BRPI0514837B1 - "Apparatus and method for controlling the operation of a sensor in an adapted fan" - Google Patents

Abstract

aparelho e método para acionar um sensor em uma reivindicação de prioridade de ventilador. um ventilador inclui um sensor para monitorar uma característica associada com a entrega de gás ao paciente, tal como pressão. uma fonte de alimentação do sensor (100,130) está alimentando um sensor na forma de uma ponte wheatstone. uma primeira extremidade (104) da ponte está acoplada a uma primeira fonte de voltagem positiva (112, 142) e uma segunda extremidade (116) está acoplada a uma segunda fonte de voltagem positiva (118, 156, 180). um capacitor (120) está acoplado à segunda extremidade da ponte. um controlador (50) controla a primeira e a segunda fonte de voltagem positiva tal como para (a) desabilitar o sensor através de levar a primeira fonte de voltagem positiva a fornecer voltagem substancialmente zero à primeira extremidade da ponte wheatstone e através de levar a segunda fonte de voltagem positiva a fornecer uma voltagem positiva à segunda extremidade do capacitor, e para (b) habilitar o sensor através de levar a primeira fonte de voltagem positiva a fornecer uma voltagem positiva à primeira extremidade da ponte wheatstone e através de levar a segunda fonte de voltagem positiva a fornecer uma voltagem decrescente à segunda extremidade do capacitor.

Description

"APARELHO E MÉTODO PARA CONTROLAR O FUNCIONAMENTO DE UM SENSOR EM UM VENTILADOR ADAPTADO" Esse pedido reivindica prioridade a partir do Pedido de Patente Sueco No. Serial 0402119-2 depositado em 3 de Setembro de 2004.

Campo da Invenção A presente invenção pertence a uma técnica para fornecer energia a um ou mais sensores em um ventilador, e, em particular, a um sistema de sensor que mantém o sensor em um estado desabilitado até que uma medição é necessária, ponto no qual o sensor é rapidamente e temporariamente cha-veado para um estado habilitado tal que a medição pode ser efetuada.

Fundamentos da Invenção É bem conhecido utilizar um ventilador, máquina para anestesia, ou dispositivo de suporte de pressão ou outro sistema para entregar um fluido, tal como oxigênio, ar, ou outro gás de respiração ou mistura de gases, a uma via aérea do paciente para aumentar, suplementar, ou substituir o próprio esforço ventilatório do paciente e/ou tratar o paciente com uma terapia de suporte de pressão. De importância em usar tais situações é a habilidade de precisamente regular ou controlar a pressão, fluxo, e/ou volume de gás entregue ao paciente. Isso exige ser capaz de precisamente monitorar os parâmetros de operação do ventilador, tal como a pressão e/ou fluxo de gás no ventilador. Para propósitos presentes, o termo "ventilador" é usado para descrever qualquer sistema ou dispositivo que entrega um fluxo de gás ou gás pressurizado às vias aéreas de um usuário, ou de forma invasiva ou de forma não invasiva, sozinho ou em combinação com outros sistemas.

Como mostrado na FIG. 1, os componentes relacionados inspiratórios de um ventilador convencional 20 incluem uma fonte de um primeiro gás 30, tal como ar, e uma segunda fonte de um segundo gás 32, tal como oxigênio. A fonte de primeiro gás tipicamente inclui um tanque de armazenamento pressurizado, ventoinha, fole, impulsor, circulador, pistão, gerador de pressão, ou seus similares, que fornece ar pressurizado em uma pressão acima da pressão ambiente. A fonte de oxigênio é tipicamente um tanque de armazenamento de oxigênio pressurizado, uma fonte de parede central (tipicamente encontrada em um hospital), ou um concentrador de oxigênio. Em resumo, as fontes do primeiro e do segundo gás podem ser geradores de pressão que operam sob o controle do ventilador, uma fonte de gás independente, tal como aquela disponível através de um sistema de entrega de gás central de hospital, ou uma combinação desses.

Uma primeira válvula 34 controla o fornecimento do primeiro gás (por exemplo, ar) e uma segunda válvula 36 controla o fornecimento do segundo gás (por exemplo, oxigênio). Os fornecimentos de gás separados são misturados fluxo abaixo das válvulas, tipicamente usando um elemento misturador ou acumulador, para subseqüente entrega ao paciente via o membro inspiratório do circuito de um paciente. 0 fluxo de gás combinado é carregado por um conduto primário 42 a um acoplamento externo fornecido no alojamento do ventilador.

