CN102175639A

CN102175639A - 一种无需校零的气体测量装置及其方法

Info

Publication number: CN102175639A
Application number: CN2011100041101A
Authority: CN
Inventors: 叶继伦; 张建波; 叶南亭
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2011-09-07

Abstract

本发明涉及一种气体测量装置及其方法，其中装置包括测量气室和封装零参考气体的参考气室，同时在该装置的电路上对称设置与所述气室相对应的传感器；方法包括利用设置与参考气室对应的传感器获取的零参考信号自动地进行定期校零。这种气体测量装置及其方法，无需进行基于外部输入零参考气体的定期校零，确保了气体测量的基准更为准确，从而保证了气体测量的准确。

Description

一种无需校零的气体测量装置及其方法

技术领域

本发明涉及医疗电子，具体涉及一种无需校零的气体测量装置及其方法。

背景技术

目前，医用呼吸气体监测设备中一般采用斩波的方式对红外光源及探测器组成的光路系统进行调制，以消除直接进行测量时，环境温度、光源和探测器的参数变化等因素对测量结果的影响。下面以二氧化碳浓度的测量为例，其测量方法是基于光谱吸收中的朗伯-比尔定律，由于无法得到解析式，通常是采用储存于基于零参考二氧化碳浓度的参考曲线，后续再根据实时监测的值，并依据这个参考曲线进行查表，并适当采取平均的计算方法而获得最终的测量值，因为是针对绝对量的测量，其中零参考值的获取是非常重要的。实际测量中，一般是将待测气体，通过一个抽气泵所产生的负压系统抽取到一个测量室中进行的，这个测量室是一个圆柱形结构，上下底面是透光窗口，由两块能透过远红外的特殊玻璃材料组成。传统测量需要定期不断地依据零二氧化碳输入来获取上述的零参考值，达到修正电路、光路系统的漂移，进行所谓校零操作。具体的做法将采样中的进气口转换到外接大气，并假定大气中二氧化碳浓度为零，抽取大气中的空气进入测量室，并以此测量结果作为二氧化碳零值参考点来完成校零操作。但是，由于：

1、抽取环境大气中空气作为二氧化碳的零值，如果环境大气中空气二氧化碳有集聚，而不是零，就会导致二氧化碳零参考点的假值，将使的最终的呼吸二氧化碳测量值偏低；

2、在抽取环境大气中空气的进气口安放能吸收二氧化碳的吸附材料来消除可能的环境二氧化碳浓度的集聚，可以在一定程度上剪除这个零点偏高的问题，但是又带来可能这个进气口由于有吸附材料而产生堵塞、这个吸附材料是有寿命，需要定期更换，否则同样会产生上述的问题；

3、这种校零过程需要驱动三通阀的气路通向的选通，有电、有机械、也有气路的转换，这样多步骤也会产生整个系统的气路漏泄，产生可靠性的问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种气体测量装置及其方法，避免作为测量基准的参考零点由于各种外部因素出现假值，进一步能进行无需外部输入零参考气体的自动校零。

本发明第一个技术问题这样解决：构建一种气体测量装置，包括气室和气室窗口所对应的传感器及其依次电连接的放大电路和微处理器，所述气室包括具有进气、出气口的测量气室和封装有零参考气体的参考气室。

按照本发明提供的气体测量装置，所述气室具有圆柱体状，两底面是具有透光窗口，是由能透过红外光的材料构成，并沿两底面中线对称地分割成测量气室和参考气室。

按照本发明提供的气体测量装置，每个气室的窗口将对应于各自的二个传感器，组成针对测量气室的测量传感器组和针对参考气室的参考测量传感器组。

按照本发明提供的气体测量装置，每个气室的窗口所对应的传感器组还包括测量传感器和参比传感器，所述放大电路由二个对称的放大电路单元构成，并通过模拟开关实现两组传感器与放大电路单元的分时连接。

按照本发明提供的气体测量装置，所述参考气室是封闭气室，并封装了待测气体浓度为零的参考气体。

按照本发明提供的气体测量装置，所述参考气室和测量气室是在同一外壳中相互隔离紧邻的二个气室。

本发明另一个技术问题这样解决：构建一种气体测量方法，在利用设置与测量气室相对应的传感器获得测量信号和设置与参考气室相对应的传感器获得零参考信号，包括以下步骤：利用设置与参考气室所对应的传感器的参考信号作为零参考值，再利用设置与测量气室所对应的传感器的测量信号减去上述的零参考值，从而获得气体的测量值。

