CN103235023A

CN103235023A - 医用氧浓度智能监测系统及方法

Info

Publication number: CN103235023A
Application number: CN2013101019265A
Authority: CN
Inventors: 向越宏; 陈洪彬; 张培林; 蔡春辉
Original assignee: Jiangsu Landwind & Kaitai Medical Equipment Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Landwind & Kaitai Medical Equipment Co Ltd
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2013-08-07

Abstract

本发明公开一种医用氧浓度智能监测系统及方法。其中，所述系统包括氧电极；AD采样电路，其正端、负端分别耦接氧电极的正端和负端；分别通过开关K1和开关K2连接AD采样电路的正端和负端的两个微电流恒流源；连接在AD采样电路输出端的微控制器，用于根据AD采样电路的输出结果判断氧电极的连接状态并测量氧电极的输出氧浓度。本发明能准确判断氧电极的连接状态(开路、短路或正常连接)，同时无损于氧电极的使用寿命，实现简单且安全可靠。

Description

医用氧浓度智能监测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种检测系统，尤其是涉及一种用于医疗器械中用于医用氧浓度智能监测系统及方法。

背景技术

呼吸机上常见的氧浓度传感器为基于电化学反应的氧电极，配套的氧浓度监测模块通常是一块模拟电路板，将氧电极输入的mv级信号(约0～85mv)放大到0～1V左右，再通过模拟接口送往后续电路处理，后续电路经硬件滤波、AD采样电路和微控制器运算处理后得到真实的氧浓度值。

如图1所示为现有的一种氧浓度检测电路，该电路是为了判断氧电极是否连接，该电路在氧电极的输出端OUT(即电路的输入端)加上了一个高阻值的上拉电阻，由于该阻值远大于氧电极的输出电阻值，所以正常连接时对测量结果的影响可忽略不计，但当氧电极未连接上时，电路将输出远大于正常范围0～1V的高电平，这种异常会被微控制器检测到，从而作出氧电极未连接的判断。该电路存在如下问题：

1、由于所加的上拉电阻一直连接在氧电极上，等于一直在给氧电极放电，虽然放电电流很小，却一直在放，即使呼吸机未开机时也如此，造成氧电极的使用寿命被缩短，增加了用户使用成本。

2、该电路属纯模拟放大电路，生产调试不够方便，可互换性差。

3、该电路的功能单一，当氧电极快耗尽时不能提醒用户及时更换，当氧浓度不准时不能提醒用户及时标定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种用于医疗器械中用于医用氧浓度智能监测系统及方法，能准确判断氧电极的连接状态(开路、短路或正常连接)，同时无损于氧电极的使用寿命。

本发明采用如下技术方案实现：一种医用氧浓度智能监测系统，包括氧电极；AD采样电路，其正端、负端分别耦接氧电极的正端和负端；分别通过开关K1和开关K2连接AD采样电路的正端和负端的两个微电流恒流源；连接在AD采样电路输出端的微控制器，用于根据AD采样电路的输出结果判断氧电极的连接状态并测量氧电极的输出氧浓度。

其中，微控制器根据开关K1和开关K2在断开或接通状态下AD采样电路不同的输出结果来判断氧电极的连接状态。

其中，微控制器是根据氧电极的输出电压值与氧浓度成线性关系来测量氧电极的输出氧浓度。

一种医用氧浓度智能监测方法，其包括步骤：

将氧电极的正端和负端分别连接AD采样电路的正端、负端，且AD采样电路的正端和负端分别通过开关K1和开关K2连接的两个微电流恒流源；

在AD采样电路输出端连接微控制器，由微控制器根据AD采样电路的输出结果判断氧电极的连接状态并测量氧电极的输出氧浓度。

其中，当连续多次检测到AD采样电路的输出电压值等于或近似等于满幅，则微控制器判断氧电极未连接，当连续多次检测到AD采样电路的输出电压值为0或接近0，则微控制器判断氧电极发生短路，否则微控制器判断氧电极处于正常连接状态。

其中，所述医用氧浓度智能监测方法还包括判断氧电极是否需要重新标定的步骤。

其中，所述医用氧浓度智能监测方法还包括判断氧电极是否失效的步骤。

其中，判断氧电极是否失效的步骤具体包括：进入纯空气状态，稳定设定时间段后，记下此时AD采样电路对应的电压值，若该电压值＜7mv则认为氧电极失效。

其中，判断氧电极是否失效的步骤具体包括：在正常工作中不断记录氧电极AD采样电路对应的电压值x，并统计其最小值x_min，若x_min＜7mv则认为氧电极失效。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、能准确及时判断氧电极的连接状态，且无损于氧电极的使用寿命

