CN101644614A - 气压监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气压监测装置，该气压监测装置为独立的功能模块，包括：为气压监测装置的各个组成单元提供电能的电源；由压力传感器构成的压力采样单元，该压力传感器对气道压力进行采样并输出相应的压力信号；包括多个运算放大器的信号放大单元，该信号放大单元连接于压力传感器并接收来自压力传感器的压力信号进而将此压力信号放大输出；包括运算放大器的比较输出单元，该比较输出单元连接于信号放大单元并接收来自信号放大单元的放大的压力信号；以及包括三端稳压管的参考基准单元，该参考基准单元与比较输出单元相连以将设定的参考压力信号提供给比较输出单元。

Description

气压监测装置

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及用于呼吸机或麻醉机等辅助通气设备的气压监测装置。

背景技术

一般地，呼吸机或麻醉机等医疗通气设备需要使用压缩空气或高压氧气作为气源，在利用呼吸机或麻醉机等医疗设备辅助患者呼吸时，必须保证具有足够的气源压力以对通气量进行精确控制，气源压力过小会为患者带来危险。为了保证足够的气源压力，需要对呼吸机或麻醉机等的气源压力进行实时监控，当气源压力低于0.25MPa(例如)时，就需要及时发出警报通知医护人员进行维护。

目前，市场上用于呼吸机或麻醉机等的气压监测装置主要分为机械式和电控式。机械式的气压监测装置采用压力开关的工作原理，它是以机械动力为核心的装置，因此体积和重量都要比电控式的气压监测装置大10倍以上，且对于信号的反应时间与机械行程有关，压力开关的最短反应时间也需要几十毫秒。电控式的气压监测装置的通过压力传感器和相关电路来实现气压监控，它是精密的电子装置、重量轻、体积小，对压力的判断精确，反应时间最短可达微妙等级，且使用寿命长，成本低。但是，对于电控式的气压监测装置，在现有技术中，通常是将气压监测装置作为一个构成部分集成在呼吸机系统(例如)的主板上，其接口复杂、对外围装置要求高，不可以作为一个单独的可分离功能模块来使用，通用性差。并且针对不同设备和实际应用的要求，气压监测装置的电路板都需要在主电路中进行重新设计和布线调试，这造成了大量的重复劳动，并且给监测和维修带来不便。

因此，需要提供一种气压监测装置，它可以克服上述现有技术中的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种气压监测装置，它采用电控方式并通过压力传感器实现对气压监控，并且本装置为独立于麻醉机或呼吸机的单独功能模块。

针对上述目的，本发明提供了一种气压监测装置，该气压监测装置为独立的功能模块，通过三个接线端与外界相连，第一个接线端连接至电源，第二个接线端接地，第三个接线端连接至外部监控电路，该气压监测装置包括：压力采样单元，它与气源通路相通以对气道压力进行采样并输出相应的压力信号；比较输出单元，该比较输出单元连接至压力采样单元并接收来自压力采样单元的气道压力信号；以及参考基准单元，该参考基准单元与比较输出单元的输入端相连以将设定的参考压力信号提供给比较输出单元；其中，比较输出单元将接收到的来自压力采样单元的压力信号与来自参考基准单元的参考压力信号进行比较并将比较结果输出。

优选地，根据本发明的气压监测装置还包括信号放大单元，该信号放大单元的输入端连接于压力采样单元的输出端而信号放大单元的输出端连接于比较输出单元的输入端，从而接收来自压力采样演员的压力信号并将接收到的压力信号放大输出至比较输出单元。

优选地，根据本发明的气压监测装置，其中，压力采样单元由压力传感器构成，该传感器的第一接线端连接于电源，而第三接线端接地。

优选地，根据本发明的气压监测装置，其中，信号放大单元的输入端连接于压力传感器的第二接线端和第四接线端并接收来自这两个接线端的气道压力信号。

优选地，根据本发明的气压监测装置，其中，信号放大单元包括三个运算放大器。

优选地，根据本发明的气压监测装置，其中，信号比较单元为包括运算放大器的具有滞回特性的比较器，其中，滞回特性通过连接至上述运算放大器的输入端的两个并联电阻构成的反馈电路实现。

优选地，根据本发明的气压监测装置，其中，比较器的滞回特性可通过改变两个并联电阻的比值来调节。

优选地，根据本发明的气压监测装置，其中，比较器的输出端连接有箝位二极管，通过该箝位二极管对比较输出单元的输出电压进行箝位。

优选地，根据本发明的气压监测装置，其中，参考基准单元包括三端稳压管以及与三端稳压管的三个接线端相连的三端可调电阻，通过调节三端可调电阻可改变参考基准单元设定的参考压力值