Uma mangueira flexível ou circuito de paciente (não mostrado) acopla ao acoplamento externo uma via aérea do paciente. As válvulas 34 e 36 são tipicamente válvulas proporcionais que são abertas ou fechadas baseadas na direção desse fluxo de corrente através da válvula, que é uma função da voltagem aplicada através da válvula. 0 ventilador convencional ilustrado inclui um primeiro sensor de fluxo 44 adaptado para medir um fluxo do primeiro gás e um segundo sensor de fluxo 46 adaptado para medir o fluxo do segundo gás. Um sensor de pressão 48 mede a pressão do gás no conduto 42 entregue ao paciente via o circuito de paciente. Em adição, um monitor de concentração de oxigênio 49 mede a concentração de oxigênio no gás entregue ao paciente. As saídas dos sensores de fluxo 44 e 46, sensor de pressão 48, e monitor de oxigênio 49 são fornecidos a um controlador 50. O controlador tipicamente usa essa informação, pelo menos em alguns modos de ventilação, para controlar o fluxo, volume e/ou pressão de gás entregue ao paciente, isto é, para controlar válvulas 34 e 30 e/ou a atuação das fontes de gás 30 e/ou 32 tal que o fluxo desejado, pressão, ou volume de gás seja administrado ao paciente tendo a concentração de oxigênio desejada.

Os componentes expiratórios de um ventilador convencional incluem um conduto expiratório 60 que é acoplado ao membro expiratório do circuito de paciente. Em uma configuração convencional, o membro inspiratório e o membro expi-ratório são acoplados próximo ao paciente em um conector Y (não mostrado). 0 membro expiratório carrega gás das costas do paciente ao ventilador. Uma válvula expiratória 62 que opera sob o controle do controlador é acoplada ao conduto 60 para controlar a liberação de gás do conduto na atmosfera. 0 sensor, tal como um sensor de pressão 64 e/ou um sensor de fluxo 66 é fornecido para medir a pressão e/ou fluxo de gás no conduto expiratório.

Um problema que freqüentemente ocorre com ventiladores convencionais é que, quando um ventilador tem que ser conectado a um paciente em uma emergência, o ventilador pode ter uma precisão reduzida durante um período de tempo depois da inicialização do ventilador. Esse período de capacidade de operação reduzido ou prejudicado pode durar tanto quanto meia hora do tratamento iniciado. Esse problema é de particular importância quando ventilando crianças, e, no pior caso, o paciente pode ser ferido como uma conseqüência do ventilador entregando fluxos incorretos e/ou pressões ao paciente. Uma razão que o ventilador pode operar com uma capacidade reduzida ou prejudicada na inicialização é devido ao fenômeno relacionado ao aquecimento que é inerente nos elementos de sensor do ventilador, tal como os sensores de pressão, sensores de fluxo, sensores de concentração de oxigênio, sensores de temperatura, que são usados para monitorar uma ou mais características associadas com o fluxo do gãs entregue ou recebido do paciente.

Ventiladores convencionais também tipicamente usam múltiplos componentes eletrônicos, tais como reguladores de fluxo (válvulas), sensores (pressão, fluxo, concentração de gás, temperatura) , processadores, etc, que não operam na mesma voltagem ou nível de corrente, isto é, as válvulas têm diferentes exigências de energia. A FIG. 2 é uma representação esquemática de um ventilador convencional que inclui uma fonte de alimentação comum de 12V. Nesse exemplo, válvulas 70 e 72 operam em ±12V. Essas válvulas correspondem, por e-xemplo, a uma ou mais válvulas 34, 36, e 62 usadas no ventilador da FIG. 1. Para fornecer ±12 V às válvulas, conversores chaveados 74 e 76 usados para chavear os 12 V a serem fornecidos à válvula entre +12 V e -12 V. Outros componentes do ventilador têm outras exigências de energia. Por exemplo, processador ou controlador 50 opera em um nível de voltagem de 3,3 V. Um conversor de voltagem 78 converte os 12 V para 3,3 V para uso pelo controlador. Nesse exemplo, sensores 82 e 84 operam em voltagens de ±5 V. Esse sensor corresponde, por exemplo, a qualquer um dos sensores usados no ventilador, tal como sensores de fluxo 44, 46 e 66, sensores de pressão 48 e 64, e sensor de oxigênio 49. Conversores de voltagem 90 e 92 convertem os ±12 V em +5 V, e inversores 94 e 96 são fornecidos tal que ambos +5 V e -5 V estão disponíveis para tais sensores. É claro, um único conversor de voltagem e único inversor pode ser usado para fornecer os ±5 V.

