CN105651673B - 滤芯的效能检测装置、检测方法及呼吸机 - Google Patents

滤芯的效能检测装置、检测方法及呼吸机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种滤芯的效能检测装置,滤芯设置在气道内部,包括:发光装置,设置在所述气道的一侧,并用于向所述气道内发射第一光信号;光敏元件,设置在所述气道的另一侧,并用于接收所述第一光信号经过所述气道的作用而形成的第二光信号;计算单元,用于至少根据所述第二光信号计算表征颗粒物浓度的数据;比较单元,用于将所述表征颗粒物浓度的数据与对应于该数据的特定阈值进行比较以获得比较结果,所述比较结果用于表示所述滤芯的效能。本发明还包括一种呼吸机以及一种滤芯的效能检测方法。使用本发明可以通过测量具体的光学物理量从而定量地,较为准确地获得颗粒物的浓度信息,从而评定滤芯的过滤效能。

Description

滤芯的效能检测装置、检测方法及呼吸机
技术领域
[0001] 本发明涉及呼吸机技术领域,更具体地,涉及一种滤芯的效能检测装置、滤芯的效 能检测方法以及一种呼吸机。
背景技术
[0002] 当前室内空气质量对人体健康的影响已成为世界关注的问题。随着居住和工作条 件的逐步改善,城市人口在室内活动的时间也在不断延长,因此室内空气污染是直接影响 人体健康的重要因素。
[0003] 在环境受到污染的情况下,空气中会存在大量的尘埃,人们呼吸时吸入的不是纯 净的空气而是尘埃,这些尘埃对人们生活和人体健康有严重的影响。人在正常呼吸时,呼吸 道可以阻隔大部分颗粒物和异物,但是对于佩戴呼吸机的患者,由于呼吸机输出的气体压 力远大于正常室内气体压力,此时经过呼吸机输送给患者的气体经过呼吸道时,呼吸道对 气体中异物的过滤和清洁作用被大大减弱。基于此原因,大多数呼吸机都会在入气口或出 气口端安装空气过滤装置,此类空气过滤装置主要起到辅助呼吸道过滤和清洁空气中异物 的功能,其中起主要作用的部分是空气过滤器滤芯。
[0004] 空气过滤器滤芯能除去空气中的固体颗粒,过滤空气中的微小尘埃杂质或有异味 的空气,既能保护设备在洁净空气环境中工作,又能保证患者吸入的气体的清洁,当流体进 入置有一定规格滤网的滤芯后,其杂质或异味被阻挡,而清洁的流物通过滤芯流出。通过滤 芯的过滤使受到污染的空气达到一定的洁净度,以期达到满足患者所需要的洁净状态。
[0005] 因此,滤芯是空气过滤装置的核心部件。滤芯对空气中异物的过滤效能对滤芯至 关重要,滤芯的过滤效能高,则能将空气中的大部分异物过滤掉,防止进入患者呼吸道,起 到过滤和清洁的作用。但由于设计、操作或使用时间的原因可能会造成过滤芯的滤效能差 异较大,甚至当滤芯使用时间过长,过滤网上附着了大量的异物,这些附着的异物在通气时 被带入呼吸道,造成二次污染,从而不仅未起到过滤和清洁的作用,反而形成污染源。
[0006] 基于上述原因,对滤芯的过滤效能的评估就显得尤为重要。但在现有技术中,大多 数呼吸机厂家都仅仅提供滤芯,没有充分考虑到二次污染引起的风险,因此根本不提供对 滤芯效能进行提示的功能。或者在另一些现有技术中,虽然考虑到了此风险和功能,但只是 在设备上增加一个定期更换滤芯的提示,无法做到有效的监测和预防。同时由于此类滤芯 效能的提示方式没有考虑到设备客观的使用环境、使用频率和使用方式的差异,因此极易 导致当设备发出滤芯更换提示时,滤芯效能早已经降低到不可用的状态或者当设备发出滤 芯更换提示时,滤芯效能还相对较高,无需更换。致使滤芯更换的提示对使用者而言没有实 际参考意义。
[0007] 因此,需要一种滤芯的过滤效能的检测装置和方法,能够在滤芯过滤效果降低到 一定程度时进行判别,预防污染的气体被输送患者呼吸道。
发明内容
[0008] 本发明为解决现有的滤芯检测装置不能准确判断滤芯过滤效能的问题而提出。
[0009] 根据本发明的第一方面,提供了一种滤芯的效能检测装置,所述滤芯设置在气道 内部,所述效能检测装置包括:发光装置,设置在所述气道的一侧,并用于向所述气道内发 射第一光信号;光敏元件,设置在所述气道的另一侧,并用于接收所述第一光信号经过所述 气道的作用而形成的第二光信号;计算单元,用于至少根据所述第二光信号计算表征颗粒 物浓度的数据;比较单元,用于将所述表征颗粒物浓度的数据与对应于该数据的特定阈值 进行比较以获得比较结果,所述比较结果用于表示滤芯效能。
