CN112985564B

CN112985564B - 一种称量充气床垫上物体重量的方法

Info

Publication number: CN112985564B
Application number: CN202110166194.2A
Authority: CN
Inventors: 孙伟; 吴刚
Original assignee: Anjiu Medical Devices Suzhou Co ltd
Current assignee: Anjiu Medical Devices Suzhou Co ltd
Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2022-11-18
Anticipated expiration: 2041-02-05
Also published as: CN112985564A

Abstract

一种称量充气床垫上物体重量的方法，其特征在于：包括第一步，根据泵的工作特性，拟合出泵的工作曲线；第二步，根据泵的工作曲线，选取泵的充气时间和以及泵的压力交叉点作为测量输入变量；第三步，设计档位，依据不同负载重量，不同充气时间及不同交叉点压力的特性，设计出充气时间与交叉点压力及体重档位的映射矩阵，作为自动称重算法的比对数据库；第四步，病人躺在床垫后，通过软件实时跟踪泵的每一个周期的充气时间及交叉压力点，通过与设计的映射矩阵数据进行比对。该发明的体重称量方法不需要特殊的称重气路，在床垫现有的工作气路的基础上即可实现对病人的自动称重，实施成本低。

Description

一种称量充气床垫上物体重量的方法

技术领域

本发明涉及体重称量方法领域，具体涉及一种称量充气床垫上物体重量的方法。

背景技术

当前的自动称重技术主要通过将床垫充气到预设的压力值，然后旋转气路到称重气路，通过预先精确设定的泄气小孔，测量泄气时间与床垫压力值下降之间的拟合曲线关系，从而得到病人的体重档位，进而根据体重进行压力设定。此种充气床垫的自动称重功能只应用在高端产品上，中低端的充气床垫的体重设定有专业人员手工设定。该方案气路复杂，需要专门的称重气路，且称重模组不能和正常气路共用，不适用于中低端充气床垫；泄气小孔设计精度要求高，生产难度大，生产成本高。

目前市场还没有一款中低档充气床垫，在不增加产品的成本和复杂度的同时，还能够兼有自动称重功能。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种称量充气床垫上物体重量的方法。

本发明的技术方案为：

本发明提供了一种称量充气床垫上物体重量的方法，包括：第一步，根据泵的工作特性，拟合出泵的工作曲线；第二步，根据泵的工作曲线，选取泵的充气时间和以及泵的压力交叉点作为测量输入变量；第三步，设计档位，依据不同负载重量，不同充气时间及不同交叉点压力的特性，设计出充气时间Ta、Tb与交叉点压力Pa、Pb及体重档位的映射矩阵，作为自动称重算法的比对数据库，接下来设计实际体重的矩阵映射关系 Tact＝Txy+μ(Wtact-Wxy)及Pact＝Pxy+k(Wpact-Wxy)，其中Txy为T11-T81，Pxy为 P11-P81，Wxy为档位1-8设定重量；第四步，病人躺在床垫后，通过软件实时跟踪泵的每一个周期的充气时间及交叉压力点，通过与设计的映射矩阵数据进行比对，根据时间体重函数f(Wtact)计算出实际离散化体重Wt，根据压力体重函数f(Wpact)计算出实际离散化体重Wp，在得到Wt和Wp后通过综合体重函数f(Wt，Wp)计算得到最终称重体重 Wc；第五步，根据挡位调节函数f(Wc)，将挡位稳定在固定位置；

其中，第一步中，选取AB两个充气泵，设定AB两个充气泵的交替充气周期，对床垫进行交替式预充气，预充气完成后，AB气泵进入正常的交替式充放气工作，通过软件对床垫内的压力进行实时监测；

第二步中，根据实时监测的充气泵的工作特性，选取气源稳定的区间，记录A泵和B泵在稳定区间的充气时间Ta和Tb，同时也记录A泵和B泵交叉点的压力Pa和Pb，并以Ta、 Tb、Pa和Pb作为算法的输入变量。

