模拟儿童人体滑雪服热湿阻测试装置及测试方法

1.本发明涉及服装模拟穿戴检测技术领域，尤其涉及一种模拟儿童人体滑雪服热湿阻测试装置及测试方法。


背景技术：

2.在服装性能检测、卫生用品性能测试等应用场景，要对服装和卫生用品进行模拟测试时，通过模拟生理现象进行对服装和卫生用品进行检测。
3.滑雪运动是一个运动量大，环境条件恶劣的运动项目，滑雪服穿于运动员身上，进行滑雪项目时，会做出各种肢体动作，在冰雪环境中，大运动量导致的滑雪服内部的出汗和滑雪服外部的低温等情况模拟，对滑雪服的检测过程，要达到模拟真实情况，是一个难题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种模拟儿童人体滑雪服热湿阻测试装置及测试方法，通过模拟儿童人体运动状态、肢体位置等，测量模拟的各种参数，检测最接近人体滑雪运动状态的滑雪服热湿阻。
5.本发明采取的技术方案是：
6.一种模拟儿童人体滑雪服热湿阻测试装置，其特征是，包括模拟儿童人体和控制系统，所述模拟儿童人体的身体从头至脚分成若干个区域，每个区域均设置加热单元和出汗单元，每个区域均设置温度传感器和湿度传感器，在所述模拟儿童人体所处的环境中设置温度传感器和湿度传感器，所述滑雪服穿于模拟儿童人体上，在所述滑雪服内的多个位置设置温度传感器和湿度传感器，所述控制系统实时接收各传感器的信号，并控制出汗单元进行模拟出汗，分别测量干燥状态滑雪服的热阻和湿阻、出汗后的滑雪服的热阻和湿阻。
7.进一步，所述模拟儿童人体的设置于环境箱中，所述环境箱模拟所述模拟儿童人体所处的环境，所述环境箱中设置温度传感器和湿度传感器。
8.进一步，所述模拟儿童人体的区域分成超过30个区域，人体前后两侧的区域一一对应，所述滑雪服穿于模拟儿童人体之上，将所述区域都包覆住。
9.进一步，所述控制系统对每个区域的加热单元和出汗单元都分别单独控制其加热和出汗。
10.进一步，所述模拟儿童人体的躯干和四肢通过关节连接，所述滑雪服穿于模拟儿童人体时，躯干和四肢摆成滑轨的姿势。
11.进一步，所述环境箱内设置通风单元，所述通风单元使环境箱中产生1-5米每秒的空气流速。
12.一种模拟儿童人体滑雪服热湿阻测试装置的热湿阻测试方法，其特征是，包括如下步骤：
13.(1)设定环境参数，将待测环境参数达到测试要求；
14.(2)将待测滑雪服在环境中稳定一个时间，测试前提前启动测试装置；
15.(3)将假人加热至测试体温；
16.(4)穿上滑雪服，并摆成滑雪姿势；
17.(5)控制系统接收假滑雪服内的温度传感器和湿度传感器的信号，计算各区域热阻rct，以si为单位，计算公式如下：
[0018][0019]
其中，rct为热阻(
㎡
·
℃)/w；tskin为区域平均温度(℃)；tamb为环境温度(℃)；q/a为热流量的加权平均值(w/
㎡
)；
[0020]
计算的各区域湿阻ret，以si为单位，计算公式如下：
[0021][0022]
其中，ret为湿阻(
㎡
·
pa/w)；psat为饱和水蒸气气压@皮肤温度(pa)；pamb为环境水蒸气气压@环境温度(pa)；q/a＝热流量的加权平均值(w/
㎡
)；rct为热阻(
㎡
·
℃)/w；tskin为区域平均温度(℃)；tamb为环境温度(℃)；
[0023]
(6)控制假人模拟出汗，重复步骤(5)；
[0024]
(7)将步骤(5)、(6)中测得的各区域的热值和湿值汇总；
[0025]
(8)测试完成后，更换滑雪姿势或滑雪服后重复测试。
[0026]
进一步，所述步骤(5)中的psat和pamb通过以下公试计算得到：
[0027]
p
sat
＝133.3
·
10
[8.10765-(1705.29/(235+tskin))]
[0028]
p
amb
＝rh
·
133.3
·
10
[8.10765-(1750.29/(235+tamb))]
[0029]
其中，psat为饱和水蒸气气压(pa)；pamb为环境水蒸气气压(pa)；tskin为皮肤温度(℃)；tamb为环境温度(℃)；rh为环境相对湿度(％)。
[0030]
进一步，所述步骤(5)中，还包括测试渗透指数，公式如下：
[0031][0032]