[0010] 优选地,所述比较单元还用于:当所述比较结果表示所述表征颗粒物浓度的数据 大于特定阈值时,判定当前所述滤芯效能为不合格;当所述比较结果表示所述表征颗粒物 浓度的数据不大于特定阈值时,判定当前所述滤芯效能为合格。
[0011] 优选地,所述光敏元件,还用于以预定的采样频率采集所述第二光信号;所述比较 单元,还用于当根据至少采样的第二光信号获得的连续N次比较结果均判定当前滤芯效能 为不合格时,判定所述滤芯效能为不合格。
[0012] 优选地,所述表征颗粒物浓度的数据为质量浓度数据;所述发光装置,设置在所述 滤芯的沿气流方向的后侧,用于向气道的已过滤通路发射第一光信号;所述光敏元件,设置 在所述滤芯的沿气流方向的后侧,用于接收所述第一光信号经过所述气道的已过滤通路的 作用而形成的第二光信号;
[0013] 优选地,所述装置还包括:脉冲幅度检测单元,用于根据所述第二光信号获得脉冲 幅度信息;脉冲个数检测单元,用于根据所述第二光信号获得脉冲个数信息;所述计算单 元,用于根据所述脉冲幅度信息以及所述脉冲个数信息计算质量浓度数据。
[00M]优选地,所述表征颗粒物浓度的数据为透光率数据;所所述发光装置,设置在所述 滤芯区域的气道的一侧,用于向滤芯发射第一光信号;所述光敏元件,设置在所述滤芯区域 的气道的另一侧,用于接收所述第一光信号经过所述滤芯的作用而形成的第二光信号;所 述装置还包括光强转换单元,用于将所述第一光信号转换为第一光强数据,将所述第二光 信号转换为第二光强数据;所述计算单元,根据所述第一光强数据和所述第二光强数据计 算所述透光率数据。
[0015] 优选地,所述装置还包括:警报单元,用于在比较单元判定滤芯效能为不合格时发 出警报信号;和/或风机控制单元,用于在比较单元判定滤芯效能为不合格时控制风机停止 运行。
[0016] 根据本发明的第二方面,提供了一种呼吸机,包括如本发明第一方面所述的装置。
[0017] 根据本发明的第三方面,提供了一种滤芯的效能检测方法,所述滤芯设置在气道 内部,包括:发光步骤,用于在所述气道的一侧,向气道内发射第一光信号;采集步骤,用于 在所述气道的另一侧,接收所述第一光信号经过所述气道的作用而形成的第二光信号;计 算步骤,用于至少根据所述第二光信号计算表征颗粒物浓度的数据;比较步骤,用于将所述 表征颗粒物浓度的数据与对应于该数据的特定阈值进行比较以获得比较结果,所述比较结 果用于表示所述滤芯的效能。
[0018] 优选地,当所述比较结果表示所述表征颗粒物浓度的数据大于特定阈值时,判定 当前所述滤芯效能为不合格;当所述比较结果表示所述表征颗粒物浓度的数据不大于特定 阈值时,判定当前所述滤芯效能为合格。
[0019] 优选地,所述采集步骤,还用于以预定的采样频率采集所述第二光信号;所述比较 步骤,还用于当根据至少采样的第二光信号获得的连续N次比较结果均判定当前滤芯效能 为不合格时,判定所述滤芯效能为不合格。
[0020] 优选地,所述表征颗粒物浓度的数据为质量浓度数据;所述发光步骤用于在所述 滤芯沿气流方向的后侧向气道的已过滤通路发射第一光信号;所述采集步骤用于在所述滤 芯沿气流方向的后侧接收所述第一光信号经过所述气道的已过滤通路的作用形成的第二 光信号。
[0021] 优选地,所述方法还包括脉冲幅度检测步骤,用于根据所述第二光信号获得脉冲 幅度信息;脉冲个数检测步骤,用于根据所述第二光信号获得脉冲个数信息;所述计算单 元,用于根据所述脉冲幅度信息以及所述脉冲个数信息计算质量浓度数据。
[0022] 优选地,所述表征颗粒物浓度的数据为透光率数据;所述发光步骤用于在所述滤 芯区域的气道的一侧,向滤芯发射第一光信号;所述采集步骤用于在所述滤芯区域的气道 的另一侧,接收所述第一光信号经过所述滤芯的作用而形成的第二光信号;所述方法还包 括光强转换步骤,用于将所述第一光信号转换为第一光强数据,将所述第二光信号转换为 第二光强数据;所述计算步骤,根据所述第一光强数据和所述第二光强数据计算所述透光 率数据。
