CN105833401A - 便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置，包括：口鼻罩的外侧设置有用于过滤输入氧气的滤芯，内侧设置有氧气浓度传感器；导管的一端开口与口鼻罩的滤芯连通，导管的另一端开口与气泵装置的泵出口连通，控制器对氧气浓度进行分析，根据氧气浓度向真空泵内的电机输出电机转速控制信号，真空泵抽取经过滤网过滤的空气，并利用真空泵内的电机根据电机转速控制信号体调整输气量，提供正压氧气给人体呼吸；超声雾化装置通过雾化开关对雾化器内液体进行雾化；电源模块与气泵装置的电源接口相连以向气泵装置供电。本发明采用电机主动供氧技术，使得用户在耗氧量增加时可以自行调节供氧，不至于因缺氧而导致器官损害。

Description

便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置

技术领域

本发明涉及呼吸器技术领域，特别涉及一种便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置。

背景技术

气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。粒径10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小；而粒径在2.5微米以下的细颗粒物，直径相当于人类头发的1/10大小，不易被阻挡。被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。

每个人每天平均要吸入约1万升的空气，进入肺泡的微尘可迅速被吸收、不经过肝脏解毒直接进入血液循环分布到全身；其次，会损害血红蛋白输送氧的能力，丧失血液。对贫血和血液循环障碍的病人来说，可能产生严重后果。例如可以加重呼吸系统疾病，甚至引起充血性心力衰竭和冠状动脉等心脏疾病。总之这些颗粒还可以通过支气管和肺泡进入血液，其中的有害气体、重金属等溶解在血液中，对人体健康的伤害更大。人体的生理结构决定了对PM2.5没有任何过滤、阻拦能力，而PM2.5对人类健康的危害却随着医学技术的进步，逐步暴露出其恐怖的一面。

在欧盟国家中，PM2.5导致人们的平均寿命减少8.6个月。而PM2.5还可成为病毒和细菌的载体，为呼吸道传染病的传播推波助澜。

当雾霾天气已经深深困扰出行的人们时，室外防霾口罩就成了出门的首选。但是这些种类的口罩到底能够阻拦多大比例的PM2.5呢？实验表明，由于普通PM2.5口罩的测漏一般比较严重，口罩能够过滤的空气一般占人体总呼吸量的50％左右，所以即使带上了口罩，一般也只能达到一半的效果，另一半的PM2.5还是吸入了自己的肺中。

防毒面具型PM2.5防霾罩虽然过滤效果好，但是用户佩戴极不方便，并且用户视野受限。

氧气瓶主动供氧面罩类设备携带极为不变，并且高纯度氧气供应对人体危害也不容忽视。

由于被动呼吸类口罩面罩过滤层的空气阻碍作用，造成用户在比较大量需要呼吸时明显会感觉缺氧，呼吸困难，造成组织缺氧。

口罩面罩类产品不适用人群：

1.心脏或呼吸系统有困难的人(如哮喘肺气肿)

2.怀孕

3.佩戴后头晕、呼吸困难和皮肤敏感

另外，由于感冒、过敏性鼻炎、鼻塞、鼻息肉、肺气肿、急慢性咽炎、喉炎、气管炎、支气管哮喘等上呼吸道感染性疾病的患者还会需要不定期的进行药物雾化吸入治疗，而这种治疗在绝大多数情况下都是在家中或医院诊室进行的，那么，如何开发一种安全的，主动供氧的，并且可以适合绝大多数患者人群的便携式空气过滤及可以产生超声雾化治疗于一体的，适合所有敏感及非敏感人群的一种户外面罩呢。

专利(申请号：201410293140.2；名称：一种智能型过滤鼻罩)公开了一种过滤效果好、使用更舒适且能进行数据监测的智能型鼻罩。该过滤鼻罩虽然在鼻罩内设置检测呼吸动作的传感器，但却无法实现对鼻罩内氧气浓度的检测，从而无法根据氧气浓度主动调整对气泵的输气量，无法根据用户的当前运动状态的需氧量实时调节。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置，采用电机主动供氧技术，使得用户在耗氧量增加时可以自行调节供氧，不至于因缺氧而导致器官损害。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置，包括：口鼻罩、导管、气泵装置、超声雾化装置、控制器和电源模块，其中，

