CN102784428A - 一种呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法，由设定的呼吸频率与呼吸流量对应关系确定电位器电压值与开关频率对应表，包括：A、通过呼吸机外壳上调节旋钮转动旋转轴调节针阀阀芯的位置并控制针阀通孔大小；调节旋钮对应指示当前呼吸频率和流量；B、套在旋转轴上的齿轮转动时联动控制电位器齿轮转动；C、恒压气源根据针阀内的当前通孔大小控制呼吸机每分钟通气量；CPU查表获取电位器当前参考电压值对应的开关频率，再按获取的开关频率控制在针阀打开和呼吸机中自由呼吸阀关闭与针阀关闭和自由呼吸阀打开之间的重复切换；所述每分钟通气量等于调节旋钮指示的当前呼吸流量，所述开关频率等于调节旋钮指示的当前呼吸频率。

Description

一种呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法

技术领域

本发明涉及医疗设备，具体涉及一种呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法。

背景技术

CN200820170269.4公告了“一种先导式电磁阀”，它的目的是提供一种既能通过操作件控制主阀开关，又能通过应急开关控制主阀开关，结构合理，能避免污染环境的先导式电磁阀。技术方案：该先导式电磁阀包括有阀体、阀芯、阀杆、电磁阀，其中阀体分别带有进口和出口，在阀体内阀座配合安装有主阀芯，阀体内空腔通过阀杆上的瓣膜组件分成上腔和下腔，瓣膜组件与阀体内上面之间支撑有弹簧，阀杆中的平衡孔设置有导向顶针，阀杆的下端安装有流量控制件，与导向顶针配合，实现上腔和下腔的连通，并且上腔还通过先导孔与电磁阀的先导空腔连通，先导空腔通过泻流孔与阀体上的出口连通，并且，电磁阀控制的阀芯与泻流孔进行关闭或者开启配合，阀体侧面密封设置有旋转开关，旋转开关里端与阀芯底面是抵触或者脱离配合，主阀芯上的阀杆直接或者间接地与阀体外的操作件连接。其不足之处是：该方案中的电磁阀主要的作用是控制进气口的开与关，主阀芯上的阀杆与阀体外部的操作件直接或间接连接，由于人为的因素，不同的使用者操作方式不同，存在外界人为的影响，电磁阀的重复性不好，参数性能不稳定。

市场上常见的呼吸机，频率和分钟通气量都是单独的控制旋钮，在给病人使用时，需要同时设置多个参数，操作比较复杂，时间用的多，特别在抢救重症患者时，浪费了宝贵的时间。另外，常见的呼吸机采用的电磁控制阀在工作时，需要呼吸机持续提供一个工作电流，电磁控制阀不能根据患者的呼吸状态自动开关阀门，阀门处于一直供电状态，存在电磁阀的使用寿命短问题，消耗了呼吸机的大部分电能，呼吸机的工作时间不长，需要经常充电。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法，使机器体积小、方便携带、使用可靠和寿命长，同时适用于各种特殊环境的急救转运且方便使用或抢救。

本发明上述技术问题这样解决：构建一种呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法，由设定的呼吸频率与呼吸流量对应关系确定电位器电压值与开关频率对应表，还包括以下步骤：

A、通过所述呼吸机外壳上调节旋钮转动旋转轴调节针阀阀芯的位置并控制针阀通孔大小；所述调节旋钮对应指示所述呼吸机当前的呼吸频率和当前的呼吸流量；

B、套在所述旋转轴上的齿轮转动时联动控制电位器齿轮转动；

C、恒压气源根据所述针阀内的当前通孔大小控制呼吸机每分钟通气量；CPU查所述对应表获取所述电位器当前的参考电压值对应的开关频率，再按获取的开关频率控制在所述针阀打开和所述呼吸机中自由呼吸阀关闭与所述针阀关闭和所述呼吸机中自由呼吸阀打开之间的重复切换；所述每分钟通气量等于所述调节旋钮指示的当前呼吸流量，所述开关频率等于所述调节旋钮指示的当前呼吸频率，其中等于包括一定误差大小。