[0023] 本发明的发明人发现,在现有技术中,仅仅通过记录滤芯的使用时长来确定是否 需要更换,这种记录十分的粗略,无法准确检测滤芯的效能。使用本发明可以通过测量具体 的光学物理量从而定量地,较为准确地获得颗粒物的浓度信息,从而评定滤芯的过滤效能, 进而判断是否需要更换滤芯。因此,本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题 是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的,故本发明是一种新的技术方案。
[0024] 通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述,本发明的其它特征及其 优点将会变得清楚。
附图说明
[0025] 被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例,并且连 同其说明一起用于解释本发明的原理。
[0026] 图1是本发明的滤芯的效能检测装置的框图;
[0027] 图2是本发明的滤芯效能的检测方法的流程图;
[0028] 图3是本发明的滤芯的效能检测装置检测质量浓度的一个例子的示意图;
[0029] 图4是图3的装置检测质量浓度的一个具体过程的示意图;
[0030] 图5是本发明的滤芯的效能检测装置检测透光率的一个例子的示意图;
[0031] 图6是本发明的滤芯效能与透光率的关系曲线图。
具体实施方式
[0032] 现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具 体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本 发明的范围。
[0033] 以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明 及其应用或使用的任何限制。
[0034] 对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适 当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0035] 在这里示出和讨论的所有例子中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不 是作为限制。因此,示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0036] 应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一 个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0037] 图1是根据本发明的实施例的滤芯的效能检测装置的框图。
[0038] 如图1所示,根据本发明实施例的滤芯的效能检测装置可以直接应用于呼吸机设 备之中,例如医用呼吸机或家用呼吸机中,典型地这种呼吸机包括电源、主机、气道、湿化器 和混合器等元件,此外所述呼吸机在使用时还可能配合气源,在主机的控制下,通过气道将 气源中的气体例如氧气或空氧混合气提供给使用者,此处提供的呼吸机的配置仅仅在于示 例,本发明的滤芯的效能检测装置不仅限于上述应用。
[0039] 根据本发明的实施例的滤芯的效能检测装置包括发光装置10、光敏元件20、计算 单元30以及比较单元40,其中滤芯设置在气道内部。如上所述,所述气道可以是呼吸机气 道。
[0040] 发光装置10,设置在所述气道的一侧,并用于向所述气道内发射第一光信号。发光 装置10可以包括发光元件,发光元件可以为可见光发光二极管、红外发光二极管或激光元 件,这些均可以根据需要进行选择。本发明利用光学原理测量颗粒物的浓度从而确定滤芯 的效能,因此需要借助于发光装置10发出的光进行测量。其中,“气道的一侧”可以是靠近气 道壁的外侧,也可以是靠近气道壁的内侧,本发明对此不作限制。
