CN103800012B - 一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的方法及装置 - Google Patents

Abstract

<b>本发明涉及呼吸气体监护领域，具体涉及一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的方法及装置。该方法和装置通过比例阀结合气泵控制，利用了比例阀开口大小控制时无机械冲击现象以及比例阀控制响应速度快的优势，大大克服了单独气泵流量控制时的气泵机械振动以及相应的流量波动对后续测量精度造成的不利影响，特别是在小流量或者微流量的情况下，流量波动对气体检测的不利影响非常明显，使用该方法和装置的作用和意义就更加重要。另一方面，该方法和装置利用比例阀和气泵相互协调工作，主要通过控制比例阀来保证稳定的流量，保证采样气体流量在非常稳定的工作范围，从而大大减小了采样气体流量波动对后续测量结果造成的不利影响，保证测量精度。</b>

Description

一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的方法及装置

技术领域

本发明涉及呼吸气体监护领域，具体涉及一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的方法及装置。

背景技术

呼吸气体监护主要用于监测病人呼吸生命体征相关的生理参数，可以监测病人呼吸回路中的二氧化碳及二氧化氮的浓度，识别并检测5种常用麻醉气体（地氟醚、七氟醚、异氟醚、安氟醚、氟烷）的浓度。它可以通过检测呼气中二氧化碳值来检测患者的呼吸状况，也可以检测麻醉气体的安全使用，如无过度、过少或误用麻醉气体的状况，也可以检测麻醉病人的呼吸状况。目前的呼吸监护仪器主要有主流和旁流两种，主流式呼吸监护仪器将探头安装在病人呼吸回路中，旁流式呼吸监护仪器需要从病人呼吸回路中采样一小部分气体样本，送至仪器进行分析。旁流式呼吸监护仪器可以用于插管病人和非插管病人，实际应用中更广泛，在临床中更常见。

目前旁流式呼吸监护仪器的采样流速通常在50-250ml/min,而气体采样主要是通过膜片泵来完成的，膜片泵结构紧凑，密封性好，在旁流式呼吸监护仪器的气体采样中得到了非常广泛的应用。旁流式呼吸监护仪器中的气体检测传感器属于精密元件，工作中容易受震动干扰而降低其测量精度，而膜片泵是旁流式呼吸监护仪器中的主要震动源，目前膜片泵的惯常设计都是通过电机转动来推动膜片完成抽气或者打气。同时气体检测传感器对采样气体流量的波动也非常敏感，气体检测传感器的采样气体的波动会引入测量噪声，严重影响测量精度，必须要求提供稳定流量的采样气体。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的目的即在于提供一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的方法及装置，该方法和装置可以保证采样气体流量在非常稳定的工作范围，从而大大减小了采样气体流量波动对后续测量结果造成的不利影响，保证测量精度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的方法，包括以下步骤：

对气体采样气路系统进行初始化设置；

检测气体采样气路的流量值；

判定气体采样气路的流量值是否达到预设的目标流量值，若否，调节比例阀开口大小；

对调节后的比例阀开口值进行判断，若调节后的比例阀开口值处于正常的开口阈值范围内，返回检测气体采样气路的流量值步骤；若调节后的比例阀开口值小于预设的开口阈值下限，减小气泵的工作功率，返回检测气体采样气路的流量值步骤；若调节后的比例阀开口值大于预设的开口阈值上限，增大气泵的工作功率，返回检测气体采样气路的流量值步骤。

进一步的，判定气体采样气路的流量值是否达到预设的目标流量值，若是，对调节后的比例阀开口值进行判断，若调节后的比例阀开口值处于正常的开口阈值范围内，返回检测气体采样气路的流量值步骤；若调节后的比例阀开口值小于预设的开口阈值下限，减小气泵的工作功率，返回检测气体采样气路的流量值步骤；若调节后的比例阀开口值大于预设的开口阈值上限，增大气泵的工作功率，返回检测气体采样气路的流量值步骤。

进一步的，判定气体采样气路的流量值是否达到预设的目标流量值，若是，返回检测气体采样气路的流量值步骤。

进一步的，增大气泵的工作功率之后、返回检测气体采样气路的流量值步骤之前还包括：判定气泵当前功率是否大于预设的功率阈值，若否则返回检测气体采样气路的流量值步骤；若是，气体采样气路系统进行报警输出，并停止工作。

更进一步的，所述气体采样气路系统进行报警输出，并停止工作之前还包括：判定气泵工作时间是否大于预设的时间阈值；若否，返回检测气体采样气路的流量值步骤，若是，气体采样气路系统进行报警输出，并停止工作。

