制氮机产生氧气与氮气，配合氧浓度传感器和氮气浓度传感器，实时监测与控制舱内氧气浓度。
供氧量：制氧量10m³/h，含氧浓度93%±3%，供氧压力0.3MPa。
制氧机基本参数一览表
PSA制氧机 | ||
项目名称 | 技术参数 | 备注 |
型号 | CAPO-10 | 中成航宇变压吸附（PSA）制氧机 |
氧气产量 | 10m³/h | |
氧气纯度 | 93%±3% | |
出口供气压力 | 0.1-0.4Mpa | 表压，可调 |
制氮机基本参数一览表
PSA制氮机 | ||
项目名称 | 技术参数 | 备注 |
型号 | CAPN HP-50 | 中成航宇变压吸附（PSA）制氮机 |
氮气产量 | 200m³/h | |
氮气纯度 | ≥95% | 国标中规定的非氧含量，既氧含量≤5% |
出口供气压力 | 0.1-0.6Mpa | 表压，可调 |
4.6、声音仿真功能
作用：可模拟风声、水流声、虫鸣鸟叫声、雨声、雷声等特殊环境中的常见声音。
在舱内四角安装音响系统，可通过控制系统输入不同声音播放。
4.7、嗅感仿真功能
作用：仿真一种或多种混合嗅感，包含血腥味硝烟味、尸臭味、树叶腐烂变质味、海腥味等；
通过释放仿真味道源，实现所模拟的味道。
4.8、视频仿真功能
可配合音频及嗅感，显示所模拟场景的画面如雷雨、沙漠等等。
在舱内四周墙壁设置显示器。可随时播放所需的画面，或根据音频或嗅感，自动变换画面。
4.9、VR战场训练集成系统
配备VR系统，可通过vr进行多种战场场景模拟训练，可以训练战士适应各种作战环境，提升战士在各种环境作战中的心里和生理情况的适应性。
2.1.3.11.1 降雨系统
可实现4小时累计降雨量划分为小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨六个等级，降雨等级划分见下表：
降雨等级划分=单位：mm
降雨等级 | 小雨 | 中雨 | 大雨 | 暴雨 | 大暴雨 | 特大暴雨 |
24小时 降雨量 | 0.1～9.9 | 10～24.9 | 25～49.9 | 50～99.9 | 100～250 | ＞250 |
12小时 降雨量 | 0.1～4.9 | 5～14.9 | 15～29.9 | 30～69.9 | 70～140 | ＞140 |
五、体能训练与放松
5.1、训练
主要用于对参训人员训练期间的身体生理心理有关指标进行监控，可显示心率、呼吸率、血氧饱和度、血压、体温等数据趋势图，可实现数据的实时监测、报警、分析；可进行心率失常、心率变异性分析，进行血氧饱和度、血压等趋势分析，可打印报告。一套监测系统可同时运行十套传感器装置。
六、数据采集分析 摄像监控
实时监控舱内情况并保存录像，随时查看记录。
组成：由舱内摄像头和舱外监控设备组成。能够在电脑上进行图像显示、录像存储等功能；
七、控制系统
作用：用于试验室设备控制。包括硬件系统和软件系统两部分。
收集储存数据，发布命令，集成控制系统。
7.1、硬件系统
组成：PLC控制系统，工业控制计算机。
控制器 | 伟思自主研发10寸真彩显示屏幕。PLC+触摸屏控制器+工控机控制系统等。 可实时监控设备运行状态、电容触摸屏控制器、操作方便、反应灵敏 控制精度高等优点。 |
配电柜 | （1）开关柜由完整的电器部分组成，包含保险丝，熔断保护，开关控制和其他常规元件， 主要电气元件如总线模块，电源模块，变压器，继电器，控制器等。 （2）配电柜接线和电气系统由较新技术来设计并严格遵照安全规程进行安装和材料选取， 并符合国内电气相关规定。 （3）电气接地监控，符合国内电气相关标准要求。 （4）电量计量：电器柜内增加智能电表，电表有通讯功能，可以读取耗电量数据。 |
7.2、软件系统
人机界面 | 采用二维视角表征（形象地表征环境仓内所有设备、管路、电气等，查看及设置），可分各个子系统实时显示环境仓及各设备运行指标参数：包含但不限于风速、温度、湿度、流量等指标参数项； |