其中，im为渗透指数(无因)；rct为干燥热阻；ret为湿阻；k为恒量(60.6515pa/℃)。
[0033]
进一步，所述步骤(2)中，待测滑雪服在环境中稳定时间超过1小时，测试前提前启动测试装置至少5分钟；每一次测试过程不超过40分钟。
[0034]
本发明的有益效果是：
[0035]
(1)模拟真实儿童滑雪运动时的姿态，出汗，体温变化，使滑雪服的热湿阻测量值更接近于真实情况；
[0036]
(2)模拟真实的环境参数，使测量值更准确；
[0037]
(3)对模拟人体部位分区控制，减少各区之间互相干扰。
附图说明
[0038]
附图1是儿童假人与滑雪服的位置示意图；
[0039]
附图2是儿童假人身体各区域示意图；
[0040]
附图3是热湿阻测试装置的原理示意图；
[0041]
附图4是热湿阻测试方法的流程示意图。
[0042]
附图中的标号分别为：
[0043]
101.儿童人体；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
102.滑雪服；
[0044]
103.控制系统；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
104.加热单元；
[0045]
105.出汗单元；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
106.出汗孔；
[0046]
107.环境箱。
具体实施方式
[0047]
下面结合附图对本发明模拟儿童人体滑雪服热湿阻测试装置及测试方法的具体实施方式作详细说明。
[0048]
参见附图1，模拟儿童人体滑雪服的热湿阻测试装置包括模拟儿童人体101和控制系统103，控制系统103对人体的工作区域进行控制，以模拟真人的生理新陈代谢。模拟儿童的身高为120cm左右，可模拟较大幼儿和儿童。
[0049]
在对滑雪服102进行热湿阻的测试过程中，需要对模拟儿童人体101的各个区域进行加热控制和出汗模拟。测试中，滑雪服102穿于模拟儿童人体101，并可摆出各种滑雪姿态。
[0050]
在模拟过程中，将模拟儿童人体101分成若干个区域，每个区域均设置加热单元104和出汗单元105，控制系统103对每个区域进行单独加热控制和出汗控制，加热单元104为贴片式电加热片，安装于人体内部各区域内侧。出汗单元105为各区域的上设置的出汗孔106，通过水泵进行供水，不同的出汗量通过不同的供水速度完成。
[0051]
参见附图2,模拟儿童人体101从上到下根据躯干和肢体，分成34个区域，每块区域均独立控制其体温和出汗，比如躯干的体温要高于四肢末端的体温，出汗量也是各个区域会明显不同。这都要通过控制系统103根据模拟的滑雪运动情况进行配置。
[0052]
头部的前后两侧设置两块区域、上身的胸腹部前后两侧设置四块区域、胯部前后左右四块区域，上肢和下肢各分成12块区域，一共分成34块区域。每块区域的加热由控制系统103单独控制，每块区域的出汗由控制系统103控制，在每个区域内均设置温度传感器和湿度传感器，传感器连接至控制系统103。
[0053]
参见附图3,在穿着滑雪服102时，可在人体上穿上合适的内层衣物，可以使出汗时排液更加均匀。针对滑雪服102检测，在滑雪服102内的多个位置点，设置温度传感器和湿度传感器。
[0054]
控制系统103控制加热单元104模拟人体体温，控制出汗单元105模拟人体运动时出汗，在模拟儿童人体101所处的环境中设置温度传感器和湿度传感器。
[0055]
为了更好地模拟环境状况，将模拟儿童人体101的设置于环境箱107中进行测度，环境箱107模拟模拟儿童人体101所处的环境，通过温湿度调节，空气过滤等手段，改变环境箱107内的参数。环境箱107中设置温度传感器和湿度传感器，连接至控制系统103。另外，在环境箱107内设置通风单元，通风单元使环境箱107中产生1-5米每秒的空气流速。空气流动避免在滑雪服102的周围形成空气保护层。另外，模拟滑雪运动过程中，空气流速设置成更快的实际参数。
[0056]
通过本测试装置，控制系统103接收各传感器的信号，并控制加热单元104和出汗单元105进行模拟滑雪运动，测量干燥状态下滑雪服102的热阻和湿阻、不同出汗状态下的滑雪服102的热阻和湿阻。