[0041] 光敏元件20,设置在气道的另一侧,并用于接收第一光信号经过气道的作用而形 成的第二光信号。设置发光装置10与光敏元件20位置的原则是,保证发光装置10发出的光 要经过气道的作用后被光敏元件20接收到。因此这里的“气道的另一侧”通常是指气道的内 侦L并与发光装置10所在的位置不同的一侧,这样可以保证第一光信号能充分地与气道发 生作用得到第二光信号。其中提到的“气道的作用”可以为光在传播的过程中发生的反射、 折射或者被吸收的作用,因此第一光信号和第二光信号通常不是相同的值,并且通常情况 下第一光信号的光强大于第二光信号的光强。否则,若第二光信号没经过气道中颗粒物的 作用就被光敏元件20接收到,这样接收到的光信号不能反映出气道中颗粒物的含量,也就 失去了测量的意义。考虑接收第二光信号进行后续的计算、处理的依据的原因在于,气道中 的颗粒物会随着气流方向运动,滤芯设置在气道中必然会在气体中的颗粒物通过滤芯的过 程中使穿过气道的光发生光学变化,例如前述的反射、折射或吸收等变化。因此可以根据光 敏元件接收到的光学数据进行分析以达到检测滤芯效能的目的。
[0042] 光敏元件20产生的电流与照射到光敏元件上的光强依据具体元件的不同可以呈 线性关系,也可以呈某一函数关系。光敏元件20优选地可以为线性光敏元件,使用线性光敏 元件的好处是,需要使用光强比值来表征颗粒物浓度时,可以直接用所测得的电压或电流 的比值来计算,可以同等地表示透光率,大大简化了计算的过程。
[0043] 计算单元30用于至少根据第二光信号计算表征颗粒物浓度的数据。
[0044] 所述表征颗粒物浓度的数据可以理解为气流通过气道过程中产生的与气道相关 联的颗粒物浓度数据。更进一步地,所述数据可以是各种各样的,例如气道中颗粒物的质量 浓度数据,或者颗粒物在浓稠时的透光性与在稀薄时的透光性的比值,即透光率。“至少根 据第二光信号计算表征颗粒物浓度的数据”的含义是,既可以仅根据第二光信号计算,也可 以使用第二光信号和第一光信号共同计算得到颗粒物浓度数据。
[0045] 在一个实施例中,所述颗粒物浓度数据可以是质量浓度数据,此时可以仅根据第 二光信号计算出质量浓度数据。由于质量浓度可以通过具体的公式进行计算,因此当需要 精确地定量计算颗粒物的浓度时,计算质量浓度是特别有利的,这将在下面详细介绍。在另 一个实施例中,颗粒物浓度可以是滤芯的透光率,此时需要根据第二光信号和第一光信号 共同确定透光率。由于颗粒物会吸附在滤芯中,因此滤芯的透光的程度,即第二光信号与第 一光信号光强的比值,或者是第二光信号光强的平方与第一光信号光强的平方的比值,也 就反映了颗粒物的浓度,这种测量透光率从而反映颗粒物浓度的方法的好处是,装置简单, 测量方便,不需要经过复杂计算,这在追求较低测量成本时时非常有利,这也将在下面进行 详细介绍。
[0046] 比较单元40,用于将表征颗粒物浓度的数据与对应于该数据的特定阈值进行比较 以获得比较结果,所述比较结果用于表示滤芯的效能。“对应于该数据的特定阈值”的含义 是指与所述颗粒物浓度的数据性质和类型是一致的特定阈值。例如在所述颗粒物浓度数据 为质量浓度数据时,可以设置气道中颗粒物的质量浓度阈值作为滤芯效能的指标。在所述 颗粒物浓度数据为透光率时,可以设置滤芯的透光率阈值作为滤芯效能的指标。类似地,在 所述颗粒物浓度数据为其他类型的数据时,可以设置该类型数据的阈值作为滤芯效能的指 标。
[0047] 这里的特定阈值可以为预先设置的经验数值,在实际应用中这个经验数值可以依 据实际情况改变。可以由大量实验数据形成表格或曲线,形成曲线的过程中可以使用插值 法或拟合法。形成表格或者曲线后,可以通过能够容忍的最低效能反向推导出它所对应的 数据来作为预设数据。此后每当光敏元件20测出数据并通过计算单元30得到颗粒物浓度数 据,就将这个颗粒物浓度数据与特定阈值进行比较。
[0048] 特别地,所述比较单元40的比较结果一般为大于、小于或等于。当所述比较结果表 示所述颗粒物浓度数据大于特定阈值时,比较单元40判定当前所述滤芯效能为不合格;当 所述比较结果表示所述相对数据小于或者等于特定阈值时,比较单元40判定当前所述滤芯 效能为合格。
[0049] —般而言,单次的采样、计算和比较结果通常可能会有偶然性,例如,在设备刚刚 开启时,气道内的环境不稳定,采集的数据可能会不能反映真实情况;或者在偶发的环境变 化时,可能会导致判断错误,而根据单次的比较结果而给出的滤芯效能判定结果通常会导 致误判,为了避免这一问题的发生,优选地,所述光敏元件20,还用于以预定的采样频率采 集表征所述第二光信号;以及所述比较单元40,还用于当根据每次采样的第二光信号获得 的连续N次比较结果均判定当前滤芯效能为不合格时,判定所述滤芯效能为不合格。其中所 述N为预定的正整数,例如N = 5。连续的N次比较结果可以有利地避免单次采集、计算和比较 导致的误判,从而进一步提尚检测的准确性。
