CN102866713A - 一种呼吸流量调节装置和呼吸机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种呼吸流量调节装置和呼吸机，其中呼吸流量调节装置包括装置主体，装置主体包括装置主体腔、安装在装置主体腔内的阀芯、进气口、出气口、以及连通进气口和出气口的气流通道，还包括电机和控制单元，阀芯的靠近气流通道一端设有通道塞，通道塞处于气流通道内的不同位置时通道塞与气流通道之间的间隙不同，控制单元内存储有通过气流通道的气体流量与电机的电机轴转动的角度的对应关系，控制单元通过控制电机轴旋转角度而驱动控制阀芯，进而使通道塞停留在气流通道内的相应位置。本发明可以实现对气体流量的自动、精确控制，同时有效地避免了电机轴过度旋转而破坏旋转电位器。

Description

一种呼吸流量调节装置和呼吸机

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种呼吸流量调节装置和呼吸机。

背景技术

现有的呼吸流量调节装置的自动控制程度较低，给现场急救作业带来较大的不便；另外现有的呼吸流量调节装置的精度也很难保证，通常高精度装置需要昂贵的电磁比例阀和流量传感器通过采用复杂的闭环控制算法实现，不但成本高且维护难度大，维护成本高。当前的设备操作复杂，技术成本高，维护不方便，维护成本高，为了达到精度采用的技术手段复杂，风险性大。

发明内容

为了克服现有技术的不足降低技术成本提高技术可靠性和可维护性，提高呼吸流量调节装置的精度及自动控制程度，本发明提供了一种呼吸流量调节装置和呼吸机。

一种呼吸流量调节装置，包括装置主体，所述装置主体包括装置主体腔、安装在所述装置主体腔内的阀芯、进气口、出气口、以及连通所述进气口和出气口的气流通道，还包括电机和控制单元，所述阀芯的靠近所述气流通道一端设有通道塞，所述通道塞处于所述气流通道内的不同位置时所述通道塞与气流通道之间的间隙不同，所述控制单元内存储有通过气流通道的气体流量与所述电机的电机轴转动的角度的对应关系，所述控制单元通过控制所述电机轴旋转角度而驱动控制所述阀芯，进而使所述通道塞停留在所述气流通道内的相应位置。

优选地，还包括齿轮副、旋转电位器或光电编码盘、第一光电传感器、第二光电传感器，所述齿轮副包括相啮合的第一齿轮和第二齿轮，所述电机轴带动所述旋转电位器或光电编码盘同步旋转，所述电机轴依次通过驱动所述第一齿轮和第二齿轮，带动所述阀芯沿着所述装置主体腔内运动，所述第一齿轮上距电机轴设定距离处设有轴向的通孔，在所述第一齿轮旁边的至电机轴所述设定距离的圆周上，设置所述第一光电传感器和第二光电传感器，所述控制单元用于，当所述通孔运动至对准第一光电传感器或第二光电传感器时，驱动所述电机反向运动或者停止运动。

优选地，所述控制单元与所述旋转电位器或光电编码盘电连接，所述控制单元用于，当控制单元控制电机转动设定角度后，检测旋转电位器或光电编码盘的输出电信号以判断所述电机实际转动的角度与设定角度是否相等。

优选地，还包括阀芯限位杆、弹性件，所述第二齿轮带动所述阀芯限位杆沿所述装置主体腔内运动，所述阀芯限位杆一端与所述第二齿轮耦合，另一端在所述装置主体腔内且在所述阀芯和第二齿轮之间以限制所述阀芯的运动范围，所述弹性件安装在所述装置主体腔内且一端与阀芯接触，用于产生使所述阀芯朝所述气流通道运动的弹力。

优选地，所述控制单元用于包括接收输入的气体流量大小。

优选地，所述通道塞的形状为球形、圆锥形或者棱锥形。

本发明还提供了一种呼吸机，其采用所述的呼吸流量调节装置。

本发明的有益效果是：通过建立气体流量大小与电机轴旋转的角度的对应关系，可以实现对气体流量的自动控制；同时增加旋转电位器或光电编码盘对电机轴旋转角度的反馈检测，使得气体流量的控制更加精确；另外，利用两个光电传感器对第一齿轮上的通孔的检测，有效地避免了电机轴过度旋转而破坏旋转电位器。本发明的呼吸流量调节装置稳定可靠，成本低廉，维护简单，维护成本低，操作方便，可以缩短抢救准备时间，提高病人抢救成功率，自动化程度高。

附图说明

图1是本发明一种实施例的呼吸流量调节装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施例作进一步详细说明。

