CN102160837B - 交变式充气防褥疮床垫 - Google Patents

Abstract

一种交变式充气防褥疮床垫。它采用压控开关-双稳振荡-伺服阀控制方式，通过压力控制系统，对床垫的不同气囊组进行交变式充、放气。防褥疮充气床垫的整体由床垫体、气囊阵、正气管、反气管、控制盒和电源线构成。在床垫体的正面，沿面敷设有气囊阵，其中所有气囊行采取隔行汇聚并联方式连接，形成气囊的正向阵列和反向阵列，分别通过正气管和反气管与控制盒内的伺服阀相通；控制盒内装配有控制器、伺服阀、加压泵和电源配置；控制盒内的控制器由压力控制电路、伺服阀双稳-驱动电路、加压泵控制执行电路和工作电源电路组成，通过电源线引入市电电源。

Description

交变式充气防褥疮床垫

所属技术领域

本发明涉及一种床垫。

背景技术

目前，公知的防褥疮床垫无非是通过充气或其他办法将床垫上面设置成凸凹起伏的形状，以使病人身体与床垫面之间形成供空气流通的空间。然而，这种固定不变的结构和工作方式并不能全面、彻底的改善病人的患褥疮情况。因为这种固定不变的垫面凸凹起伏形状不能不断改变通风状态和变换病人的受压部位，导致褥疮的条件仍然存在。因此，如何在实现床垫面凸凹起伏的同时，又能不断改变通气状态和变换病人的受压部位，即彻底破坏导致褥疮的条件，是亟待解决的问题。

发明内容

为实现床垫面在凸凹起伏的同时，又能不断改变通气状态和变换病人的受压部位，即彻底破坏导致褥疮的条件，本发明提供一种交变式充气防褥疮床垫。它采用压控开关-双稳振荡-伺服阀控制方式，通过压力控制系统，对床垫的不同气囊组进行交变式充、放气。防褥疮充气床垫的整体由床垫体、气囊阵、正气管、反气管、控制盒和电源线构成。在床垫体的正面，沿面敷设有气囊阵，其中所有气囊行采取隔行汇聚并联方式连接，形成气囊的正向阵列和反向阵列，分别通过正气管和反气管与控制盒内的伺服阀相通；控制盒内装配有控制器、伺服阀、加压泵和电源配置；控制盒内的控制器由压力控制电路、伺服阀双稳-驱动电路、加压泵控制执行电路和工作电源电路组成，通过电源线引入市电电源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在床垫体的正面，沿面敷设气囊阵；气囊阵依纵向形成气囊列，每两列的相邻气囊交错排布，依横向形成若干“〉”形气囊行；每个“〉”形气囊行的相邻气囊通过通气孔相串联，所有气囊行采取隔行汇聚并联方式连接，形成气囊阵的两个气动终端阵列——正向阵列和反向阵列。正向阵列的一个汇聚端通过正气管与伺服阀的正向输出孔贯通，反向阵列的一个汇聚端通过反气管与伺服阀的反向输出孔贯通；伺服阀的高压输入口通过高压管与加压泵的高压输出口贯通；伺服阀的低压输入口通过低压管与加压泵的低压输出口贯通；伺服阀的电磁线圈以正向端子、反向端子和中心抽头引出并连接到伺服阀双稳-驱动电路。伺服阀双稳-驱动电路由晶体管双稳态振荡器和晶体管功率放大器组成。

正向阵列的一个汇聚端通过正气管与负开口四通伺服阀的正向输出孔贯通，反向阵列的一个汇聚端通过反气管与伺服阀的反向输出孔贯通；伺服阀的高压输入口通过高压管与加压泵的高压输出口贯通；伺服阀的低压输入口通过低压管与加压泵的低压输出口贯通。

在加压泵的近输出口处，有安全阀将高压管与低压管贯联，用以发生过压时，从高压管向低压管泄压；在高压管的加压泵与伺服阀之间，装嵌有用于感知压力信号的传感器；在低压管的加压泵与伺服阀之间，连接有补气阀，用以发生欠压时向系统补气。