优选地，根据本发明的气压监测装置，其中，装置采用单电源供电。

优选地，根据本发明的气压监测装置，其中，比较输出单元将气道压力信号与参考压力信号的比较结果以TTL电平的形式输出。

本发明具有以下技术效果：

根据本发明的气压监测装置为独立于麻醉机或呼吸机的单独功能模块，采用单一电源供电，可以适用于不同的呼吸机或麻醉机系统，当将其连接入呼吸机或麻醉机系统中时可以直接使用，无需重新设计电路并对其进行功能调试，因而具有良好的通用性。此外，由于根据本发明的气压监测装置为单独可分离的，因此也可以用于其他类似的气压监测场合。

应该理解，以上的一般性描述和以下的详细描述都是列举和说明性质的，目的是为了对要求保护的本发明提供进一步的说明。

附图说明

附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的一些实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的气压监测装置的功能单元框图；以及

图2示出了根据本发明的一个实施例的气压监测装置的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对根据本发明的气压监测装置的具体实施方式进行说明。

参照图1和图2，其中图1示出了根据本发明的一个实施例的气压监测装置的功能单元框图，图2是根据本发明的一个实施例的气压监测装置的电路原理图。本气压监测装置为独立的功能模块，它由外部电源供电，具体地，在本实施例中利用12V正单电源供电，采用单电源可以减少外部电源数量，从而使本装置变得简单，通用。本装置只通过三个接线端与外部相连，其中，通过传感器J2的第一接线端1与12V的正单电源连接，通过传感器J2的第三接线端3接地，而通过随后描述的比较输出单元的输出端OUT与外部监控电路相连以用于将监测结果输出从而对气源压力进行相应的调控。如图1所示，本气压监测装置包括四个功能单元，下面将参照附图分别描述它们。

如图1所示，本气压监测装置首先包括压力采样单元，该单元由压力传感器J2构成，该压力传感器J2具有四个接线端，它的第一接线端1连接于12V的正单电源并且第三接线端3接地。该压力传感器J2与气源通路相通，用于对气道中的压力进行采样并输出相应的压力信号，压力信号分为两个压力信号部分In+和In-，，这两部分分别通过压力传感器J2的两个输出端输出至随后的信号放大单元。具体地，In+通过第二接线端2输出而In-通过第四接线端4输出，应注意的是，这两部分信号In+和In-的输出关系可以互换，反接后只是使监测装置最终输出的逻辑状态互换，并不影响监测效果。

连接于上述压力采样单元的输出端的是信号放大单元，该信号放大单元由三个运算放大器U1A、U1B、U1D以及电阻R1-R7和电容C1-C4构成(具体电路连接方式如图2所示)，上述三个运算放大器以及相应的电阻和电容构成了一个典型的仪表放大器，以作为本压力监测装置的信号放大电路。信号放大单元的正相输入端连接于压力传感器J2的第二接线端2和第四接线端4，并接收来自压力传感器J2的这两个接线端2、4的In+和In-。被接收的压力信号通过信号放大单元(即，仪表放大器)的处理后被输出至随后的比较输出单元。具体地，信号放大单元中的三个运算放大器均包括在单一的芯片中，在本实施例中采用可从市场购得的LM324四运放芯片，该LM324芯片共有14条管腿，内部共包含有四个独立的运算放大器，即图2中所示的U1A～U1D四个运算放大器。

比较输出单元连接于上述信号放大单元的输出端，该比较输出单元是由运算放大器U1C(也包括在LM324芯片中)和电阻R8-R10构成(具体电路连接方式如图2所示)的具有滞回特性的比较器。具体地，该运放电路通过由两个电阻R8与R9组成的反馈电路引入正反馈，因而具有滞回特性，提高了电路的抗干扰能力，而通过改变R8与R9的比值，可以改变滞回特性。进一步，该比较器的输出端通过箝位二极管D1箝位，使输出电压不超过5V，这是因为本气压监测装置的电路中比较输出单元的输出高电平为10V左右，所以需要采用箝位二极管D1将输出电压箝定在5V。在本实施例中，该箝位二极管D1采用1N750型，它是一个5V的稳压二极管。比较输出单元的运算放大器U1C接收来自信号放大单元的放大的压力信号，并将此压力信号与来自参考基准单元(下文中将进行描述)的参考压力信号进行比较，进而将比较结果以TTL电平的形式输出。当压力信号大于参考压力信号时，比较输出单元输出低电平(例如，0V)，此时表示气源压力正常；而当压力信号小于参考压力信号时，比较输出单元输出高电平(例如，5V)，此时表示气源压力低于正常水平。特别地，由于本比较输出单元的比较电路具有滞回特性，因此当气源压力由低变高以及由高变低时，根据滞回曲线的特点可知相同的压力参考点对应的高低压力判断点不重合，比较电路的这种滞回特性为自身带来了一定的误差余量，即，降低了比较电路的灵敏度，则当气压在参考压力值上下进行微小的抖动时，比较电路不会针对仅有微小变化的气源压力值而输出不断变化的电平信号，从而避免了本气压监测装置输出不稳定的信号。如图2所示，通过改变电阻R8与R9的比值可以改变比较输出单元的滞回特性，即，对其灵敏度进行调节。具体地，R8与R9的比值的百分数表示压力判断点偏离参考压力点的百分比，即压判断点可以低于参考压力点或高于参考压力点的范围，在此范围中本气压监测装置的输出电平状态不会变化。