2、能智能判断氧电极的使用状态，及时提醒用户更换传感器。

3、能智能判断氧电极的使用状态，及时提醒用户重新标定传感器。

4、由于输出结果为数字信号，互换性好，高精度、高抗干扰

5、免调试，成本低廉。

附图说明

图1是为现有的一种氧浓度检测电路示意图。

图2是本发明的电路示意图。

图3是本发明检测氧电极连接状态的流程示意图。

具体实施方式

如图2所示，氧电极的正端通过电阻R1连到AD采样电路的正端，氧电极的负端通过电阻R2连到AD采样电路的负端，微电流恒流源I1(假定I1＝2uA)通过开关K1接到AD采样电路的正端，微电流恒流源I2(假定I2＝2uA)通过开关K2接到AD采样电路的负端，开关K1、开关K2完全受微控制器控制，且微控制器连接AD采样电路。

由于氧电极的反应较慢，AD采样电路推荐采用基于Δ-∑的高精度AD转换电路，不低于24bit精度，这样可以得到高精度的mv级电压值。

结合图2所示，为微控制器通过AD采样电路的采样结果准确判断氧电极的连接状态(开路、短路或正常连接)的实现流程示意图(其中，图中“2S周期”，“N1＞10”，“N2＞10”等具体数值只是一些经验数据，应根据实际情况调整)：

当开关K1和开关K2断开后，微控制器通过AD采样电路通道直接得到氧电极的电压值，计算后得到真实的氧浓度值；当开关K1和开关K2闭合时，若氧电极连接正常，因2个恒流源I1和I2对AD采样电路值的影响非常有限，可以忽略不计，微控制器会得到大致正常的氧浓度采样值；若氧电极开路未连上，由于2个恒流源I1和I2的接入，微控制器会得到接近满幅的AD采样电路值；若氧电极接口端意外短路，虽然接上了恒流源I1和I2，但此时微控制器得到的AD采样电路值仍然为0。

因此，当开关K1和开关K2闭合时，如果得到的AD采样电路输出电压值满幅或接近满幅，则怀疑氧电极未连接，如果连续多次得到同样的结果，如流程图2中连续检测次数N1(“N1＞10”)均得到同样的结果，则确认氧电极确实未连接；反之，如果得到的AD采样电路值为0或接近0，则怀疑氧电极相连电路有短路故障，如果连续多次得到同样的结果，如流程图2中连续检测次数N2(“N2＞10”)均得到同样的结果，则确认氧电极相连电路有短路故障；如果以上两种情况都不是，则认为氧电极处于正常连接状态。

图2中“2S周期到或N1*N2＞0”是为了在怀疑有开路、短路故障时加快判断速度，这样既能有效排除干扰，又能快速准确判断。

另外，本申请实现检测输出氧浓度的方法如下：由于氧电极的输出电压值与实际氧浓度成正比，且线性关系良好，两点决定一条直线，只要知道了纯空气状态下(氧浓度为21％)的输出电压值(设为x21，精度为0.1mv)和纯氧状态下(氧浓度为100％)的输出电压值(设为x100，精度为0.1mv)以及当前状态下的输出电压值(设为x，精度为0.1mv)，根据线性方程不难求出实际的氧浓度值，具体步骤如下：

(1)纯空气状态时，AD采样电路的值换算成内部标准的mv值，设为x21，单位为0.1mv。

(2)纯氧气状态时，AD采样电路的值换算成内部标准的mv值，设为x100，单位为0.1mv。

以上两组数据在标定后永久保存在微控制器中。

(3)将当前AD采样电路的值换算成内部标准的mv值，设为x，单位为0.1mv。

(4)实际的氧浓度值为：y＝210+790*(x-x21)/(x100-x21)，单位为0.1vol.％。

再者，本系统进行调试的方法如下：用毫伏电压源代替氧传感器输入，输出端通过串口连接到电脑，运行专用的串口调试软件，目的是显示传感器模块传来的电压数字值，单位为0.1mv。调试电压源从0到200.0mv变化，调试软件显示的值也应该为0～200.0mv，若有差距，超出误差范围，则调整软件放大倍数(如操作调试软件的”+”，”-”键)，直到满足要求，然后保存。

