CN112168170A - 一种涡轮式肺活量计 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种涡轮式肺活量计，包括：涡轮；用于采集涡轮的旋转信号的采集装置，当涡轮的叶片处于预设位置时，叶片每一侧设置有至少一个采集装置；分别与每个采集装置连接、用于对每一旋转信号进行处理得到对应的判别信号的信号处理装置；与信号处理装置连接、用于根据所有判别信号分析涡轮的旋转方向，并得到与旋转方向对应的测试结果的分析装置。在实际应用中，采用本申请所提供的方案，可以对涡轮的正转和反转进行识别，因此可以同时监测呼吸两相，获取到呼气相的测试结果以及吸气相的测试结果，可以比较全面地帮助使用者完成肺功能测试。

Description

一种涡轮式肺活量计

技术领域

本申请涉及肺功能测试领域，特别是涉及一种涡轮式肺活量计。

背景技术

通常，肺功能状态一般可以通过压差式、涡轮式、超声式及热线式肺活量计进行测试，其中，压差式肺活量计精度高，应用广泛，但成本高，价格昂贵，且对环境敏感，需要频繁定标；超声式和热线式则因其专用附件及易损耗、易漂移等原因，应用范围较窄；相比之下，涡轮式肺活量计虽然存在机械摩擦及惯性等问题，精度比不上压差式，但对于日常测试来说，已经足够，还因其对环境的良好适应性，及价格的低廉，应用范围较为广泛。但现在市场上有许多涡轮肺活量计仅能测试呼气相，对于呼吸双相的判别有些缺失，仅用呼气相数据不能全面的反映肺功能状态，因此，现有的涡轮式肺活量计的测试结果需要进一步完善。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种涡轮式肺活量计，可以对涡轮的正转和反转进行识别，因此可以同时监测呼吸两相，获取到呼气相的测试结果以及吸气相的测试结果，可以比较全面地帮助使用者完成肺功能测试。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种涡轮式肺活量计，包括：

涡轮；

用于采集所述涡轮的旋转信号的采集装置，当所述涡轮的叶片处于预设位置时，所述叶片每一侧设置有至少一个所述采集装置；

分别与每个所述采集装置连接、用于对每一所述旋转信号进行处理得到对应的判别信号的信号处理装置；

与所述信号处理装置连接、用于根据所有所述判别信号分析所述涡轮的旋转方向，并得到与所述旋转方向对应的测试结果的分析装置。

优选的，所述信号处理装置包括依次连接的放大器、比较器和模数转换器。

优选的，所述分析装置包括单片机。

优选的，所述信号处理装置还包括：

与所述采集装置连接、用于将所述旋转信号的信号强度调整到预设值的信号调整电路。

优选的，所述信号调整电路包括并联的电阻及可控开关。

优选的，所述采集装置的个数为两个。

优选的，所述采集装置包括光接收器和光发射器。

优选的，所述光接收器和所述光发射器的半值角小于15°。

优选的，所述采集装置包括第一采集装置和第二采集装置，所述第一采集装置包括第一光接收器和第一光发射器，所述第二采集装置包括第二光接收器和第二光发射器，其中：

所述第一光接收器和所述第二光发射器的第一夹角处于第一预设范围，所述第一光发射器和所述第二光接收器的第二夹角为所述第一夹角的3-4倍，所述第一预设范围为[20°，40°]。

本申请提供了一种涡轮式肺活量计，包括：涡轮；用于采集涡轮的旋转信号的采集装置，当涡轮的叶片处于预设位置时，叶片每一侧设置有至少一个采集装置；分别与每个采集装置连接、用于对每一旋转信号进行处理得到对应的判别信号的信号处理装置；与信号处理装置连接、用于根据所有判别信号分析涡轮的旋转方向，并得到与旋转方向对应的测试结果的分析装置。在实际应用中，采用本申请所提供的方案，可以对涡轮的正转和反转进行识别，因此可以同时监测呼吸两相，获取到呼气相的测试结果以及吸气相的测试结果，可以比较全面地帮助使用者完成肺功能测试。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请所提供的一种涡轮式肺活量计的结构示意图；

图2为本申请所提供的一种采集装置的分布示意图；

图3为本申请所提供的另一种采集装置的分布示意图；

图4a为本申请所提供的一种涡轮正转对应的波形图；

图4b为本申请所提供的一种涡轮反转对应的波形图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种涡轮式肺活量计，可以对涡轮的正转和反转进行识别，因此可以同时监测呼吸两相，获取到呼气相的测试结果以及吸气相的测试结果，可以比较全面地帮助使用者完成肺功能测试。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，图1为本申请所提供的一种涡轮式肺活量计的结构示意图，包括：

