CN107328716A - 一种医用气体探测器的非线性修正装置与修正方法 - Google Patents

一种医用气体探测器的非线性修正装置与修正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种医用气体探测器的非线性修正装置与修正方法，属于医疗技术领域。本发明包括激光器、1×2光纤耦合器、2个光纤准直器、标准气体探测器、光声探测器、气体池、中心供气系统；所述激光器是光纤脉冲激光器，中心波长是4.26μm；所述1×2光纤耦合器的耦合比是50∶50，具有一个输入端与两个输出端，输入端与激光器连接，输出端与光纤准直器连接；所述2个光纤准直器的性能相同，中心波长是4.26μm，安装在气体池一侧；所述标准气体探测器与光声探测器安装在气体池的另一侧，分别与光纤准直器对准；所述标准气体探测器是经过溯源的热释电探测器；所述气体池包含进气通道和排气通道；所述气体池通过进气通道与中心供气系统连接。本发明可以对气体探测器进行非线性修正，提高气体浓度的测试准确度，降低手术风险。

Description

一种医用气体探测器的非线性修正装置与修正方法
技术领域
本发明属于医疗技术领域，尤其涉及一种医用气体探测器的非线性修正装置与修正方法。
背景技术
在使用腹腔镜对患者进行手术治疗时，通常需要使用腔镜气腹机与中心供气系统连接，在患者腹腔内注入二氧化碳气体，为方便医生在患者体内操作腹腔镜提供足够的空间。现有的中心供气系统不仅可以提供二氧化碳气体，而且还可以提供多种气体，比如氧气.在开展腹腔镜手术时，腔镜气腹机与中心供气系统的二氧化碳气体通道连接是否正确，以及二氧化碳气体浓度是否满足要求，对手术的顺利开展具有重要的影响，否则会延误手术进展，影响患者的治疗。
现有的腔镜气腹机并不能检测中心供气系统输出二氧化碳气体的浓度，而且现有的用于检测气体浓度的气体探测器存在一定的测试非线性误差，影响了气体浓度的检测准确性，不能为医生提供准确的参考，容易误导医生的判断，存在手术失败的风险。
发明内容
本发明的目的是针对现有气体探测器存在非线性误差的缺陷，提出一种医用气体探测器的非线性修正装置与修正方法，修正气体探测器的非线性误差，提高气体浓度的检测准确度，降低手术风险。
本发明采用如下技术方案：
一种医用气体探测器的非线性修正装置，包括激光器、1×2光纤耦合器、2个光纤准直器、标准气体探测器、光声探测器、气体池、中心供气系统；所述激光器是光纤脉冲激光器，中心波长是4.26μm；所述1×2光纤耦合器的耦合比是50∶50，具有一个输入端与两个输出端，输入端与激光器连接，输出端与光纤准直器连接；所述2个光纤准直器的性能相同，中心波长是4.26μm，安装在气体池一侧；所述标准气体探测器与光声探测器安装在气体池的另一侧，分别与光纤准直器对准；所述标准气体探测器是经过溯源的热释电探测器，具有很小的测量不确定度；所述光声探测器依据自身内部的气压变化实现气体浓度的测试，相比于其它传统气体探测器，具有更高的灵敏度，能够实现微弱信号的检测；所述气体池包含进气通道和排气通道；所述气体池通过进气通道与中心供气系统连接。
本发明还提供一种如上所述医用气体探测器非线性修正装置的修正方法，包括以下步骤：
步骤1：开启激光器，激光器输出的激光通过1×2光纤耦合器一分为二分别传输到2个光纤准直器，经2个光纤准直器输出的激光通过二氧化碳气体吸收之后分别进入标准气体探测器和光声探测器：
步骤2：控制中心供气系统，按照0％～100％等浓度间隔递增的方式往气体池中通入二氧化碳气体，记录在不同浓度时标准气体探测器测试的浓度值Pm1(m＝1，2，…，N)和光声探测器测试的浓度值Pn1(n＝1，2，…，N)，N是测试数据的个数，N≥2；
步骤3：控制中心供气系统，按照100％～0％等浓度间隔递减的方式往气体池中通入二氧化碳气体，该浓度间隔与步骤2中的浓度间隔相同，记录在不同浓度时标准气体探测器测试的浓度值Pm2(m＝1，2，…，N)和光声探测器测试的浓度值Pn2(n＝1，2，…，N)；
步骤4：在二氧化碳气体浓度相同时，计算标准气体探测器在步骤2和步骤3中测试的二氧化碳气体浓度的平均值：
计算光声探测器在步骤2和步骤3中测试的二氧化碳气体浓度的平均值：
步骤5：在二氧化碳气体浓度相同时，计算标准气体探测器测试的二氧化碳气体浓度平均值与光声探测器测试的二氧化碳气体浓度平均值之间的修正系数：
