CN104784793B - 呼吸机及呼吸机的氧传感器自动校准方法 - Google Patents

呼吸机及呼吸机的氧传感器自动校准方法 Download PDF

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Abstract

一种呼吸机，包括流量控制装置，与流量控制装置连接的主气路和旁流气路，所述流量控制装置用于从气体源获取气体并控制流入主气路的气体流量，还包括：压力传感器，设于旁流气路中，或设于主气路与旁流气路的分岔口与气体出口之间，用于实时采集气体流量产生的压力值；氧传感器，设在旁流气路中，用于根据旁流气路中气体的氧浓度输出相应的电信号值；微控制器，用于读取压力传感器采集的压力值并判断压力值是否小于压力阈值，若是，控制所述流量控制装置增加气体的气体流量；若否，在预设时间后读取所述氧传感器输出的电信号值并判断电信号值是否在预设范围内。还公开一种呼吸机的氧传感器自动校准方法。本发明能节省人力且可靠性高。

Description

呼吸机及呼吸机的氧传感器自动校准方法
技术领域
本发明涉及医疗设备控制领域，特别是涉及一种呼吸机及呼吸机的氧传感器自动校准方法。
背景技术
氧浓度是新生儿通气的一个非常重要的参数，氧浓度过高会导致新生儿氧中毒，因此对氧浓度进行监测是非常必要的。采用旁流氧传感器监测氧浓度的方法是目前最常用的，它主要是通过在气体的主气路中接入一个设有氧传感器的旁流气路来采集气体以实现气体的氧浓度检测。氧传感器实现氧浓度监测的原理是：氧传感器内部的材料会与气体中的氧气发生化学反应从而产生电信号，所述电信号输出到具有控制能力的MCU中，MCU通过读取所述电信号以确定当前气体中的氧浓度。氧传感器输出的电信号大小与气体中氧浓度呈线性关系，比如，设氧浓度为Y，电信号为X，那么Y＝K*X，其中K就是这个线性关系中的比例常数。在使用氧传感器之前，一般都会采集两个氧浓度值来对氧传感器进行线性校准。因为空气中的氧浓度为21％，纯氧气的氧浓度为100％，所以这两个氧浓度值是最好控制的。
然而，这种氧浓度监测方法有个缺点就是如果主气路中气体流量太小，气体都会从主气路流走，而不会进去旁流气路的氧传感器。因此，通常需要手动控制气体流量的大小以确保有气体进入氧传感器进行校准，即手动校准。这种手动校准的方式需要人为干预，浪费人力资源且可靠性差。
发明内容
基于此，有必要提供一种节省人力且可靠性高的呼吸机及呼吸机的氧传感器自动校准方法。
一种呼吸机，包括流量控制装置，与所述流量控制装置连接的主气路和从主气路中分流出的旁流气路，以及通过所述主气路的气体出口与主气路连接的呼吸管路，所述流量控制装置用于从气体源获取气体并控制流入主气路的气体流量，所述呼吸机还包括：
压力传感器，设于所述旁流气路中，或设于所述主气路与旁流气路的分岔口与所述气体出口之间，用于实时采集所述气体流量产生的压力值；
氧传感器，设置在所述旁流气路中，用于根据旁流气路中气体的氧浓度输出相应的电信号值；
微控制器，用于读取所述压力传感器采集的压力值并判断所述压力值是否小于压力阈值，若是，控制所述流量控制装置增加所述气体的气体流量；若否，在预设时间后读取所述氧传感器输出的电信号值并判断所述电信号值是否在预设范围内。
在其中一个实施例中，所述预设时间为30秒。
在其中一个实施例中，所述流量控制装置用于从气体源获取空气和氧气，所述流量控制装置包括两路流量控制阀，一路用于控制氧气输出，一路用于控制空气输出。
在其中一个实施例中，所述微控制器还用于保存所述氧传感器输出的电信号值。
在其中一个实施例中，所述压力阈值为1cmH2O。
一种呼吸机的氧传感器自动校准方法，包括：
向呼吸机的主气路中通入第一气体，其中，从所述主气路中有分流出旁流气路；
实时监测所述第一气体的气体流量在旁流气路中或主气路与旁流气路的分岔口至主气路的气体出口之间产生的压力值，并判断所述压力值是否小于压力阈值，若是，增加所述第一气体的气体流量；若否，在预设时间后读取设置在所述旁流气路中的氧传感器输出的第一电信号值；