加压泵为叶轮与驱动电动机同轴通体的器件；伺服阀的电磁线圈以正向端子、反向端子和中心抽头引出。

通过正向端子、反向端子和中心抽头，伺服阀双稳-驱动电路控制伺服阀的正向开通→保持→关断→保持→反向开通→保持→关断→保持的循环过程，进而通过正气管加压→保持→减压→保持、反气管减压→保持→加压→保持→正气管减压→保持→加压→保持、反气管加压→保持→减压→保持的循环过程，控制正向气囊阵列凸起→保持→凹落→保持、反向气囊阵列凹落→保持→凸起→保持→正向气囊阵列凹落→保持→凸起→保持、反向气囊阵列凸起→保持→凹落→保持的循环过程。

在加压泵的近输出口处，由安全阀将高压管与低压管相贯联，用以发生过压时，从高压管向低压管泄压；在低压管的加压泵与伺服阀之间，连接补气阀，用以发生欠压时向系统补气；在高压管的加压泵与伺服阀之间，装嵌用于感知压力信号的传感器。传感器的压力信号通过信号端子引入到压力控制电路；压力控制电路由运算放大电路和可关断可控硅开关电路组成。压力信号端子连接到运算放大器的反向输入端；运算放大器的输出端通过加速电容与下拉二极管和上冲二极管连接；再分别通过负冲光耦和正冲光耦与可关断可控硅的门极连接。可关断可控硅通过其阳极和阴极将控制器工作电源正极与加压泵控制执行电路连接。加压泵控制执行电路由耦合电阻和固体继电器组成。

当高压管压力升高并达到设定值时，信号端子电压升高并达到运算放大器的翻转值，使运算放大器翻转，其输出电压下跳到低电平，该电平通过加速电容，使得加速电容与下拉二极管和上冲二极管的连接点产生负脉冲，使负冲光耦输出相对负脉冲，触发可关断可控硅关断，从而关断伺服阀双稳-驱动电路和加压泵控制执行电路的电源；当高压管压力降低并达到设定值时，信号端子电压降低并达到运算放大器的翻转值，使运算放大器翻转，其输出电压上跳到高电平，该电平通过加速电容，使得加速电容与下拉二极管和上冲二极管的连接点产生正脉冲，使上冲光耦输出正脉冲，触发可关断可控硅导通，从而接通伺服阀双稳-驱动电路和加压泵控制执行电路的电源。

本发明的有益效果是：在实现床垫面在凸凹起伏的同时，交变循环地改变通气状态，从而不断变换病人的受压部位，即彻底破坏导致褥疮的条件。另外，由于系统整洁、结构简单而极易标准化，可以以不同形式，作为医院、家庭等病床的配套，予以批量生产。

附图说明

下面结合附图所示的实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的一个实施例——防褥疮充气床垫的整体构成示意图。

图2是防褥疮充气床垫结构的正面视图。

图3是防褥疮充气床垫结构的A—A向剖视图。

图4是防褥疮充气床垫气囊分布的正面示意图。

图5是防褥疮充气床垫的气动控制系统结构图。

图6是防褥疮充气床垫的控制系统电路结构图。

图7是防褥疮充气床垫工作过程的正向气囊充满状态示意图。

图8是防褥疮充气床垫工作过程的反向气囊充满状态示意图。

在图1~3、5、6所示的本发明结构图中：1.床垫体，2.气囊阵，3.正气管，4.反气管，5.控制盒，6.电源线。

在图4所示的防褥疮充气床垫气囊分布的正面示意图和图5所示的防褥疮充气床垫的气动控制系统结构图中：无填充色的气囊图形表示正向气囊，有黑点填充的气囊图形表示反向气囊。

在图5、6所示的防褥疮充气床垫气动控制系统结构图中：5.1.伺服阀，5.2.高压管，5.3.低压管，5.4.加压泵，5.5.安全阀，5.6.传感器，5.7.补气阀；M为驱动电动机，a为正向端子，b为反向端子，v为中心抽头。

