CN101644715A

CN101644715A - 使用压差式传感器测量吸气流速的方法及系统

Info

Publication number: CN101644715A
Application number: CN200810117774A
Authority: CN
Inventors: 金文贤; 王军; 李敬辉; 刘冬
Original assignee: Beijing Aeonmed Co Ltd
Current assignee: Beijing Aeonmed Co Ltd
Priority date: 2008-08-05
Filing date: 2008-08-05
Publication date: 2010-02-10

Abstract

本发明公开了一种使用压差式传感器测量吸气流速的方法和系统，其包括：使用传感装置感测流速信号并将其转换为电平信号；使用比较装置将电平信号与预定电平相比较；以及在电平信号大于预定电平的情况下，使用采样器对电平信号进行采样以获取AD采样信号，并使用第一处理器根据AD采样信号计算当前流速，而在电平信号小于预定电平的情况下，使用放大电路将电平信号放大，使用采样器对放大的电平信号进行采样以获取放大的AD采样信号，并使用第二处理器根据放大的AD采样信号计算当前流速。

Description

使用压差式传感器测量吸气流速的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种测量吸气流速的方法和系统，更具体地，涉及一种使用压差式传感器测量吸气流速的方法和系统。

背景技术

在呼吸机中，需要对气体流速进行测量，采用压差式流量传感器可以准确地测量出气体的流速，而且不受气道压力变化的影响。但是在进行低流速测量时，传感器的输出信号很微弱，需要进行相应的处理。

在呼吸机中进行流速测量主要使用热丝式或者压差式流量传感器，采用压差式传感器测量流速可以直接得到体积流速，测量比较方便，但是对气阻的要求比较高。当气体的流速较低时，该传感器的原理决定了其输出信号很微弱，为了使测量信号放大，通常的做法是改变气阻(气阻是连接在传感器两端的机械结构，气体通过气阻产生一定的压力差，压差式流量传感器通过测量压力差得到当前吸气流速值)，但是实现起来比较复杂，对结构、工艺的要求较高，且一致性较差。

采用压差式传感器进行流速测量时，对于固定的气阻，当流速较低的时候，传感器的输出信号很微弱，直接对该信号进行采样，则测量精度很差。当增大气阻后，低流速部分测量满足要求，但是测量的范围会变小，不满足测量要求。本专利要解决的问题就是既能解决低流速的测量精度问题又能满足测量范围要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够使用压差式传感器对低气流流速进行精确测量的方法和系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种使用压差式传感器对低气流流速进行精确测量的方法和系统，其包括：使用传感装置感测流速信号并将其转换为电平信号；将电平信号与预定电平相比较；以及在电平信号大于预定电平的情况下，使用采样器对电平信号进行采样以获取AD采样信号，并使用第一处理器根据AD采样信号计算当前流速，而在电平信号小于预定电平的情况下，使用放大电路将电平信号放大，使用采样器对放大的电平信号进行采样以获取放大的AD采样信号，并使用第二处理器根据放大的AD采样信号计算当前流速。

其中，第一处理器按照AD采样信号与当前流速之间的第一函数关系根据AD采样信号计算当前流速，而第二处理器按照放大的AD采样信号与当前流速之间的第二函数关系根据放大的AD采样信号计算当前流速。第一函数关系和第二函数关系是分别通过在气体流速检查装置上进行实验来获取离散曲线，并使用最小二乘法或线性差值法等算法进行曲线拟合而获取的。

本发明从硬件电路和软件方面实现了低流速的准确测量，为吸气潮气量的监测提供可靠的保障，减小了吸气阻力，从而减小了患者的呼吸功，使触发更灵敏，该方案简单易实现。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的测量呼吸气流速的方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的测量呼吸气流速的系统的框图；

图3是示出了根据本发明实施例的第一处理器的流速与AD采样电压的关系的曲线图；

图4是示出了根据本发明实施例的第二处理器的流速与AD采样电压的关系的曲线图；以及

图5是示出了根据本发明实施例的对吸气流速进行测量的波形。

具体实施方式

下面参考附图，详细说明本发明的具体实施方式。

图1是根据本发明实施例的测量吸气流速的方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

感测流速信号并将其转换为电平信号(S101)；

将电平信号与预定电平相比较(S103)；以及

在电平信号大于预定电平的情况下，根据电平信号计算当前流速(S105)，而在电平信号小于预定电平的情况下，将电平信号放大，并根据放大的电平信号计算当前流速(S107)；

图2是根据本发明实施例的测量呼吸气流速的系统的框图。如图2所示，该系统包括：传感装置(201)，感测流速信号并将其转换为电平信号；比较装置(203)，将所述电平信号与预定电平相比较；第一测量装置(205)，在所述电平信号大于所述预定电平的情况下，对所述电平信号进行采样以获取AD采样信号，并根据所述AD采样信号计算当前流速；以及第二测量装置(207)，在所述电平信号小于所述预定电平的情况下，将所述电平信号放大，对放大的电平信号进行采样以获取放大的AD采样信号，并根据所述放大的AD采样信号计算当前流速。

此外，第一测量装置包括：采样器，对所述电平信号进行采样以获取AD采样信号；以及第一处理器，按照所述AD采样信号与当前流速之间的第一函数关系根据所述AD采样信号计算当前流速。而第二测量装置包括：放大电路，将所述电平信号放大；采样器，对放大的电平信号进行采样以获取放大的AD采样信号；以及第二处理器，按照所述放大的AD采样信号与当前流速之间的第二函数关系根据所述放大的AD采样信号计算当前流速。