步骤6：采用非线性最小二乘法计算光声探测器测试的二氧化碳气体浓度平均值P与修正系数α之间的关系；
α＝a·P+b
式中a、b分别是拟合系数；
步骤7：采用光声探测器测试二氧化碳气体浓度时，根据光声探测器的测试平均值与修正系数之间的关系，计算光声探测器测试的二氧化碳气体浓度值对应的修正系数，然后把光声探测器测试的二氧化碳气体浓度值与修正系数相乘，即可实现光声探测器测试值的非线性修正，获得更加准确的二氧化碳气体浓度值，提高了测试精度。
本发明所述的一种医用气体探测器的非线性修正装置与修正方法，降低了用于检测气体浓度光声探测器的测试非线性误差，提高了二氧化碳气体浓度的检测准确度，具有更高的测试精度，为医生提供了更加准确的气体浓度参考依据，降低了手术风险。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明实现气体浓度非线性修正的流程图。
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，下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。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。
如图1所示，一种医用气体探测器的非线性修正装置，包括激光器1、1×2光纤耦合器2、光纤准直器31与32、标准气体探测器4、光声探测器5、气体池6、中心供气系统7；所述激光器1是光纤脉冲激光器，中心波长是4.26μm；所述1×2光纤耦合器2的耦合比是50∶50，具有一个输入端与两个输出端，输入端与激光器1连接，输出端分别与光纤准直器31、光纤准直器32连接；所述光纤准直器31与光纤准直器32的性能相同，中心波长是4.26μm，安装在气体池6一侧；所述标准气体探测器4与光声探测器5安装在气体池6的另一侧，分别与光纤准直器31、光纤准直器32对准；所述标准气体探测器4是经过溯源的热释电探测器，具有很小的测量不确定度；所述光声探测器5依据自身内部的气压变化实现气体浓度的测试，相比于其它传统气体探测器，具有更高的灵敏度，能够实现微弱信号的检测；所述气体池6包含进气通道61和排气通道62；气体池6通过进气通道61与中心供气系统7连接。
图2是采用图1所示医用气体探测器非线性修正装置，对用于气体浓度检测的光声探测器的测试值进行非线性修正的流程，具体步骤是：
步骤1：开启激光器1，激光器1输出的激光通过1×2光纤耦合器2一分为二分别传输到光纤准直器31与光纤准直器32，经光纤准直器31输出的激光通过二氧化碳气体吸收之后进入标准气体探测器4，经光纤准直器32输出的激光通过二氧化碳气体吸收之后进入光声探测器5；
采用一个激光器1经分光之后变成性能相同的两束激光，两束激光进入气体池6，经过相同浓度二氧化碳气体吸收之后，同时入射到标准气体探测器4和光声探测器5，可以消除激光器1输出激光不稳定引入的测量误差；
步骤2：控制中心供气系统7，按照0％～100％等浓度间隔递增的方式往气体池6中通入二氧化碳气体，记录在不同浓度时标准气体探测器4测试的浓度值Pm1(m＝1，2，…，N)和光声探测器5测试的浓度值Pn1(n＝1，2，…，N)，N是测试数据的个数，N≥2；比如浓度间隔是20％时，往气体池6中分别通入浓度是0％、20％、40％、60％、80％、100％的二氧化碳气体，在不同二氧化碳气体浓度时，标准气体探测器4测试的浓度值是Pm1(m＝1，2，…，6)，光声探测器5测试的浓度值是Pn1(n＝1，2，…，6)；
步骤3：控制中心供气系统7，按照100％～0％等浓度间隔递减的方式往气体池6中通入二氧化碳气体，该浓度间隔与步骤2中的浓度间隔相同，记录在不同浓度时标准气体探测器4测试的浓度值Pm2(m＝1，2，…，N)和光声探测器5测试的浓度值Pn2(n＝1，2，…，N)；比如步骤2中的浓度间隔是20％时，往气体池6中分别通入浓度是100％、80％、60％、40％、20％、0％的二氧化碳气体，在不同二氧化碳气体浓度时，标准气体探测器4测试的浓度值是Pm2(m＝1，2，…，6)，光声探测器5测试的浓度值是Pn2(n＝1，2，…，6)；
步骤4：在二氧化碳气体浓度相同时，计算标准气体探测器4在步骤2和步骤3中测试的二氧化碳气体浓度的平均值：
计算光声探测器5在步骤2和步骤3中测试的二氧化碳气体浓度的平均值；
