CN109675259A - 一种电磁式气流震荡呼吸训练检测装置 - Google Patents

一种电磁式气流震荡呼吸训练检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电磁式气流震荡呼吸训练检测装置，由呼吸气道、气压检测模块、电磁震荡频率调节模块、阻抗调节模块构成。其中呼吸气道采用三段式分叉设计，可防止电子元器件与气流接触，中段采用渐开线流道，倾斜角由12°逐渐增加到45°，使气道过度平滑，同时可使湍流不稳定高流速气流转换为相对平流低流速气流，便于传感器对数值的检测。通过手动调节阻抗间隙可使不同用户根据自身情况进行训练。该装置具备电磁震荡功能，可使用户体内产生一定频率的正负压变化，有助于用户呼吸功能的训练。检测和训练模式的切换，可实时的检测呼吸的压力。本发明装置采用便携式设计，操作简单，能在多种场合使用，适用于呼吸疾病进行训练和检测的用户。

Description

一种电磁式气流震荡呼吸训练检测装置
技术领域
本发明属于便携式医疗监测设备领域，具体涉及一种呼吸疾病患者康复检测训练装置。
背景技术
呼吸道疾病，常见症状为长期、反复、逐渐加重的咳嗽、喘息和胸闷，并常常伴有咳痰现象。患者在呼吸过程中气流受阻，这种情况是不能完全逆转的，严重影响人体健康。
随着对呼吸疾病的研究和医疗条件的提高，针对呼吸疾病患者康复训练的医疗设备也在进一步的完善。市面上现有的产品按原理主要分为两类，一类为悬浮球式，在竖直圆柱内设置一定重量的球体，通过患者外接气管向内吹气使球体悬浮，起到训练呼吸的作用，但其不具备吸气能力，且只能训练呼气，无法使气道内产生正压，无法检测患者呼气的压力值；另一类为水平直管，在出口设置可以开合的挡片，患者呼气时可使挡片反复开合，此类产品可在呼气过程中在气道内产生正负压力的交替，有助于呼吸的训练，但挡片的开合不能随患者的情况进行调整，同样也无法检测压力，流道的形状也会使出口处的气流能量损耗大，不易于挡片的开闭。
发明内容
本发明的目的是克服上述产品结构设计和功能的不足，提供了一种便携式的呼吸训练检测装置，通过电磁震荡的形式调节出口开闭的频率，并且可利用底部的旋钮调整流道间隙的大小，实现对不同情况患者的呼吸训练，同时具有检测和训练模式的切换，实现呼气压力的准确检测。
为了实现上述目标，本发明采用的技术方案为：
一种电磁式气流震荡呼吸训练检测装置，其特征在于：包括呼吸气道、气压检测模块、电磁震荡频率调节模块、阻抗调节模块；其中呼吸气道包括进气嘴(1)、第一段气道(2)、第二段气道(6)、第三段气道(19)、导气口(9)、排气口(10)和进气口(11)；气压检测模块包括气管(7)、差压式压力微传感器(5)、电源(3)、微处理器(4)和显示屏(20)；电磁震荡调节机构包括磁体塞(14)、上电磁铁(8)、下电磁铁(17)和导轨槽(13)；所述呼吸气道按照2:1:1的比例分为三段式设计：第一段气道(2)为截面为圆形直线段；第二段气道(6)为上升斜坡，截面为圆形,轴线为渐开线曲线，切线与水平线的夹角α由12°逐渐增大到45°，上弧形与下弧形高度比a:b为1:1.5至1:2，长度比L1:L2为1:2至1:3；第三段气道(19)分为主气道和副气道；主气道(21)轴线为直线，截面形状上下为水平直线左右对称两侧为圆弧,末端设置带有单向流通的挡片(23)的进气口,同时在长度1/2处设置导气口(9)并延伸出排气副气道(22),截面形状为圆形，出口接通至壳体外部。
为更加体现呼吸训练的功能，将气流流道设计为低进高出形状，在整个流道长度的1/2处设置第二段气道(6)，α角由12°逐渐增大到45°，且与上下水平直段平滑连接，通过在外壳设置定位沟槽将整个气流道安装定位。