上述的参考基准单元与比较输出单元的输入端相连，连接于电源并接地，该参考基准单元由三端稳压管V2和电阻R11、R12构成(具体电路连接方式如图2所示)，用于设定参考压力值并将相应的参考压力信号提供给比较输出单元以与放大的压力信号进行比较。针对不同的系统或者根据不同患者的需要，通过调节电阻R12的阻值可以改变设定的参考压力值。

上述就是根据本发明的一个实施例气压监测装置的一个实施例基本构成和工作原理，其中每个功能单元中所采用的元件以及相应的电路构成都是示例性的，并不用于限制本发明。本气压监测装置可用于多种类型的呼吸机或麻醉机或其他有相关监测需要的设备。使用时，将本监测装置连接到呼吸辅助设备内的进气管路中，并且与系统的主电路相连，当气源压力小于预设的参考压力值时，气压监测装置将相应的电平信号(高或低)输出至与之相连的主电路中，在主电路的控制下系统切换到备用气源并发出警报。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种气压监测装置，其特征在于，所述气压监测装置为独立的功能模块，通过三个接线端与外界相连，第一个接线端(1)连接至电源，第二个接线端(3)接地，第三个接线端(OUT)连接至外部监控电路，所述气压监测装置包括：

压力采样单元，与气源通路相通以对气道压力进行采样并输出相应的压力信号；

比较输出单元，所述比较输出单元连接至所述压力采样单元并接收来自所述压力采样单元的气道压力信号；以及

参考基准单元，所述参考基准单元与所述比较输出单元的输入端相连以将设定的参考压力信号提供给所述比较输出单元；

其中，所述比较输出单元将接收到的来自所述压力采样单元的压力信号与来自所述参考基准单元的参考压力信号进行比较并将比较结果输出。

2.根据权利要求1所述的气压监测装置，其特征在于，所述气压监测装置还包括信号放大单元，所述信号放大单元的输入端连接于所述压力采样单元的输出端而所述信号放大单元的输出端连接于所述比较输出单元的输入端，从而接收来自所述压力采样单元的压力信号并将接收到的压力信号放大输出至所述比较输出单元。

3.根据权利要求1所述的气压监测装置，其特征在于，所述压力采样单元由压力传感器(J2)构成，所述传感器(J2)的第一接线端(1)连接于所述电源，而第三接线端(3)接地。

4.根据权利要求2所述的气压监测装置，其特征在于，所述信号放大单元的输入端连接于所述压力传感器(J2)的第二接线端(2)和第四接线端(4)并接收来自这两个接线端(2、4)的气道压力信号(In+、In-)。

5.根据权利要求4所述的气压监测装置，其特征在于，所述信号放大单元包括三个运算放大器(U1A、U1B、U1D)。

6.根据权利要求1所述的气压监测装置，其特征在于，所述信号比较单元为包括运算放大器(U1C)的具有滞回特性的比较器，其中，所述的滞回特性通过连接至所述运算放大器(U1C)的输入端的两个并联电阻(R8、R9)构成的反馈电路实现。

7.根据权利要求6所述的气压监测装置，其特征在于，所述比较器的滞回特性可通过改变所述两个并联电阻(R8、R9)的比值来调节。

8.根据权利要求7所述的气压监测装置，其特征在于，所述比较器的输出端(OUT)连接有箝位二极管(D1)，通过所述箝位二极管(D1)对所述比较输出单元的输出电压进行箝位。

9.根据权利要求1所述的气压监测装置，其特征在于，所述参考基准单元包括三端稳压管(V2)以及与所述三端稳压管(V2)的三个接线端相连的三端可调电阻(R12)，通过调节所述三端可调电阻(R12)可改变所述参考基准单元设定的参考压力值。

10.根据权利要求1所述的气压监测装置，其特征在于，所述装置采用单电源供电。

11.根据权利要求1或2所述的气压监测装置，其特征在于，所述比较输出单元将所述气道压力信号与所述参考压力信号的比较结果以TTL电平的形式输出。

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