[0050] 特别地,所述装置还可以包括:警报单元70,用于在比较单元40判定滤芯效能为不 合格时发出警报信号,从而可以有效地提示使用者更换滤芯;和/或风机控制单元80,用于 在比较单元40判定滤芯效能为不合格时控制风机停止运行,从而防止低效能的滤芯没能阻 挡的颗粒物通过风机继续在气道内传播,可以有效地提升设备的清洁度、节约资源、提高设 备的使用效率。
[0051] 根据本发明的另一个实施例,还提供一种呼吸机,包括前述实施例所述的滤芯的 效能检测装置。
[0052] 以上已经结合附图描述了本发明的实施例,针对于现有技术中仅提供定期更换提 示会导致无法客观反应滤芯真实效能,造成过度更换滤芯而引发浪费或过度使用滤芯而引 发气道的二次污染,根据本实施例,提供了一种对滤芯,特别是呼吸机的滤芯效能的准确检 测手段,从而方便地获取滤芯效能的真实情况。
[0053] 下面将结合附图描述根据本发明另一实施例的滤芯的效能检测方法。本实施例与 上一实施例相同或类似的部分下文将不再赘述。
[0054] 参考图2,如图所示,一种滤芯的效能检测方法,所述滤芯设置在气道内部,所述方 法包括:发光步骤SlOO,用于在所述气道的一侧,向气道内发射第一光信号;采集步骤S200, 用于在所述气道的另一侧,接收所述第一光信号经过所述气道的作用而形成的第二光信 号;计算步骤S300,用于至少根据所述第二光信号计算表征颗粒物浓度的数据;比较步骤 S400,用于将所述表征颗粒物浓度的数据与对应于该数据的特定阈值进行比较以获得比较 结果,所述比较结果用于表示所述滤芯的效能。
[0055] 其中所述步骤S400还包括:当所述比较结果表示所述表征颗粒物浓度的数据大于 特定阈值时,判定当前所述滤芯效能为不合格;当所述比较结果表示所述表征颗粒物浓度 的数据不大于特定阈值时,判定当前所述滤芯效能为合格。
[0056] 更具体地,所述采集步骤S200,还用于以预定的采样频率采集第二光信号;以及所 述比较步骤S400,还用于当根据每次采样的第二光信号获得的连续N次比较结果均判定当 前滤芯效能为不合格时,判定所述滤芯效能为不合格。
[0057] 特别地,其中所述表征颗粒物浓度的数据为质量浓度数据;所述发光步骤用于在 所述滤芯沿气流方向的后侧向气道的已过滤通路发射第一光信号;所述采集步骤用于在所 述滤芯沿气流方向的后侧接收所述第一光信号经过所述气道的已过滤通路的作用形成的 第二光信号。进一步,所述方法还包括脉冲幅度检测步骤,用于根据所述第二光信号获得脉 冲幅度信息;脉冲个数检测步骤,用于根据所述第二光信号获得脉冲个数信息;所述计算单 元,用于根据所述脉冲幅度信息以及所述脉冲个数信息计算质量浓度数据。
[0058] 特别地,所述表征颗粒物浓度的数据为透光率数据;所述发光步骤用于在所述滤 芯区域的气道的一侧,向滤芯发射第一光信号;所述采集步骤用于在所述滤芯区域的气道 的另一侧,接收所述第一光信号经过所述滤芯的作用而形成的第二光信号;所述方法还包 括光强转换步骤,用于将所述第一光信号转换为第一光强数据,将所述第二光信号转换为 第二光强数据;所述计算步骤,根据所述第一光强数据和所述第二光强数据计算所述透光 率数据。
[0059] 下面将结合具体例子来详细描述本发明的实施例。
[0060] 〈例子 1>
[0061] 在本例子中,表征颗粒物浓度的数据为质量浓度数据。
[0062] 根据本例子,如图3所示,发光装置10设置在所述滤芯50的沿气流方向的后侧,用 于向气道的已过滤通路发射第一光信号。
[0063] 这里的“所述滤芯的沿气流方向的后侧”是指在保证前述的位置限定的基础上,还 要位于气流通过滤芯后所在的那段气道的一侧。“气道的已过滤通路”指的是已经被过滤的 气流所在的那段气道内部的通路。
[0064] 发光装置10可以包括驱动装置12和发光元件14,其中发光元件14可以是可见光发 光二极管、红外发光二极管或激光元件,或者是这些元件的相互组合。驱动装置12可以驱动 发光元件14以预定的闪烁频率发出光信号,由于第二光信号不需要每个时刻都采集,因此 这样设计可以节省电能,增加元器件的使用寿命。