所述口鼻罩的外侧设置有用于过滤输入氧气的滤芯，内侧设置有氧气浓度传感器，所述氧气浓度传感器用于检测所述口鼻罩与人体面部形成的封闭空间内的氧气浓度；所述导管的一端开口与所述口鼻罩的滤芯连通，所述导管的另一端开口与所述气泵装置的泵出口连通，所述气泵装置包括：滤网、电源单元和真空泵，所述控制器设置于所述气泵装置内，用于对来自所述氧气浓度传感器的氧气浓度进行分析，根据所述氧气浓度向所述真空泵内的电机输出电机转速控制信号，所述真空泵抽取经过所述滤网过滤的空气，并利用真空泵内的电机根据所述电机转速控制信号体调整输气量，通过所述导管输送氧气，氧气经过所述导管进入所述口鼻罩，经由所述滤芯过滤后，输送到所述口鼻罩与人体面部形成的封闭空间内，提供正压氧气给人体呼吸；超声雾化装置，所述超声雾化装置与所述控制器相连，用于在所述控制器的作用下通过雾化开关对雾化器内液体进行雾化后，形成的气雾通过所述真空泵及导管吹入所述口鼻罩内部，以由人体吸收；所述电源模块与所述气泵装置的电源接口相连以向所述气泵装置供电。

进一步，所述口鼻罩与人体面部结合区域采用乳胶垫制成。

进一步，所述气泵装置的电源接口为USB接口。

进一步，所述控制器对所述氧气浓度进行分析，如果所述氧气浓度低于第一阈值，则控制所述真空泵的电机以预设高位输气量输出氧气，如果所述氧气浓度高于第二阈值，则控制所述真空泵的电机与预设低位输气量输出氧气。

进一步，所述控制器为单片机。

进一步，本发明实施例的便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置，还包括：调速开关，所述调速开关与所述电源接口和所述真空泵相连，用于在检测到被用户第一次按下时，启动所述控制器，所述控制器控制所述真空泵的电机以预设低位输气量输出氧气，

所述调速开关在检测到被所述用户再次按下时，所述控制器控制所述真空泵的电机以预设高位输气量输出氧气。

进一步，所述电源单元采用可充电锂电池。

进一步，本发明实施例的便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置还包括：与所述控制器相连的LED显示单元和蜂鸣器。

根据本发明实施例的便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置，在口鼻罩内设置氧气浓度传感器，实时检测口鼻罩内的氧气浓度，然后返回给气泵装置内的控制器，由控制器根据当前氧气浓度实时调整真空泵的输气量，使得经过过滤的空气通过导管进入口鼻罩内，形成面罩内正压充气状态，达到户外活动的人们对氧气量的不同需求。本发明的滤网采用高性能HEPA无纺布过滤材料，由于口鼻采用乳胶垫和面部紧密结合，过滤0.3微米以上颗粒的效果可以达到99.5％以上，并且由于采用电机主动供氧技术，使得用户在耗氧量增加时可以自行调节供氧，不至于因缺氧而导致器官损害，并且超声波雾化装置可以有效对于呼吸系统疾病所造成的感染等进行有效的治疗，实现对呼吸困难及需要雾化治疗的病人呼吸洁净空气及治疗，以及一般用户便携辅助呼吸及便携雾化治疗的兼顾。

本发明是根据当前环境需要而开发的主动呼吸型防霾产品，可以根据用户活动量提供适当的正压氧气，使得不同用户在户外必须佩戴防霾装置的时候能够呼吸顺畅，尤其是可以运动量较大时，防止机体缺氧造成身体机能的损害。本发明采用电机主动供氧技术，使得用户在耗氧量增加时可以自行调节供氧，不至于因缺氧而导致器官损害，适合所有敏感及非敏感人群的户外使用。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置的结构图；

图2为根据本发明实施例的口鼻罩的示意图；

图3为根据本发明实施例的气泵装置的结构图；

图4为根据本发明实施例的气泵装置的部分电路图；

图5为根据本发明实施例的便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置的控制流程图；

图6为根据本发明实施例的便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置的结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提出一种便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置，对用户提供主动呼吸，可以让用户的呼吸更加顺畅。

如图1所示，本发明实施例的便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置，包括：口鼻罩1、导管2、气泵装置3、电源模块4、超声雾化装置5和控制器6。