一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的装置，包括：依次连接的进气口，气泵及排气口；所述进气口与气泵之间设置有流量检测模块、比例阀；还包括分别与流量检测模块、比例阀及气泵数据连接的控制模块；

所述流量检测模块用于检测气体采样气路的流量值；

所述控制模块用于对流量检测模块、比例阀及气泵进行初始化设置，并判定气体采样气路的流量值是否达到预设的目标流量值，若否，调节比例阀开口大小；对调节后的比例阀开口值进行判断，若调节后的比例阀开口值处于正常的开口阈值范围内，返回检测气体采样气路的流量值；若调节后的比例阀开口值小于预设的开口阈值下限，减小气泵的工作功率，返回检测气体采样气路的流量值；若调节后的比例阀开口值大于预设的开口阈值上限，增大气泵的工作功率，返回检测气体采样气路的流量值。

进一步的，所述比例阀设置在流量检测模块与气泵之间。

进一步的，所述流量检测模块为流量传感器或差压传感器。

更进一步的，该装置还包括设置在进气口、流量检测模块之间的气体检测模块，所述气体检测模块用于检测气体的浓度。

本发明提供的一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的方法及装置，该方法和装置通过比例阀控制结合气泵抽气控制，利用了比例阀开口大小控制时无机械冲击现象以及比例阀控制响应速度快和连续控制时实现流量的无极调节的优势，大大克服了单独气泵流量控制时的气泵机械振动以及相应的流量波动对后续测量精度造成的不利影响，特别是在小流量或者微流量的情况下，流量波动对气体检测的不利影响非常明显，并且没有有效的措施得到解决，使用该方法和装置的作用和意义就更加重要。另一方面，该方法和装置利用比例阀和气泵相互协调工作，主要通过控制比例阀来保证稳定的流量，保证采样气体流量在非常稳定的工作范围，从而大大减小了采样气体流量波动对后续测量结果造成的不利影响，保证测量精度。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。

图1为本发明一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的装置一个实施例示意图；

图2为本发明一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的装置另一个实施例示意图；

图3为本发明一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的方法流程图；

图4为本发明一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的方法具体实施例的流程图；

图5为本发明一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的方法另一个具体实施例流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1，本发明的一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的装置，主要包括：依次连接的进气口101、流量检测模块103、比例阀104、气泵105及排气口107，还包括分别与流量检测模块103、比例阀104及气泵105数据连接的控制模块106。

其中，流量检测模块103用于检测采样气路中的当前实际流量值，这里的流量检测技术可以通过流量传感器或者差压传感器实现，即根据流量传感器或者差压传感器采集到的AD值与气路流量的对应关系计算得到当前气路的实际流量值。流量检测模块103可以在整个气路中按照进气口101到排气口107的方向上位于采样气路中的其它位置，但不宜直接和气泵105相连，避免气泵105振荡的影响。

比例阀104和流量检测模块103相连，用于控制采样气路流量的大小。比例阀104是阀内电磁铁对外界输入的电压信号产生相应动作，使工作阀阀芯产生位移，阀口尺寸发生改变并以此完成与输入电压成比例的元件。阀芯位移可以以机械、液压或电形式进行反馈。比例阀104的组合形式种类多样，可以使用电气及计算机控制，控制精度非常高。这里主要是通过闭环反馈控制算法调节比例阀104的阀口尺寸以得到稳定的目标流量。该闭环反馈控制算法可采用PID控制、智能算法等闭环算法。

气泵105和比例阀104相连，用于对采样气路抽气，气泵105一般最好放在整个采样气路的后端，以减少对前端气体测量的影响。排气口107和气泵105相连。控制模块106和流量检测模块103、比例阀104、气泵105相连，用于控制整个气体的采样过程。

进一步的，如图2所示，在进气口101、流量检测模块103之间设置有气体检测模块102，气体从进气口101进入气体检测模块102。气体检测模块102是直接进行气体检测的装置，现在最常用的气体检测技术即非扩散红外光检测技术，它主要包括红外光源和接收红外光信号的红外光传感器，红外光技术测量气体主要是根据被检测气体能够吸收特定波长的红外光，我们就可以根据被检测气体和特定波长的红外光的这种相对应的吸收关系来检测气体的浓度。为了避免后端气泵105机械振动的影响和减少测量的延时，气体检测模块102一般处于整个气路的前端。

请参照图3，本发明的一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的方法，该方法主要步骤包含如下：

201、开机后，系统进行初始化设置。这里可以对气泵105的驱动功率进行初始化，而气泵105的初始化驱动功率可以根据预设的目标流量值进行设置，这里预设的目标流量值为50-250ml/min，不需要很精确设置驱动功率，因为流量的精确控制是靠比例阀104的调节实现的。同时还可以进行其它的一些初始化工作，比如对流量检测模块103、比例阀104等进行初始化。