按照本发明提供的呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法，所述设定的呼吸频率与流量对应关系包括：

呼吸流量(升/分MV)	呼吸频率(次/分bmp)
		3	20～40
5	10～25
		7	6～16
9	6～16
		11	6～16
12	8～20
		14	8～20
15	8～20
		16	8～20

表1。

按照本发明提供的呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法，所述设定的呼吸频率与流量对应关系优选：

呼吸流量(升/分MV)	呼吸频率(次/分bmp)
		3	30
5	16
		7	11
9	10
		11	10
12	11

14	12
		15	13
16	14

表2。

按照本发明提供的呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法，外部高压氧气通过呼吸机内部的减压阀输出步骤C中的恒压气源。

按照本发明提供的呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法，所述自由呼吸阀是直流电磁控制阀；该方法包括：CPU根据所述获取的开关频率生成方波电信号控制所述自由呼吸阀打开或关闭。

按照本发明提供的呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法，所述针阀由先导阀气动控制，所述先导阀是二位三通控制阀，选择连通所述针阀气动控制端与高压气管或者所述针阀气动控制端与排气管；该方法包括：CPU根据所述获取的开关频率生成方波电信号控制所述二位三通控制阀的选择切换。

按照本发明提供的呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法，所述电位器电压值与开关频率对应表根据具体呼吸机中电位器、针阀或齿轮传动比的不同而不同。

本发明提供的呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法，在优化气路系统上采用联动调节机械、电路和控制程序，相对现有技术具有以下优势：

1、采用两个齿轮，二者的转动角度按一定的传动比组合，传动精确可靠，在旋转转轴时使调节分钟通气量的同时，呼吸频率也得到相应调节；

2、将呼吸频率和分钟通气量单独调节改为单旋钮联动控制，呼吸机在实际使用时，参数设置讯速，节省时间；

3、只需要调节分钟通气量旋转轴，呼吸频率联动调节；

4、采用低功耗能控制阀替代普通的电磁阀，减少呼吸机功率的消耗，延长了呼吸机的工作时间，超长待机；

5、利用电磁阀的小流量控制针阀的开关，完成针阀大流量的调节。

6、低功耗电磁控制阀与针阀的完美组合，即具备普通电磁阀的作用，同时完成精确流量控制；

7、传动精度高，操作快捷，方便，安全可靠。

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是本发明优选实施例的呼吸频率和流量单旋钮联动控制装置的结构分解示意图；

图2是本发明优选实施例的呼吸频率和流量单旋钮联动控制装置的结构装配示意图。

图3是本发明优选实施例的呼吸频率和流量单旋钮联动控制装置处于关闭状态，气源出口的流量为零，旋转轴调至最底，针阀阀芯前密封圈与阀体密封配合的结构示意图；

图4是本发明优选实施例的呼吸频率和流量单旋钮联动控制装置处于开启状态，气源出口的流量最大，旋转轴调至最顶位，针阀阀芯与阀体的开度最大的结构示意图；

图5是本发明优选实施例的呼吸频率和流量单旋钮联动控制时，将旋转轴调到第一位置时的示意图；

图6是本发明优选实施例的呼吸频率和流量单旋钮联动控制时，将旋转轴调到第二位置时的示意图；

图7是本发明优选实施例的旋转轴齿轮转动时联动控制电位器齿轮转动，进而调节针阀阀芯，CPU根据电位器的位置检测判断输出不同的信号，从而得到不同呼吸频率的电路原理框图；