第一段气道(2)采用水平直道，阻力小，有助于气流的进入；在中部采用角度逐渐增大的平滑渐开线斜坡，可使气流由湍流变为平流，也使流速下降，有利于差压式压力微传感器(5)采集压力数值；气流的竖直提升可使患者体内气道产生更大的负压，进一步扩张了气道的容积，有助于患者的训练；第三段气道(19)采用水平直道，在1/2处的上端设置导气口，将气道内的气流排出。
气压检测模块的数值采集模块包括气管(7)、差压式压力微传感器(5)和信号处理电路。通过在导气口(9)的前端和后端设置两个检测位置，一个位于第三段气道(19)的主气道(21)上方，导气口(9)的前端，距导气口(9)距离为导气口(9)大径的1～1.5倍；另一个位于第三段气道(19)的副气道(22)上方，距出口5～8毫米；差压式压力微传感器(5)相较于绝压式传感器具有更高的精度和灵敏度，采用标准医用软管将检测位置与差压式压力微传感器(5)连通，通过比较前端和后端的压力差，使差压式压力微传感器(5)内的气膜产生形变，输出相应的差分电压信号，经过信号处理电路进行滤波和A/D转换传输至微处理器(4)，通过显示屏(20)实时显示压力数值。
阻抗调节模块的间隙调整杆(16)具有外螺纹，在下磁铁(17)中心处的壳体下端设置一段具有内螺纹的空心圆柱，高度为下壳体与气体流道竖直高度的1/3至1/2，间隙调整杆(16)与空心圆柱螺纹相配合，起到定位间隙调整杆(16)的作用；间隙调整杆(16)长度为下电磁铁(17)距壳体下端竖直高度的1～1.2倍，顶端旋入螺帽中，具有止退作用,底端安装旋钮(15)，旋钮(15)位于壳体的外部，通过旋转旋钮(15)可调节壳体内部间隙调整杆(16)的长度，进而调节柔性材料(12)与导气口(9)的距离，使气流流道的间隙产生变化。
其中呼吸气道采用拼接方式连接，导气口(9)位于第三段气道(19)主气道(21)中段顶部，与副气道(22)相接；差压式压力微传感器(5)的数据采集口分别设置在第三段气道(19)主气道(21)顶部和副气道(22)顶端；上电磁铁(8)位于导气口(9)上方，高于副气道(22)；下电磁铁(17)位于导气口(9)下方，低于主气道(21)；差压式压力微传感器(5)、电源(3)、微处理器(4)和显示屏(20)通过电路板安装在装置前端，第一段气道(2)上方。
电磁震荡调节装置中的的磁体塞(14)，磁体塞(14)外形为圆柱圆锥组合体，内部铁芯为圆柱，通过螺纹旋入组合体内，组合体采用高分子材料，防止水分侵蚀；磁体塞(14)高度为流道高度的1/2，截面直径为流道宽度的1/3。上电磁铁(8)采用条形电磁铁，通过支撑架与壳体相连接，下电磁铁(17)采用圆形电磁铁，与阻抗调节模块相配合；
间隙调节块(18)，与磁体塞导轨槽(13)通过螺栓相连接，中间夹有高分子柔性材料(12)；间隙调节块(18)分为上下两部分结构；上部为矩形平板，螺栓连接处具有内螺纹结构；下部为空心圆柱体，高度与下电磁铁(17)高度相同，内径大于下电磁铁(17)直径2～3毫米，可使下磁铁(17)安置在空心圆柱体内；间隙调整杆(16)顶端通过螺纹与下电磁铁(17)连接，中部与壳体的内螺纹相配合，底部安装有旋钮(15)；调整杆可通过螺旋方式使间隙调整块(18)在导轨内上下移动,调整5毫米范围内的竖直高度。
电源模块(3)通过封装电路为微处理器供电(4)，且同时具备USB接口，可对电池进行充电，电路板通过螺栓安装在壳体内；显示屏(20)通过排线与电路板连接；用户可通过按钮切换训练与检测模式；通过数据存储模块将检测的数值存储。