、流量检测模块103检测当前气路的流量，可以通过流量传感器或者差压传感器进行采集检测，主要用于气路采样流量的实时控制和监测。

、由202步骤获得的当前气路流量值，根据预设的目标流量值判断当前流量值是否达到目标流量值，若否，则进入步骤204。

、调节比例阀104开口大小，控制模块106106控制比例阀104，通过控制比例阀104的开口大小使气体采样流量稳定在目标流量值内，这里主要是通过闭环反馈控制算法调节比例阀104的阀口尺寸以得到稳定的目标流量。该控制算法可采用PID控制、智能算法等闭环算法。本实施例中采用PID闭环控制算法，根据203计算的误差值，通过系统调节PID控制系数，来实现闭环控制。这里通过控制比例阀104开口尺寸大小来控制气体采样流量，无机械冲击现象，大大改善了流量的振荡。并且比例阀104响应速度快，控制精度高，并且可以实现连续控制，实现流量的无极调节。特别是呼吸监护在向小流量采样或者微流量采样情况下，靠气泵105控制的流量波动的影响非常明显且没有比较有效的措施解决，而通过比例阀104控制就能实现非常稳定的气体采样，从而保证气体检测的精度。

、比例阀104阀开口值判断过程，通过阀开口值判断来控制气泵105工作。

、如果阀开口值小于预设的阀开口阈值下限，则进入208步骤控制模块106减小气泵105的工作功率。

、如果阀开口值大于预设的阀开口阈值下限，则进入209步骤控制模块106增大气泵105的工作功率。

、如果阀开口值处于正常的开口阈值范围内，则进入202步骤继续进行流量控制。

这里比例阀104的开口阈值设置了阈值上限和阈值下限两个阈值用于气泵105控制，阈值上限和阈值下限的设定可以根据比例阀104的实际情况进行调整。本实施例中设置当比例阀104开口达到最大开口的80%时设置为阈值上限，而当比例阀104开口下降到最大开口的20%时设置为阈值下限，当然这里比例阀104的阈值设置也可以采用其它的方式。这里通过比例阀104阀开口值判断，进而控制气泵105工作，在需要时启动气泵105控制，达到一定条件时可以停止气泵105工作，气泵105则处于间歇式工作状态，可以很好的提高气泵105的工作寿命。

、控制模块106减小气泵105的工作功率。执行完气泵控制，然后回到步骤202继续进行流量控制。

、控制模块106增大气泵105的工作功率。执行完气泵控制，然后回到步骤202继续进行流量控制。这里气泵105只是完成抽气功能，气泵105的控制只需要进行粗略的控制，保证其基本处于稳定的工作状态，并且不需要对气泵105进行连续的控制，只是在比例阀104阀开口值判断后按照需要进行控制。通过以上比例阀104和气泵105的联合调解与控制，就可以实现气体采样流量的实时监测和稳定目标流量值的控制。

其中，如图4所示，步骤203中根据预设的目标流量值判断当前流量值是否达到目标值，若是，则进入步骤202继续进行流量控制。

图5给出了本发明的一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的方法另一个实施例的流程图，主要步骤包含如下：

201、开机后，系统进行初始化设置。这里可以对气泵105的驱动功率进行初始化，而气泵105的初始化驱动功率可以根据预设的目标流量值进行设置，这里预设的目标流量值为50-250ml/min，不需要很精确设置驱动功率，因为流量的精确控制是靠比例阀104的调节实现的。同时还可以进行其它的一些初始化工作，比如对流量检测模块103、比例阀104等进行初始化。

、流量检测模块103检测当前气路的流量，可以通过流量传感器或者差压传感器进行采集检测，主要用于气路采样流量的实时控制和监测。

为了保证比例阀104在整个控制过程中都不会出现被损坏现象，进而避免流量控制失败对整个系统的气体测量的不利影响。就必须保证比例阀104在整个控制过程中不会出现开口过大或者超最大值的情况。因而对步骤203进行了改进，即当流量达到目标流量值时也进行比例阀104的阀开口值判断过程，保证比例阀104在合理工作范围内，最终避免气体检测给出错误的结果。

、由202步骤获得的当前气路流量值，根据预设的目标流量值判断当前流量值是否达到目标流量值，达到目标流量值则直接进入步骤205进行阀开口值判断，否则进入步骤204。