图8是本发明优选实施例的呼吸频率和流量单旋钮联动控制装置的气路原理图；

图9是本发明优选实施例的呼吸频率和流量单旋钮联动控制装置的单旋钮联动控制机电关系图；

图10是本发明优选实施例的呼吸频率和流量单旋钮联动控制装置的单旋钮联动控制电路框图；

图11是本发明优选实施例的联动控制程序软件流程示意图。

其中主要附图标记说明：

阀体1、气源入口接头11、气源出口接头12、阀体内腔13、阶梯槽131、第一通孔1311、第二通孔1312、阀体穿孔14、弧形缺槽15、阀盖2、阀盖穿孔21、阀盖内腔22、环柱体221、穿孔2211、圆环槽222、柱座223、通孔2231、安装平台23、穿孔231、转轴调节机构3、转轴31、转轴固定盖32、转轴调节齿轮33、波形垫圈34、第一POM垫片35、第二POM垫片36、片状转轴舌部37、顶针4、T型柄41、锥形针42、针阀组件5、阀芯51、凹孔511、环状凹槽512、顶柱52、插槽521、钢珠53、第一密封圈54、第二密封圈55、第三密封圈56、第四密封圈57、复位弹簧6、电位器调节机构7、电位器71、输出电压线711、地线712、参考电压线713、电位器调节齿轮72、电磁阀8。

具体实施方式

下面将结合附图作进一步详述：

图1至图4示出了本发明呼吸频率和流量单旋钮联动控制装置的实施例。

请参阅图1、图2所示，所述呼吸频率和流量单旋钮联动控制装置，所述呼吸频率和流量单旋钮联动控制装置，包括相互对接的阀体1、阀盖2，阀体1二相对端面同轴线设置与阀内腔贯通并连接气源入口接头11的进口、与阀内腔贯通并连接气源出口接头12的出口，转轴调节机构3自外穿过阀盖穿孔21后装入阀盖内腔22，顶针4从相反方向经第一密封圈54自外穿过阀体穿孔14后装入与阀盖内腔22同轴线的阀体内腔13，转轴调节机构3与顶针4所对应的阀体内腔13中同轴线装有针阀组件5及复位弹簧6，阀体1与阀盖2的侧端面分别装有电位器调节机构7和与针阀电连接的电磁阀8，位于阀外部的转轴31上固设的转轴调节齿轮33与位于电位器71头杆部固设的电位器调节齿轮72相啮合。所述顶针4由T型柄41、与T型柄41一体成型的锥形针42构成。

本实施例中，所述相啮合的电位器调节齿轮72与转轴调节齿轮33的传动比是1.25，即：轴转调节齿轮33与电位器调节齿轮72的传动比等于它们齿数的反比，电位器调节齿轮72的齿数为25，轴转调节齿轮33的齿数为20。

请参阅图3、图4所示，所述阀内腔包括同轴线贯通的阀盖内腔22和阀体内腔13；所述阀体内腔13由与阀盖内腔22对接端凹设呈孔径递减的三级阶梯槽131，其中：第二级阶梯槽侧壁开有与气源入口通道贯通的第一通孔1311，顶针4通孔侧壁开有与气源出口通道贯通的第二通孔1312；所述阀盖内腔22由带穿孔2211的环柱体221、该环柱体221与阀盖2之间成型用于安装复位弹簧6的圆环槽222、该环柱体221对应的阀盖2顶面凸设带通孔2231的柱座223组成。所述复位弹簧6套装在阀盖内腔22内环柱体221与阀盖2所成型的圆环槽222与针阀阀芯51顶部环状凹槽512之间。

请参阅图1、图3、图4所示，所述转轴调节机构3由转轴31、通过通孔穿入转轴31后扣装在阀盖柱座223上的转轴固定盖32、位于转轴固定盖32外端的转轴上固设的转轴调节齿轮33、从转轴31上套入并定位于转轴固定盖32内的波形垫圈34、第一POM垫片35、第二POM垫片36、转轴31尾端设有用于插套在针阀顶柱插槽521内的片状转轴舌部37组成。

请参阅图1、图3、图4所示，所述针阀组件5由对应阀体内腔13三级阶梯槽131而呈直径递减T型阀芯51，阀芯51顶部开设的凹孔511、套装在所述凹孔511内的顶柱52、顶柱52顶部凹设供所述片状转轴舌部37插接的插槽521、阀芯51底端设有的钢珠53、阀芯51上分别套置的第二密封圈55、第三密封圈56、顶柱52与阀芯51之间夹置的第四密封圈57组成。