[0065] 光敏元件20设置在所述滤芯的沿气流方向的后侧,用于接收所述第一光信号经过 所述气道的已过滤通路的作用而形成的第二光信号。“所述滤芯的沿气流方向的后侧”的含 义与前述相同,这样设置会让光敏元件20更充分地接触第二光信号。“气道的已过滤通路” 的含义与前述相同。
[0066] 发光装置10与光敏元件20这样设置的目的是为了测出经过滤芯过滤后的气体中 的颗粒物浓度,如果在已经过滤后的气体中仍然检测出颗粒物的浓度很高,则可以表明滤 芯的效能很低。
[0067] 本例子中,计算单元30仅根据第二光信号即可计算出表征颗粒物浓度的数据。
[0068] 下面结合图4说明如何仅通过第二光信号计算出表征颗粒物浓度的数据。
[0069] 图4中测量颗粒物浓度测量的依据是,颗粒物所散射光的强度随颗粒物的表面积 的增大而增大,因此只要测定颗粒物所散射的光强就可以推知颗粒物的大小,另一方面,每 个颗粒物产生的散射光可以表现为光脉冲,经过光敏元件的光电转换变成电脉冲,再通过 电路的放大和甄别,最终可以通过脉冲的幅度确定颗粒物的大小,同时可以通过脉冲的个 数确定颗粒物的个数。
[0070] 图4中的装置除前述的发光装置10、光敏元件20等装置外,还可以包括第一透镜 92、第二透镜94,使得光线尽可能地汇聚在某一测量点,从而让测量结果更加准确。
[0071] 本例子中还可以包括脉冲幅度检测单元,用于根据所述第二光信号获得脉冲幅度 信息;脉冲个数检测单元,用于根据所述第二光信号获得脉冲个数信息。脉冲幅度检测单元 和脉冲个数检测单元在图4中未示出。
[0072] 计算单元,用于根据所述脉冲幅度信息以及所述脉冲个数信息计算质量浓度数 据。
[0073] 如图4所示,虚线箭头代表气流的流向。发光装置10与光敏元件20均设置在气道的 内侧。发光装置10发出的光通过第一透镜92的汇聚作用作为入射光91通过气道。颗粒物95 随着气流的方向运动,入射光91照射在颗粒物95上,并发生散射,产生散射光93,此时散射 光93通过第二透镜94的汇聚作用照射在光敏元件20上,光敏元件20将接收到的光信号转换 为电信号,并送至脉冲幅度检测单元和脉冲个数检测单元。由于颗粒物一般质量较小,在通 过气道通路60时速度通常很快,导致每个颗粒物经过气道通路60时光发生散射的时长较 短,因此经过光电转换和数模转换后形成的数字信号在波形上通常呈现脉冲信号的特征。 由上述测量原理可知,脉冲个数检测单元测得的脉冲个数信息即为所测得的颗粒物的个 数,而脉冲幅度检测单元测得的脉冲幅度信息则可以反应颗粒物的大小。
[0074] 在实际测量过程中,由于光的散射是向各个方向的,因此只用一个光敏元件可能 无法检测到所有的散射光,导致测量结果不够准确,一种解决的办法是可以使用多个光敏 元件来测量,此时每个光敏元件所在的电路支路可以称为电压通道,为了便于计算,可以对 每个电压通道中的对应于颗粒物数量的多个电压脉冲信号取中值(统计学意义上的中值) 作为相对中值电压,在这种情况下,我们可以使用以下公式:
Figure CN105651673BD00111
[0076] 来计算出颗粒物的质量浓度。其中C表示颗粒物的质量浓度。Vi为第i个电压通道 的相对中值电压。N (V1)为测量的第i个电压通道的信号脉冲总数(即颗粒物数量)。(1为电压 通道的总数。k为比例系数,与质量浓度C的量纲相同。α为待定系数。本公式中的k和α可以通 过实验来确定较为优选的值。在一个优选的实施例中,q可以为2048,α可以为1.5。
[0077] 使用上述的测量装置和计算公式即可在气流流动时测出气流中的颗粒物浓度值, 并可以将这个浓度值与预定的浓度阈值比较,来判断是否需要更换滤芯。
[0078] 〈例子 2>
[0079] 本例子中,表征颗粒物浓度的数据为滤芯的透光率,并且需要使用第二光信号以 及第一光信号两个信号进行透光率的计算。
[0080] 根据本例子,如图4所示,发光装置10设置在滤芯区域的气道的一侧,用于向滤芯 发射第一光信号。
[0081] 图5示出了本发明的滤芯的效能检测装置的另一个实施例的示意图。
[0082] 其中,发光装置10设置在滤芯区域的气道的一侧,用于向滤芯90发射第一光信号。 光敏元件20设置在滤芯区域的气道的另一侧,用于接收第一光信号经过滤芯90的作用而形 成的第二光信号,本例子的发光装置种类与前述的例子相同,此处不在赘述。
