CN103764231B - 操作闭路呼吸设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种操作闭路呼吸设备的方法，所述方法包括：确定足量的补充气体是否正在被提供至呼吸回路（4）；使用压力传感器（6）感应所述的呼吸回路（4）中的压力；产生表示所感应的压力的压力信号；确定所述的压力信号是否表示呼吸；并且如果确定了不足量的例如氧气的补充气体正在被提供至所述的呼吸回路（4）并且确定了所述的压力信号表示呼吸就发出警报。

Description

操作闭路呼吸设备的方法

技术领域

本发明涉及操作闭路呼吸设备的方法，并且特别地，虽然不是排它地，本发明涉及操作用于便携式个人防护系统的闭路呼吸设备的方法。

背景技术

通常被称为换气器的闭路呼吸设备（CCBA）装置被用于空气不适合正常呼吸的环境。例如，CCBA通常是由营救人员在其中的空气不适合呼吸的（例如烟雾缭绕的）危险环境中工作时所佩戴的个人防护系统的一部分。

CCBA通常包括具有呼吸端口，呼吸袋（或呼吸囊），二氧化碳吸收器（例如净气器）和冷却器的呼吸回路。提供氧气罐用于为所述的呼吸回路提供氧气。

在使用时，通过呼吸端口吸入和呼出空气，使得气体在闭合的呼吸回路中不断地再循环，而不被释放至大气中。随着使用者吸气和呼气，再循环的空气中的氧气被使用者消耗并且二氧化碳由使用者产生。由使用者消耗的氧气通过氧气供给器被补充并且二氧化碳通过二氧化碳吸收器被去除。因此，再循环的空气中含有的氧气和二氧化碳的含量被保持在确保使用者可以安全呼吸的水平。

应该意识到虽然上述装置通常被称为“闭路呼吸设备”装置，但是所述的呼吸回路不完全是密闭的。在使用时，将氧气添加至呼吸回路并允许一些再循环的空气排出至大气中。但是，大部分的呼出的空气在呼吸回路中再循环，因此使用了术语“闭路”。

与现有的CCBA有关的问题是，甚至当没有氧气或不足量的氧气正在被提供至呼吸回路时，使用者都可以通过CCBA进行呼吸。如果与氧气罐连接的阀还没有被正确地打开，这是可能发生的。在这种情况下，氧气不能被提供至呼吸回路并且由此再循环的空气中的氧气含量下降。如果使用者没有注意到这点，这可能导致使用者的逐步窒息。这将使用者置于非常危险的处境。

因此需要为CCBA装置提供警报系统用于向使用者发出氧气不能被提供至呼吸回路的警报。为了确保仅仅当使用者尝试通过呼吸回路进行呼吸时发出警报，CCBA还要配备有由呼吸回路中的压力变化所触发的压力开关。仅仅当呼吸回路中的压力达到域值并且确定了不足量的氧气正在被提供至呼吸回路时发出警报。

压力开关不能区别由环境压力中的相对的小幅波动引起的压力变化，例如CCBA附近的温度波动或干扰，以及由呼吸引起的波动。因此，为了避免由环境压力中的小幅波动引起的错误的警报，压力开关的灵敏度必须被降低。但是，压力开关的灵敏度的下降增加了呼吸（例如浅呼吸）不被检测到的风险。因此，通过CCBA呼吸的使用者可能不会总是由于不足量的氧气补给而被警告。这是不期望的。

发明内容

本发明的广泛的方面涉及在呼吸回路中感应压力信号并确定所述的压力信号是否表示呼吸的方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种操作具有呼吸回路的闭路呼吸设备的方法，所述的方法包括：确定足量的补充气体是否正在被提供至呼吸回路；使用压力传感器感应所述的呼吸回路中的压力；产生表示所感应的压力的压力信号；确定所述的压力信号是否表示呼吸；并且如果确定了不足量的补充气体正在被提供至所述的呼吸回路并且确定了所述的压力信号表示呼吸就发出警报。

所述的补充气体可以是从氧气罐供给的氧气。

当压力信号在预定时间内包括至少一个吸气事件和至少一个呼气事件的特征时确定所述的压力信号表示呼吸。

当压力信号在预定时间内包括至少两个吸气事件和/或至少两个呼气事件的特征时确定所述的压力信号表示呼吸。

当压力信号在预定时间内顺序包括吸气事件，呼气事件和吸气事件的特征时确定所述的压力信号表示呼吸；或者当压力信号在预定时间内顺序包括呼气事件，吸气事件和呼气事件的特征时确定所述的压力信号表示呼吸。