判断所述第一电信号值是否在相应的预设范围内，若否，校准失败；若是，
向呼吸机的主气路中通入第二气体；
实时检测所述第二气体的气体流量在旁流气路中或主气路与旁流气路的分岔口至主气路的气体出口之间产生的压力值，并判断所述压力值是否小于压力阈值；若是，增加所述第二气体的气体流量，若否，在预设时间后读取所述氧传感器输出的第二电信号值；
判断所述第二电信号值是否在相应的预设范围内，若否，校准失败；若是，校准成功。
在其中一个实施例中，所述预设时间为30秒。
在其中一个实施例中，所述第一气体和第二气体分别为空气和氧气，或者所述第一气体和第二气体分别为氧气和空气。
在其中一个实施例中，在校准成功之后还包括保存所述第一电信号值和所述第二电信号值的步骤。
在其中一个实施例中，所述压力阈值为1cmH2O。
上述呼吸机及呼吸机的氧传感器自动校准方法，通过在旁流气路中或者主气路与旁流的分岔口至所述主气路的气体出口之间设置压力传感器采集气体流量所产生的压力值，微传感器实时监测气体流量产生的压力值并根据所述压力值的大小来判断是否有气体流量通过旁流气路从而决定是否需要增加气体的流量，这样就不需要人工来进行控制，实现了氧传感器自动校准，不但节省了人力，而且在流量精确的控制下，提高了校准的可靠性，同时也避免了校准时气体输出过大而导致的气体浪费。
附图说明
图1为一实施例中呼吸机的结构示意图；
图2为一实施例中呼吸机的氧传感器自动校准方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
本发明中所提及的压力均是指工程学中的压力，即压强。
请参照图1，为一实施例中呼吸机的结构示意图。
该呼吸机包括流量控制装置110、与流量控制装置110连接的主气路112、从主气路中分流出的旁流气路114、通过主气路112的气体出口116与主气路112连接的呼吸管路118、氧传感器120、压力传感器130以及微控制器140。
流量控制装置110用于从气体源获取气体并控制流入主气路112的气体流量。在本实施例中，所述气体源包括空气和氧气。
具体地，流量控制装置110包括两路流量控制阀，一路用于控制氧气输出，一路用于控制空气输出，两路流量控制阀的气体流量输出大小可调，气体流量的大小取决于微控制器140发送给流量控制装置110的流量控制阀端的控制信号。
氧传感器120设在旁流气路114中，用于根据旁流气路114中气体的氧浓度输出相应的电信号值。在本实施例中，氧传感器120采用高精度、响应速度快的氧传感器，输出的电信号值在0～100％氧浓度之间成线性关系，氧传感器120输出的电信号经运算放大器放大后输出送至微控制器140的模拟数字转换器。
压力传感器130设于旁流气路114中或者设于主气路112与旁流气路114的分岔口至气体出口116之间，用于实时采集所述气体流量产生的压力值，这样可以实时地判断出旁流气路是否有气体流量通过。在本实施例中，压力传感器130设置在气体出口116处。压力传感器130使用GE公司的高精度差压式压力传感器。压力传感器130的测量范围为0～1PSI，输出信号为差分信号。为提高压力传感器130的监测精度，这里采用恒流源驱动方式，恒流源设计采用运放设计，驱动电流设置为1毫安，放大电路采用仪表运算放大器AD623，具有高输入阻抗，高共模抑制比，低噪声，低漂移，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小的特点，运算放大器放大35倍，放大后的信号经二阶有源滤波电路滤波后输出至微控制器140的模拟数字转换器。可以理解，在其他实施例中，压力传感器130还可以采用其他的型号，这里不作严格限制。
微控制器140用于读取压力传感器130采集的压力值并判断所述压力值是否小于压力阈值，若是，说明没有气体流量通过旁流气路，需要控制流量控制装置110增加所述气体的气体流量；若否，则说明已有气体流量进入到氧传感器，在预设时间后读取氧传感器120输出的电信号值并判断所述电信号值是否在预设范围内。
在本实施例中，所述预设时间为30秒，所述压力阈值为1cmH2O，这样可以确保旁流气路有气体流量通过。