在图6所示的防褥疮充气床垫控制系统电路结构图中：c为信号端子，d、e分别为相、零线端子，R₁为上分压电阻，R₂为下分压电阻，R_i为输入电阻，R_f为反馈电阻，R₃为正向延时电阻，R₄为反向延时电阻，R₅为正向负载电阻，R₆为反向负载电阻，R₇为正向延时电位器，R₈为反向延时电位器，R₉为正向缓冲电阻，R₁₀为反向缓冲电阻，R₁₁为耦合电阻，A为运算放大器，C₀为加速电容，C₁为正向延时电容，C₂为反向延时电容，C₃为正向缓冲电容，C₃为反向缓冲电容，C₅为首端平波电容，C₆为尾端平波电容，D₁为下拉二极管，D₂为上冲二极管，D₃为正向续流二极管，D₄为反向续流二极管，D₅为正向加速二极管，D₆为反向加速二极管，VL₁为负冲光耦，VL₂为正冲光耦，SC₁为可关断可控硅，U₁为三端稳压电源，VD_R为整流桥，T₁为正向开关管，T₂为反向开关管，T₃为正向驱动管，T₄为反向驱动管，J₁为固体继电器，T_R为电源变压器。

在图7、8所示的防褥疮充气床垫工作过程的正、反向气囊充满状态示意图中：方圆形的气囊图形表示被充满而处于凸起状态的气囊，扁圆形的气囊图形表示被放空而处于凹落状态的气囊。

具体实施方式

在图1所示的本发明实施例——防褥疮充气床垫的整体构成示意图中：防褥疮充气床垫的整体由床垫体1、气囊阵2、正气管3、反气管4、控制盒5和电源线6构成。在床垫体1的正面，沿面敷设有气囊阵2，气囊阵2通过正气管3和反气管4与控制盒5相通，控制盒5通过电源线6引入市电电源。

在图2~4所示的防褥疮充气床垫结构图中：在床垫体1的正面，沿面敷设有气囊阵2；气囊阵2以5~7列纵向形成气囊列，每两列的相邻气囊交错排布，横向形成若干“〉”形气囊行；每个“〉”形气囊行的相邻气囊有通气孔串联，所有“〉”形气囊行为隔行汇聚并联，形成气囊阵2的两个气动终端阵列——正向阵列和反向阵列。

在图5、6所示的防褥疮充气床垫的气动控制系统结构图中：正向阵列的一个汇聚端通过正气管3与负开口四通伺服阀5.1的正向输出孔贯通，反向阵列的一个汇聚端通过反气管4与伺服阀5.1的反向输出孔贯通；伺服阀5.1的高压输入口通过高压管5.2与加压泵5.4的高压输出口贯通；伺服阀5.1的低压输入口通过低压管5.3与加压泵5.4的低压输出口贯通。在加压泵5.4的近输出口处，有安全阀5.5将高压管5.2与低压管5.3贯联；在高压管5.2的加压泵5.4与伺服阀5.1之间，装嵌有用于感知压力信号的传感器5.6；在低压管5.3的加压泵5.4与伺服阀5.1之间，连接有补气阀5.7。加压泵5.4为叶轮与驱动电动机M同轴通体的器件；伺服阀5.1的电磁线圈以正向端子a、反向端子b和中心抽头v引出。

在图6所示的防褥疮充气床垫控制系统电路结构图中：

压力控制电路由运算放大电路和可关断可控硅开关电路组成。传感器5.6的压力信号输出端与信号端子c连接。上分压电阻R₁与下分压电阻R₂串联并跨接在控制器工作电源的正极与地之间；上分压电阻R₁与下分压电阻R₂的连接点与反馈电阻R_f的一端及运算放大器A的正向输入端连接；反馈电阻R_f的另一端与运算放大器A的输出端连接；运算放大器A的反向输入端与输入电阻R_i的一端连接，连接点以信号端子c引出；输入电阻R_i的另一端与工作电源正极连接；运算放大器A的正电源端与工作电源正极连接，运算放大器A的负电源端接地。加速电容C₀的一端与运算放大器A的输出端连接，加速电容C₀的另一端与下拉二极管D₁的正极及上冲二极管D₂的负极连接；下拉二极管D₁的负极与负冲光耦VL₁的输入端正极连接，负冲光耦VL₁的输入端负极与工作电源正极连接；上冲二极管D₂的正极与正冲光耦VL₂的输入端负极连接，正冲光耦VL₂的输入端正极接地。负冲光耦VL₁的输出端正极与可关断可控硅SC₁的门极连接，负冲光耦VL₁的输出端负极接地；正冲光耦VL₂的输出端负极与可关断可控硅SC₁的门极连接，正冲光耦VL₂的输出端正极与工作电源正极连接。可关断可控硅SC₁的阴极与中心抽头v的连接线连接，可关断可控硅SC₁的阳极与工作电源正极连接。