通讯及远程控制 | 开放协议，可与测试台架主控软件集成兼容，实现与电机或底盘测功机系统同步控制、数据采集、通讯、联动报警与记录； |
节能优势 | 节能优势：区别于冷热平衡恒温方式，采用国际先进的热气旁通调节技术，可以实现制冷输出的无级调节，低温恒温无需开启加热系统。可以显著的提高制冷系统的效率，节能降耗。 |
画面显示功能 | .温湿度设定(SV)实际(PV)值直接显示 .可显示执行程序号码,段次,剩余时间及循环次数, 运转时间显示 .程序编辑以及图形曲线显示 .具单独程序编辑画面,每页可输入4个段次温湿度,时间 .定点或程序动作状态显示 .语言转换可以切换中文/英文 设备具有年、月、日及时间显示，设备总的运行时间（0～99999小时、不可复零）、程序段运行时间显示。可查看实时运行曲线。 |
程序容量及 控制功能 | 可使用的程序量:最大120组,1个程序可由1~100段次组合而成，可使用的记忆容量:1200 SEGMENTS，可重复执行命令:每一个命令可达999次；程序斜率设定可由时间轴来设定，程序间每段最大可设定99小时99分钟，最小一分钟，可设定联结使用； .具有编辑,清除,插入等功能，4组时间信号输出控制(可控制待测物ON/OFF动作)，具有9组PID参数设定，程序执行中具有跳段,保持功能；荧幕可作背光调整,可设定背光时间；荧幕显示保护功能可做定时或手动关闭设定；程序复制,COPY, 连接功能,编辑实验标题等程序编辑功能； .PID自动演算和FUZZY控制功能；具有断电程序记忆,复电后自动启动并接续执行程序功能；具有预约启动及关机功能；具有日期,时间调整功能；按键及画面锁定(LOCK)功能 |
接口 | 1、控制器接口：10M/100M以太网络接口、USB2.0（或以上）接口；接口：RS232接口、RS485接口。 2、USB接口：用户可通过U盘对环境箱历史数据进行拷贝 |
网络接口 | 试验系统（设备）需具有网络接口。用于对试验系统（设备）实时监控和数据采集。网络 接口满足如下协议：设备需提供以太网或串口端口，免费开放系统访问端口的通讯协议，不需 要单独额外增加硬件设备，授权并允许第三方调用、读取检测数据结果。 |
SD存储卡 | 用于存储试验资料及试验曲线，标准存储量为2G,可扩充至4G |
自动化 | 设备运行自动化程度高，只须设置目标温湿度或预设设备运行程序，启动运行按钮后系统可自动判断是否开启制冷机组及其数量、加热器，同时自动对加热、制冷输出量进行调节，无须过多操作或监控，可得到理想的试验过程曲线。PID分区和自动整定。 |
设定方式 | 中/英文界面、触摸式输入 |
运行方式 | 程序方式 / 定值方式 |
断电记忆功能 | 可设定断电恢复模式为：热起/冷起/停止 |
预约开机功能 | 可随意设定开机时间，打开电源后时间到机台自动运行 |
曲线记录功能 | 具有带电池保护的RAM，可保存设备的设定值、采样值及采样时刻的时间；最大记录时间为60天。 |
数据记录 | 可保存温湿度、光照、风速等数据，可自动存储数据；可随时调取查询所存储记录中某一时段的数据，可用EXCEL等软件可以直接打开处理。 试验过程可记录、存储、可回放和编辑处理，即对试验中所采集的数据（温度、湿度等）能够实时显示、存盘，可实时操作、监测、超差报警，控制环境舱安全有效运行。输出文件应能在Microsoft Office或Microsoft Access系列软件中进行编辑和处理； |
故障信息 | 设备出现故障时自动报警并切断电源，在控制器上显示出现的故障、可能原因分析。 |
超温保护器 | 数字型可调超温保护器×1：带独立报警温度传感器 |
安全&保护 | 1) 主、控电路独立短路和过流保护 2) 过温和低温保护 3) 加热器超温保护 4) 风机过流保护 5) 压缩机超压保护 6) 压缩机过热保护 7) 压缩机过流保护 8) 压缩机缺油保护 9) 加湿器缺水保护 10) 加湿器过热保护 11) 急停开关 |
报警 | 在环境箱或电控柜上醒目位置至少安装1套三色LED指示灯，分别对应运行、停止、报警三种状态，报警状态同时提供警铃声音。 |