优选地，第三步中，根据实际情况将体重档位设计成挡位1～8，并制作成充气时长Ta、 Tb和交叉点压力Pa、Pb的映射矩阵表。

优选地，第三步中，映射矩阵表中的数值，是在指定的挡位下，负载不同重量的物体，进而得到在稳定区间内的一组充气时间T和一组交叉点压力P，然后对得到的T和P进行标准正态分布拟合得到T11至T88，以及P11至P88，得到在规定挡位和规定负载情况下的数值，以完成映射矩阵表。

优选地，在完成第三步后，自动称重算法映射矩阵已经建立，接下来设计实际体重与充气时间的映射关系Tact＝Txy+μ(Wtact-Wxy)及实际体重与交叉点压力Pact＝Pxy+ k(Wpact-Wxy)。

优选地，测试时，随意选取一个挡位，根据软件实时检测病人躺入床垫后的Ta、Tb、Pa和Pb，通过实际体重与充气时间的映射函数Tact＝Txy+μ(Wtact-Wxy)及实际体重与交叉点压力Pact＝Pxy+k(Wpact-Wxy)计算出实际体重Wtact及Wpact，并通过f(Wtact)和f(Wpact) 分别对Wtact、Wpact离散化，得到对应的离散化体重Wt和Wp，最后综合体重函数f(Wt，Wp)计算得到最终离散化体重Wc，其中：

时间-离散化体重函数f(Wtact)与离散化体重Wt逻辑关系如下；

令：Wt＝W(体重离散点1)

从体重离散点1到体重离散点8依次比较：

如果Wtact>W(体重离散点x)，则Wt＝W(体重离散点x)；

压力-离散化体重函数f(Wpact)逻辑关系如下：

令：Wp＝W(体重离散点1)

从体重离散点1到体重离散点8依次比较：

如果Wpact>W(体重离散点x)，则Wp＝W(体重离散点x)；

综合体重函数f(Wt，Wp)：

如果Wt＝W(体重离散点x)且Wp＝W(体重离散点x)且持续两个循环周期，则Wc＝W(体重离散点x)；

否则Wc保持不变；

其中，W(体重离散点1)～W(体重离散点8)分别对应不同的体重；

挡位调节函数f(Wc)：

若Wc＞W(设定挡位X)，则挡位自动上升一个挡位；

若Wc＜W(设定挡位X)，则挡位降低一个挡位；

否则，Wc＝W(设定挡位X)，则挡位不变；

在新的档位上，再次获取新的充气时间Ta、Tb，以及交叉压力Pa和Pb，并执行Wc 的逻辑运算，得到新的Wc，再做挡位调节函数的运算。

优选地，选取气源稳定的区间的要求是此区间内气泵对床垫的充气压力是线性变化的。

优选地，选取起源稳定的区间为10mHg-40mmHg的气源压力区间。

本发明所达到的有益效果为：

本发明通过采用AB泵的交替式充气过程，无需使用泄气小孔，使用床垫中原有的气路既可以对躺在床上人员体重的测量，不需要专门的充放气气路，制备成本低；该测试方法对床垫中气路要求较低，生产成本也较低，降低了床垫的生产成本。

附图说明

图1是组泵的工作曲线图，用于显示AB泵的交替式充气过程。

图2是根据表2所拟合出的正态分布图。

图3是档位1(40KG)时，不同体重下的映射关系。

图4是称重算法的工作原理图。

图5是防褥疮床垫系统正常工作流程图。

具体实施方式

为便于本领域的技术人员理解本发明，下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

一种称量充气床垫上物体重量的方法，包括第一步，根据泵的工作特性，拟合出泵的工作曲线。由于使用两个泵对床垫内周期性的交替进行充气，因此床垫内存在一个泵的工作时间与泵的充气压力的一个特性曲线，如图1。选取AB两个充气泵，设定AB两个充气泵的交替充气周期，对床垫进行交替式预充气，预充气完成后，AB气泵进入正常的交替式充放气工作，通过软件对床垫内的压力进行实时监测。随着泵的特性、放入床垫上重物重量的改变，泵的工作时间与泵的充气压力的特性曲线会发生改变，图1为一泵组的工作曲线图。