涡轮1；

用于采集涡轮1的旋转信号的采集装置2，当涡轮1的叶片处于预设位置时，叶片每一侧设置有至少一个采集装置2；

具体的，采集装置2具体可以为一组光接收器和光发射器。如果想在全速度范围(0-14L/s)比较好地分辨涡轮1的正转和反转，采集装置2至少为两组，以下以两组采集装置2为例对每一实施例进行说明。参照图2所示，第一采集装置中包括第一光接收器PT1和第一光发射器IR1，第二采集装置中包括第二光接收器PT2和第二光发射器IR2，其中，第一光接收器PT1、第一光发射器IR1、第二光接收器PT2和第二光发射器IR2可设置于电路板的目标区域内，电路板和叶片的旋转面相对设置，目标区域可由叶片的旋转面在电路板上投影得到的投影区域确定，投影方向与叶片转轴的轴向平行，目标区域可覆盖投影区域，也可小于投影区域，满足采集装置的采集范围，保证采集装置可以采集到涡轮旋转信号即可。

可以理解的是，第一光接收器PT1和第二光接收器PT2，是生成旋转信号的源头，要想达到明确区分涡轮1正转和反转的目的，则需要两个光接收器所生成的旋转信号在正转和反转时具有明确的差别，或者两者对比有明确的差别，两组采集装置2各自生成旋转信号，不能相互交叉，如图2所示，预设位置具体可以为铅垂位置，当叶片处于铅垂位置时，叶片的两侧各设有一组采集装置2，在涡轮1叶片旋转过程中，叶片会先后进入到两组采集装置2的采集区域之内，可以形成两列旋转信号，两列旋转信号的相位不同，由于正转和反转时，涡轮1的叶片进入两组采集装置2的先后顺序也不相同，因此，两组采集装置2在涡轮1正转时生成的两列旋转信号的相位差和涡轮1反转时生成的两列旋转信号的相位差也不同，从而对两列旋转信号进行处理和分析后，可以识别出涡轮1正转或反转，可以理解的是，涡轮1正转和反转与使用者的呼气和吸气相对应，可以设使用者呼气时，涡轮1的旋转方向为涡轮正转方向，设使用者吸气时，涡轮1的旋转方向为涡轮反转方向。

进一步，为保证获得的两列旋转信号不重合，便于后续的处理和分析，两组采集装置2的位置也应满足一定的条件，使采集到的两列旋转信号的相位差满足预设要求。参照图3所示，设第一光接收器PT1和第二光发射器IR2之间的夹角为α，设第一光发射器IR1和第二光接收器PT2之间的夹角为β，α和β是比较重要的两个角度，需与光接收器、光发射器的半值角相互配合。当α角度过大时，两列波形重合较小，当处于高速状态时，波形发生形变，很容易出现两列波形相位差失控状态；当α角度过小时，则会导致两列波形重合太多，无法辨别，因此，一般推荐α的可取范围为20°-40°，而β的角度则与α相关，一般推荐β角度为α值的3-4倍左右。其中，光接收器和光发射器可采用高指向性的器件，即其半值角＜15°，配合上述α角和β角的大小，实现信号的正反向区别。

分别与每个采集装置2连接、用于对每一旋转信号进行处理得到对应的判别信号的信号处理装置3；

可以理解的是，采集装置2采集到旋转信号为模拟信号，不便于直观分析，因此，信号处理装置3的作用即为对各个旋转信号均进行模数转换，得到与各个旋转信号对应的判别信号，以便分析装置4进行分析。

具体的，设涡轮1正转时，得到的两列判别信号参照图4a所示，设涡轮1反转时，得到的两列判别信号参照图4b所示。从图4a和图4b不难看出，两列判别信号的相位不同，且图4a对应的信号相位差和图4b对应的信号相位差也不同，因此，分析装置4可以根据相位和相位差的区别得到涡轮1的旋转方向。

与信号处理装置3连接、用于根据所有判别信号分析涡轮1的旋转方向，并得到与旋转方向对应的测试结果的分析装置4。

具体的，分析装置4与信号处理装置3连接，以便根据信号处理装置3处理得到的两列判别信号的相位及相位差分析涡轮1的旋转方向，在确定涡轮1正转和反转之后根据预设规则及判别信号中的数据得到相应的测试结果。由于本申请的方案可以对涡轮1正反转进行识别，可以同时监测呼吸两相，获取到呼气相的测试结果以及吸气相的测试结果，可以比较全面地帮助使用者完成肺功能测试。