请参阅图7所示，所述电位器调节机构7由电位器71、与PCB板连接的电位器输出电压线711、地线712，与CPU连接的电位器参考电压线713组成；阀体1上部的外壁凹设一弧形缺槽15，对应的阀盖2部位凸伸一带穿孔231的安装平台23，电位器71以尾部装入阀体弧形缺槽15内而以头杆部穿过阀盖安装平台穿孔231后于头杆端部固设的电位器调节齿轮72组成。

请参阅图5、图6所示，当把转轴31调到图5的位置时，分钟通气量为3升/分钟，呼吸频率为30次/分钟，再将转轴31调到图6的位置时，分钟通气量为16升/分钟，呼吸频率为14次/分钟，呼吸机在使用过程中可以根据患者的需求设置不同的参数，所有的参数调节通过旋转轴联动控制完成。

请参阅图3、图4、图7、图9、图1 0所示，联动控制过程如下：

(1)调节转轴31，转轴调节齿轮33转动时联动控制电位器调节齿轮72转动；

(2)转轴31调节针阀阀芯51的位置并控制通过针阀的分钟通气量；分钟通气量和频率的调节是通过针阀转轴和电位器71旋转联动控制完成，根据针阀和电位器71旋转角度的参数关系表进行调节，转轴31旋转时，通过螺纹传动原理转动顶柱52，针阀阀芯51上、下移动，实现分钟通气量的控制。旋转针阀转轴时，针阀和电位器71旋转的角度的参数关系表见下表：

其中：电位器采用阿尔卑斯RK1631110-F20-CO-B103-P型号，联动齿轮33与齿轮72之间的传动比是1∶1.25。

(3)CPU根据电位器71位置所在的参考电压值，检测判断输出不同的信号，从而获得不同的呼吸频率；当呼吸频率和流量单旋钮联动控制装置处于关闭状态，气源出口12的流量为零，旋转轴31调至最底，针阀阀芯51第二密封圈55与阀体1密封配合，氧气不能从气源入口接头11进入针阀端部钢珠53封闭的通道，此时对应患者呼气，电磁阀8处于断电状态。

请参阅图4所示，当呼吸频率和流量单旋钮联动控制装置处于开启状态，气源出口接头12的流量最大，转轴31调至最顶位，电磁阀8的小流量控制针阀的开关，针阀组件5在复位弹簧6的作用下向阀盖2方向移动，针阀组件5端部的钢珠53离开封堵通道，完成针阀组件5大流量调节，针阀阀芯51与阀体1的开度最大，此时对应患者吸气，电磁阀8处于通电状态。

(4)呼吸机在使用过程中，根据患者的需求设置不同的参数，所有参数调节通过转轴31联动控制完成。

图8示出了本发明呼吸频率和流量单旋钮联动控制装置的气路原理的实施例。

请参阅图8所示，连接气源管或连接氧气瓶的氧气接口O2所传输的高压氧气经过滤器F1、减压阀REG1和调节氧气流速大小的流量调节阀NV来控制呼吸机的分钟通气量，过滤器F1与减压阀REG1的管道上还设有用于检测输入气源压力值并反馈给控制系统的高压压力传感器PQ1，针阀NV经管路分别连通自由呼吸阀EV1的开与关由供气支路上的电磁阀SV1控制、呼吸机的呼吸参数设置通过联动调节装置GS1联动控制呼吸频率和分钟通气量，经联动调节装置GS1连通的频率调节装置PTS1接入电子系统；开启信号控制供气控制电磁阀SV1动作，接通气源从其出口端打开氧气针阀NV1并关闭自由呼吸阀EV1，呼吸机完成送气动作；关闭信号控制供气控制电磁阀CV1换位，当断开气源并切换至排气时，氧气针阀NV1关闭自由呼吸阀EV1，呼吸机系统停止供气，这时患者呼气；针阀NV、电磁阀SV1与自由呼吸阀EV1汇集管经管路连通安全阀SV2、第一低压压力传感器PQ2；减压阀REG1与针阀NV、电磁阀SV1的汇集管经管路连通压力采样点TP1，当患者呼吸管路中的压力超过高定的安全压力值时，安全阀SV2就会打开泄压，保证患者管路中的压力在安全值内，第一低压压力传感器PQ2连通气路外部连接的内部装有呼吸模瓣的患者呼吸阀EMS，患者呼吸阀EMS连通用于检测患者呼吸管路中的压力并将数据反馈给控制系统的第二低压压力传感器PQ3，气路外部的患者呼吸阀EMS连通的呼吸过滤器HME，患者通过吸呼吸机输出的氧气和患者呼出的气体均通过患者呼吸阀EMS、呼吸过滤器HME直接排向空气。