第二步，根据泵的工作曲线，选取泵的充气时间和以及泵的压力交叉点作为测量输入变量，根据实时监测的充气泵的工作特性，选取气源稳定的区间，记录A泵和B泵在稳定区间的充气时间Ta和Tb，同时也记录A泵和B泵交叉点的压力Pa和Pb，并以Ta、Tb、 Pa和Pb作为算法的输入变量。参阅图1，可以看出，在10-40mmHg的充气压力条件下，泵的充气时间Ta与Pa呈线性关系，Tb与Pb呈线性关系，因此记载在10-40mmHg的充气压力的时长，以及AB两泵压力交叉点的数据。

第三步，设计挡位1～8，依据不同负载重量、不同充气时间及不同交叉点压力的特性，设计出充气时间与交叉点压力及体重档位的映射矩阵，作为自动称重算法的比对数据库，根据实际情况将体重挡位设计成1～8共八个挡位，分别40KG、60KG、80KG、100KG、120KG、140KG、170KG和200KG，制作成充气时长和交叉点压力的映射矩阵表，见表1。

表1为自动称重算法的比对数据库

选取40KG的挡位1，分别在床垫上负载40KG进而得到在稳定区间内的一组充气时间 T测和一组交叉点压力P测，然后对得到的T测和P测进行标准正态分布拟合得到T11，以及P11。比如，在确定T11和P11的数值时，从量产的充气床垫系统中随机选取20个充气床垫系统，设定在档位1(40KG)，同时负重40KG，从而得到20个10-40mmHg区间的实测充气时间值T测1-测T20(见表2)及交叉点压力值P测1-P测20。

表2为在档位1(40KG)，负重40KG负载时的20个充气时间的数据表，单位：秒。

T测1	T测2	T测3	T测4	T测5	T测6	T测7	T测8	T测9	T测10
										111	114	110	109	111	110	112	108	111	111
T测11	T测12	T测13	T测14	T测15	T测16	T测17	T测18	T测19	T测20
										110	112	111	119	105	108	109	111	112	113

进一步对T测1-T测20和P测1-P测20进行正态分布拟合，生成直方图，并通过现有数据拟合正态分布函数，生成的正态分布图如图2所示。通过图2确定T11＝111，得到实测值T11和P11。其余数据依此类推，得到T21-T88数据取值和P21-P88取值，从而填入映射矩阵中，作为算法的实际比对数据，见表3。

表3为一个完整的自动称重算法映射矩阵表。

表3中映射矩阵(8体重档位×8体重离散点)共64档充气时间T11-T88和64档交叉点压力P11-P88值的确定是由实际对现有的充气床垫系统进行实测，同时考虑系统的误差，对采集到的大量样本数据进行正态分布拟合后，确定映射矩阵的数值。

在完成自动称重算法映射矩阵后，接下来设计映射矩阵(8档位×8体重离散点)共64档的离散点与实际体重的矩阵映射关系。现用档位1(40Kg)的映射关系做举例说明，采用挡位 1(40KG)，分别对应体重离散点1～8，也就是40KG、60KG、80KG、100KG、120KG、 140KG、170KG和200KG的离散点，建立映射关系，如图3。其余挡位与体重离散点、交叉点压力与体重离散点的映射关系以此类似。

如图3所示，离散点曲线上的8个体重离散点时在档位1上设定，分别负重8个离散的标准体重(40KG、60KG、80KG、100KG、120KG、140KG、170KG和200KG)，实测得到的8个离散充气时间点，也就是表1中的T11-T18，然后对8个离散点T11-T18进行拟合，等到线性方程Tact＝T11+μ1(Wtact-40)。其中T11为表1中映射矩阵中的T11参数，系数μ1为通过软件拟合出的线性方程系数，当前举例的档位1(40Kg)的系数μ1＝0.275， T11＝111；在软件实际使用中，使用拟合曲线Tact＝T11+μ1(Wtact-40)进行充气时间Tact和实际重量Wtact之间的计算，得到充气时间Tact，既可以算出躺在床垫上病人的体重Wtact。同样的原理，使用拟合曲线Pact＝P11+k1(Wpact-40)进行交叉点压力Pact和实际重量 Wpact之间参数变换，在得到实际称重压力后，计算出实际重量Wpact。最后，通过时间- 离散化体重函数f(Wtact)得出使用者的离散化体重Wt，通过压力-离散化体重函数f(Wpact) 得出使用者的离散化体重Wp、综合体重函数f(Wt，Wp)计算得到最终离散化体重Wc、挡位调节函数f(Wc)调节床垫的实际工作挡位。其中：

