CN107865993A - 一种省氧电子氧气调节器 - Google Patents

Abstract

一种省氧电子氧气调节器，包括电磁阀，高度传感器，压力传感器，呼吸传感器，用于在每一包络时间内当供氧通道出口处压差值由高降低到供氧阈值时控制电磁阀开启一次的时间达到供氧时间后关闭的微控制器；所述电磁阀经驱动模块与微控制器连接，电磁阀进口分别连接供氧通道的进气接头、压力传感器检测端，电磁阀出口分别连接供氧通道的出气接头、呼吸传感器的呼吸压力检测端；所述呼吸传感器输出端、高度传感器输出端、压力传感器输出端分别与微控制器输入端连接。本发明利用呼吸传感器检测到人的呼吸阻力，微控制器通过电磁阀的开闭实现供氧通道的通断，跟随人的呼吸频率在人吸气的初期利用脉冲供氧方式对人体供氧，达到节省氧气的目的。

Description

一种省氧电子氧气调节器

技术领域

一种省氧电子氧气调节器，属于供氧领域，主要应用于在缺氧环境下的氧气补充，如高原缺氧地区或高空缺氧环境。

背景技术

随着海拔高度增加，大气压力降低，大气中氧分压相应降低，导致动脉血氧饱和度下降，产生缺氧。当肺泡氧分压高于8kPa（60mmHg）时，缺氧症状较轻，表现为头痛、头昏、心慌、气促、恶心、呕吐、乏力、失眠、眼花、嗜睡、手足麻木、唇指发绀、心率增快等症状；如果肺泡氧分压低于8kPa（60mmHg）时，即海拔高度达到3000m以上时，容易产生重度缺氧，严重者出现高原昏迷，甚至危及生命，这些症状与低浓度缺氧症状相似，是高原缺氧的即时效应。高原缺氧的另一种危害是使人容易罹患高原病，即当人由平原进入高原，或由低海拔地区进入到高海拔地区时，由于对低氧环境的适应能力不全或失调而产生的一种高原综合症。

采用供氧装置对处于缺氧环境中的人员供氧可有效降低缺氧症状的发生，现有供氧装置所采用氧气调节器均为连续供氧（或肺式供氧），即在人呼吸的全过程（吸气的全过程）均供氧。人吸气周期的约三分之一时间为吸气阶段，其余三分之二时间约为呼气或呼吸间隙阶段，则至少三分之二的氧气未被利用而造成浪费，从而降低了有限气源的时间。同时根据呼吸生理学原理，氧气进入小肺泡囊中比在大肺泡囊中的交换效率更高，因此脉冲供氧是在吸气的极早期高速输出氧气，氧气能够迅速扩散进入小肺泡囊中，避免了长时间停留于气管和大肺泡囊中，提高了氧气的使用效能。脉冲供氧是迄今为止效用最高的供氧技术，能够利用不到十分之一的连续氧流量，实现血氧饱和度大于94%的效能。医学测试显示，脉冲供氧方式，可以使900mL的氧气在使用效果上等同于5L/min连续供氧的生理效用。

发明内容

本发明的目的是为了满足人在缺氧环境下的氧气需求，提供一种省氧电子氧气调节器，可根据人员呼吸频率、使用海拔高度调整供氧频率和供氧量，同时达到节省氧气的目的。

本发明的技术方案是：包括装于供氧通道上的电磁阀，用于采集外界环境海拔高度信号的高度传感器，用于采集供氧通道进口处压力的压力传感器，用于采集供氧通道出口处压差值的呼吸传感器，用于在每一包络时间内当供氧通道出口处压差值由高降低到供氧阈值时控制电磁阀开启一次的时间达到供氧时间后关闭的微控制器；所述电磁阀经驱动模块与微控制器连接，电磁阀进口分别连接供氧通道的进气接头、压力传感器检测端，电磁阀出口分别连接供氧通道的出气接头、呼吸传感器的呼吸压力检测端；所述呼吸传感器输出端、高度传感器输出端、压力传感器输出端分别与微控制器输入端连接。

所述电磁阀为气体控制电磁阀。

所述微控制器上连接有用于当计时器计时达到呼吸暂停报警时间进行呼吸暂停报警、用于当电磁阀开启时呼吸传感器的呼吸压力检测端为负压进行供氧故障报警的报警器，所述报警器包括指示灯、声报警器。

所述微控制器上还连有电源、供氧模式选择开关。

所述微控制器接有外接电源插口。

本发明在每呼吸周期的吸气初期采用脉冲供氧方式供氧一次。本发明利用呼吸传感器检测到人的呼吸阻力，微控制器通过电磁阀的开闭实现供氧通道的通断，跟随人的呼吸频率在人吸气的初期利用脉冲供氧方式对人体供氧；高度传感器检测使用海拔高度，实时调整电子氧气调节器的单次供氧量。同时微控制器实时监测电源电压、进口气体压力、电磁阀状态来保证电子氧气调节器的正常使用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是省氧电子氧气调节器的系统控制原理图。