请参阅图11所示，本发明优选实施例中的联动控制程序包括二大部分，具体是：

(一)频率设定子程序

该部分具体包括以下步骤：

1101)根据产品型号或版本更新电位器频率与电压对应内置表格；

1102)获取当差电位器电压值；

1103)用电压值查内置表格得到对应呼吸频率(开关频率)；

1104)判断是否与当前频率相等？是返回步骤1102)；否则进入下一步；

1105)更新当前频率，返回步骤1102)。

(一)开关控制子程序

该部分具体包括以下步骤：

1111)获取当前频率；

1112)按当前频率控制电磁阀开关动作，返回步骤1111)。

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 (7)

1.一种呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法，其特征在于，由设定的呼吸频率与呼吸流量对应关系确定电位器电压值与开关频率对应表，还包括以下步骤：

A、通过所述呼吸机外壳上调节旋钮转动旋转轴调节针阀(NV)阀芯的位置并控制针阀通孔大小；所述调节旋钮对应指示所述呼吸机当前的呼吸频率和当前的呼吸流量；

B、套在所述旋转轴(31)上的齿轮(33)转动时联动控制电位器齿轮(72)转动；

C、恒压气源根据所述针阀(NV)内的当前通孔大小控制呼吸机每分钟通气量；CPU查所述对应表获取所述电位器(PTS1)当前的参考电压值对应的开关频率，再按获取的开关频率控制在第一状态与第二状态之间的重复切换，第一状态是所述针阀(NV)打开和所述呼吸机中自由呼吸阀(EV1)关闭，第二状态是所述针阀(NV)关闭和所述呼吸机中自由呼吸阀(EV1)打开；所述每分钟通气量等于所述调节旋钮指示的当前呼吸流量，所述开关频率等于所述调节旋钮指示的当前呼吸频率。

2.根据权利要求1所述呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法，其特征在于，所述设定的呼吸频率与流量对应关系包括：

 呼吸流量(升/分MV)  呼吸频率(次/分bmp)  3  20～40  5  10～25  7  6～16  9  6～16

  11   6～16   12   8～20   14   8～20   15   8～20   16   8～20

。

3.根据权利要求2所述呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法，其特征在于，所述设定的呼吸频率与流量对应关系包括：

 呼吸流量(升/分MV)  呼吸频率(次/分bmp)  3  30  5  16  7  11  9  10  11  10  12  11  14  12  15  13  16  14

。

4.根据权利要求1、2或3所述呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法，其特征在于，外部高压氧气通过呼吸机内部的减压阀(REG1)输出步骤C中的恒压气源。

5.根据权利要求1、2或3所述呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法，其特征在于，所述自由呼吸阀(EV1)是直流电磁控制阀；该方法包括：CPU根据所述获取的开关频率生成方波电信号控制所述自由呼吸阀打开或关闭。

6.根据权利要求1、2或3所述呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法，其特征在于，所述针阀(NV)由先导阀气动控制；所述先导阀是二位三通控制阀(SV1)，选择连通所述针阀气动控制端与高压气管或者所述针阀气动控制端与排气管；该方法包括：CPU根据所述获取的开关频率生成方波电信号控制所述二位三通控制阀的选择切换。

7.根据权利要求1、2或3所述呼吸机中呼吸频率和流量的联动调节控制方法，其特征在于，所述电位器(PTS1)电压值与开关频率对应表根据具体呼吸机中电位器、针阀或齿轮传动比的不同而不同。

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