Quando um ventilador exige múltiplas voltagens, há um desafio em assegurar que a relação sinal/ruído das várias fontes de alimentação seja mantida em um nível baixo aceitável. Isso é especialmente difícil em um ambiente onde conversores chaveados são usados, porque tais componentes incluem comutadores rapidamente ativados que podem induzir picos de voltagem e outro ruído transiente no sistema de fonte de alimentação. Por exemplo, ruído na fonte de alimentação pode interferir com sinais modulados por largura de pulso usados para controlar as válvulas ou pode interferir com os sinais fornecidos pelos sensores. Em um cenário de pior caso, as interferências podem causar ativação negligente ou desativação de uma válvula de ventilador usada para controlar a entrega de gás ao paciente.

Um outro problema com ventiladores que exigem múltiplas voltagens é o fato de que cada fonte de voltagem exige teste e monitoramento separados de modo a assegurar que cada fonte de voltagem está fornecendo a voltagem correta em uma faixa de tolerância especificada. Esse teste e precisão especialmente críticos em equipamento médico, onde a saúde de um paciente poderia ser impactada por fontes de alimentação falhas. Um problema adicional associado à necessidade de usar múltiplas voltagens é que uma inicialização e um desligamento, energia deve ser fornecida ou removida dos vários componentes do ventilador em uma seqüência pré-determinada. Isso é necessário para assegurar que os componentes não são danificados durante o ligamento ou desligamento. Pode ser apreciado que a necessidade de controlar e/ou monitorar a seqüência na qual energia é fornecida ou removida dos componentes eletrônicos do ventilador leva a custos altos no projeto do ventilador e complica sua operação.

Uma forma de reduzir o número de voltagens é gerar essas voltagens internamente no ventilador em um módulo especificamente fornecido para essa tarefa. Em certos casos, por exemplo, quando gerando voltagens negativas, alguma for- ma de chaveamento é exigida, isto é, de forma indutiva ou de forma capacitiva, o que leva a distúrbios indesejados nas fontes de alimentação. Como notado acima, esses distúrbios indesejados podem prejudicar a precisão da voltagem fornecida aos vários componentes eletrônicos do ventilador.

Sumário da Invenção Consequentemente, é um objetivo da presente invenção fornecer um ventilador que supere as deficiências de ventiladores convencionais. Esse objetivo é alcançado de a-cordo com uma modalidade da presente invenção através de fornecer um ventilador que inclui um sensor adaptado para monitorar uma característica associada com a entrega de gás ao paciente, tal como sensor de pressão ou de fluxo. 0 sensor está na forma de uma ponte de Wheatstone na qual uma primeira extremidade da ponte é acoplada a uma primeira fonte de voltagem positiva, e uma segunda extremidade da ponte é acoplada a uma segunda fonte de voltagem positiva. Um ca-pacitor é acoplado à segunda extremidade da ponte. UM controlador controla a primeira e a segunda fonte de voltagem positiva tal como para (a) desabilitar o sensor através de levar a primeira fonte de voltagem positiva a fornecer voltagem substancialmente zero à primeira extremidade da ponte Wheatstone e através de levar a segunda fonte de voltagem positiva a fornecer uma voltagem positiva â segunda extremidade do capacitor, e para (b) habilitar o sensor através de levar a primeira fonte de voltagem positiva a fornecer uma voltagem positiva à primeira extremidade da ponte Wheatstone e através de levar a segunda fonte de voltagem positiva a fornecer uma voltagem decrescente à segunda extremidade do capacitor. Ξ ainda um outro objetivo da presente invenção fornecer um método que não sofra a partir das desvantagens associadas aos sistemas convencionais. Esse objetivo é alcançado através de fornecer um sistema e método de fornecer energia a um sensor em um ventilador usando o aparelho e técnica descritos acima que inclui fornecer um capacitor tendo uma primeira extremidade acoplada à segunda extremidade da ponte Wheatstone, desabilitando o sensor através de fornecer (a) uma voltagem substancialmente zero à primeira extremidade da ponte Wheatstone e (b) uma voltagem positiva à segunda extremidade do capacitor; e habilitar o sensor a-través de fornecer (a) uma voltagem positiva à primeira extremidade da ponte Wheatstone e (b) uma voltagem decrescente à segunda extremidade do capacitor.