预定时间可以是至少0.1秒，并且可以是至少2秒。例如，预定时间可以短于10秒，或短于8秒。

当压力信号显示对应于至少0.5升或至少1升的呼吸深度的呼吸回路中的压力变化时，可以确定所述的压力信号包括吸气事件或呼气事件的特征。

当压力信号的大小超过上限域值时，可以确定所述的压力信号包括呼气事件的特征，并且当压力信号的大小低于下限域值时，可以确定所述的压力信号包括吸气事件的特征。

当压力信号顺序包括超过压力变化域值的第一压力变化，超过压力变化域值的第二压力变化以及超过压力变化域值的第三压力变化时，可以确定所述的压力信号表示呼吸。所述的第一压力变化和第三压力变化可以是压力上升并且所述的第二压力变化可以是压力下降。所述的第一压力变化和第三压力变化可以是压力下降并且所述的第二压力变化可以是压力上升。当第一压力变化之后，在预定时窗内发生第二压力变化，并且当第二压力变化之后，在预定时窗内发生第三压力变化时，可以确定所述的压力信号表示呼吸。

根据本发明的第二方面，提供了一种闭路呼吸设备，所述的闭路呼吸设备包括呼吸回路；补充气体传感器，用于确定足量的补充气体是否正在被提供至所述的呼吸回路；压力传感器，设置所述的压力传感器以感应呼吸回路中的压力，设置所述的压力传感器以输出表示所感应的压力的压力信号；以及控制器，所述的控制器被连接至所述的压力传感器，设置所述的控制器以确定所述的压力信号是否表示呼吸，并且如果确定了不足量的补充气体正在被提供至所述的呼吸回路并且确定了所述的压力信号表示呼吸就发出警报。

呼吸回路可以包括相互流体连通的二氧化碳去除单元，可变容积的呼吸囊（呼吸袋）和冷却器。所述的呼吸设备可以包括与所述的呼吸回路流体连通的咬嘴并且可以包括使得气体仅仅可以在呼吸回路中以一个方向流动的第一单向阀和第二单向阀。可以提供例如氧气罐的氧气供给器为呼吸回路提供氧气。可以设置排气阀以允许呼出的空气被排放至大气。

可以设置控制器，以当压力信号在预定时间内包括至少一个吸气事件和至少一个呼气事件的特征时，确定所述的压力信号表示呼吸。

可以设置控制器，以当压力信号在预定时间内包括至少两个吸气事件和/或至少两个呼气事件的特征时，确定所述的压力信号表示呼吸。

可以设置控制器，以当压力信号在预定时间内顺序包括吸气事件，呼气事件和吸气事件的特征时，确定所述的压力信号表示呼吸；或者当压力信号在预定时间内顺序包括呼气事件，吸气事件和呼气事件的特征时，确定所述的压力信号表示呼吸。

预定时间可以是至少0.1秒，并且可以是至少2秒。

可以设置控制器，以当压力信号显示对应于至少1升的呼吸深度的呼吸回路中的压力变化时，确定所述的压力信号包括吸气事件或呼气事件的特征。

可以设置控制器，以当压力信号的大小超过上限域值时，确定所述的压力信号包括呼气事件的特征，并且可以设置控制器，以当压力信号的大小低于下限域值时，确定所述的压力信号包括吸气事件的特征。

可以设置控制器，以当压力信号顺序包括超过压力变化域值的第一压力变化，超过压力变化域值的第二压力变化以及超过压力变化域值的第三压力变化时，确定所述的压力信号表示呼吸。所述的第一压力变化和第三压力变化可以是压力上升并且所述的第二压力变化可以是压力下降。所述的第一压力变化和第三压力变化可以是压力下降并且所述的第二压力变化可以是压力上升。可以设置控制器，以当第一压力变化之后，在预定时窗内发生第二压力变化，并且当第二压力变化之后，在预定时窗内发生第三压力变化时，确定所述的压力信号表示呼吸。

