摘要： 在生命保障系统功能检查中，分析飞行员呼吸功能和生理反应，需要测试记录飞行员呼吸参数。本文设计飞行员呼吸参数采集器，可以满足测定飞行员呼吸参数、人体处感受的三向过载检测而设计的小型化、低功耗、便携式测试需求，对评价生命保障系统在飞行中发挥的作用有积极意义。
关键词：呼吸生理；生命保障；采集记录
引言
飞行员在飞行中气压环境因素或条件对人类的飞行活动影响是非常重要的，因为他们的改变能引起人体一系列的呼吸生理反应，其中强烈者，或作用时间过长者或变化过快，将会使人的生理效应过于剧烈，超过赖受极限，导致飞行失能影响飞行操纵[1]。因此分析飞行员呼吸功能和生理反应，评价飞行员所用的个体呼吸防护装备在实际飞行中发挥的作用，需要测试记录飞行员呼吸参数, 设计飞行员呼吸参数采集器，可以满足测定飞行员呼吸参数、人体处感受的三向过载检测而设计的小型化、低功耗、便携式测试需求，对航空医学保障和飞行安全至关重要[2]。
1、需求分析
针对飞行员呼吸记录系统的相关需求进行以下分析：
1）采集记录需求：对温度传感器、压力传感器及氧气流量传感器的模拟量进行采集；
2）开关和指示灯需求：应能只是系统供电状态和工作状态，并指示数据存储容量灯；
3）计时功能需求：分别记录北京时间和相对时间，北京时间在每次使用前由GPS自动校准或使用地面检查器设定，记录格式为60分位制，时间精度不小于10ms；
4）数据记录需求：应满足连续连续记录时间要求，意外断电后能保持数据不丢失，电源恢复后继续记录；
5）工作环境要求：能够满足航空试验环境的温度和振动环境要求。
2、方案设计与实现
飞行员呼吸参数测试记录系统包括飞行员呼吸参数采集器、微型传感装置各一套。呼吸参数采集器由激励源、信号调理、A/D采集电路、数据存储、状态显示、时钟管理及GPS校时、CPU单元、电源管理电路、GPS模块和充电电池等部件组成。
采集器内部的激励源模块，主要产生电压源和电流源。电压源是给采集系统中的面罩腔压力传感器供电。调理单元是将和温度和压力成正比的小信号进行放大和滤波，送往数据采集单元。
A/D采集电路是将模拟信号进行量化的单元，由于温度和压力信号都是缓变参数，采集的频率不高，也不用同时采样，因此在电路设计中采用了一个A/D转换器，1通道的温度信号、1通道的流量信号和3通道压力信号 通过模拟开关分时切换到A/D转换器上。
数据存储采用了flash存储芯片为介质，将A/D量化采集后的数据直接存储到芯片内，存储芯片的管理是由CPU承担，操作时序由CPLD产生，存储芯片是基于扇区的管理、存储和擦除。状态显示是对采集记录器的电池电量、运行、GPS定位状态进行指示。由于采集器的体积小，尽量少的采用指示灯数量，因此在设计中复用指示灯。采集器面板上有两个指示灯，其中一个是GPS定位灯，在GPS模块定位后点亮。另外一个是变色指示灯，用红绿黄三个颜色代表电池的容量，用闪烁来表示采集器工作在采集状态，不闪烁则表示采集器工作在校准或联机状态。
时钟管理单元的主要功能是产生北京时间，并能在采集器启动时利用内置的GPS模块进行授时。时钟管理电路的另一个主要功能是给采集的参数打时间标签，以方便事后的数据处理。电源管理单元的主要功能是给传感器和采集记录器内的电路提供所需的电压，在充电电池充放电时进行管理和保护。充电电池是采集记录器的重要组成部分，在采集记录器的所有工作过程中提供能量，满足连续时的采集记录工作，同时还要符合宽温工作的要求。
根据以上方案设计选择对应传感器完成呼吸记录系统设计，其实物图见图1，测试记录的相关试验数据见图2。
图1 呼吸采集记录系统实物图
图2 呼吸记录系统记录数据示意图
3、结束语
本文设计研制了呼吸记录系统，该系统飞行员能够随身携带，不与飞机交联，为航空测试设备，可在-35～+60℃环境温度条件下能正常工作。针对该产品进行了综合测试，呼吸参数可实现呼吸参数记录功能，记录参数正确，为了完成生命保障系统试飞，分析飞行员呼吸功能和生理反应，评价生命保障系统在飞行中发挥了积极作用
参考文献：
[1] 祝筱姬。飞行员飞行中的呼吸生理与防护国内研究现状[J].实用医药杂志,2007,6(24):746-748
[2] 葛宏，吕晓东，范军，张永宝，胡晓林，张莉莉。歼击机飞行员空中生理参数与飞行状态变化动态对应的可行性研究[J]. 科技导报,2007,25(16):18-21
作者简介：
李太平（1982-），男，湖北宜昌人，硕士生，主要从事综合航电系统试飞技术研究工作。
论文作者:李太平,陈亮
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/30
标签：飞行员论文; 呼吸论文; 参数论文; 系统论文; 采集器论文; 状态论文; 需求论文; 《电力设备》2018年第10期论文;