具体地，口鼻罩1的外侧设置有滤芯11，该滤芯可以过滤输入的氧气。其中，该滤芯11采用HEPA(High efficiency particulate air Filter，高效空气过滤器)滤芯，可以过滤掉雾霾中的污染颗粒物。

口鼻罩1的内侧设置有氧气浓度传感器，该氧气浓度传感器可以检测由口鼻罩1和人体面部形成的封闭空间内的氧气浓度。

在本发明的一个实施例中，口鼻罩1与人体面部结合区域采用乳胶垫制成。参考图2，口鼻罩1采用食品级PLA材质作为骨架12，使得口鼻罩佩扣于口鼻部位，与脸部结合面采用食品级乳胶垫，保证口鼻罩四周密闭性能。口鼻罩边缘与面部通过软硅胶结合防止漏气。由于口鼻采用乳胶垫和面部紧密结合，过滤0.3微米以上颗粒的效果可以达到99.5％以上。

导管2的一端开口与口鼻罩1的滤芯11连通，导管2的另一端开口与气泵装置3的泵出口连通。其中，导管2采用医用PE材料。

具体地，如图3所示，气泵装置3包括：滤网31、电源单元32和真空泵33、调速开关34、USB接口35、雾化开关36。其中，滤网31可以采用高性能HEPA无纺布过滤材料。电源单元32可采用可充电锂电池，通过USB接口35进行充电。

控制器6设置于气泵装置内，用于对来自氧气浓度传感器12的氧气浓度进行分析，根据氧气浓度向真空泵33内的电机输出电机转速控制信号。

真空泵33抽取经过滤网31过滤的空气，并利用真空泵内的电机根据电机转速控制信号体调整输气量。通过导管输送氧气，氧气经过导管2进入口鼻罩1，经由滤芯11过滤后，输送到口鼻罩与人体面部形成的封闭空间内，提供正压氧气给人体呼吸。即，由真空泵33通过导管给口鼻罩1提供正压洁净空气。

电池供电气泵及雾化一体机提供电能，过滤电动真空气泵通过电池供电向口鼻罩内输送过滤后的气体，以弥补口鼻罩过滤网氧气的不足。

在本发明的一个实施例中，真空泵33采用6L/min的电动气泵。

具体地，控制器6对氧气浓度进行分析，如果氧气浓度低于第一阈值，则控制真空泵33的电机以预设高位输气量输出氧气，如果氧气浓度高于第二阈值，则控制真空泵33的电机与预设低位输气量输出氧气。

在本发明的一个实施例中，控制器6可以为单片机。例如，采用STC 8051内核系统芯片。

电源模块4与气泵装置3的USB接口35相连，从而向气泵装置3的电源单元32供电。在本发明的一个实施例中，气泵装置3的USB接口35为USB接口。电源模块4通过USB接口35向气泵装置3提供电能，气泵装置3向口鼻罩1内输送过滤后的气体，以弥补口鼻罩过滤网氧气的不足。

进一步，如图3所示，气泵装置3还包括：调速开关34，该调速开关34与电源接口和真空泵33相连，用于在检测到被用户第一次按下时，启动。控制真空泵33的电机以预设低位输气量输出氧气。

调速开关34在检测到被用户再次按下时，控制器控制真空泵的电机以预设高位输气量输出氧气。

如图4所示，控制器6采用型号为STC12C5410的单片机，作为核心电路。调速开关34(S1)在第一次被按下时，唤醒单片机及实现调速。稳压芯片U3用于对通过USB接口35接入的来自电源模块4的电压进行稳压处理，电调谐电阻U4用于控制稳压芯片U3的电压输出。其中，稳压芯片U3采用型号为LM2577-ADJ稳压芯片，电调谐电阻U4采用型号为MCP41010的电调谐电阻。

具体地，电源模块4输出的5V电压通过D1输入，经过稳压芯片U3稳压处理后输出，输出端与电机供电端相连。电调谐电阻U4在的控制下而改变电阻，从而控制稳压芯片U3的电压输出，进而控制真空泵气量输出。