所述压力传感器可以是模拟式压力传感器，配置所述控制器以将表示所感应的压力的信号转化为数字信号。

附图说明

为了更好的理解本发明并且为了更加清楚地显示本发明是如何实施的，现在通过参考附图通过举例的方式来描述本发明，其中：

图1是闭路呼吸设备的示意图；

图2示意性地显示了可以操作呼吸设备中的控制器的方法；

图3示意性地显示了来自图1的呼吸设备的压力传感器的模拟输出的例子；

图4显示了确定压力信号是否表示呼吸的方法的流程图；和

图5示意性地显示了由图4所示的方法分析的压力信号。

具体实施方式

图1是闭路呼吸设备2的示意图，所述的闭路呼吸设备2包括呼吸回路4，设置于呼吸回路4中的感应压力的压力传感器6以及被连接至所述的压力传感器6的控制器8，其用于从所述的压力传感器6接收压力信号。在这个实施例中，压力传感器6是输出表示呼吸回路中的压力和环境压力之间的压差的压力信号的静态压差传感器。所述的压力传感器6可以是能够检测低于1巴的压差的低压压力传感器。

呼吸回路4包括呼吸端口10，二氧化碳吸收器12（例如净气器），可变容积的呼吸囊形式的呼吸袋14和冷却器16。提供有例如压缩氧气罐的氧气供给器18，用于为呼吸回路4提供氧气。

可以在呼吸回路4的任何适合的位置设置压力传感器6以感应压力。在所示的这一实施例中，压力传感器6检测二氧化碳吸收器12上游的压力。

呼吸端口10，二氧化碳吸收器12，呼吸袋14和冷却器16以相互流体连通的方式设置，从而限定了从呼吸端口10延伸的，在返回至呼吸端口10之前通过二氧化碳吸收器12，呼吸袋14和冷却器16的闭合回路。第一止回阀20和第二止回阀22被设置于呼吸端口10的相对两侧：第一止回阀20被设置于呼吸端口10和二氧化碳吸收器12之间，并且第二止回阀22被设置于呼吸端口10和冷却器16之间。设置止回阀20,22使得呼吸回路4中的空气仅仅以逆时针方向（如图1所示）流动；即，从呼吸端口10出发，在返回至呼吸端口10之前通过二氧化碳吸收器12，呼吸袋14和冷却器16。

氧气供给器18与冷却器16通过阀门配置24流体连通。可以打开和关闭阀门配置24使得提供至呼吸回路4的氧气可以被打开或关闭。呼吸设备2配备有氧气传感器26，其用于检测氧气是否正在被提供至呼吸回路4。在这个实施例中，氧气传感器26是被设置于气瓶阀的下游的压力传感器。氧气压力传感器26被连接至控制器8使得传感器26的输出值被输入至控制器8。在这个实施例中域值是8巴，如果由氧气压力传感器26感应的压力高于域值，则确定足量的氧气正在被提供至呼吸回路。在另一个实施例中，氧气传感器可以包括用于确定气瓶阀门配置24是否打开或关闭的装置或者可以包括压力开关。

在正常操作中，使用者通过呼吸端口10呼吸。随着使用者呼气，迫使空气通过第一止回阀20，二氧化碳吸收器12并进入呼吸袋14。二氧化碳吸收器12吸收了存在于呼出的空气中的大量二氧化碳。随着使用者吸气，空气从呼吸袋14被吸出，通过冷却器16并通过第二止回阀22。随着空气通过冷却器16被吸出，空气与由氧气供给器18输出至冷却器16的氧气混合。氧气供给器18用氧气补充呼吸回路4中的空气。

随着使用者的吸气和呼气，呼吸回路4中的压力发生波动。每一次使用者呼气，呼吸回路4中的压力上升。随着使用者吸气，呼吸回路4中的压力下降。

参看图2，设置压力传感器6以感应呼吸回路4中的压力和围绕呼吸设备2的空气的环境压力之间的压差。压力传感器6将模拟压力信号输出至控制器8。应该意识到的是在其它实施例中，压力传感器6可以是数字压力传感器。压力信号表示呼吸回路4和环境压力之间的压差。因此，压力信号根据压差的变化发生改变。控制器8调节所述的信号，例如去除噪音并放大信号，并随后将所述的信号转化为数字信号用于由控制器8进一步处理。