Esses e outros objetivos, e características da presente invenção, bem como os métodos de operação e funções dos elementos relacionados de estrutura e a combinação de partes e economias de fabricação, se tornarão mais aparentes mediante consideração da seguinte descrição e as reivindicações em anexo com relação aos desenhos em anexo, todos dos quais formam uma parte dessa especificação, onde números de referência similares designam partes correspondentes nas várias figuras. É para ser expressamente entendido, entretanto, que os desenhos são para o propósito de ilustração e descrição somente e não pretendem ser uma definição dos limites da invenção.

Breve Descrição dos Desenhos A FIG. 1 é um diagrama esquemãtico de uma modalidade exemplar de um ventilador convencional; A FIG. 2 é um diagrama esquemático do sistema de fonte de alimentação em um ventilador convencional; A FIG. 3 é um diagrama de circuito esquemãtico de uma primeira modalidade do circuito de sensor que inclui uma ponte Wheatstone de acordo com os princípios da presente invenção ; A FIG. 4 é um diagrama de tempo que ilustra as voltagens em várias localizações no circuito da FIG. 3 durante operação do circuito de fonte de alimentação; A FIG. 5 é um diagrama de circuito esquemático de uma segunda modalidade de circuito de sensor de acordo com os princípios da presente invenção; e A FIG. 6 é um diagrama de circuito detalhado do sensor de circuito da FIG. 5.

Descrição Detalhada da Invenção Melhor(es) Modo(s) de Executar a Invenção A presente invenção pertence a um sistema e método para fornecer energia a um ou mais sensores que são usados em um ventilador. Assim, o sistema de fonte de alimentação do sensor da presente invenção é usado com qualquer ventilador convencional, tal como aqueles discutidos acima e mostrados nas FIGs. 1 e 2. Como tal, as várias características do ventilador são aplicáveis à presente invenção. Assim, uma descrição detalhada do ventilador, que á o ambiente operacional do sistema de acionamento do sensor é omitida por mo- tivo de brevidade. Exemplos de sensores que são usados em um ventilador ao qual o sistema de fonte de alimentação da presente invenção pertence, incluem, mas não estão limitados a um sensor de pressão, um sensor de fluxo, um sensor de temperatura, um sensor de umidade (absoluta e relativa), um sensor de concentração de oxigênio, ou sensor de dióxido de carbono, e qualquer outro sensor adequado para uso em um ventilador, máquina para anestesia, ou qualquer dispositivo médico adaptado para entregar um fluxo de gãs às vias aéreas do paciente.

Muitos sensores são realizados em uma configuração de ponte de Wheatstone. Em um arranjo típico, as extremidades da ponte são acopladas através de fontes de voltagem tal que uma extremidade da ponte seja acoplada a um terminal positivo da fonte de voltagem, a outra extremidade da ponte seja acoplada a um terminal negativo da fonte de voltagem. A presente invenção fornece essa energia através da ponte de Wheatstone, mas faz isso se a necessidade de uma fonte de alimentação negativa.

Com relação agora à FIG. 3, uma configuração de sensor 100 de acordo com os princípios da presente invenção será agora descrita. A configuração de sensor 100 inclui uma ponte de Wheatstone 102 tendo uma primeira extremidade 104 e uma segunda extremidade 106. Uma primeira perna 108 que inclui os resistores RI e R2 se estende entre a primeira extremidade 104 e a segunda extremidade 106. Uma segunda perna 110, que inclui o resistor sensor Rx e o resistor R3, se estende entre a primeira extremidade e a segunda extremidade em paralelo com a primeira perna. A primeira extremidade 104 é acoplada a uma primeira fonte de voltagem positiva 112. Deveria ser notado que qualquer dos resistores RI a R3, ou qualquer combinação de resistores, também pode agir como e-lementos sensores na ponte Wheatstone, dependendo de como o sensor é projetado. O equilíbrio da ponte Wheatstone muda com o parâmetro sendo observado pelo sensor ou sensores. Esse equilíbrio de voltagem pode ser monitorado em pontos 114 e 116. Obtendo a medição da voltagem nessa localização maximiza o sinal medido porque fornece a maior queda de voltagem na ponte. Entretanto, obtendo a voltagem entre os pontos 114 e 116 resulta em um sinal que não é relacionado a qualquer outro ponto. Assim, esse sinal é mais útil em situações onde um sinal relativo é necessário. Se um sinal referenciado é necessário, a presente invenção contempla o monitoramento da voltagem no ponto 116 em relação à terra. A configuração do sensor 100 inclui um capacitor 120 tendo uma primeira extremidade que é acoplada à segunda extremidade 106 da ponte Wheatstone 102. Uma segunda fonte de voltagem positiva 118 é acoplada a uma segunda extremidade do capacitor. A primeira e a segunda fonte de voltagem positiva são controladas por um controlador, tal como o controlador 50, para fornecer energia à ponte Wheatstone 102 como ilustrado na FIG. 4. Mais especificamente, a primeira e a segunda fonte de voltagem positiva são controladas tal que energia é fornecida através da ponte somente quando uma medição está para ser obtida. Em todas as outras vezes, não há queda de voltagem através da ponte, tal que nenhum sinal é obtido nos pontos 114 ou 116. Na modalidade exemplar ilustrada, a primeira e a segunda fonte de voltagem positiva 112 e 118 são amplificadores operacionais (Amp-Ops) que são capazes de emitir uma saída positiva controlada. A saída mais alta corresponde à voltagem V+ fornecida ao Amp-Op, e a saída mais baixa corresponde a zero (0) volts.