图2是省氧电子氧气调节器正常工作时控制时序图。

图3是省氧电子氧气调节器呼吸暂停检测时序图。

图4是省氧电子氧气调节器供氧故障时控制时序图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本专利作进一步详细描述。

图1中，本发明主要由电磁阀10、呼吸传感器13、高度传感器2、压力传感器8、微控制器1、电源6、进气接头9、出气接头11、电源开关及供氧模式选择开关14、指示灯3和声报警器4等组成。

电磁阀10为气体控制电磁阀，用于气体通路的开闭，电磁阀10的出口分别与呼吸传感器13的呼吸压力检测端及电子氧气调节器的出口11相连接。呼吸传感器13可检测人在呼吸过程中的气压变化及呼吸频率，且在高海拔环境下能正常工作。电磁阀10的进气口气体压力为0.1 MPa~0.2 MPa，进气口气体应采用相应安全措施保证进气口压力以防止过高使得氧气调节器无法正常工作甚至对人体造成伤害。压力传感器8用于检测进气口气体的压力，微控制器1可根据进气口气体压力的波动调整电磁阀10的开启时间使进气量恒定，从而消除进气口压力波动对供气量的影响。

电磁阀10具有较高的开闭速度以满足脉冲供氧的要求，电磁阀10的寿命可根据电子氧气调节器的使用环境和设计寿命来确定以保证电磁阀10在氧气调节器使用寿命内的正常工作。根据电磁阀10开启过程中所需电流大，开启后所需电流小的工作特性，设计电磁阀10专用驱动模块12，驱动模块是用于驱动电磁阀工作，实现电磁阀10开启过程中提供大电流，在其开启后提供小电流维持电磁阀10的开启，从而降低电磁阀10的功耗，同时收集电磁阀10关闭时产生的反向电能，提高有限电量电源的使用时间。

呼吸传感器13为压差传感器，其呼吸压力检测端与电磁阀10的出口相连接，压差传感器另一端5暴露在外界环境中，得到呼吸压力检测端与外界环境的压力差，从而确定人的呼吸状态。呼吸传感器13将检测到的数字或模拟信号实时输入微控制器，微控制器根据相应算法判断人的呼吸状态。高度传感器2可采用气压传感器检测外界环境的气压，将气压信号输入微控制器进行运算得到外界环境的海拔高度，或采用高度传感器2模块直接得到外界环境的海拔高度输入微控制器，从而调整氧气调节器单次呼吸的供氧量满足人体的用氧需求。

电子氧气调节器的电源6可采用电池或固定电源，当内部电池电量耗尽可通过外接电源插口7接入外界电源为电子氧气调节器提供电源，同时也可利用外接电源为可充电电池充电。当采用电池供电时，应根据电子氧气调节器的工作时间选择相应电压及电量的电池。微控制器1采用电源电压监控电路周期性的检测电压，当电源电压过高或过低时电子氧气调节器采用声光报警方式提醒使用人员。

电源开关及供氧模式选择开关14用于控制电子氧气调节器的开闭及供氧模式的选择，可根据电子氧气调节器的使用状况选择相应的工作模式。如在夜间使用时可适当增加供氧量以提高人的夜间视力，需氧量较大的人可选择较高的供氧模式。可采用多档位拨码开关或多档位旋钮开关等以减少电子氧气调节器上开关的个数，从而提高电子氧气调节器的使用方便性及集成化程度。

电子氧气调节器的微控制器为可编程控制处理器，根据呼吸传感器13、高度传感器2、压力传感器8、电源电压状态等输入信号，通过相应算法控制电子氧气调节器的正常工作及故障报警。指示灯3和光报警器4用以提示电子氧气调节器的工作状态及故障报警，如电源高低压报警、呼吸暂停报警、供氧故障报警，声光报警可采用可发光或可发声电子器件组成，利用光颜色或响应方式的不同提示不同氧气调节器的工作状态。电源高低压报警是指电源过高或过低时进行报警。供氧故障报警是指电子氧气调节器检测到呼吸但其未正常供氧时进行报警。呼吸暂停报警是指在设定时间内电子氧气调节器未检测到人呼吸时进行报警。

本发明正常工作时的控制时序如图2所示。具体检测和控制流程如下：

1)时刻（a）吸气开始，呼吸腔内与外界环境产生负压，呼吸传感器13为负电平。

2)为防止传感器信号波动干扰设定供氧阈值，时刻（b）压差值由高降低到供氧阈值，微控制器1判定产生吸气动作，微控制器1控制电磁阀10开启向呼吸腔内供氧。呼吸腔内产生正压，呼吸传感器13为正电平，同时包络时间开始计时。