、调节比例阀104开口大小，控制模块106106控制比例阀104，通过控制比例阀104的开口大小使气体采样流量稳定在目标流量值内，这里主要是通过闭环反馈控制算法调节比例阀104的阀口尺寸以得到稳定的目标流量。该控制算法可采用PID控制、智能算法等闭环算法。本实施例中采用PID闭环控制算法，根据203计算的误差值，通过系统调节PID控制系数，来实现闭环控制。这里通过控制比例阀104开口尺寸大小来控制气体采样流量，无机械冲击现象，大大改善了流量的振荡。并且比例阀104响应速度快，控制精度高，并且可以实现连续控制，实现流量的无极调节。特别是呼吸监护在向小流量采样或者微流量采样情况下，靠气泵105控制的流量波动的影响非常明显且没有比较有效的措施解决，而通过比例阀104控制就能实现非常稳定的气体采样，从而保证气体检测的精度。

、比例阀104阀开口值判断过程，通过阀开口值判断来控制气泵105工作。

、如果阀开口值小于预设的阀开口阈值下限，则进入208步骤控制模块106减小气泵105的工作功率。

、如果阀开口值大于预设的阀开口阈值下限，则进入209步骤控制模块106增大气泵105的工作功率。

、如果阀开口值处于正常的开口阈值范围内，则进入202步骤继续进行流量控制。

这里比例阀104的开口阈值设置了阈值上限和阈值下限两个阈值用于气泵105控制，阈值上限和阈值下限的设定可以根据比例阀104的实际情况进行调整。本实施例中设置当比例阀104开口达到最大开口的80%时设置为阈值上限，而当比例阀104开口下降到最大开口的20%时设置为阈值下限，当然这里比例阀104的阈值设置也可以采用其它的方式。这里通过比例阀104阀开口值判断，进而控制气泵105工作，在需要时启动气泵105控制，达到一定条件时可以停止气泵105工作，气泵105则处于间歇式工作状态，可以很好的提高气泵105的工作寿命。

、控制模块106减小气泵105的工作功率。执行完气泵控制，然后回到步骤202继续进行流量控制。

、控制模块106增大气泵105的工作功率。执行完气泵控制，然后回到步骤202继续进行流量控制。这里气泵105只是完成抽气功能，气泵105的控制只需要进行粗略的控制，保证其基本处于稳定的工作状态，并且不需要对气泵105进行连续的控制，只是在比例阀104阀开口值判断后按照需要进行控制。通过以上比例阀104和气泵105的联合调解与控制，就可以实现气体采样流量的实时监测和稳定目标流量值的控制。

进一步的，为了避免气泵105的抽气能力不足或者其它原因造成的整个气路采样流量控制失败对整个系统的气体测量造成不利影响，如图4及图5所示两种实施例的流程中，在控制气泵105开始工作后增加了气泵105控制参数阈值的判定过程。

、根据预先设置的气泵105的控制参数阈值进行气泵105控制参数阈值判断过程。如果超过气泵105的控制参数阈值，则进入步骤212进行是否超预设的时间阈值的判断，也可以直接进入步骤213，气体采样气路系统进行报警输出，并停止工作。否则回到步骤202继续进行流量控制。这里的气泵105的控制参数阈值可以根据气泵105的实际最大驱动功率进行设置，即该判定过程为气泵105当前功率是否大于预设的功率阈值。

、在步骤211判断气泵105控制参数超阈值后，进行时间阈值的判断，如果气泵105工作时间超预设的时间阈值，则进入步骤213进行报警，否则回到步骤202继续进行流量控制。这里的时间阈值主要是气泵105控制参数超阈值的时间，可以根据实际需要进行设置。

、在步骤212判断超时间阈值后，进行报警，系统停止工作。这里的报警信息主要包括气泵105抽气能力不足，达不到目标流量，系统需要停止工作。这样就能避免流量控制失败时没有及时的提示信息或者报警信息，造成气体检测给出错误的结果。

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 (9)

1.一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的装置，其特征在于，包括：依次连接的进气口，气泵及排气口；所述进气口通过气体采样气路与排气口相连通；所述进气口与气泵之间设置有流量检测模块、比例阀；还包括分别与流量检测模块、比例阀及气泵数据连接的控制模块；

所述流量检测模块用于检测气体采样气路的流量值；

所述控制模块用于对流量检测模块、比例阀及气泵进行初始化设置，并判定气体采样气路的流量值是否达到预设的目标流量值，若否，调节比例阀开口大小，若是，返回检测气体采样气路的流量值；对调节后的比例阀开口值进行判断，若调节后的比例阀开口值处于正常的开口阈值范围内，返回检测气体采样气路的流量值；若调节后的比例阀开口值小于预设的开口阈值下限，减小气泵的工作功率，返回检测气体采样气路的流量值；若调节后的比例阀开口值大于预设的开口阈值下限，增大气泵的工作功率，返回检测气体采样气路的流量值；所述比例阀设置在流量检测模块与气泵之间。