如图1所示，一种呼吸流量调节装置，包括装置主体、电机（控制电机）、齿轮副、旋转电位器、控制单元、第一光电传感器13、第二光电传感器16，其中，装置主体包括装置主体腔A、安装在装置主体腔A内的阀芯1、阀芯限位杆3、进气口B、出气口C，以及连通进气口B和出气口C的气流通道15，阀芯1的靠近气流通道15一端设有通道塞7（又称为节流器或者节流塞），道塞7处于气流通道15内的不同位置时，通道塞7与气流通道15之间的间隙不同，这样，每一个通道塞7所处的不同位置即对应了流过气流通道15的相应的气体流量，为达到此目的，通道塞7的进入气流通道15的部分的横截面积可以是逐渐减小的，例如通道塞7是球形的、圆锥形、或者棱锥形的等等，这样利于通道塞7进入气流通道15，并且通道塞7的最大横截面积最好能刚好与气流通道15的大小吻合，这样才能够实现完全关闭气流通道15的目的，齿轮副包括相啮合的第一齿轮10和第二齿轮9，电机的电机轴安装在第一齿轮10的中心上并驱动第一齿轮10转动，阀芯限位杆3一端安装在第二齿轮9的中心上，另一端在装置主体腔A内并靠近阀芯1的顶端，第二齿轮9可以驱动阀芯限位杆3沿着装置主体腔A上下运动，第二齿轮9每转一个角度阀芯限位杆3运动一定的距离，从而，可以建立电机轴转动角度与气体流量的对应关系；靠近气流通道15的阀芯1的底端上设有通道塞7，旋转电位器通过固定销11固定在电机轴上，从而可以与电机轴同步旋转，旋转电位器的电信号输出端输出与其旋转角度相对应的电信号，并与控制单元电连接，电机与控制单元电连接，第一齿轮10上距离电机轴一定半径的圆周上开设有一个通孔12，靠近第一齿轮10的距离电机轴该半径的圆周上，设置第一光电传感器13和第二光电传感器16，第一齿轮10旋转时，第一光电传感器13和第二光电传感器16可以对准该通孔12。

控制单元内存储有通过气流通道15的气体流量与电机的电机轴转动的角度的对应关系。

呼吸流量调节装置还可以包括弹性件4，该弹性件4安装在装置主体腔A内且一端与阀芯1接触，用于产生使阀芯1朝气流通道15运动的弹力。优选地，该弹性件4可以是压簧，其套在阀芯限位杆3上，并且一端抵于阀芯1上，另一端抵于装置主体的内壁上。

在进气口B有气体进入的情况下，当需要某个气体流量时，可以通过输入设备向控制单元输入该气体流量，控制单元根据该气体流量找出对应的电机应该转动的角度，驱动电机轴转动该角度，从而在电机轴的带动下，第一齿轮10和第二齿轮9转动相应的角度，并驱动阀芯限位杆3运动相应的距离，由于阀芯1受到进气口B的气流压力沿着装置主体腔A朝阀芯限位杆3运动，最终被阀芯限位杆3挡住而停留在一定的位置，同时通道塞7停在气流通道15内的对应的位置，而通过该气流通道15的气体流量正是向控制单元输入的气体流量。

在某些情况下，电机可能没有转动相对应的角度，从而使得实际通过气体通道15的气体流量出现误差，因此，控制单元通过检测旋转电位器输出的电信号，判断旋转电位器旋转的角度是否与该相应的角度相同，若不同，则继续对电机进行驱动控制，直至检测到的旋转电位器旋转的角度与该相应的角度一致。这样，即完成了对电机旋转角度及气体流量的闭环控制，提高了气体流量的精度。

由于旋转电位器的旋转角度有一定的范围，超出其范围则会破坏其内部结构而使其失效。因此，将第一光电传感器13（光电开关）和第二光电传感器16设置在以电机轴为中心的某个圆周上，这两者间的角度可以配合旋转电位器的旋转角度范围设置（例如0至360°），这样，若通孔12旋转至对准第一光电传感器13时，第一光电传感器13探测到通孔12的存在，控制单元则控制电机停止运动或者控制电机回转运动（反向运动），除非控制单元已经接收到要使电机反向运动的指令。同样，当通孔12旋转至对准第二光电传感器16时，第二光电传感器16探测到通孔的存在，控制单元则控制电机停止运动，或者控制电机反向运动（除非控制单元已经接收到要使电机反向运动的指令）。例如，当光电开关对准通孔12时即处于关状态（光电开关没有对准通孔12时处于开状态），控制单元检测到光电开关处于关状态时，即驱动电机停止或者回转运动。由此可见，基于两个光电传感器的探测结果对电机的控制，要优先于控制单元接收到用户输入的控制指令后对电机的控制，以保护旋转电位器。回转运动是指，电机朝与当前旋转方向相反的方向旋转。