[0057]
参见附图4,具体测试方法通过控制系统的软件实现。
[0058]
(1)设定环境参数，将待测环境参数达到测试要求。根据滑雪服应用环境，比如卧室内，其温度湿度以及空气质量等参数。
[0059]
(2)将待测滑雪服在环境中稳定一个时间，测试前提前启动测试装置。超过一小时的时间对滑雪服进行稳定，使滑雪服的内部外部都达到在环境中的真实情况状态，提高测量的精度。设备测试前也提前开机超过5分钟，使设备处于稳定状态。提前对水箱进行加热，为模拟出汗作好准备。
[0060]
(3)通过控制系统参数设定，将假人的身体部分加热至测试体温，36℃至37℃,各区域的温度可略有不同，根据人体实际情况模拟。
[0061]
(4)在人体温度稳定后，再穿上滑雪服，更符合现实情况。
[0062]
(5)控制系统接收假人身体各区域以及滑雪服内的温度传感器和湿度传感器的信号，计算下身部分的各区域热阻rct，以si为单位，计算公式如下：
[0063][0064]
其中，rct为热阻(
㎡
·
℃)/w；tskin为区域平均温度(℃)；tamb为环境温度(℃)；q/a为热流量的加权平均值(w/
㎡
)；
[0065]
计算下身部分的各区域湿阻ret，以si为单位，计算公式如下：
[0066][0067]
其中，ret为湿阻(
㎡
·
pa/w)；psat为饱和水蒸气气压@皮肤温度(pa)；pamb为环境水蒸气气压@环境温度(pa)；q/a＝热流量的加权平均值(w/
㎡
)；rct为热阻(
㎡
·
℃)/w；tskin为区域平均温度(℃)；tamb为环境温度(℃)。
[0068]
公式中的psat和pamb通过以下公试计算得到：
[0069]
p
sat
＝133.3
·
10
[8.10765-(1705.29/(235+tskin))]
[0070]
p
amb
＝rh
·
133.3
·
10
[8.10765-(1750.29/(235+tamb))]
[0071]
其中，psat为饱和水蒸气气压(pa)；pamb为环境水蒸气气压(pa)；tskin为皮肤温度(℃)；tamb为环境温度(℃)；rh为环境相对湿度(％)。
[0072]
这里使用的是si单位，也可选用clo单位，在si单位上乘上个因子系数6.45。
[0073]
由于信号是实时传送的，热湿阻计算时，可以在指定的时间间隔上进行多次计算，间隔越短，计算的数越多。
[0074]
(6)控制系统控制水泵将水箱中的水从各区域的排汗孔中流出，根据运动量的情况，控制微出汗、大出汗等多种出汗状态。根据水泵的流量可控制出汗的量和流速。将滑雪服在不同的出汗量的情况下进行计算，计算方法为重复步骤(5)。
[0075]
(7)将步骤(5)、(6)中测得的各区域的热值和湿值汇总。汇总的数据支持表格输出，生成实验报告。
[0076]
(8)测试完成后，可更换滑雪服按上述的步骤重复测试。
[0077]
另外，还辅于测试渗透指数，公式如下：
[0078][0079]
其中，im为渗透指数(无因)；rct为干燥热阻；ret为湿阻；k为恒量(60.6515pa/℃)。
[0080]
冷却速率(热差)
[0081]
ecr＝∑q
i(new)-∑q
i(old)
[0082]
其中，ecr为有效冷却速率(w)；qi(old)为标定测试区域输出功率(w)；qi(new)为新测试区域输出功率(w)；
[0083]
加权平均值
[0084][0085][0086]
其中，ri为区域电阻；ai为区域表面面积；atot为表面总面积；
[0087]