Isso é executado através de ativar a primeira e a segunda fonte de voltagem positiva 112 e 118, respectivamente, tal que no tempo t0, a saída da primeira fonte de voltagem positiva 112 é mantida baixa, tal que a voltagem no ponto A no circuito da FIG. 3 (VA) é baixa (0 V) e a saída da segunda fonte de voltagem positiva 118 é mantida alta. Isso carregará o capacitor, e quando o capacitor está sendo carregado, a carga corrente cessa, e o ponto B no circuito da FIG. 3 {VB) é baixa (0 V). Nesse tempo, isto é, t0 a ti, o capacitor C é carregado e a voltagem no ponto C no circuito da FIG. 3 ê também baixa (0 V) . Porque não há queda de voltagem através da ponte 102, nenhuma medição, isto é, voltagem Vi14 - Vllé ou VU6 - Vterra, pode ser obtida.

No tempo ti, a saída da segunda fonte de voltagem positiva 118 é controlada tal que uma alta voltagem (V+) é fornecida. Assim, VB se torna V+ e o capacitor 120 é carregado com a voltagem V+ durante o tempo ti a t2. Através de fornecer um alto nível a VB, o capacitor 120 é carregado com uma voltagem positiva, e no mesmo tempo, a corrente cessa para o capacitor e através da ponte Wheatstone.

No tempo t2, a saída da segunda fonte de voltagem positiva 118 é controlada tal que uma corrente constante flui através do capacitor 120, e, portanto, através do circuito de sensoriamento. Uma corrente típica é 1,5 mA. Isso é executado através de controlar a primeira fonte de voltagem 112 para fornecer uma alta voltagem V+ na primeira extremidade 104 da ponte 102 e permitindo à saída da segunda fonte de voltagem positiva 118 ser regulada em direção à terra, então uma corrente constante flui através do capacitor 120. Em outras palavras, a voltagem no ponto B é diminuída em direção a um valor zero. Isso é ilustrado pela rampa linear em voltagem VB na FIG. 4 no tempo t2 a t3. Enquanto uma forma de rampa linear é mostrada para a voltagem VB, pode ser apreciado que a diminuição na voltagem pode ter qualquer forma, e pode ter uma duração controlada.

Como um resultado dessas mudanças no tempo t2, VC se tornará negativa (V-). Assim, uma voltagem V+ a V- é fornecida através da ponte 102 durante o intervalo de tempo t2 a t3. Dessa forma o circuito de sensor, e, mais especificamente, a ponte de Wheatstone, é alimentada com uma voltagem positiva e uma negativa. Durante esse intervalo, uma medição, isto é, a voltagem Vn4 - V116 ou V116 - Vterra pode ser obtida. Essa manobra de controle continua até que VA alcança 0 V no tempo t3. Assim, o sensor é efetivamente habilitado durante o período de tempo t2 a t3 e uma leitura do sensor pode ser obtida porque a ponte dará um sinal de saída que está em relação com uma unidade medida, por exemplo, pressão. Em todas as outras vezes o sensor é efetivamente desa-bilitado.