伺服阀双稳-驱动电路由晶体管双稳态振荡器和晶体管功率放大器组成。正向开关管T₁的基极与反向延时电阻R₄的一端，及反向延时电容C₂的负极连接；正向开关管T₁的集电极与正向延时电容C₁的正极、正向加速二极管D₅的正极、正向负载电阻R₅的一端及正向缓冲电阻R₉的一端连接；正向开关管T₁的发射极接地。反向开关管T₂的基极与正向延时电阻R₃的一端，及正向延时电容C₁的负极连接；反向开关管T₂的集电极与反向延时电容C₂的正极、反向加速二极管D₆的正极、反向负载电阻R₆的一端及反向缓冲电阻R₁₀的一端连接；反向开关管T₂的发射极接地。正向延时电阻R₃的另一端与正向延时电位器R₇的一静臂端连接，正向延时电位器R₇的另一静臂端与正向延时电位器R₇动臂端连接，该连接点与中心抽头v连接；反向延时电阻R₄的另一端与反向延时电位器R₈的一静臂端连接，反向延时电位器R₈的另一静臂端与反向延时电位器R₈动臂端连接，该连接点与中心抽头v连接。正向负载电阻R₅的另一端与中心抽头v连接；反向负载电阻R₆的另一端与中心抽头v连接。正向驱动管T₃的基极与正向加速二极管D₅的负极、正向缓冲电阻R₉的另一端，及正向缓冲电容C₃的正极连接；正向缓冲电容C₃的负极接地；正向驱动管T₃的集电极与正向续流二极管D₃的负极，及伺服阀5.1的电磁线圈的正向端子a连接；正向续流二极管D₃的正极与中心抽头v连接；正向驱动管T₃的发射极接地。反向驱动管T₄的基极与反向加速二极管D₆的负极、反向缓冲电阻R₁₀的另一端，及反向缓冲电容C₄的正极连接；反向缓冲电容C₄的负极接地；反向驱动管T₄的集电极与反向续流二极管D₄的负极，及伺服阀5.1的电磁线圈的反向端子b连接；反向续流二极管D₄的正极与中心抽头v连接；反向驱动管T₄的发射极接地。

加压泵控制执行电路由耦合电阻和固体继电器组成。耦合电阻R₁₁的一端与固体继电器J₁的控制端连接，耦合电阻R₁₁的另一端与中心抽头v连接；固体继电器J₁的接地端接地。固体继电器J₁的常开接点一端与加压泵5.4的驱动电动机M一接线端连接；固体继电器J₁的常开接点另一端与电源线6的相线端子d连接，驱动电动机M的另一接线端与电源线6的零线端子e连接。

工作电源电路由变压器、整流桥和稳压电路组成。电源线6的相、零线分别与相线端子d、零线端子e连接。电源变压器T_R的原线圈跨接在电源线6的相线端子d和零线端子e之间；电源变压器T_R的副线圈两端分别与整流桥VD_R的两交流输入端连接。整流桥VD_R的直流输出正极端与首端平波电容C₅的正极及三端稳压电源U₁的输入端连接；三端稳压电源U₁的输出端与尾端平波电容C₆的正极连接，该连接点作为24V直流工作电源的正极。整流桥VD_R的直流输出负极端、三端稳压电源U₁的接地端、首端平波电容C₅的负极及尾端平波电容C₆的负极均接地。

Claims (5)