需要说明的是，只要选择合适的器件，保证足够的AD采样电路精度和稳定性，在研发阶段调试并保存好参数后，生产阶段可直接采用优化的固定参数，可免调试即达到所需的氧浓度测量精度要求，使该模块的生产流程大大简化。

再者，本申请判断氧电极是否需要重新标定的步骤如下：(1)进入纯空气状态，稳定一小段时间，记下此时AD采样电路对应的电压值x21。(2)进入纯氧气状态，稳定一小段时间，记下此时AD采样电路对应的电压值x100。(3)分析(x21，x100)是否在合理范围内(根据经验，一般新的氧电极(x21，x100)＝(16mv，85mv)左右，旧的氧电极(x21，x100)＝(7mv，39mv)左右，再低就需要更换了)，若在合理范围，则保存(x21，x100)，标定成功。

再者，本申请判断氧电极是否失效并及时通知用户更换氧电极的方法有2种实现方式：

A、手动判断法。进入纯空气状态，稳定一小段时间，记下此时AD采样电路对应的电压值x21，一般情况下，若x21＜7mv则认为氧电极已耗尽，需要更换。

B、自动判断法。在正常工作中不断记录氧电极AD采样电路对应的电压值x，并统计其最小值x_min，一般情况下，若x_min＜7mv则认为氧电极已耗尽，需要更换

再者，本申请判断传感器是否需要重新标定

具体实施时，呼吸机接到命令后，手动进入纯空气状态，并稳定一小段时间，取得氧电极AD采样电路对应的电压值x，根据上面的公式y＝210+790*(x-x21)/(x100-x21)，若y与210之间的误差百分比e超过5％(该值以相关产品标准为准)则认为传感器需要重新标定，其中，e＝(79/21)*(x-x21)/(x100-x21)。

通过以上步骤，微控制器既了解了氧电极的连接状态，又得到氧电极的实际浓度值。由于氧电极与AD采样电路通过高阻连接，消耗的电流极小，且与恒流源之间是间歇性暂短连接，连接电流也仅有极小的微安级电流。因此，氧电极的完整生命周期中耗电一直很小，能有效延长氧电极寿命。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

4、由于输出结果为数字信号，互换性好，高精度、高抗干扰

5、免调试，成本低廉。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种医用氧浓度智能监测系统，包括氧电极，其特征在于，还包括：

AD采样电路，其正端、负端分别耦接氧电极的正端和负端；

分别通过开关K1和开关K2连接AD采样电路的正端和负端的两个微电流恒流源；

连接在AD采样电路输出端的微控制器，用于根据AD采样电路的输出结果判断氧电极的连接状态并测量氧电极的输出氧浓度。

2.根据权利要求1所述医用氧浓度智能监测系统，其特征在于，微控制器根据开关K1和开关K2在断开或接通状态下AD采样电路不同的输出结果来判断氧电极的连接状态。

3.根据权利要求1所述医用氧浓度智能监测系统，其特征在于，微控制器是根据氧电极的输出电压值与氧浓度成线性关系来测量氧电极的输出氧浓度。

4.一种医用氧浓度智能监测方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述医用氧浓度智能监测方法，其特征在于，当连续多次检测到AD采样电路的输出电压值等于或近似等于满幅，则微控制器判断氧电极未连接，当连续多次检测到AD采样电路的输出电压值为0或接近0，则微控制器判断氧电极发生短路，否则微控制器判断氧电极处于正常连接状态。

6.根据权利要求4所述医用氧浓度智能监测方法，其特征在于，微控制器是根据氧电极的输出电压值与氧浓度成线性关系来测量氧电极的输出氧浓度。

7.根据权利要求4所述医用氧浓度智能监测方法，其特征在于，还包括判断氧电极是否需要重新标定的步骤。

8.根据权利要求4所述医用氧浓度智能监测方法，其特征在于，还包括判断氧电极是否失效的步骤。

9.根据权利要求8所述医用氧浓度智能监测方法，其特征在于，判断氧电极是否失效的步骤具体包括：进入纯空气状态，稳定设定时间段后，记下此时AD采样电路对应的电压值，若该电压值＜7mv则认为氧电极失效。

10.根据权利要求8所述医用氧浓度智能监测方法，其特征在于，判断氧电极是否失效的步骤具体包括：在正常工作中不断记录氧电极AD采样电路对应的电压值x，并统计其最小值x_min，若x_min＜7mv则认为氧电极失效。