Pode ser apreciado a partir da descrição anterior que o controlador controla a primeira e a segunda fonte de voltagem positiva tal como para: (a) desabilitar o sensor através de levar a primeira fonte de voltagem positiva a fornecer voltagem substancialmente zero à primeira extremidade da ponte Wheatstone e através de levar a segunda fonte de voltagem positiva a fornecer uma voltagem positiva à segunda extremidade do capacitor, e para (b) habilitar o sensor através de levar a primeira fonte de voltagem positiva a fornecer uma voltagem positiva à primeira extremidade da ponte Wheatstone e através de levar a segunda fonte de voltagem positiva a fornecer uma voltagem decrescente em direção à voltagem zero à segunda extremidade do capacitor. A técnica acima para fornecer uma voltagem negativa na segunda extremidade 106 da ponte Wheatstone via o capacitor 120, obvia a necessidade por uma voltagem de alimentação negativa. Essa é uma vantagem significante, porque o pacote eletrônico inteiro do ventilador pode ser projetado com somente uma voltagem de alimentação inerente. Em adição, essa configuração elimina essa necessidade em chavear conversores de voltagem, que, como notado acima, tende a induzir ruído no sistema de fonte de alimentação.

Uma segunda modalidade do circuito de fonte de a-limentação de sensor 130 de acordo com os princípios da presente invenção é ilustrada na FIG. 5. 0 circuito de fonte de alimentação do sensor 130 é geralmente similar àquele da FIG. 3, e é acionado da mesma forma. Por exemplo, o circuito de fonte de alimentação de sensor 130 inclui a ponte Wheats- tone 102 e o capacitor 120. Entretanto, nessa modalidade, um caminho de retorno 140 é fornecido entre um centro da primeira perna, ponto 114, e a primeira extremidade 104 da ponte. Um Amp-Op 142 é fornecido nesse caminho de retorno. Com esse retorno, a primeira extremidade 104 da ponte Wheatstone é acionada com uma voltagem que se fixa a um nível tal que o centro da primeira perna, ponto 114, é regulado em relação à terra, isto é, o ponto 114 se tornará um terra virtual. O circuito de fonte de alimentação do sensor 130 também inclui um regulador de corrente 150 acoplado entre a primeira extremidade do capacitor 120 e o comutador 152 para terra. O regulador de corrente 150 é ativado quando uma medição é obtida tal que ele alimente a ponte Wheatstone 102 com uma corrente constante. Porque um regulador de corrente tem uma impedância de saída muito alta, essa regulação de corrente não conflíta com a regulação de voltagem no centro da primeira perna da ponte, isto ê, a voltagem no ponto 114.

Quando o circuito de fonte de alimentação do sensor 130 é desativado, o comutador 152 é aberto e o regulador de corrente 150 desativado, apesar de permitir corrente a vazar através do resistor 154 à fonte de alimentação 156. Dessa maneira, a primeira lateral do capacitor é alimentada com uma voltagem positiva. A saída da ponte é obtida no ponto 116 e é fornecida a um circuito amplificador 160. Essa configuração de circuito é vantajosa em que uma saída 164 do amplificador é referenciada à terra, e pode ser calibrada para fornecer uma medição quantitativa do parâmetro sendo monitorado, ao invés de meramente uma medição relativa. A FIG. 6 é um diagrama de circuito mais detalhado da implementação do circuito de fonte de alimentação 130 da FIG. 5. Nessa modalidade, a ponte Wheatstone 102 é fornecida como um circuito integrado 170 com um resistor de calibração de pressão 172 que fixa o ganho no amplificador de saída 160.

Nessa modalidade, um circuito de corrente constante 180 é fornecido para alimentar a ponte Wheatstone 102 com uma corrente constante. Quando o circuito de fonte de alimentação do sensor 130 é ativado, o comutador 150 é conectado â terra, e o regulador de corrente 150 é habilitado, alimentando uma corrente através do capacitor 120, levando o ponto de alimentação da ponte Wheatstone 106 a ser negativo. Um sinal fornecido via o terminal 182 é fornecido ao Amp-Op 184. Esse sinal controla se o Amp-Op 184 emite um nível alto quando o regulador de corrente é desabilitado ou uma voltagem controlada é aplicada ao capacitor 120 quando o regulador de corrente é habilitado. 0 circuito de corrente constante 180 é um gerador de corrente Howland, que é bem conhecido àqueles versados na técnica de amplificadores operacionais. Quando a linha de sinal 184 não está conectada, o regulador de corrente 180 está funcionando em seu estado de regulação de corrente. Quando a linha de sinal 180 está conectada à terra, o amplificador 184 terá uma voltagem de saída fixa positiva que carregará a segunda lateral do capacitor 120 a esse nível de voltagem.