进一步地，微控制器140还用于保存氧传感器120输出的电信号值，其中，所述电信号对应氧气和空气的成份，即对应气体中的氧浓度。
还提供一种呼吸机的氧传感器自动校准方法，具体请参照图2，为一实施例中呼吸机的氧传感器自动校准方法的流程图。
该呼吸机的氧传感器自动校准方法具体包括以下步骤：
步骤S110：向呼吸机的主气路中通入第一气体。
其中，从所述主气路中有分流出旁流气路。在本实施例中，所述第一气体为空气。可以理解，在其他实施例中，所述第一气体可以先选择为氧气。
步骤S120：实时监测所述第一气体的气体流量在旁流气路中或主气路与旁流气路的分岔口至主气路的气体出口之间产生的压力值并判断所述压力值是否小于压力阈值。
在旁流气路至主气路的气体出口处之间的任意位置安装一个压力传感器就可以实时采集流量控制装置流入主气路的气体流量所产生的压力值，并通过微控制器对所述第一气体的气体流量产生的压力值进行实时监测，这样可以实时地判断出旁流气路是否有气体流量通过。判断所述压力值是否小于压力阈值，若是，则执行步骤S130；若否，则执行步骤S140。
在本实施例中，所述压力传感器设置在主气路的气体出口处，所述压力阈值为1cmH2O，这样可以确保旁流气路有气体流量通过。因为通过实验得知，当气体出口处压力为1cmH2O时，通过旁流气路进入氧传感器的气体能在30秒内快速填满氧传感器，气体出口处压力越大，则氧传感器越快填满与主气路中具有相同氧浓度的气体。可以理解，在其他实施例中，所述压力阈值还可以根据实际情况设置为其他值，比如在1cmH2O左右波动的值。这里不作严格限制。
步骤S130：增加所述第一气体的气体流量。
因为所述压力值小于压力阈值时说明没有气体流量通过旁流气路，需要增加所述第一气体的气体流量。
步骤S140：在预设时间后读取氧传感器输出的第一电信号值。
所述压力值不小于压力阈值时，则说明已有气体流量进入到氧传感器。
氧传感器实现氧浓度监测的原理是：氧传感器内部的材料会与气体中的氧气发生化学反应从而产生电信号，所述电信号输出到具有控制能力的微控制器中，微控制器通过读取所述电信号以确定当前气体中的氧浓度。因此，当氧传感器中充满气体时，便会输出一个与所述气体浓度对应的电信号值。
在本实施例中，所述预设时间为30秒，因为氧传感器本身具有一个反应时间，这个反应时间一般至少为5秒左右。可以理解，在其他实施例中，所述预设时间还可以设置在20秒～60秒之间。
步骤S150：判断所述第一电信号值是否在相应的预设范围内。
根据氧传感器内部的电路结构设计，空气对应的电信号值和氧气对应的电信号值都有一个相应的预设范围。比如，如果设置空气通过氧传感器后输出的电信号值的相应预设范围为0.5伏～1伏，那么当所述第一电信号值为0.7伏，那么说明第一电信号值是在相应的预设范围内。
判断所述第一电信号值是否在相应的预设范围内，若是，则执行步骤S160，若否，说明校准失败，需要更换氧传感器。
步骤S160：向呼吸机的主气路中通入第二气体。
在本实施例中，对应所述第一气体为空气，所述第二气体为氧气。可以理解，在其他实施例中，若所述第一气体选择为氧气，那么所述第二气体则选择为空气。因为空气中的氧浓度为21％，纯氧气的氧浓度为100％，所以这两个氧浓度值是最好控制的。
步骤S170：实时检测所述第二气体的气体流量在旁流气路中或主气路与旁流气路的分岔口至主气路的气体出口之间产生的压力值并判断所述压力值是否小于压力阈值，若是，则执行步骤S180，若否，则执行步骤S190。
步骤S180：增加所述第二气体的气体流量。
步骤S190：在预设时间后读取氧传感器输出的第二电信号值。
步骤S200：判断所述第二电信号值是否在相应的预设范围内。
在本实施例中，步骤S170～步骤S200的原理分别同步骤S120～步骤S150一样，这里不再赘述。
其不同之处在于，步骤S200中判断所述第二电信号值是否在相应的预设范围内，若是，则说明校准成功。
可以理解，在其他实施例中，在校准成功之后还包括保存所述第一电信号值和所述第二电信号值的步骤。