1.一种交变式充气防褥疮床垫，其特征是：防褥疮充气床垫采用压控开关-双稳振荡-伺服阀控制方式，通过压力控制系统，对床垫的不同气囊组进行交变式充、放气；防褥疮充气床垫的整体由床垫体（1）、气囊阵（2）、正气管（3）、反气管（4）、控制盒（5）和电源线（6）构成；

在床垫体（1）的正面，沿面敷设有气囊阵（2），所有气囊行采取隔行汇聚并联方式连接，形成气囊的正向阵列和反向阵列，分别通过正气管（3）和反气管（4）与控制盒（5）内的伺服阀（5.1）相通；控制盒（5）内装配有控制器、伺服阀（5.1）、加压泵（5.4）和电源配置；控制盒（5）内的控制器由压力控制电路、伺服阀双稳-驱动电路、加压泵控制执行电路和工作电源电路组成，通过电源线（6）引入市电电源；

气囊阵（2）以5~7列纵向形成气囊列，每两列的相邻气囊交错排布，横向形成若干“〉”形气囊行；每个“〉”形气囊行的相邻气囊有通气孔串联，所有“〉”形气囊行为隔行汇聚并联，形成气囊阵（2）的两个气动终端阵列——正向阵列和反向阵列；

正向阵列的一个汇聚端通过正气管（3）与负开口四通伺服阀（5.1）的正向输出孔贯通，反向阵列的一个汇聚端通过反气管（4）与伺服阀（5.1）的反向输出孔贯通；伺服阀（5.1）的高压输入口通过高压管（5.2）与加压泵（5.4）的高压输出口贯通；伺服阀（5.1）的低压输入口通过低压管（5.3）与加压泵（5.4）的低压输出口贯通；

在加压泵（5.4）的近输出口处，有安全阀（5.5）将高压管（5.2）与低压管（5.3）贯联，用以发生过压时，从高压管（5.2）向低压管（5.3）泄压；在高压管（5.2）的加压泵（5.4）与伺服阀（5.1）之间，装嵌有用于感知压力信号的传感器（5.6）；在低压管（5.3）的加压泵（5.4）与伺服阀（5.1）之间，连接有补气阀（5.7），用以发生欠压时向系统补气；

加压泵（5.4）为叶轮与驱动电动机同轴通体的器件；伺服阀（5.1）的电磁线圈以正向端子a、反向端子b和中心抽头v引出；

通过正向端子、反向端子和中心抽头，伺服阀双稳-驱动电路控制伺服阀的正向开通→保持→关断→保持→反向开通→保持→关断→保持的循环过程，进而通过正气管加压→保持→减压→保持、反气管减压→保持→加压→保持→正气管减压→保持→加压→保持、反气管加压→保持→减压→保持的循环过程，控制正向气囊阵列凸起→保持→凹落→保持、反向气囊阵列凹落→保持→凸起→保持→正向气囊阵列凹落→保持→凸起→保持、反向气囊阵列凸起→保持→凹落→保持的循环过程。

2.根据权利要求1所述的交变式充气防褥疮床垫，其特征是：压力控制电路由运算放大电路和可关断可控硅开关电路组成；

传感器（5.6）的压力信号输出端与信号端子c连接；上分压电阻R₁与下分压电阻R₂串联并跨接在控制器工作电源的正极与地之间；上分压电阻R₁与下分压电阻R₂的连接点与反馈电阻R_f的一端及运算放大器A的正向输入端连接；反馈电阻R_f的另一端与运算放大器A的输出端连接；运算放大器A的反向输入端与输入电阻R_i的一端连接，连接点以信号端子c引出；输入电阻R_i的另一端与工作电源正极连接；运算放大器A的正电源端与工作电源正极连接，运算放大器A的负电源端接地；

加速电容C₀的一端与运算放大器A的输出端连接，加速电容C₀的另一端与下拉二极管D₁的正极及上冲二极管D₂的负极连接；下拉二极管D₁的负极与负冲光耦VL₁的输入端正极连接，负冲光耦VL₁的输入端负极与工作电源正极连接；上冲二极管D₂的正极与正冲光耦VL₂的输入端负极连接，正冲光耦VL₂的输入端正极接地；