Pode ser apreciado que usando a técnica de alimentação de sensor da presente invenção, aquecimento interno do sensor é evitado ou pelo menos minimizado, porque energia é somente aplicada ao circuito de sensoriamento quando uma medição está para ser obtida. A ativação do sensor e a leitura do sinal a partir do sensor são feitas tal que um sensor em um tempo é fornecido com energia, e somente por um curto momento, tal como vários microssegundos, enquanto simultaneamente lendo o sinal de medição por meio de uma unidade de aquisição de dados eletrônicos. Através de somente momentaneamente fornecer energia a um sensor a ser lido, o impacto negativo de aquecimento do sensor, tal como flutuação de temperatura é minimizada.

Embora a fonte de alimentação descrita aqui não use componentes eletrônicos que criam quantidade relativamente grande de ruído, tal como conversores DC-DC, é ainda possível que certos distúrbios serão gerados ou estarão presentes na energia fornecida â ponte, quando o sensor é habilitado. Por exemplo, ruído pode estar presente no sistema de fonte de alimentação como um resultado de pulsos de voltagem sendo fornecidos às válvulas eletromagnéticas que são usadas para controlar o fluxo de gás para e a partir do paciente. A presente invenção procura mitigar os efeitos adversos desse ruído através de controlar a sequência ou padrão através do qual o sensor é habilitado para o propósito de obter uma medição de sensor. Por exemplo, a presente invenção contempla habilitar os sensores de pressão e fornecer pulsos de voltagem às válvulas, em um modelo síncrono, tal que o sensor de pressão não é habilitado em tempo quando um grande ruído devido ao chaveamento de energia está provavelmente para ocorrer. Isso é análogo a controlar uma metralhadora a disparar através das pãs de uma hélice de fiar nos sensores que são controlados tal que uma medição é obtida somente quando as válvulas estão em um estado de ruído mínimo.

Em adição, a presente invenção contempla que o sistema de controle habilita os sensores em um padrão pré-determinado, tal que qualquer ruído constante será sempre incluído na medição. Esses distúrbios, portanto, se tornam constantes no sinal medido e podem ser subtraídos pelo sistema de medição ou podem ser compensados por usar qualquer técnica convencional. Através de minimizar ruído no sistema de medição usando técnicas discutidas acima, uma grande faixa dinâmica do sistema de medição é alcançada. Assim, a relação sinal/ruído é aperfeiçoada.

Embora a invenção tenha sido descrita em detalhes para o propósito de ilustração baseada em que é atualmente considerada como sendo as modalidades mais práticas e preferenciais, é para ser entendido que tais detalhes são unicamente para esse propósito e que a invenção não está limitada às modalidades descritas, mas, ao contrário, pretende cobrir modificações e arranjos equivalentes que estão no espírito e escopo das reivindicações em anexo. Por exemplo, é para ser entendido que a presente invenção contempla que, para a extensão possível, uma ou mais características de qualquer modalidade pode ser combinada cm uma ou mais características de qualquer outra modalidade.

REIVINDICAÇÕES

Claims (14)

1. Ventilador (20) adaptado para entregar um fluxo de gás a uma via aérea de um paciente, onde o ventilador (20) inclui um sensor (44, 46, 48, 49, 64, 66, 82, 84) fornecido para monitorar característica associada à entrega de gás ao paciente e uma configuração de sensor (100, 130) para fornecer energia ao sensor, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: a configuração de sensor inclui uma ponte Wheatstone (102) tendo uma primeira extremidade (104), uma segunda extremidade (106), uma primeira perna (108) se estendendo entre a primeira extremidade (104) e a segunda extremidade (106), e uma segunda perna (110) se estendendo entre a primeira extremidade (104) e a segunda extremidade (106) em paralelo com a primeira perna (108); a primeira extremidade (104) é acoplada a uma primeira fonte de voltagem positiva (112, 142); um capacitor (120) tendo uma primeira extremidade é acoplado à segunda extremidade (106) da ponte Wheatstone; uma segunda fonte de voltagem positiva (118, 156, 180) é acoplada a uma segunda extremidade do capacitor; e um controlador (50) controla a primeira (112, 142) e a segunda (118, 156, 180) fonte de voltagem positiva tal como para (a) desabilitar o sensor (44, 46, 48, 49, 64, 66, 82, 84) através de levar a primeira fonte de voltagem positiva (112, 142) a fornecer voltagem substancialmente zero à primeira extremidade (104) da ponte Wheatstone e através de levar a segunda fonte de voltagem positiva (118, 156, 180) a fornecer uma voltagem positiva à segunda extremidade do capacitor (120), e para (b) habilitar o sensor (44, 46, 48, 49, 64, 66, 82, 84) através de levar a primeira fonte de voltagem positiva (112, 142) a fornecer uma voltagem positiva à primeira extremidade (104) da ponte Wheatstone e através de levar a segunda fonte de voltagem positiva (118, 156, 180) a fornecer uma voltagem decrescente à segunda extremidade do capacitor (120).