[0083] 由于滤芯90是放置于气道当中的,光可以由气道一侧经由滤芯90到达气道外部的 另一侧,这个过程中会根据滤芯90中颗粒物的浓度不同,滤芯90的透光率数据也随之发生 变化。颗粒物的浓度越大,光经过滤芯90时,照射在颗粒物上的散射现象也就越明显。
[0084] 计算单元30根据第一光信号和第二光信号计算表征颗粒物浓度的数据。在本例子 中,这个确定颗粒物浓度的数据的方式是用第二光信号与第一光信号做比值。
[0085] 本例子的装置还可以包括光强转换单元用于将所述第一光信号转换为第一光强 数据,将所述第二光信号转换为第二光强数据,所述的光强转换单元可以是数模转换器。
[0086] 例如,在一个实施例中,发光装置10发出的光的光强为1坎德拉,而光敏元件20接 收到的光强为0.7坎德拉,则可以计算得出滤芯的透光率为70%。再根据预先设置的特定阈 值判断在这个透光率下是否需要更换滤芯。
[0087] 透光率与滤芯效能的关系如图4所示。从图中可以看出,滤芯的过滤效能当光强下 降至一个平稳的值时达到最低,也就是说,在本实施例中,当光强迅速减少到一个稳定的值 时,可以理解为滤芯应当更换。
[0088] 前述的装置可以包括在呼吸机当中。在实际应用中,需要使用呼吸机的患者往往 对空气质量要求更高,因此本发明提供的滤芯的效能检测装置可以优选地应用于呼吸机当 中。
[0089] 本领域技术人员应当明白,可以通过各种方式来实现上述装置。例如,可以通过指 令配置处理器来实现上述装置。例如,可以将指令存储在ROM中,并且当启动设备时,将指令 从ROM读取到可编程器件中来实现上述装置。例如,可以将上述装置固化到专用器件(例如 ASIC)中。可以将上述装置分成相互独立的装置,或者可以将它们合并在一起实现。上述装 置可以通过上述各种实现方式中的一种来实现,或者可以通过上述各种实现方式中的两种 或更多种方式的组合来实现。对于本领域技术人员来说,这些实施方式都是等价的。
[0090] 本领域技术人员公知的是,随着诸如大规模集成电路技术的电子信息技术的发展 和软件硬件化的趋势,要明确划分计算机系统软、硬件界限已经显得比较困难了。因为,任 何操作可以软件来实现,也可以由应当来实现。任何指令的执行可以由硬件完成,同样也可 以由软件来完成。对于某一机器功能采用硬件实现方案还是软件实现方案,取决于价格、速 度、可靠性、存储容量、变更周期等非技术性因素。因此,对于电子信息技术领域的普通技术 人员来说,更为直接和清楚地描述一个技术方案的方式是描述该方案中的各个操作。在知 道所要执行的操作的情况下,本领域技术人员可以基于对所述非技术性因素的考虑直接设 计出期望的产品。
[0091] 虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明,但是本领域的技 术人员应该理解,以上例子仅是为了进行说明,而不是为了限制本发明的范围。本领域的技 术人员应该理解,可在不脱离本发明的范围和精神的情况下,对以上实施例进行修改。本发 明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (14)

1. 一种滤芯的效能检测装置,所述滤芯设置在呼吸机气道内部,其特征在于,所述效能 检测装置包括: 发光装置,设置在所述气道的一侧,并用于向所述气道内发射第一光信号; 光敏元件,设置在所述气道的另一侧,并用于接收所述第一光信号经过所述气道的作 用而形成的第二光信号; 计算单元,用于至少根据所述第二光信号计算表征颗粒物浓度的数据; 比较单元,用于将所述表征颗粒物浓度的数据与对应于该数据的特定阈值进行比较以 获得比较结果,所述比较结果用于表示滤芯效能。
2. 根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述比较单元还用于: 当所述比较结果表示所述表征颗粒物浓度的数据大于特定阈值时,判定当前所述滤芯 效能为不合格; 当所述比较结果表示所述表征颗粒物浓度的数据小于或等于特定阈值时,判定当前所 述滤芯效能为合格。
3. 根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于, 所述光敏元件,还用于以预定的采样频率采集所述第二光信号; 所述比较单元,还用于当根据至少采样的第二光信号获得的连续N次比较结果均判定 当前滤芯效能为不合格时,判定所述滤芯效能为不合格。