步骤5：在二氧化碳气体浓度相同时，计算标准气体探测器4测试的二氧化碳气体浓度平均值与光声探测器5测试的二氧化碳气体浓度平均值之间的修正系数：
步骤6：采用非线性最小二乘法计算光声探测器5测试的二氧化碳气体浓度平均值P与修正系数α之间的关系：
α＝a.P+b
式中a、b分别是拟合系数；
步骤7：采用光声探测器5测试二氧化碳气体浓度时，根据光声探测器5的测试平均值与修正系数之间的关系，计算光声探测器5测试的二氧化碳气体浓度值对应的修正系数，然后把光声探测器5测试的二氧化碳气体浓度值与修正系数相乘，即可实现光声探测器5测试值的非线性修正，获得更加准确的二氧化碳气体浓度值，提高了测试精度。
本发明采用等浓度间隔递增和等浓度间隔递减的方式往气体池中注入不同浓度二氧化碳气体，在两种方式下，根据在不同二氧化碳气体浓度时标准气体探测器和光声探测器的测试值，计算得到光声探测器的测试平均值与修正系数之间的关系，依据这种关系计算光声探测器的修正值，能够减小往气体池中单向递增或递减注入二氧化碳气体浓度计算修正系数引入的离散型误差。
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 (2)

1.一种医用气体探测器的非线性修正装置，其特征在于，包括激光器、1×2光纤耦合器、2个光纤准直器、标准气体探测器、光声探测器、气体池、中心供气系统；所述激光器是光纤脉冲激光器，中心波长是4.26μm；所述1×2光纤耦合器的耦合比是50∶50，具有一个输入端与两个输出端，输入端与激光器连接，输出端与光纤准直器连接；所述2个光纤准直器的性能相同，中心波长是4.26μm，安装在气体池一侧；所述标准气体探测器与光声探测器安装在气体池的另一侧，分别与光纤准直器对准；所述标准气体探测器是经过溯源的热释电探测器，具有很小的测量不确定度；所述光声探测器依据自身内部的气压变化实现气体浓度的测试，相比于其它传统气体探测器，具有更高的灵敏度，能够实现微弱信号的检测；所述气体池包含进气通道和排气通道；所述气体池通过进气通道与中心供气系统连接。
2.一种如权利要求1所述的医用气体探测器非线性修正装置的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：开启激光器，激光器输出的激光通过1×2光纤耦合器一分为二分别传输到2个光纤准直器，经2个光纤准直器输出的激光通过二氧化碳气体吸收之后分别进入标准气体探测器和光声探测器；
步骤2：控制中心供气系统，按照0％～100％等浓度间隔递增的方式往气体池中通入二氧化碳气体，记录在不同浓度时标准气体探测器测试的浓度值Pm1(m＝1，2，…，N)和光声探测器测试的浓度值Pn1(n＝1，2，…，N)，N是测试数据的个数，N≥2；
步骤3：控制中心供气系统，按照100％～0％等浓度间隔递减的方式往气体池中通入二氧化碳气体，该浓度间隔与步骤2中的浓度间隔相同，记录在不同浓度时标准气体探测器测试的浓度值Pm2(m＝1，2，…，N)和光声探测器测试的浓度值Pn2(n＝1，2，…，N)；
步骤4：在二氧化碳气体浓度相同时，计算标准气体探测器在步骤2和步骤3中测试的二氧化碳气体浓度的平均值：
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计算光声探测器在步骤2和步骤3中测试的二氧化碳气体浓度的平均值：
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步骤5：在二氧化碳气体浓度相同时，计算标准气体探测器测试的二氧化碳气体浓度平均值与光声探测器测试的二氧化碳气体浓度平均值之间的修正系数：
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步骤6：采用非线性最小二乘法计算光声探测器测试的二氧化碳气体浓度平均值P与修正系数α之间的关系：
α＝a·P+b
式中a、b分别是拟合系数：
步骤7：采用光声探测器测试二氧化碳气体浓度时，根据光声探测器的测试平均值与修正系数之间的关系，计算光声探测器测试的二氧化碳气体浓度值对应的修正系数，然后把光声探测器测试的二氧化碳气体浓度值与修正系数相乘，即可实现光声探测器测试值的非线性修正，获得更加准确的二氧化碳气体浓度值，提高了测试精度。
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