设置控制器8以确定由压力传感器6产生的压力信号是否表示呼吸。这可以通过多种方式中的一种实现。

第一实施例

在第一实施例中，控制器8确定在预定时间内压力信号是否包括一些吸气事件或呼气事件的特征。如果控制器8确定了在预定时间内压力信号包括吸气事件，随后是呼气事件，再随后是吸气事件，那么控制器8确定所述的压力信号表示呼吸。

压力信号表示呼吸的一个例子在图3中示意性地显示。压力信号包括吸气事件特征的负尖峰（或脉冲）I1，随后是呼气事件特征的正尖峰（或脉冲）E1，再随后是第二吸气事件特征的第二负尖峰I2。由于这三个尖峰或脉冲I1，E1，I2发生在预定时间t内，控制器确定所述的压力信号表示呼吸。预定时间t基于使用者正常吸气，呼气和再次吸气的最大时间进行设置。

如果压力信号低于预定的下限域值，控制器可以确定已经发生吸气，并且如果压力信号高于预定的上限域值，可以确定已经发生呼气。上限域值和下限域值在控制器8的内存中被储存。域值可以被设置为表示相应于例如至少0.5升，或至少1升的呼吸深度的呼吸回路中的压力变化的值。上限域值和下限域值在图3中的压力信号图表中被显示为U和L。本领域的技术人员清楚的是，可以使用其它分析技术以确定吸气事件和呼气事件。

如果压力信号低于下限域值L，控制器8记录这一事件为吸气事件。控制器8连续监控压力信号。如果压力信号随后在预定时间内超过上限域值U，控制器8记录这一事件为呼气事件。在这一阶段，控制器8可以确定所述的压力信号表示呼吸。

在另一种设置中，在控制器8确定压力信号表示呼吸之前，压力信号必须随后在预定时间内第二次低于下限域值L，控制器8记录这一事件为第二吸气事件。

仅仅当压力信号已经低于下限域值（被记录为吸气），超过上限域值（呼气）并随后再次低于下限域值（吸气）时确定所述的压力信号表示呼吸，这可以减少环境压力中的随机波动引起的错误确定呼吸的可能性。将意识到，当压力信号首先超过上限域值（呼气），低于下限域值（吸气）并再次超过上限域值（呼气）时，控制器也可以确定所述的压力信号表示呼吸。

预定时间越短，较慢的呼吸速度可能不被检测到的风险就越大。因此，预定时间是可以确保检测到预期速度的呼吸的时间。预定时间可以例如是以预期的最低速度的呼吸作用完成整个呼吸周期所耗费的最长时间。

由控制器8确定的呼吸的精确度可以通过增加事件的数量改进，其中在正确确定压力表示呼吸之前，压力信号交替地超过域值和低于域值。将意识到的是，如果增加需要的事件数量，则预定时间的长短也要相应地增加。所预期的是，上面描述的需要三个记录的事件用于确定呼吸的特定实施例，提供了确定性可接受的呼吸检测，其中没有在检测时间中进行不适当的延时。

第二实施例

图4显示了可用于第二实施例以确定压力信号是否表示呼吸的方法的流程图。在步骤102中，控制器8将呼吸状态设置为“错误的”以指示它仍未检测到表示呼吸的压力信号。在步骤104中，控制器8在状态1连续地对压力信号进行取样，寻找超过上升域值的压力上升值ΔPr。当已经发现压力上升值ΔPr时，控制器8运行至步骤106。在步骤106中，控制器8在状态2连续地对压力信号进行取样，寻找超过下降域值的压力下降值ΔPd。如果在预定时窗tw中未发现这一压力下降值，控制器8返回至步骤102并重新将呼吸状态设置为“错误的”。但是，如果控制器8在预定时窗tw中发现了压力下降值ΔPd，它运行至步骤108。在步骤108中，控制器在状态3连续地对压力信号进行取样，寻找超过上升域值的压力上升值ΔPr。如果在预定时窗tw中未发现这一压力上升值ΔPr，控制器8返回至步骤102并重新将呼吸状态设置为“错误的”。但是，如果控制器8在预定时窗tw中发现了压力下降值ΔPr，它运行至步骤110，在此步骤它将呼吸状态设置为“正确的”以指示所述的压力信号表示呼吸。