负冲光耦VL₁的输出端正极与可关断可控硅SC₁的门极连接，负冲光耦VL₁的输出端负极接地；正冲光耦VL₂的输出端负极与可关断可控硅SC₁的门极连接，正冲光耦VL₂的输出端正极与工作电源正极连接；

可关断可控硅SC₁的阴极与中心抽头v的连接线连接，可关断可控硅SC₁的阳极与工作电源正极连接。

3.根据权利要求1所述的交变式充气防褥疮床垫，其特征是：伺服阀双稳-驱动电路由晶体管双稳态振荡器和晶体管功率放大器组成；

正向开关管T₁的基极与反向延时电阻R₄的一端，及反向延时电容C₂的负极连接；正向开关管T₁的集电极与正向延时电容C₁的正极、正向加速二极管D₅的正极、正向负载电阻R₅的一端及正向缓冲电阻R₉的一端连接；正向开关管T₁的发射极接地；

反向开关管T₂的基极与正向延时电阻R₃的一端，及正向延时电容C₁的负极连接；反向开关管T₂的集电极与反向延时电容C₂的正极、反向加速二极管D₆的正极、反向负载电阻R₆的一端及反向缓冲电阻R₁₀的一端连接；反向开关管T₂的发射极接地；

正向延时电阻R₃的另一端与正向延时电位器R₇的一静臂端连接，正向延时电位器R₇的另一静臂端与正向延时电位器R₇动臂端连接，该连接点与中心抽头v连接；反向延时电阻R₄的另一端与反向延时电位器R₈的一静臂端连接，反向延时电位器R₈的另一静臂端与反向延时电位器R₈动臂端连接，该连接点与中心抽头v连接；

正向负载电阻R₅的另一端与中心抽头v连接；反向负载电阻R₆的另一端与中心抽头v连接；

正向驱动管T₃的基极与正向加速二极管D₅的负极、正向缓冲电阻R₉的另一端，及正向缓冲电容C₃的正极连接；正向缓冲电容C₃的负极接地；正向驱动管T₃的集电极与正向续流二极管D₃的负极，及伺服阀（5.1）的电磁线圈的正向端子a连接；正向续流二极管D₃的正极与中心抽头v连接；正向驱动管T₃的发射极接地；

反向驱动管T₄的基极与反向加速二极管D₆的负极、反向缓冲电阻R₁₀的另一端，及反向缓冲电容C₄的正极连接；反向缓冲电容C₄的负极接地；反向驱动管T₄的集电极与反向续流二极管D₄的负极，及伺服阀（5.1）的电磁线圈的反向端子b连接；反向续流二极管D₄的正极与中心抽头v连接；反向驱动管T₄的发射极接地。

4.根据权利要求1所述的交变式充气防褥疮床垫，其特征是：加压泵控制执行电路由耦合电阻和固体继电器组成；

耦合电阻R₁₁的一端与固体继电器J₁的控制端连接，耦合电阻R₁₁的另一端与中心抽头v连接；固体继电器J₁的接地端接地；

固体继电器J₁的常开接点一端与加压泵（5.4）的驱动电动机M一接线端连接；固体继电器J₁的常开接点另一端与电源线（6）的相线端子d连接，驱动电动机M的另一接线端与电源线（6）的零线端子e连接。

5.根据权利要求1所述的交变式充气防褥疮床垫，其特征是：工作电源电路由变压器、整流桥和稳压电路组成；

电源线（6）的相、零线分别与相线端子d、零线端子e连接；

电源变压器T_R的原线圈跨接在电源线（6）的相线端子d和零线端子e之间；电源变压器T_R的副线圈两端分别与整流桥VD_R的两交流输入端连接；

整流桥VD_R的直流输出正极端与首端平波电容C₅的正极及三端稳压电源U₁的输入端连接；三端稳压电源U₁的输出端与尾端平波电容C₆的正极连接，该连接点作为24V直流工作电源的正极；

整流桥VD_R的直流输出负极端、三端稳压电源U₁的接地端、首端平波电容C₅的负极及尾端平波电容C₆的负极均接地。

Images