CN1108957A - 电控式供氧呼吸器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种电控式低阻供氧呼吸器，由规则变 形的波纹膜盒和腔式底座组成贮气囊。人呼吸时，膜 盒作上下运动，通过红外光对膜盒顶光反膜的反射， 控制供气阀的开闭。本装置可大大降低人呼吸肌负 荷，平静吸气最大阻力不大于200Pa，可提高病人舒 适程度，提高吸氧疗效。本发明可广泛用于高压氧舱 治疗、家庭保健等。

Description

本发明属医疗器械技术领域，是一种电控式供氧呼吸器。

目前，病人在高压氧舱内或常压下吸氧使用的呼吸器结构如图1所示。它由薄膜气腔、软罩、杠杆式供气阀门等构成。使用该呼吸器吸氧时，主要是由吸氧时产生的负压，克服呼吸器弹性膜阻力和供气阀杆阻力达到供氧目的。如果吸气时产生的负压小于上述2种压力，则就无氧气供呼吸。此外，供气阀杆产生的阻力与气源压力变化呈正相关。国内外曾有人就降低呼吸阻力作了不少改进，如在弹性薄膜上增加重物或扩大弹性薄膜面积以及压低膜片的调节装置等，但对吸气阻力的改善效果不大。根据1990年7月1日实施的GB12130-89规定，呼吸器吸氧时阻力不大于400Pa。然而，目前使用的供氧呼吸器阻力大都在400～500Pa，甚至更高。如此高的吸气阻力使病人呼吸肌负荷过大，感到呼吸费力，且对病情和疗效亦不利，在老年病人或儿童吸氧时这种反应更为实出。因此，降低供氧呼吸器阻力，不仅可增加病人吸氧时的舒适程度，还将直接影响吸氧的疗效。

本发明的目的在于提供一种供气阻力低、病人使用舒适的电控式供氧呼吸器。

本发明设计的电控式供氧呼吸器由弹性波纹膜盒、腔式底座、红外信号发射管和接收管、供气阀及控制电路、保护外罩构成。其结构如图2所示。其中弹性波纹膜盒5与腔式底座4配合连接组成贮气囊，波纹膜盒5的园形顶面上有一层光反射膜10，红外信号发射管8和接收管9设置于电路板7上面，对准波纹膜盒顶面上的反射膜面，保护外罩6与底座配合将波纹膜盒罩住。底座一侧通过连接孔与供气阀13连接，另一侧通过连接孔与波纹输气管3连接。供气阀的开启受电路控制。波纹膜盒的顶面在信号控制下可作上下0～180mm幅度移动。

本发明控制电路由红外信号发生器、接收器、载波放大器、检波器、迟滞比较器、单稳态电路、功率放大器经电路连接组成。其整体元件图由图3给出。其中红外信号发生器19由场效应晶体管、NPN型晶体管Q2、Q4、PNP型晶体管Q3、红外发射管LED2、发光二极管LEQ1及阻容元件R1、R2、C1电路连接而成，如图4所示：接收器和载波放大器20由光电接收管KED3，运算放大器IC1A、IC1B及阻容元件R4～R9、C4、C7、C14等。电路连接构成，如图5所示；检波器21由二极D1、电容器C5、金属膜电阻R13电路连接构成，如图5所示；迟滞比较器22由运算放大器IC2A、反馈电阻R14、电位器W2、W3电路连接组成，如图6所示；单稳态电路24由运算放大器IC2B，电位器W4、电阻R18、二级管D2、电容C8构成的负反馈网络，电容C7、电阻R20、R19构成的正反馈网络组成，如图7所示；功率放大电路26由晶体管Q5、Q6、Q7及电磁阀组成，如图8所示。

本发明波纹膜盒为规则变形，膜厚0.25～1mm，最大直径为50～120mm，采用医用橡胶制作。腔式底座可由工程塑料注塑成型，保护外罩为园筒形，用不锈钢材料制成。光反射膜采用无吸收式反射材料。

本发明电路的工作原理如下：

控制系统中Q1、Q2、和Q3、构成2.5KHz左右的振荡器，振荡器输出脉冲经Q4跟随电流放大，使LED2红外发射管在极短时间内发射出被调制高能闪光，见图4。此光被贮气囊膜面反射，由图5中的LED3接收，经IC1二级管放大，由D1、C5、R13检波滤波，得到与贮气囊膜面运动相对应的直流电位。该电位加至图6的IC2A输入的负端，正输入端由W2、W3设定其电位，该电位即限定了贮气囊膜面上、下运动的幅度和限位，而IC2A组成的迟滞比较器，由W3、W2阻值的比例，保证了贮气囊膜面运动幅度和限位的精确性与稳定性，并可有效克服呼吸中不规则因素造成的干扰。

图4中LED1可以发光以保障高频脉冲的发射性能。

图8中Q5、Q6、Q7和R23组成的电流反馈型保护电路，在任何因素导致的Q6电流增大时，接在Q6发射极的R23立即使Q7导通，迫使Q6截止，使之得到保护。

整个系统处于工作状态时，贮气囊上端膜面位于下限位，供气阀门开启，贮气囊充气，贮气囊上端膜面因充气平行上移至上限位时，供气阀门关闭，供气随即终止。由于IC2A比较器发出的供气动作指令受到上、下限值制约，因而上述供气和终止供气过程能随人的呼吸往复进行。