4. 根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述表征颗粒物浓度的数据为质量浓度数 据; 所述发光装置,设置在所述滤芯的沿气流方向的后侧,用于向气道的已过滤通路发射 第一光信号; 所述光敏元件,设置在所述滤芯的沿气流方向的后侧,用于接收所述第一光信号经过 所述气道的已过滤通路的作用而形成的第二光信号。
5. 根据权利要求4所述的装置,其特征在于,还包括: 脉冲幅度检测单元,用于根据所述第二光信号获得脉冲幅度信息; 脉冲个数检测单元,用于根据所述第二光信号获得脉冲个数信息; 所述计算单元,用于根据所述脉冲幅度信息以及所述脉冲个数信息计算质量浓度数 据。
6. 根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述表征颗粒物浓度的数据为透光率数 据; 所述发光装置,设置在所述滤芯区域的气道的一侧,用于向滤芯发射第一光信号; 所述光敏元件,设置在所述滤芯区域的气道的另一侧,用于接收所述第一光信号经过 所述滤芯的作用而形成的第二光信号; 所述装置还包括光强转换单元,用于将所述第一光信号转换为第一光强数据,将所述 第二光信号转换为第二光强数据; 所述计算单元,根据所述第一光强数据和所述第二光强数据计算所述透光率数据。
7. 根据权利要求2所述的装置,其特征在于,所述装置还包括: 警报单元,用于在比较单元判定滤芯效能为不合格时发出警报信号;和/或 风机控制单元,用于在比较单元判定滤芯效能为不合格时控制风机停止运行。
8. —种呼吸机,其特征在于,包括如权利要求1至7中任意一项所述的装置。
9. 一种滤芯的效能检测方法,所述滤芯设置在呼吸机气道内部,其特征在于,包括: 发光步骤,用于在所述气道的一侧,向气道内发射第一光信号; 采集步骤,用于在所述气道的另一侧,接收所述第一光信号经过所述气道的作用而形 成的第二光信号; 计算步骤,用于至少根据所述第二光信号计算表征颗粒物浓度的数据; 比较步骤,用于将所述表征颗粒物浓度的数据与对应于该数据的特定阈值进行比较以 获得比较结果,所述比较结果用于表示所述滤芯的效能。
10. 根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述比较步骤还包括: 当所述比较结果表示所述表征颗粒物浓度的数据大于特定阈值时,判定当前所述滤芯 效能为不合格; 当所述比较结果表示所述表征颗粒物浓度的数据不大于特定阈值时,判定当前所述滤 芯效能为合格。
11. 根据权利要求9或10所述的方法,其特征在于,其中: 所述采集步骤,还用于以预定的采样频率采集所述第二光信号; 所述比较步骤,还用于当根据至少采样的第二光信号获得的连续N次比较结果均判定 当前滤芯效能为不合格时,判定所述滤芯效能为不合格。
12. 根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述表征颗粒物浓度的数据为质量浓度 数据; 所述发光步骤用于在所述滤芯沿气流方向的后侧向气道的已过滤通路发射第一光信 号; 所述采集步骤用于在所述滤芯沿气流方向的后侧接收所述第一光信号经过所述气道 的已过滤通路的作用形成的第二光信号。
13. 根据权利要求12所述的方法,其特征在于,还包括: 脉冲幅度检测步骤,用于根据所述第二光信号获得脉冲幅度信息; 脉冲个数检测步骤,用于根据所述第二光信号获得脉冲个数信息; 所述计算单元,用于根据所述脉冲幅度信息以及所述脉冲个数信息计算质量浓度数 据。
14. 根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述表征颗粒物浓度的数据为透光率数 据; 所述发光步骤用于在所述滤芯区域的气道的一侧,向滤芯发射第一光信号; 所述采集步骤用于在所述滤芯区域的气道的另一侧,接收所述第一光信号经过所述滤 芯的作用而形成的第二光信号; 所述方法还包括光强转换步骤,用于将所述第一光信号转换为第一光强数据,将所述 第二光信号转换为第二光强数据; 所述计算步骤,根据所述第一光强数据和所述第二光强数据计算所述透光率数据。
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