按照本发明提供的气体测量方法，所述校零是依据与参考气室所对应的参考传感器定期或根据用户指令所进行的采集零点参考值而完成的刷新过程。

按照本发明提供的气体测量方法，该方法还包括利用与测量气室所对应的传感器对测量气室内气体进行测量；并依据测量气室所设置的进气口和出气口进行待测气体的更新。

本发明提供的气体测量装置及其方法，通过双通道、双气室和对称设置的传感器进行校零，由于用作基准的参考气室可以是事先封闭，避免外部干扰或其他造成错误的因素，测量更为准确；另一方面，由于用作基准的参考气室可以是事先封闭并使用自身的传感器、可随时自动进行校零，这样通过设定自动程序无须人工操作全自动完成校零，确保测量过程中的定期校零的影响，从而给用户带来无需校零的方便，进一步增强了其可靠性。

附图说明

下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明：

图1是本发明具体实施例中气室结构示意图；

图2是本发明具体实施例中传感器结构示意图；

图3是本发明具体实施例中关键电路结构示意图。

具体实施方式

下面以二氧化碳浓度的测量为例具体说明：

首先，说明本发明的核心：

㈠两个独立气室

一个用于待测气体的测量气室，并安装有进出气口；另一个用作零参考点参考气室。

㈡双通道对称的传感器及具有定期切换功能的电路

为了消除电路不对称对测量的影响，通过定制设计的方式，可在原来已有的测量传感器0、参考传感器0基础上，再加一组对应的测量传感器1、参考传感器1，构成双通道对称测量传感器、参考传感器组，并利用模拟双通道电子开关在同一放大电路间切换来实现定期的、无外部零参考气体输入的校零操作。

第二步，结合具体实施例进行详细说明：

如图1所示，将圆柱形的测量气室一分为二，其中一个用于待测气体的测量气室，并安装有进出气口；另一个用作零二氧化碳测量的参考气室，是密闭的，并封装有零二氧化碳浓度的参考大气。

如图2所示，本发明具体实施例采用了定制的具有四路对称红外传感器（四个圆分别对应四个传感器的红外感应窗口），其中：测量传感器0和参考传感器0对应Ch0和Ref0，测量传感器1和参考传感器1对应Ch1和Ref1，该二组传感器分别设置与测量气室和参考气室的透光窗口处，其中测量传感器0和参考传感器0与测量气室对应，测量传感器1和参考传感器1与参考气室对应，输出为Chx和Refx，x=0或1，通过模拟开关切花实现选择。

如图3所示，本发明具体实施例采用2×3双通道模拟电子开关，但每通道仅使用了二路，分别对应连接测量传感器和参考传感器，Y0-Y，X0-X分别对应于测量传感器0和参考传感器0的通道，Y1-Y，X1-X分别对应于测量传感器1和参考传感器1的通道。2×3双通道模拟电子开关的选择端（地址端）连接微处理器，通过自动程序实现定期通道切换和无输入零参考气体的校零操作。

因此，通过本方法及装置能够实现基于零参考气室的自动定期校零，而无需外部输入零参考气体，从而消除了上述的因为外部输入零参考气体所带来问题，达到了本项专利的预期目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims

1.一种气体测量装置，包括气室和气室窗口所对应的传感器及其依次电连接的放大电路和微处理器，其特征在于，所述气室包括具有进气、出气口的测量气室和封装有零参考气体的参考气室。

2.根据权利要求1所述气体测量装置，其特征在于，所述气室具有圆柱体状，两底面是具有透光窗口，是由能透过红外光的材料构成，并沿两底面中线对称地分割成测量气室和参考气室。

3.根据权利要求1所述气体测量装置，其特征在于，每个气室的窗口将对应于各自的二个传感器，组成针对测量气室的测量传感器组和针对参考气室的参考测量传感器组。

4.根据权利要求1所述气体测量装置，其特征在于，每个气室的窗口所对应的传感器组还包括测量传感器和参比传感器，所述放大电路由二个对称的放大电路单元构成，并通过模拟开关实现两组传感器与放大电路单元的分时连接。

5.根据权利要求1所述气体测量装置，其特征在于，所述参考气室是封闭气室，并封装了待测气体浓度为零的参考气体。

6.根据权利要求1或5所述气体测量装置，其特征在于，所述参考气室和测量气室是在同一外壳中相互隔离紧邻的二个气室。

7.一种气体测量方法，其特征在于，利用设置与测量气室相对应的传感器获得测量信号和设置与参考气室相对应的传感器获得零参考信号，包括以下步骤：

利用设置与参考气室所对应的传感器的参考信号作为零参考值，再利用设置与测量气室所对应的传感器的测量信号减去上述的零参考值，从而获得气体的测量值。

8.根据权利要求7所述气体测量方法，其特征在于，所述校零是依据与参考气室所对应的参考传感器定期或根据用户指令所进行的采集零点参考值而完成的刷新过程。

9.根据权利要求7所述气体测量方法，其特征在于，该方法还包括利用与测量气室所对应的传感器对测量气室内气体进行测量；并依据测量气室所设置的进气口和出气口进行待测气体的更新。