电磁震荡频率调节中的上电磁铁(8)、下电磁铁(17)通过电线与电路板相连，微处理器(4)可控制上电磁铁(8)、下电磁铁(17)的通断电频率；系统开机时，上电磁铁(8)通电1～2秒使磁体塞(14)就位，处于训练模式呼气时，差压式压力微传感器(5)检测压力为正值，上电磁铁(8)、下电磁铁(17)交替通电，使磁体塞(14)上下活动，以一定的频率使导气口(9)开闭，差压式压力微传感器(5)检测的数值较为模糊；当处于检测模式呼气时，差压式压力微传感器(5)检测压力为正值，上电磁铁(8)断电，下电磁铁(17)通电，磁体塞(14)始终处于气流道底端，导气口(9)始终处于打开状态，差压式压力微传感器(5)检测的数值较为精确；两种模式的吸气时，差压式压力微传感器(5)检测压力为负值，上电磁铁(8)通电，下电磁铁(17)断电，磁体塞(14)始终位于气流道顶端，导气口(9)始终处于关闭状态，整个气流道内压力小于大气压力，进气口(11)的挡片(23)打开，空气进入。
电磁震荡调节模块中的上电磁铁(8)外部设有橡胶外壳，防止呼吸过程中的水分对电磁铁和电路产生腐蚀和干扰。
附图说明
图1是本发明的内部结构示意图
图2是本发明的外观示意图
图3是呼吸气道及第二段气道尺寸示意图
图4是进气口示意图
图5是导轨槽外形及间隙示意图
图6是阻抗调节模块调节位置图
图7是装置系统功能模块图
具体实施方式
本发明是一种便携式的呼吸训练检测装置，可以使患者在康复过程中随时随地的训练呼吸功能，同时具有检测功能，以便观察康复的进展情况。
实施例1
用户打开装置开关，电源模块(3)向微处理器(4)供电，启动开机程序，上电磁铁(8)通电，磁吸塞(14)被上电磁铁吸引，将导气口(9)紧密闭合。
用户通过按钮选择训练模式，启动训练程序，用户通过气嘴(1)向装置内缓缓呼气，差压式压力微传感器(5)检测到气流压力，将信号传输至微处理器(4)，微处理器(4)经运算得到用户压力值相匹配的震荡频率，根据频率值使上电磁铁(8)、下电磁铁(17)交替通断电，磁体塞(14)以一定的频率上下运动，导气口(9)闭合时会在人体内气道产生负压，打开时会产生正压，在正负压的交替作用下会使用户气道得到训练，加速痰液与气道壁的分离，起到训练作用。
用户处于训练模式时，差压式微传感器(5)会实时检测压力值，呼气时压力值为正值，磁体塞(14)产生震荡以起到训练作用；吸气时压力值为负值，微处理器(4)启动吸气程序，上电磁铁(8)通电，下电磁铁(17)断电，导气口(9)闭合，进气口(11)在大气压的作用下将挡片(23)推开，气流进入气道。
用户通过按钮选择检测模式，启动检测程序，上电磁铁(8)断电，下电磁铁(17)通电，磁体塞(14)被下电磁铁(17)吸引至气流道底部，导气口(9)处于打开状态，差压式压力微传感器(5)读取数值，显示在显示屏(20)上。
用户处于检测模式时，差压式微传感器(5)会实时检测压力值，呼气时压力值为正值，磁体塞(14)始终位于气流道底部；吸气时压力值为负值，微处理器(4)启动吸气程序，上电磁铁(8)通电，下电磁铁(17)断电，导气口(9)闭合，进气口(11)在大气压的作用下将挡片(23)推开，气流进入气道。
用户在使用时根据自身情况，通过旋转底部的旋钮(15)调整所需的阻力大小，逆时针旋转可使气流道间隙变小，阻力增大，顺时针旋转可使间隙变大，阻力减小。
用户在使用完毕后关闭开关，电源模块(3)断电，系统关闭。

Claims (7)

1.一种电磁式气流震荡呼吸训练检测装置，其特征在于：包括呼吸气道、气压检测模块、电磁震荡频率调节模块、阻抗调节模块；其中呼吸气道包括进气嘴(1)、第一段气道(2)、第二段气道(6)、第三段气道(19)、导气口(9)、排气口(10)和进气口(11)；气压检测模块包括气管(7)、差压式压力微传感器(5)、电源(3)、微处理器(4)和显示屏(20)；电磁震荡调节机构包括磁体塞(14)、上电磁铁(8)、下电磁铁(17)和导轨槽(13)；