2.根据权利要求1所述的一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的装置，其特征在于，所述流量检测模块为流量传感器或差压传感器。

3.根据权利要求2所述的一种用于稳定呼吸监护中采样气体流量的装置，其特征在于，该装置还包括设置在进气口、流量检测模块之间的气体检测模块，所述气体检测模块用于检测气体的浓度。

4.一种应用权利要求1所述用于稳定呼吸监护中采样气体流量装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

对用于稳定呼吸监护中采样气体流量的装置进行初始化设置；

检测气体采样气路的流量值；

判定气体采样气路的流量值是否达到预设的目标流量值，若否，调节比例阀开口大小，若是，返回检测气体采样气路的流量值步骤；

对调节后的比例阀开口值进行判断，若调节后的比例阀开口值处于正常的开口阈值范围内，返回检测气体采样气路的流量值步骤；若调节后的比例阀开口值小于预设的开口阈值下限，减小气泵的工作功率，返回检测气体采样气路的流量值步骤；若调节后的比例阀开口值大于预设的开口阈值下限，增大气泵的工作功率，返回检测气体采样气路的流量值步骤。

5.根据权利要求4所述的一种方法，其特征在于，增大气泵的工作功率之后、返回检测气体采样气路的流量值步骤之前还包括：判定气泵当前功率是否大于预设的功率阈值，若否则返回检测气体采样气路的流量值步骤；若是，用于稳定呼吸监护中采样气体流量的装置进行报警输出，并停止工作。

6.根据权利要求5所述的一种方法，其特征在于，所述用于稳定呼吸监护中采样气体流量的装置进行报警输出，并停止工作之前还包括：判定气泵工作时间是否大于预设的时间阈值；若否，返回检测气体采样气路的流量值步骤，若是，用于稳定呼吸监护中采样气体流量的装置进行报警输出，并停止工作。

7.一种应用于稳定呼吸监护中采样气体流量装置的方法，其特征在于，所述用于稳定呼吸监护中采样气体流量装置包括：依次连接的进气口，气泵及排气口；所述进气口通过气体采样气路与排气口相连通；所述进气口与气泵之间设置有流量检测模块、比例阀；还包括分别与流量检测模块、比例阀及气泵数据连接的控制模块；

所述流量检测模块用于检测气体采样气路的流量值；

所述控制模块用于对流量检测模块、比例阀及气泵进行初始化设置，并判定气体采样气路的流量值是否达到预设的目标流量值；所述比例阀设置在流量检测模块与气泵之间；

所述方法包括以下步骤：

对用于稳定呼吸监护中采样气体流量的装置进行初始化设置；

检测气体采样气路的流量值；

判定气体采样气路的流量值是否达到预设的目标流量值，若否，调节比例阀开口大小，若是，对比例阀开口值进行判断，若比例阀开口值处于正常的开口阈值范围内，返回检测气体采样气路的流量值步骤；若比例阀开口值小于预设的开口阈值下限，减小气泵的工作功率，返回检测气体采样气路的流量值步骤；若比例阀开口值大于预设的开口阈值下限，增大气泵的工作功率，返回检测气体采样气路的流量值步骤；

对调节后的比例阀开口值进行判断，若调节后的比例阀开口值处于正常的开口阈值范围内，返回检测气体采样气路的流量值步骤；若调节后的比例阀开口值小于预设的开口阈值下限，减小气泵的工作功率，返回检测气体采样气路的流量值步骤；若调节后的比例阀开口值大于预设的开口阈值下限，增大气泵的工作功率，返回检测气体采样气路的流量值步骤。

8.根据权利要求7所述的一种方法，其特征在于，增大气泵的工作功率之后、返回检测气体采样气路的流量值步骤之前还包括：判定气泵当前功率是否大于预设的功率阈值，若否则返回检测气体采样气路的流量值步骤；若是，用于稳定呼吸监护中采样气体流量的装置进行报警输出，并停止工作。

9.根据权利要求8所述的一种方法，其特征在于，所述用于稳定呼吸监护中采样气体流量的装置进行报警输出，并停止工作之前还包括：判定气泵工作时间是否大于预设的时间阈值；若否，返回检测气体采样气路的流量值步骤，若是，用于稳定呼吸监护中采样气体流量的装置进行报警输出，并停止工作。