时间-离散化体重函数f(Wtact)与Wt逻辑关系如下；

令：Wt＝W(体重离散点1)，

从体重离散点1到体重离散点8依次比较：

如果Wtact>W(体重离散点x)，则Wt＝W(体重离散点x)；

压力-离散化体重函数f(Wpact)逻辑关系如下：

令：Wp＝W(体重离散点1)，

从体重离散点1到体重离散点8依次比较：

如果Wpact>W(体重离散点x)，则Wp＝W(体重离散点x)；

综合体重函数f(Wt，Wp)：

如果Wt＝W(体重离散点x)且Wp＝W(体重离散点x)且持续两个循环周期，则Wc＝

W(体重离散点x)；

否则Wc保持不变；

其中X为1～8，其中W(体重离散点1)＝40Kg，W(体重离散点2)＝60Kg，W(体重离散点3)＝80Kg，W(体重离散点4)＝100Kg，W(体重离散点5)＝120Kg，W(体重离散点

6)＝140Kg，W(体重离散点7)＝170Kg，W(体重离散点8)＝200Kg

挡位调节函数f(Wc)：

若Wc＞W(设定挡位X)，则挡位自动上升一个挡位；

若Wc＜W(设定挡位X)，则挡位降低一个挡位；

否则，Wc＝W(设定挡位X)，则挡位不变。

在每一个新的档位上，再次获取新的充气时间Ta、Tb，以及交叉压力Pa和Pb，并执行Wc的逻辑运算，得到新的Wc，再做逻辑运算，得到整个床垫的实际工作挡位。

其中X为1～8，其中W(档位1)＝40Kg，W(档位2)＝60Kg，W(档位3)＝80Kg，W(档位4)＝100Kg，W(档位5)＝120Kg，W(档位6)＝140Kg，W(档位7)＝170Kg，W(档位8)＝200Kg。