3)在时刻（c）达到供氧时间，微控制器1控制电磁阀10关闭停止向呼吸腔内供氧。

4)呼吸传感器13持续检测呼吸腔内气体压力，微控制器1达到设定的包络时间值后才可判断下次吸气动作。

5)重复上述检测和控制流程。

设置包络时间的目的是防止在一次吸气过程中多次供气，微控制器1通过检测呼吸传感器13电平由高降低到设定的供氧阈值来判定吸气状态。在时刻（c）供氧结束，呼吸传感器13由高电平降低为负电平，且低于设定的供氧阈值，若仅通过呼吸传感器13电位的高低来判定认为此时处于吸气阶段，则导致误判。为达到在一次呼吸中电磁阀10仅开启供氧一次的正常工作流程，在微控制器1中设置包络时间，在一个包络时间段内，电磁阀10只能够开启供氧一次，即使在包络时间段内检测到满足呼吸传感器13满足吸气条件，电磁阀10仍不会开启供气，从而确保一次吸气过程中仅供气一次。

当呼吸传感器在一次正常呼吸供氧后未能检测到下次呼吸时，电子氧气调节器微控制器1会判定系统发生呼吸暂停事件，进而采取声光报警告知用户。呼吸暂停的检测时序如图3所示，具体如下：

1)微控制器1实时检测呼吸腔内压差值，判断呼吸动作。时刻（b）呼气动作结束，呼吸暂停计时器开始计时。

2)时刻（c）计时器计时达到设定的呼吸暂停报警时间（20s）仍未检测到下一次吸气，则判定系统发生呼吸暂停事件，通过声光报警提醒用户。若计时时间小于设定的呼吸暂停报警时间，电子氧气调节器正常工作。

3)时刻（d）微控制器1检测到下一次吸气，呼吸暂停事件结束，同时停止相应的声光报警，电子氧气调节器恢复正常工作控制模式。

电子氧气调节器微控制器1实时检测吸气的供氧情况，当吸气过程中未检测到电磁阀供氧时，系统则通过声光报警提醒用户，供氧报警可能是由于气瓶开关未开、氧源耗尽、电子氧气调节器进气管路阻断或断开、电磁阀故障等造成。供氧故障的检测时序如图4所示，具体检测和控制流程如下：

1)时刻（a）至时刻（d）微控制器1检测到呼吸动作，微控制器1给电磁阀10供电，正常供氧，供氧过程中呼吸传感器13检测呼吸腔内为正压，则判定为正常供氧；

2)时刻（e）微控制器1检测到下一次吸气动作，微控制器1给电磁阀10供电，供电过程中呼吸传感器13检测呼吸腔内仍为负压，则判定为供氧故障，进而通过声光报警提醒用户；

3)直到检测到下次呼吸时系统正常供氧，则判定供氧故障事件结束，同时停止相应的声光报警，电子氧气调节器恢复正常工作控制模式。

Claims (5)

1.一种省氧电子氧气调节器，其特征在于：包括装于供氧通道上的电磁阀（10），用于采集外界环境海拔高度信号的高度传感器（2），用于采集供氧通道进口处压力的压力传感器（8），用于采集供氧通道出口处压差值的呼吸传感器（13），用于在每一包络时间内当供氧通道出口处压差值由高降低到供氧阈值时控制电磁阀（10）开启一次的时间达到供氧时间后关闭的微控制器（1）；

所述电磁阀（10）经驱动模块（12）与微控制器（1）连接，电磁阀（10）进口分别连接供氧通道的进气接头（9）、压力传感器（8）检测端，电磁阀（10）出口分别连接供氧通道的出气接头（11）、呼吸传感器（13）的呼吸压力检测端；所述呼吸传感器（13）输出端、高度传感器（2）输出端、压力传感器（8）输出端分别与微控制器（1）输入端连接。

2.根据权利要求1所述的省氧电子氧气调节器，其特征在于：所述电磁阀（10）为气体控制电磁阀。

3.根据权利要求1所述的省氧电子氧气调节器，其特征在于：所述微控制器（1）上连接有用于当计时器计时达到呼吸暂停报警时间进行呼吸暂停报警、用于当电磁阀（10）开启时呼吸传感器（13）的呼吸压力检测端为负压进行供氧故障报警的报警器，所述报警器包括指示灯（3）、声报警器（4）。

4.根据权利要求1所述的省氧电子氧气调节器，其特征在于：所述微控制器（1）上还连有电源（6）、供氧模式选择开关（14）。

5.根据权利要求1所述的省氧电子氧气调节器，其特征在于：所述微控制器（1）接有外接电源插口（7）。