当用光电编码盘代替旋转电位器时，光电编码盘也与电机轴同步运动，光电编码盘转动至某个角度时，对应输出相应个数的脉冲电信号，控制单元根据该电信号即可以判断光电编码盘实际转动的角度，即电机轴实际转动的角度，同样可以实现反馈检测。

当没有气体从进气口B进入时，阀芯1在弹性件4的弹力作用下朝气流通道15运动，从而通道塞7进入气流通道15内，堵住气流通道15。

由上述工作原理可知，弹性件4并非是必须的，因为在进气口B没有气体时，气体通道15关闭与否无关紧要，而有了弹性件4可以使得阀芯1不容易产生晃动。另外，当没有弹性件4时，阀芯1和阀芯限位杆3可以固定在一起，即可以看作成是一个整体的阀芯1，该阀芯1可以随着第二齿轮9的转动而在装置主体腔A内运动。

控制单元可以包括主板和电机控制板，主板内存储有气体流量与电机旋转角度的对应关系表，当主板接收用户输入气体流量后，主板将电机旋转角度的数据传送给电机控制板，电机控制板从而驱动电机轴转动对应的角度，旋转电位器、电机控制板与主板电连接，电机控制板分别与电机、第一光电传感器13和第二光电传感器16电连接。旋转电位器和电机可以安装在装置主体上（例如，电机安装在上阀块2上，旋转电位器安装在下阀块5上），第一光电传感器13和第二光电传感器16可以安装在光电传感器支架14上，光电传感器支架14可以固定在电机上。气源与进气口B之间还可以设置电磁阀门，主板控制电磁阀门的通断。

装置主体可以由上阀块2和下阀块5围成装置主体腔A。阀芯1的底端的外侧套有密封圈6，以防止气体从阀芯1和装置主体之间的缝隙进入装置主体腔A内，当采用球形通道塞7时，可以在下阀块5的底部安装限位堵头8，以防止通道塞7从气流通道15内掉出。

Claims (7)

1.一种呼吸流量调节装置，包括装置主体，所述装置主体包括装置主体腔、安装在所述装置主体腔内的阀芯、进气口、出气口、以及连通所述进气口和出气口的气流通道，其特征是：还包括电机和控制单元，所述阀芯的靠近所述气流通道一端设有通道塞，所述通道塞处于所述气流通道内的不同位置时所述通道塞与气流通道之间的间隙不同，所述控制单元内存储有通过气流通道的气体流量与所述电机的电机轴转动的角度的对应关系，所述控制单元通过控制所述电机轴旋转角度而驱动控制所述阀芯，进而使所述通道塞停留在所述气流通道内的相应位置。

2.如权利要求1所述的呼吸流量调节装置，其特征是：还包括齿轮副、旋转电位器或光电编码盘、第一光电传感器、第二光电传感器，所述齿轮副包括相啮合的第一齿轮和第二齿轮，所述电机轴带动所述旋转电位器或光电编码盘同步旋转，所述电机轴依次通过驱动所述第一齿轮和第二齿轮，带动所述阀芯沿着所述装置主体腔内运动，所述第一齿轮上距电机轴设定距离处设有轴向的通孔，在所述第一齿轮旁边的至电机轴所述设定距离的圆周上，设置所述第一光电传感器和第二光电传感器，所述控制单元用于，当所述通孔运动至对准第一光电传感器或第二光电传感器时，驱动所述电机反向运动或者停止运动。

3.如权利要求2所述的呼吸流量调节装置，其特征是：所述控制单元与所述旋转电位器或光电编码盘电连接，所述控制单元用于，当控制单元控制电机转动设定角度后，检测旋转电位器或光电编码盘的输出电信号以判断所述电机实际转动的角度与设定角度是否相等。

4.如权利要求2所述的呼吸流量调节装置，其特征是：还包括阀芯限位杆、弹性件，所述第二齿轮带动所述阀芯限位杆沿所述装置主体腔内运动，所述阀芯限位杆一端与所述第二齿轮耦合，另一端在所述装置主体腔内且在所述阀芯和第二齿轮之间以限制所述阀芯的运动范围，所述弹性件安装在所述装置主体腔内且一端与阀芯接触，用于产生使所述阀芯朝所述气流通道运动的弹力。

5.如权利要求1所述的呼吸流量调节装置，其特征是：所述控制单元用于包括接收输入的气体流量大小。

6.如权利要求1所述的呼吸流量调节装置，其特征是：所述通道塞的形状为球形、圆锥形或者棱锥形。

7.一种呼吸机，其特征是：采用如权利要求1至6任一所述的呼吸流量调节装置。