本申请提供了一种涡轮式肺活量计，包括：涡轮；用于采集涡轮的旋转信号的采集装置，当涡轮的叶片处于预设位置时，叶片每一侧设置有至少一个采集装置；分别与每个采集装置连接、用于对每一旋转信号进行处理得到对应的判别信号的信号处理装置；与信号处理装置连接、用于根据所有判别信号分析涡轮的旋转方向，并得到与旋转方向对应的测试结果的分析装置。在实际应用中，采用本申请所提供的方案，可以对涡轮的正转和反转进行识别，因此可以同时监测呼吸两相，获取到呼气相的测试结果以及吸气相的测试结果，可以比较全面地帮助使用者完成肺功能测试。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，信号处理装置3包括依次连接的放大器、比较器和模数转换器。

具体的，放大器用于对信号进行放大，比较器用于根据参考电压确定信号中的高低电平，模数转换器用于进行模拟信号和数字信号的转换，将旋转信号转换为判别信号，然后输出至分析装置4。

进一步的，在进行模数转换时，需要调节转换电压，配合上文所述的角度(α角和β角)要求及相位差距，尽可能让信号差保持在50％脉宽差距，总之不论是在低速或高速状态下，均要保证信号相位差的存在。

作为一种优选的实施例，分析装置4包括单片机。

具体的，分析装置4具体可以采用单片机，单片机对信号处理模块输出的判别信号进行采集分析和处理，来识别涡轮1正反转。单片机在获取判别信号时，可以以高频率(如大于10KHz)采集判别信号，以便获得比较细致的信号状态，且两路信号同时获取，并实时对比，最终获取波形相位对比结果，精确辨别波形状态，从而识别出涡轮1旋转的方向。

作为一种优选的实施例，信号处理装置3还包括：

与采集装置2连接、用于将旋转信号的信号强度调整到预设值的信号调整电路。

作为一种优选的实施例，信号调整电路包括并联的电阻及可控开关。

具体的，考虑到涡轮1转速与采集到的信号强度有一定关联性，转速越高，信号强度会相应降低，为了保证信号的饱满度，本申请还设置了信号调整电路，通过可控开关控制电阻接入电路或切出电路来调整信号强度。

进一步的，在配置外围电路时，注意对元器件的频率范围进行控制，勿使信号受到衰减或滤除。

综上所述，本申请所提供的涡轮式肺活量计，具有结构简单，价格低等优点，适用于家庭、诊所等进行推广应用；可以同时监测呼吸两相，比较全面地帮助使用者完成肺功能测试；采用两对(或以上)半值角低于15°的光发射器及光接收器，按照要求的角度进行配置，完成基本的正向及反向旋转信号差别，用料简单，配置合理，可实施性强。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种涡轮式肺活量计，其特征在于，包括：

涡轮；

用于采集所述涡轮的旋转信号的采集装置，当所述涡轮的叶片处于预设位置时，所述叶片每一侧设置有至少一个所述采集装置；

分别与每个所述采集装置连接、用于对每一所述旋转信号进行处理得到对应的判别信号的信号处理装置；

与所述信号处理装置连接、用于根据所有所述判别信号分析所述涡轮的旋转方向，并得到与所述旋转方向对应的测试结果的分析装置。

2.根据权利要求1所述的涡轮式肺活量计，其特征在于，所述信号处理装置包括依次连接的放大器、比较器和模数转换器。

3.根据权利要求1所述的涡轮式肺活量计，其特征在于，所述分析装置包括单片机。

4.根据权利要求1所述的涡轮式肺活量计，其特征在于，所述信号处理装置还包括：

与所述采集装置连接、用于将所述旋转信号的信号强度调整到预设值的信号调整电路。

5.根据权利要求4所述的涡轮式肺活量计，其特征在于，所述信号调整电路包括并联的电阻及可控开关。

6.根据权利要求1所述的涡轮式肺活量计，其特征在于，所述采集装置的个数为两个。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的涡轮式肺活量计，其特征在于，所述采集装置包括光接收器和光发射器。

8.根据权利要求7所述的涡轮式肺活量计，其特征在于，所述光接收器和所述光发射器的半值角小于15°。

9.根据权利要求8所述的涡轮式肺活量计，其特征在于，所述采集装置包括第一采集装置和第二采集装置，所述第一采集装置包括第一光接收器和第一光发射器，所述第二采集装置包括第二光接收器和第二光发射器，其中：

所述第一光接收器和所述第二光发射器的第一夹角处于第一预设范围，所述第一光发射器和所述第二光接收器的第二夹角为所述第一夹角的3-4倍，所述第一预设范围为[20°，40°]。

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