下面将参照图3和图4来分别描述获取前述第一处理器和第二处理器的流速与AD采样电压的关系的曲线图的步骤。

图3是示出了根据本发明实施例的第一处理器的流速与AD采样电压的关系的曲线图。如图3所示，每一个均是通过在电动电控呼吸机气体流速检查装置上进行实验而测得的，其中，流速与AD采样电压值一一对应。通过使用最小二乘法或线性差值法等方法来对测得的离散的点进行曲线拟合，从而得到第一函数关系，并将其导入第一处理器。

然而，可以看到，在例如AD采样值约为0至25(流速约为0至30升/分钟)的范围内，需要更多的采样点以保证可以精确地获取低气体流速与AD采样电压之间的关系。于是，在本实施例中，由于该采样器为10位模数转换器，故优选地，将小于对应于30升/分钟流速的预定电平的电平信号放大40倍，并重新使用气体流速检查装置进行实验，从而，在对放大的电平信号进行采样之后，AD采样值0至25的范围被放大到0至1000(采样器的最大采样值为1024，故可以充分利用采样资源)，即，最初，对应于低气流流速的AD采样值由25个采样点(不计算采样值0)确定，经电平放大后，确定AD采样值的采样点的个数增大到1000个，故可以显著地提高采样的精度。放大后的结果如图4所示，其中，每一个

均是通过在电动电控呼吸机气体流速检查装置上进行实验而测得的，通过使用最小二乘法或线性差值法等方法来对测得的离散的点进行曲线拟合，从而得到第二函数关系，并将其导入第二处理器。

此外，对于系统的噪声，以及与低气流速度对应的电平信号的零漂和温漂，优选地，在放大或采样电平信号之前先进行滤波处理。

在电动电控呼吸机上采用本发明实施例所描述的方法对流速进行测量，测量精度达到要求。测量的波形如图4所示。图4是示出了根据本发明实施例的对吸气流速进行测量的实际波形。其中，“Paw”表示压力波形，“Flow”表示流速波形，“cmH₂O”表示厘米水柱，“LPM”表示升/分钟，以及“S”表示秒。可以看出，在流速波形中，吸气潮气量与呼气潮气量基本相同，且测量结果与潮气量检测装置的结果一致。

综上所述，本发明的稳定性和可靠性都容易保证。通过对压差式流量传感器的低流速信号进行处理后，大大提高了流速测量的精度，从而实现了对低吸气流速的精确测量，为医生临床应用精确地提供诊断的依据。

以上所述仅为本发明的实施例而已，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权利要求范围之内。

Claims

1.一种使用压差式传感器测量吸气流速的方法，其特征在于，包括以下步骤：

感测流速信号并将其转换为电平信号；

将所述电平信号与预定电平相比较；以及

在所述电平信号大于所述预定电平的情况下，对所述电平信号进行采样以获取AD采样信号，并使用第一处理器根据所述AD采样信号计算当前流速；而在所述电平信号小于所述预定电平的情况下，将所述电平信号放大，对放大的电平信号进行采样以获取放大的AD采样信号，并使用第二处理器根据所述放大的AD采样信号计算当前流速。

2.根据权利要求1所述的测量吸气流速的方法，其特征在于，所述第一处理器按照所述AD采样信号与当前流速之间的第一函数关系根据所述AD采样信号计算当前流速。

3.根据权利要求1所述的测量吸气流速的方法，其特征在于，所述第二处理器按照所述放大的AD采样信号与当前流速之间的第二函数关系根据所述放大的AD采样信号计算当前流速。

4.根据权利要求2所述的测量吸气流速的方法，其特征在于，通过在气体流速检查装置上进行实验来获取离散曲线，并进行曲线拟合，以获取所述第一函数关系。

5.根据权利要求3所述的测量吸气流速的方法，其特征在于，通过在气体流速检查装置上进行实验来获取离散曲线，并进行曲线拟合，以获取所述第二函数关系。

6.根据权利要求1、3或5所述的测量吸气流速的方法，其特征在于，所述放大电路按预定的倍数放大所述电平信号。

7.根据权利要求1、3或5所述的测量吸气流速的方法，其特征在于，所述第二处理器在放大所述电平信号之前，通过滤波消除所述电平信号的温漂、零漂和噪声。

8.根据权利要求1、2或4所述的测量吸气流速的方法，其特征在于，在对所述电平信号进行采样以获取所述AD采样信号之前，通过滤波消除所述电平信号的噪声。

9.根据权利要求4或5所述的测量吸气流速的方法，其特征在于，所述曲线拟合的方法是最小二乘法或线性差值法。

10.一种使用压差式传感器测量吸气流速的系统，其特征在于，包括：

传感装置，感测流速信号并将其转换为电平信号；

比较装置，将所述电平信号与预定电平相比较；

第一测量装置，在所述电平信号大于所述预定电平的情况下，对所述电平信号进行采样以获取AD采样信号，并根据所述AD采样信号计算当前流速；以及

第二测量装置，在所述电平信号小于所述预定电平的情况下，将所述电平信号放大，对放大的电平信号进行采样以获取放大的AD采样信号，并根据所述放大的AD采样信号计算当前流速。

11.根据权利要求9所述的测量吸气流速的系统，其特征在于，

所述第一测量装置包括：

采样器，对所述电平信号进行采样以获取AD采样信号；以及

第一处理器，按照所述AD采样信号与当前流速之间的第一函数关系根据所述AD采样信号计算当前流速；以及，

所述第二测量装置包括：

放大电路，将所述电平信号放大；

采样器，对放大的电平信号进行采样以获取放大的AD采样信号；以及

第二处理器，按照所述放大的AD采样信号与当前流速之间的第二函数关系根据所述放大的AD采样信号计算当前流速。