供气阀门采用直动式软密封结构，通道直径φ2.0mm，工作压力0～1.0MPa，工作电压DC24V。

本发明进一步构成有手动撑纵，图7中IC2B等构成了单稳态延时器，在手动工作状态时定时，比较器和延时器输出逻辑电平分别为自动和手动驱动信号。由于高压氧或高浓度氧环境条件要求，控制系统线路采用了无触点方式。贮气囊为耐氧化医用橡胶其与供气管路密封连接。

本发明与已往的高压供氧呼吸装置工作原理和供气方式不同。本装置通过信号发射及监视检测跟踪人呼吸，加之贮气囊的可靠变形，可大大降低人呼吸肌负荷。平静吸气最大阻力不大于200Pa。

本装置在常压或在0.25MPa（2.5ATA）条件下，供气余压均为0.4MPa时，不同呼吸频率和潮气量时本装置的阻力值如下表：

呼吸频率        不同潮气量时的阻力值（Pa）

(次/分)        500ml        600ml        700ml        800ml        1000ml

16        88        118        147        167        196

18        98        128        157        167        216

显然，本装置不但可提高病人舒适程度，而且可提高吸氧疗效。该呼吸装置可广泛用于高压氧舱治疗，家庭保健，救护车急救以及娱乐场所（如氧吧）、运动后疲劳恢复的氧疗等。

附图说明：

图1、原有吸氧器的结构图。

图2、本发明基本结构系统图

图3、本发明一种总体线路图

图4、图3中红外发射器线路图

图5、图3中接收器、载波放大器、检波器线路图

图6、图3中迟滞比较器

图7、图3中单稳态定时电路

图8、图3中功率放大电路

图中，1为口面罩，2为呼吸阀箱，3为波纹管，4为壳体底座，5为波纹膜盒，6为保护罩，7为电路板，8为信号发射管，9为信号接收管，10为反射膜面，11为波纹膜盒上限，12为波纹膜盒下限，13为供气控制阀，14为中压压力表，15为减压阀，16为高压压力表，17为气瓶阀门，18为氧气瓶，19为红外信号发射电路，20为接收及载波放大器，21为检波器，22为迟滞比较器，23为手动操作，24为单稳态定时电路，25为自动操作，26为功率放大器，27为底座上部的膜盒座，28为供气阀接头，29为输气波纹管接头。

实施例：按照结构图2和电路图3设计。其中底座4采用硬聚乙烯一次注塑成型。结构如图9所示，为园筒体式，高度4.5mm，外直径99.5mm，下半部分的盒座直径略大。波纹膜盒5采用医用橡胶制成，结构如图10所示，设置三个波纹，静止状态高度为54mm，厚度0.5mm，波纹最大处直径为92mm，最小处直径为60mm，膜盒底部与底座上部的膜盒座紧密配合。保护罩壳6为不锈钢园筒，高度100mm，直径为105mm，与底座配合。电路中主要元器件的参数列表如下：

元件        类型        数值        元件        类型        数值

R1        RJ        22K        Q2        3DG130

R2        RJ        22Ω        Q3        3CG6B

R3        RJ        1.5Ω        Q4        3DG180C

R4        RJ        100KΩ        Q5        3DG182

R5        RJ        1MΩ        Q6        3DA14A

R7        RJ        100KΩ        Q7        3DG6C

R8        RJ        10K        IC1        LF353

R9        RJ        10K        IC2        LF353

R13        RJ        3.3M        LED1        BT204

R14        RJ        470K        LED2        HIR405B

R19        RJ        6.2K        LED3        PH302

R20        RJ        20K        DZ3        ZCW2

R23        RJ        2Ω        D1        2AP10

C1        CL11        0.01μ        D2        2AP10

C5        CI3-1        0.1μ        W1        WS22        10K

C7        CC3-1        15P        W2        WS22        100K

C8        CDO3        10μ        W3        WS22        1M

Q1        3DJ6D        W4        WS22        220K

其中W1、W2、W3、W4的误差为25%，其余元件数值允许误差为5%。

Claims (4)

1、一种电控式供氧呼吸器，由弹性波纹膜盒、腔式底座、红外信号发射管和接收管、供气阀及控制电路、保护外罩构成，其特征在于弹性波纹膜盒与腔式底座配合连接组成贮气囊，波纹膜盒的园形顶面上有一层光反射膜，红外信号发射管和接收管设置于电路板上面，对准波纹膜盒顶面上的光反射膜面，保护外罩与底座配合将波纹膜盒罩住，底座一侧通过连接孔与供气阀连接，另一侧通过连接孔与波纹输气管连接。

2、根据权利要求1所示的电控式供氧呼吸器，其特征在于控制电路由红外信号发生器、接收器、载波放大器、检波器、迟滞比较器、单稳态电路、功率放大器经电路连接组成。

3、根据权利要求2所述的电控式供氧呼吸器，其特征在于红外信号发生器由场效应晶体管Q1、NPN型晶体管Q2和Q4、PNP型晶体管Q3、红外发射管LED2、发光二极管LED1及阻容元件R4～R9、C4、C7、C14经电路连接组成。

4、根据权利要求2所述的电控式供氧呼吸器，其特征在于迟滞比较器由运算放大器IC2A、反馈电阻R14、电位器W2、W3经电路连接组成。

Images