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申请/专利权人：南京师范大学

摘要：本发明公开了一种用于呼吸道飞沫轨迹采集的高均匀高分辨纹影光学设备，通过聚焦纹影组件和模型展示组件，基于人体真实口喉模型和呼吸过程中的真实状态。采用非球面反射镜的设计，非球面反射镜为一种离轴抛物面设计，避免了球面反射镜的球差等像差，保证了图像的均匀性，极大地提升了纹影系统的均匀性和分辨率，保证了纹影系统的分辨率；对市场实施可能性和经济效益预测分析：非球面反射镜为一种离轴抛物面设计，避免了球面反射镜的球差等像差，保证了图像的均匀性，系统的分辨率正比于系统的口径，反比于系统的焦距，长焦系统具有更高的分辨率，有一定的应用前景。

主权项：1.一种用于呼吸道飞沫轨迹采集的高均匀高分辨纹影光学设备，其特征在于：包括聚焦纹影组件1；以及与所述聚焦纹影组件1相连接的模型展示组件2；所述聚焦纹影组件1包括：凹面反射镜101、纹影头102及两组水平支架103；其中，所述凹面反射镜101和所述纹影头102分别安装在所述水平支架103上；所述模型展示组件2包括：模型显示器201、网格划分器202、数值模拟器203、边界层优化器204及后处理器205；所述凹面反射镜101的直径403mm或406mm、焦距为2000mm，所述纹影头102包括可外触发频闪光源104、分光棱镜105及工业相机106；所述分光棱镜105连接在所述工业相机106上，所述凹面反射镜101的反射面距离分光棱镜105的水平距离是4000mm，且两者中心垂直；垂直方向上分光棱镜105的高度和凹面反射镜101的中心高度相等；所述模型显示器201包括用于获得CT扫描图像的螺旋CT（206），以及用于对CT扫描图像进行处理的Mimics软件；所述网格划分器202包括用于导入人体三维真实模型的Fluentmeshing软件，以及对网格进行独立性验证器和选取最优网格数量模块；所述数值模拟器203包括用于对网格数量进行稳态及非稳态计算器207，与前人的文献数据对比模块，所述边界层优化器（204）用于对非稳态状况下呼吸速度UDF和真实口腔黏膜边界层UDF进行编译，并将其成功导入并计算，所述后处理器205用于将得到的结果导入tecplot进行处理与分析；基础数据测量，以健康的具体人为研究对象，通过实验手段，获取呼吸过程中的状态参数，包括：正弦特征、呼吸周期、气流速度、口鼻分配、环境温湿度、人体表面温度等基础数据；纹影观测实验，搭建单反射镜的聚焦纹影组件试验台，分别在12℃、18℃、24℃的工况下，对不同温度、不同呼吸状态、不同呼吸频率以及热羽流等因素进行观测实验，同时测量人体口鼻附近呼吸气流影响下的动态温湿度变化；数值模拟研究，通过螺旋CT（206）对实验对象的外呼吸道及皮肤表面轮廓进行扫描成像，并建立正式三维模型，采用Fluentmeshing合理划分网格，根据基础数据所设定的边界条件，进行三维稳态数值模拟，研究不同环境温度、呼吸频率、呼吸方式条件下，人体呼吸射流特征规律；针对人体正弦呼吸规律特征，进行三维非稳态数值模拟，揭示周期性呼吸状态下人体呼吸射流的扩散特性。

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