所述呼吸气道按照2:1:1的比例分为三段式设计：第一段气道(2)为截面为圆形直线段；第二段气道(6)为上升斜坡，截面为圆形,轴线为渐开线曲线，切线与水平线的夹角α由12°逐渐增大到45°，上弧形与下弧形高度比a:b为1:1.5至1:2，长度比L1:L2为1:2至1:3；第三段气道(19)分为主气道和副气道；主气道(21)轴线为直线，截面形状上下为水平直线左右对称两侧为圆弧,末端设置带有单向流通的挡片(23)的进气口,同时在长度1/2处设置导气口(9)并延伸出排气副气道(22),截面形状为圆形，出口接通至壳体外部。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：其中呼吸气道采用拼接方式连接，导气口(9)位于第三段气道(19)主气道(21)中段顶部，与副气道(22)相接；差压式微压力传感器(5)的数据采集口分别设置在第三段气道(19)主气道(21)顶部和副气道(22)顶端；上电磁铁(8)位于导气口(9)上方，高于副气道(22)；下电磁铁(17)位于导气口(9)下方，低于主气道(21)；差压式微传感器(5)、电源(3)、微处理器(4)和显示屏(20)通过电路板安装在装置前端，第一段气道(2)上方。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述电磁震荡模块由磁体塞(14)、上电磁铁(8)和下电磁铁(17)组成；上电磁铁(8)采用条形电磁铁，通过支撑架与壳体相连接，下电磁铁(17)采用圆柱形电磁铁，与阻抗调节模块相配合；磁体塞(14)外形为圆柱圆锥组合体，内部铁芯为圆柱，通过螺纹旋入柱体圆锥内，；磁体塞(14)高度为流道高度的1/2，截面直径为流道宽度的1/3。
4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述磁体塞导轨槽(13)，上部为空心圆柱，高度为流道的3/5，内径大于磁体塞外径1～1.5毫米，使磁体塞顶部朝上安置在槽内；下部为矩形平板，与间隙调整块(18)通过螺栓相连接。
5.根据权利要求1所述装置，其特征在于气压检测模块采用差压式压力微传感器(5)，具有两个信号检测位置，一个位于气道第三段的主气道上方，排气口的前端，距排气口距离为排气口大径的1～1.5倍；另一个位于气道第三段的副气道上方，距出口5～8毫米。
6.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述呼吸气道的第三段主气道(21)末端设有进气口，包含挡板(24)、挡块(25)、挡片(23)；挡板(24)位于挡片(23)后端，呼气时使挡片(23)平铺在挡板(24)上，截面外形轮廓与第三段主气道相同，内部为网格状，孔隙面积占截面总面积的50％～70％；挡块(25)位于挡片(23)前端，吸气时使挡片(23)四周打开而中心部分压住，截面形状为交叉十字式，水平长度为气道宽度的1/3，竖直高度为气道高度的1/2；挡片(23)形状大小与气道截面形状相同；挡板(24)、挡块(25)、薄膜(23)在中心处采用螺栓连接。
7.根据权利要求1所述装置，其特征在于：阻抗调节模块包括柔性材料(12)、间隙调整块(18)、间隙调整杆(16)和旋钮(15)；所述间隙调节块(18)，与磁体塞导轨槽(13)通过螺栓相连接，中间夹有柔性材料；调节块(18)分为上下两部分结构；上部为平板，下部为空心圆柱体，高度与下电磁铁(17)高度相同，下磁铁(17)安置在空心圆柱体内；间隙调整杆(16)顶端旋入螺帽中，中部与壳体的内螺纹相配合，底部安装有旋钮(15)；调整杆通过螺旋方式使间隙调整块(18)在导轨内上下移动,调整5毫米以内竖直高度。
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