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本发明公开了一种仿生鱼鳃式水下呼吸设备，包括呼吸器、二氧化碳过滤装置、氧气制备装置、气体混合装置、空气压缩机、空气储气瓶及控制系统，氧气制备装置与气体混合装置相连并为气体混合装置供给氧气，空气压缩机用于压缩来自气体混合装置的混合气体并将压缩后的气体输送至空气储气瓶，二氧化碳过滤装置上或者二氧化碳过滤装置与气体混合装置之间的气体输送管路上设置有氧气浓度传感器，控制系统用于控制空气压缩机对混合气体的压缩量并根据氧气浓度传感器传输来的氧气浓度信号控制制氧量和输氧量。本发明制氧率高、气体利用率高，使用者使用该设备时不会产生外漏的气泡，避免了对海洋生物的干扰，利用本发明可实现长时间的水下作业。