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种模拟儿童人体滑雪服热湿阻测试装置，其特征在于：包括模拟儿童人体和控制系统，所述模拟儿童人体的身体从头至脚分成若干个区域，每个区域均设置加热单元和出汗单元，每个区域均设置温度传感器和湿度传感器，在所述模拟儿童人体所处的环境中设置温度传感器和湿度传感器，所述滑雪服穿于模拟儿童人体上，在所述滑雪服内的多个位置设置温度传感器和湿度传感器，所述控制系统实时接收各传感器的信号，并控制出汗单元进行模拟出汗，分别测量干燥状态滑雪服的热阻和湿阻、出汗后的滑雪服的热阻和湿阻。2.根据权利要求1所述的模拟儿童人体滑雪服热湿阻测试装置，其特征在于：所述模拟儿童人体的设置于环境箱中，所述环境箱模拟所述模拟儿童人体所处的环境，所述环境箱中设置温度传感器和湿度传感器。3.根据权利要求1所述的模拟儿童人体滑雪服热湿阻测试装置，其特征在于：所述模拟儿童人体的区域分成超过30个区域，人体前后两侧的区域一一对应，所述滑雪服穿于模拟儿童人体之上，将所述区域都包覆住。4.根据权利要求1所述的模拟儿童人体滑雪服热湿阻测试装置，其特征在于：所述控制系统对每个区域的加热单元和出汗单元都分别单独控制其加热和出汗。5.根据权利要求1所述的模拟儿童人体滑雪服热湿阻测试装置，其特征在于：所述模拟儿童人体的躯干和四肢通过关节连接，所述滑雪服穿于模拟儿童人体时，躯干和四肢摆成滑轨的姿势。6.根据权利要求2所述的模拟儿童人体滑雪服热湿阻测试装置，其特征在于：所述环境箱内设置通风单元，所述通风单元使环境箱中产生1-5米每秒的空气流速。7.一种应用如权利要求1至6中任一项所述的模拟儿童人体滑雪服热湿阻测试装置的热湿阻测试方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)设定环境参数，将待测环境参数达到测试要求；(2)将待测滑雪服在环境中稳定一个时间，测试前提前启动测试装置；(3)将假人加热至测试体温；(4)穿上滑雪服，并摆成滑雪姿势；(5)控制系统接收假滑雪服内的温度传感器和湿度传感器的信号，计算各区域热阻rct，以si为单位，计算公式如下：其中，rct为热阻(
㎡
·
℃)/w；tskin为区域平均温度(℃)；tamb为环境温度(℃)；q/a为热流量的加权平均值(w/
㎡
)；计算的各区域湿阻ret，以si为单位，计算公式如下：其中，ret为湿阻(
㎡
·
pa/w)；psat为饱和水蒸气气压@皮肤温度(pa)；pamb为环境水蒸气气压@环境温度(pa)；q/a＝热流量的加权平均值(w/
㎡
)；rct为热阻(
㎡
·
℃)/w；tskin为区域平均温度(℃)；tamb为环境温度(℃)；(6)控制假人模拟出汗，重复步骤(5)；
(7)将步骤(5)、(6)中测得的各区域的热值和湿值汇总；(8)测试完成后，更换滑雪姿势或滑雪服后重复测试。8.根据权利要求7所述的热湿阻测试方法，其特征在于：所述步骤(5)中的psat和pamb通过以下公试计算得到：p
sat
＝133.3
·
10
[8.10765-(1750.29/(235+tskin))]
p
amb
＝rh
·
133.3
·
10
[8.10765-(1750.29(235+tamb))]
其中，psat为饱和水蒸气气压(pa)；pamb为环境水蒸气气压(pa)；tskin为皮肤温度(℃)；tamb为环境温度(℃)；rh为环境相对湿度(％)。9.根据权利要求7所述的热湿阻测试方法，其特征在于：所述步骤(5)中，还包括测试渗透指数，公式如下：其中，im为渗透指数(无因)；rct为干燥热阻；ret为湿阻；k为恒量(60.6515pa/℃)。10.根据权利要求7至9中任一项所述的热湿阻测试方法，其特征在于：所述步骤(2)中，待测滑雪服在环境中稳定时间超过1小时，测试前提前启动测试装置至少5分钟；每一次测试过程不超过40分钟。

技术总结
本发明涉及服装模拟穿戴检测技术领域，公开了一种模拟儿童人体滑雪服热湿阻测试装置，包括模拟儿童人体和控制系统，模拟儿童人体的身体从头至脚分成若干个区域，每个区域均设置加热单元和出汗单元，每个区域均设置温度传感器和湿度传感器，在所述模拟儿童人体所处的环境中设置温度传感器和湿度传感器，所滑雪服穿于模拟儿童人体上，在所述滑雪服内的多个位置设置温度传感器和湿度传感器，所述控制系统实时接收各传感器的信号，并控制出汗单元进行模拟出汗，分别测量干燥状态滑雪服的热阻和湿阻、出汗后的滑雪服的热阻和湿阻。本发明通过模拟儿童人体运动状态、肢体位置等，测量模拟的各种参数，检测最接近人体滑雪运动状态的滑雪服热湿阻。雪服热湿阻。雪服热湿阻。


技术研发人员：竹潇潇 张洪松
受保护的技术使用者：北京服装学院
技术研发日：2023.05.13
技术公布日：2023/9/12