超声雾化装置5与控制器6相连，用于在控制器6的作用下通过雾化开关36对雾化器内液体进行雾化后，形成的气雾通过真空泵33及导管2吹入口鼻罩1内部，以由人体吸收。

具体地，超声雾化装置5具有超声波雾化结构，能够利用超声波定向压强，使液体表面隆起，在隆起的液面周围发生空化作用，使液体雾化成小分子的气雾，气雾通过真空泵33及导管2吹入口鼻罩1的内部，通过人体呼吸能够使雾化药物分子通过气雾直接进入毛细血管或肺泡，达到治疗作用。这样就解决了呼吸困难及需要雾化治疗的病人呼吸洁净空气及治疗两个目的都可以达到。解决了一般用户便携辅助呼吸及便携雾化治疗的兼顾。

在本发明的一个实施例中，本发明的内部配套有超声雾化电路及压电陶瓷晶体，可以对一体机内药物储罐内液体进行雾化并通过导管把雾化治疗药物输送进人体口腔及肺部。

参考图3，空气经过HEPA滤网过滤，被真空泵3吸入并通过出口排除洁净空气，超声雾化装置5通过雾化开关36可以对雾化器内液体雾化后进入真空泵33出口，USB接口35对控制器6内锂电池32充电，调速及电源开关控制该装置的启停及真空泵速度。

进一步，本发明实施例的便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置还包括：LED显示单元和蜂鸣器，上述LED显示单元和蜂鸣器分别与控制器6相连，用于以图像和声音形式向用户发出提示信息。

参考图6，采用STC8051内核系统的控制器6，分别与氧气浓度传感器13、电机驱动电路7、电源模块4、超声雾化装置5、按键、LED显示单元、蜂鸣器和USB type C接口35相连。在本发明的一个实施例中，STC8051内核系统，采用4MHz晶振。

氧气浓度传感器13具有以下特点：长寿命、不受CO2，CO，H2S，NOx，H2影响、低成本、常温下工作、信号输出稳定、无需外部电源、不需加热。

氧气浓度传感器13性能如下：

加氧泵电机驱动电路7主要由MCP41010及LM2577集成电路组成，其中MCP41010完成压控调节，通过STC12C5410输出端控制MCP41010的5脚输出电压用于调节LM2577的4脚输出电压，实现加氧泵的转速调节。

电源模块4的按键负责将控制器6从休眠状态唤醒，长按电源返回休眠状态，雾化开关负责激活超声波雾化装置5。蜂鸣器用于系统告警，LED显示单元用于系统运行指示。

超声波雾化装置5对振荡器进行微调，压电陶瓷产生超声波对容器内的水进行超声雾化。控制器6通过CON端对超声波雾化电路进行控制。

USB type C接口35仅用于对装置内锂电池进行充电。

本发明通过锂电池供电，驱动带空气过滤的真空泵装置，使得经过过滤的空气通过导管进入防霾面罩内，形成面罩内正压充气状态，达到户外活动的人们对氧气量的不同需求。

步骤S501，设备上电自检。步骤S502，监测按键。

步骤S503，当监测到按键被第一次按下时，8051内核系统从休眠中唤醒，控制电调谐电阻U4PW0端输出低电阻，进而控制真空泵33的电机低速旋转，真空泵33以预设低位输气量输出氧气。

步骤S504，继续监测按键和氧气传感器。

步骤S505，当监测到按键被第二次按下时，控制电调谐电阻U4PW0端输出高电阻，进而控制真空泵33的电机高速旋转，真空泵33以预设高位输气量输出氧气。

由上可知，本发明采用单片机控制真空泵的电机旋转和停止。其中，单片机在程序设计上采用KEIL公司的MDK进行编程。

步骤S506，继续监测按键。

步骤S507，当监测到调速开关被第三次按下时，休眠，返回步骤S502，如此循环。

步骤S508，控制器控制超声波发生装置运行和停止，执行步骤S506。

需要说明的是，本发明的便携式空气过滤正压辅助呼吸及超声波雾化装置由单片机控制电极旋转和停止，控制超声波发生器的启动及停止。系统在程序设计上，采用KEIL公司的MDK进行编程。

在雾霾肆虐的今天，个体能够做到的只能是低碳出行，尽量不开车，尽可能步行或骑自行车在户外活动，为了保护自己的健康，人们也只能尽最大限度地少摄入PM2.5。本发明提供的便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置可以让人们的呼吸更加顺畅。