2. Ventilador (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que um caminho de retorno (140) é fornecido entre um centro da primeira perna (108) e a primeira extremidade (104) da ponte Wheatstone.

3. Ventilador (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que um sinal de saida (116) é obtido a partir de um centro da segunda perna (110) da ponte Wheatstone ou entre um centro da primeira perna (108) e o centro da segunda perna (110) da ponte Wheatstone.

4. Ventilador (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende um regulador de corrente (150) acoplado entre a segunda extremidade (106) da ponte Wheatstone e a primeira extremidade do capacitor (120) .

5. Ventilador (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador (50) mantém o sensor (44, 46, 48, 49, 64, 66, 82, 84) no estado desabilitado, habilita o sensor somente quando uma medição está para ser feita usando o sensor, e leva o sensor a retornar ao estado desabilitado depois que a medição é feita.

6. Ventilador (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador (50) habilita o sensor (44, 46, 48, 49, 64, 66, 82, 84) em um padrão de rotina em relação à ativação de outros componentes do ventilador (20).

7. Ventilador (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor (44, 46, 48, 49, 64, 66, 82, 84) é um sensor de pressão, um sensor de fluxo, um sensor de temperatura, um sensor de umidificação, ou um sensor de concentração de gás.

8. Ventilador (20), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende uma pluralidade de válvulas (34), (36) e (62) para controlar um gás de fluxo, onde o controlador (50) ativa as válvulas em um padrão de rotina.

9. Método de fornecer energia a um sensor (44, 46, 48, 49, 64, 66, 82, 84) em um ventilador (20), onde o ventilador (20) entrega um fluxo de gás a uma via aérea de um paciente, o sensor monitora uma característica associada à entrega de gás ao paciente, e uma fonte de alimentação fornece energia ao sensor, e onde a configuração do sensor (100, 130) inclui uma ponte Wheatstone (102) tendo uma primeira extremidade (104), uma segunda extremidade (106), uma primeira perna (108) se estendendo entre a primeira extremidade (104) e a segunda extremidade (106), e uma segunda perna (110) se estendendo entre a primeira extremidade (104) e a segunda extremidade (106) em paralelo com a primeira perna (108), CARACTERIZADO pelo fato de que inclui: fornecer um capacitor (120), tendo uma primeira extremidade, que é acoplado à segunda extremidade (106) da ponte Wheatstone; desabilitar o sensor (44, 46, 48, 49, 64, 66, 82, 84) através de fornecer (a) uma voltagem substancialmente zero à primeira extremidade (104) da ponte Wheatstone e (b) uma voltagem positiva da segunda extremidade do capacitor (120); e habilitar o sensor (44, 46, 48, 49, 64, 66, 82, 84) através de fornecer (a) uma voltagem positiva à primeira extremidade (104) da ponte Wheatstone e (b) uma voltagem decrescente à segunda extremidade do capacitor (120).

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende tomar uma medida do sensor (44, 46, 48, 49, 64, 66, 82, 84) responsiva ao sensor sendo habilitado.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a medição é uma medição de pressão, uma medição de fluxo, uma medição de temperatura, uma medição de umidade, ou uma medição de concentração de gás.

12. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor (44, 46, 48, 49, 64, 66, 82, 84) é habilitado somente quando uma medição está para ser feita usando o sensor, de outra forma o sensor é desabilitado.

13. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor (44, 46, 48, 49, 64, 66, 82, 84) é habilitado em um padrão de rotina.

14. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende o fornecimento de um caminho de retorno (140) entre um centro da primeira perna (108) e a primeira extremidade (104) da ponte Wheatstone.