氧传感器输出的电信号大小与气体中氧浓度呈线性关系，比如，建立一个坐标系，Y轴表示氧浓度，X轴表示电信号值，那么在这个坐标系中确定了两个点以后，就可以得到一条直线，在后续的氧浓度监测过程中，氧传感器每输出一个电信号值，都可以在这条直接上找到对应的氧浓度值。因此，通过保存所述第一电信号值和所述第二电信号值，就可以实现对气体的氧浓度的监测了。
上述呼吸机及呼吸机的氧传感器自动校准方法，通过在旁流气路中或者主气路与旁流的分岔口至所述主气路的气体出口之间设置压力传感器采集气体流量所产生的压力值，微传感器实时监测气体流量产生的压力值并根据所述压力值的大小来判断是否有气体流量通过旁流气路从而决定是否需要增加气体的流量，这样就不需要人工来进行控制，实现了氧传感器自动校准，不但节省了人力，而且在流量精确的控制下，提高了校准的可靠性，同时也避免了校准时气体输出过大而导致的气体浪费。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种呼吸机，包括流量控制装置，与所述流量控制装置连接的主气路和从主气路中分流出的旁流气路，以及通过所述主气路的气体出口与主气路连接的呼吸管路，所述流量控制装置用于从气体源获取气体并控制流入主气路的气体流量，其特征在于，所述呼吸机还包括：
压力传感器，设于所述旁流气路中，或设于所述主气路与旁流气路的分岔口与所述气体出口之间，用于实时采集所述气体流量产生的压力值；
氧传感器，设置在所述旁流气路中，用于根据旁流气路中气体的氧浓度输出相应的电信号值；
微控制器，用于读取所述压力传感器采集的压力值并判断所述压力值是否小于压力阈值，若是，说明没有气体流量通过所述旁流气路，控制所述流量控制装置增加所述气体的气体流量；若否，说明已有气体流量进入到氧传感器，在预设时间后读取所述氧传感器输出的电信号值并判断所述电信号值是否在预设范围内；所述微控制器还用于保存所述氧传感器输出的电信号值。
2.根据权利要求1所述的呼吸机，其特征在于，所述预设时间为30秒。
3.根据权利要求1所述的呼吸机，其特征在于，所述流量控制装置用于从气体源获取空气和氧气，所述流量控制装置包括两路流量控制阀，一路用于控制氧气输出，一路用于控制空气输出。
4.根据权利要求1所述的呼吸机，其特征在于，所述压力阈值为1cmH2O。
5.一种呼吸机的氧传感器自动校准方法，其特征在于，包括：
向呼吸机的主气路中通入第一气体，其中，从所述主气路中有分流出旁流气路；
实时监测所述第一气体的气体流量在旁流气路中或主气路与旁流气路的分岔口至主气路的气体出口之间产生的压力值，并判断所述压力值是否小于压力阈值，若是，说明没有气体流量通过所述旁流气路，增加所述第一气体的气体流量；若否，说明已有气体流量进入到氧传感器，在预设时间后读取设置在所述旁流气路中的氧传感器输出的第一电信号值；
判断所述第一电信号值是否在相应的预设范围内，若否，校准失败；若是，
向呼吸机的主气路中通入第二气体；
实时检测所述第二气体的气体流量在旁流气路中或主气路与旁流气路的分岔口至主气路的气体出口之间产生的压力值，并判断所述压力值是否小于压力阈值；若是，增加所述第二气体的气体流量，若否，在预设时间后读取所述氧传感器输出的第二电信号值；
判断所述第二电信号值是否在相应的预设范围内，若否，校准失败；若是，校准成功。
6.根据权利要求5所述的呼吸机的氧传感器自动校准方法，其特征在于，所述预设时间为30秒。
7.根据权利要求5所述的呼吸机的氧传感器自动校准方法，其特征在于，所述第一气体和第二气体分别为空气和氧气，或者所述第一气体和第二气体分别为氧气和空气。
8.根据权利要求5所述的呼吸机的氧传感器自动校准方法，其特征在于，在校准成功之后还包括保存所述第一电信号值和所述第二电信号值的步骤。
9.根据权利要求5所述的呼吸机的氧传感器自动校准方法，其特征在于，所述压力阈值为1cmH2O。
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GR01 Patent grant
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