根据本发明实施例的便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置，在口鼻罩内设置氧气浓度传感器，实时检测口鼻罩内的氧气浓度，然后返回给气泵装置内的控制器，由控制器根据当前氧气浓度实时调整真空泵的输气量，使得经过过滤的空气通过导管进入口鼻罩内，形成面罩内正压充气状态，达到户外活动的人们对氧气量的不同需求。本发明的滤网采用高性能HEPA无纺布过滤材料，由于口鼻采用乳胶垫和面部紧密结合，过滤0.3微米以上颗粒的效果可以达到99.5％以上，并且由于采用电机主动供氧技术，使得用户在耗氧量增加时可以自行调节供氧，不至于因缺氧而导致器官损害，并且超声波雾化装置可以有效对于呼吸系统疾病所造成的感染等进行有效的治疗，实现对呼吸困难及需要雾化治疗的病人呼吸洁净空气及治疗，以及一般用户便携辅助呼吸及便携雾化治疗的兼顾。

本发明是根据当前环境需要而开发的主动呼吸型防霾产品，可以根据用户活动量提供适当的正压氧气，使得不同用户在户外必须佩戴防霾装置的时候能够呼吸顺畅，尤其是可以运动量较大时，防止机体缺氧造成身体机能的损害。本发明采用电机主动供氧技术，使得用户在耗氧量增加时可以自行调节供氧，不至于因缺氧而导致器官损害，适合所有敏感及非敏感人群的户外使用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (8)

1.一种便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置，其特征在于，包括：口鼻罩、导管、气泵装置、超声雾化装置、控制器和电源模块，其中，

所述口鼻罩的外侧设置有用于过滤输入氧气的滤芯，内侧设置有氧气浓度传感器，所述氧气浓度传感器用于检测所述口鼻罩与人体面部形成的封闭空间内的氧气浓度；

所述导管的一端开口与所述口鼻罩的滤芯连通，所述导管的另一端开口与所述气泵装置的泵出口连通，

所述气泵装置包括：滤网、电源单元和真空泵，其中，所述控制器设置于所述气泵装置内，用于对来自所述氧气浓度传感器的氧气浓度进行分析，根据所述氧气浓度向所述真空泵内的电机输出电机转速控制信号，所述真空泵抽取经过所述滤网过滤的空气，并利用真空泵内的电机根据所述电机转速控制信号体调整输气量，通过所述导管输送氧气，氧气经过所述导管进入所述口鼻罩，经由所述滤芯过滤后，输送到所述口鼻罩与人体面部形成的封闭空间内，提供正压氧气给人体呼吸；

超声雾化装置，所述超声雾化装置与所述控制器相连，用于在所述控制器的作用下通过雾化开关对雾化器内液体进行雾化后，形成的气雾通过所述真空泵及导管吹入所述口鼻罩内部，以由人体吸收；

所述电源模块与所述气泵装置的电源接口相连以向所述气泵装置供电。

2.如权利要求1所述的便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置，其特征在于，所述口鼻罩与人体面部结合区域采用乳胶垫制成。

3.如权利要求1所述的便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置，其特征在于，所述气泵装置的电源接口为USB接口。

4.如权利要求1所述的便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置，其特征在于，所述控制器对所述氧气浓度进行分析，如果所述氧气浓度低于第一阈值，则控制所述真空泵的电机以预设高位输气量输出氧气，如果所述氧气浓度高于第二阈值，则控制所述真空泵的电机与预设低位输气量输出氧气。

5.如权利要求1或4所述的便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置，其特征在于，所述控制器为单片机。

6.如权利要求1所述的便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置，其特征在于，所述气泵装置还包括：调速开关，所述调速开关与所述电源接口和所述真空泵相连，用于在检测到被用户第一次按下时，启动所述控制器，所述控制器控制所述真空泵的电机以预设低位输气量输出氧气，

所述调速开关在检测到被所述用户再次按下时，所述控制器控制所述真空泵的电机以预设高位输气量输出氧气。

7.如权利要求1所述的便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置，其特征在于，所述电源单元采用可充电锂电池。

8.如权利要求1所述的便携式智能空气过滤正压辅助呼吸及超声雾化装置，其特征在于，还包括：与所述控制器相连的LED显示单元和蜂鸣器。