随后控制器8运行至步骤106，在此它再次寻找压力下降值ΔPd，随后在步骤108中寻找压力上升值ΔPr。如果在任何一点，控制器8在预定时窗tw中不能检测到需要的压力下降值ΔPd（在步骤106）或压力上升值ΔPr（在步骤108），它返回至步骤102并将呼吸状态设置为“错误的”以指示正在被检测的压力信号不再表示呼吸。

可以设置域值压力上升值ΔPr和域值压力下降值ΔPd，使得它们通常仅仅在进行呼吸时被超过。压力上升值和压力下降值将取决于呼吸回路的整体容量。设置时窗tw使得当发生浅呼吸时，随后的压力上升值或压力下降值将在时窗内被检测到。

这一方法在图5中图示显示，图5显示了压力信号，控制器8的状态以及呼吸状态。由图5中可以看出，当控制器已经检测到压力上升值ΔPr，压力下降值ΔPd和压力上升值ΔPr时，呼吸状态被设置为“正确的”以指示所述的信号表示呼吸。当控制器在时窗tw中未检测到需要的压力上升值ΔPr时，呼吸状态被设置为“错误的”以指示所述的压力信号不再表示呼吸并且控制器返回至状态1寻找压力上升值ΔPr。

如果通过控制器8确定压力信号表示呼吸，如果氧气压力传感器26检测到不足量的氧气正在被提供至呼吸回路4就发出警报。例如，如果控制器8确定呼吸正在进行并且氧气压力传感器26检测到了压力低于8巴就发出警报。这一警报可以例如是听得见的或可见的或振动的。使用者可以通过采取任何需要的补救行为对这一警报进行响应。例如，使用者可以检查氧气气瓶阀是否打开，检查氧气供给器是否适当地连接，连接新的氧气供给器或检查呼吸设备2中的错误。

在另一个实施例中，可以设置控制器8，以在如果检测到呼吸就打开氧气供给器。

将意识到控制器8可以在已经识别出每次吸气或呼气之后，在预定时间内监控压力信号，从而确保可以使用任何顺序的连续的所检测到的吸气和呼气，来确定所述的压力信号表示呼吸。因此，控制器8可以对交叠的预定时间的压力信号同时进行独立分析。这可以被看成为“滑动窗口”分析。

Claims (9)

1.一种操作具有呼吸回路的闭路呼吸设备的方法，所述的方法包括：

确定足量的补充气体是否正在被提供至呼吸回路；

使用压力传感器感应所述的呼吸回路中的压力；

产生表示所感应的压力的压力信号；

确定所述的压力信号是否表示呼吸；和

如果确定了不足量的补充气体正在被提供至所述的呼吸回路并且确定了所述的压力信号表示呼吸就发出警报。

2.根据权利要求1所述的方法，其中当压力信号在预定时间内包括至少一个吸气事件和至少一个呼气事件的特征时，确定所述的压力信号表示呼吸。

3.根据权利要求2所述的方法，其中当压力信号在预定时间内包括至少两个吸气事件和/或至少两个呼气事件的特征时，确定所述的压力信号表示呼吸。

4.根据权利要求3所述的方法，其中当压力信号在预定时间内顺序包括吸气事件，呼气事件和吸气事件的特征时，确定所述的压力信号表示呼吸；或者当压力信号在预定时间内顺序包括呼气事件，吸气事件和呼气事件的特征时，确定所述的压力信号表示呼吸。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中当压力信号显示对应于至少1升的呼吸深度的呼吸回路中的压力变化时，确定所述的压力信号包括吸气事件或呼气事件的特征。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中当压力信号的大小超过上限域值时，确定所述的压力信号包括呼气事件的特征。

7.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中当压力信号的大小低于下限域值时，确定所述的压力信号包括吸气事件的特征。

8.根据权利要求1所述的方法，其中当压力信号顺序包括超过压力变化域值的第一压力变化，超过压力变化域值的第二压力变化以及超过压力变化域值的第三压力变化时，确定所述的压力信号表示呼吸；

其中，所述的第一压力变化和第三压力变化是压力上升并且所述的第二压力变化是压力下降；或者其中，所述的第一压力变化和第三压力变化是压力下降并且所述的第二压力变化是压力上升。

9.根据权利要求8所述的方法，其中当第一压力变化之后，在预定时窗内发生第二压力变化，并且当第二压力变化之后，在预定时窗内发生第三压力变化时，确定所述的压力信号表示呼吸。