在本实施例中：

给泵和床垫系统上电，等待预充气完成后，系统设定档位1(40Kg)，此时躺入106Kg的患者，系统等待前2个周期循环后，开始统计10mmHg～40mmHg的充气时间，实际测得两个循环周期的充气时间分别为Ta128S，Tb129S，对Ta和Tb求算数平均值得出Tact，代入体重计算公式Tact＝T11+μ1(Wtact-40)，对Pa和Pb求算数平均值得出Pact，代入Pact＝P11 +k1(Wpact-40)，实际计算所得两次称重的重量分别为Wtact 102Kg，Wpact 105Kg，根据“就低不就高的原则”，由于102KG大于体重离散点5(100Kg)，小于体重离散点6(120Kg)，依据逻辑函数f(Wtact)，将Wtact＝102KG离散化得到Wt＝100KG，同理，由于105KG大于体重离散点5(100Kg)，小于体重离散点6(120Kg)，f(Wpact)对Wpact进行离散化，得出Wp＝100KG，然后进行f(Wt，Wp)进行运算，由于Wt＝Wp＝W(体重离散点5)＝100KG，且持续两个循环后保持不变，得出Wc＝100KG，此时即将病人的体重离散为100KG，但是由于Wc大于W(挡位1)40KG，则系统自动更改为档位2(60Kg)，在档位2上实际测得两个循环周期的充气时间分别为155S，156S，介于映射矩阵100Kg～120Kg档位之间，同时通过档位2体重计算公式Tact＝T21+μ2(Wtact-60)，Pact＝P21+k2(Wpact-60)，实际计算所得两次称重的重量分别为Wtact107Kg，Wpact109Kg，依据逻辑函数f(Wtact)、f(Wpact)和 f(Wt，Wp)，在该下挡位进行分析，得出Wc＝100KG，由于Wc大于挡位2(60KG)，系统自动更改为档位3(80Kg)，在档位3上实际测得两个循环周期的充气时间分别为165S，166S，介于映射矩阵100Kg～120Kg档位之间，同时通过档位3体重计算公式Tact＝T31+μ 3(Wtact-80)，Pact＝P31+k3(Wpact-80)，实际计算所得两次称重的重量分别为Wtact103Kg， Wpact105Kg，依据逻辑函数f(Wtact)、f(Wpact)和f(Wt，Wp)，在该下挡位进行分析，得出 Wc＝100KG，由于Wc＝100KG大于挡位3(80KG)，系统自动更改为档位4(100Kg)，在档位4上实际测得两个循环周期的充气时间分别为176S，177S，介于映射矩阵100Kg～120Kg 档位之间，同时通过档位4体重计算公式Tact＝T41+μ4(Wtact-100)，Pact＝P41+ k4(Wpact-100)，实际计算所得两次称重的重量分别为Wtact109Kg，Wpact110Kg，依据逻辑函数f(Wtact)、f(Wpact)和f(Wt，Wp)，得到Wc＝100KG，由于Wc＝100KG等于挡位4(100KG)，故系档位设定合理，维持该档位不变，并持续监控体重变化，最终选取了根据病人的体重选取了适当的挡位，并持续工作。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种称量充气床垫上物体重量的方法，其特征在于：包括第一步，根据泵的工作特性，拟合出泵的工作曲线；第二步，根据泵的工作曲线，选取泵的充气时间和以及泵的压力交叉点作为测量输入变量；第三步，设计档位，依据不同负载重量，不同充气时间及不同交叉点压力的特性，设计出充气时间Ta、Tb与交叉点压力Pa、Pb及体重档位的映射矩阵，作为自动称重算法的比对数据库，接下来设计实际体重的矩阵映射关系Tact＝Txy+μ(Wtact-Wxy)及Pact＝Pxy+k(Wpact-Wxy)，其中Txy为T11-T81，Pxy为P11-P81，Wxy为档位1-8设定重量；第四步，病人躺在床垫后，通过软件实时跟踪泵的每一个周期的充气时间及交叉压力点，通过与设计的映射矩阵数据进行比对，根据时间体重函数f(Wtact)计算出实际离散化体重Wt，根据压力体重函数f(Wpact)计算出实际离散化体重Wp，在得到Wt和Wp后通过综合体重函数f(Wt，Wp)计算得到最终称重体重Wc；第五步，根据挡位调节函数f(Wc)，将挡位稳定在固定位置；

第二步中，根据实时监测的充气泵的工作特性，选取气源稳定的区间，记录A泵和B泵在稳定区间的充气时间Ta和Tb，同时也记录A泵和B泵交叉点的压力Pa和Pb，并以Ta、Tb、Pa和Pb作为算法的输入变量。

2.根据权利要求1所述的一种称量充气床垫上物体重量的方法，其特征在于：第三步中，根据实际情况将体重档位设计成挡位1～8，并制作成充气时长Ta、Tb和交叉点压力Pa、Pb的映射矩阵表。

3.根据权利要求2所述的一种称量充气床垫上物体重量的方法，其特征在于：第三步中，映射矩阵表中的数值，是在指定的挡位下，负载不同重量的物体，进而得到在稳定区间内的一组充气时间T和一组交叉点压力P，然后对得到的T和P进行标准正态分布拟合得到T11至T88，以及P11至P88，得到在规定挡位和规定负载情况下的数值，以完成映射矩阵表。

4.根据权利要求2所述的一种称量充气床垫上物体重量的方法，其特征在于：在完成第三步后，自动称重算法映射矩阵已经建立，接下来设计实际体重与充气时间的映射关系Tact＝Txy+μ(Wtact-Wxy)及实际体重与交叉点压力Pact＝Pxy+k(Wpact-Wxy)。

5.根据权利要求1所述的一种称量充气床垫上物体重量的方法，其特征在于：测试时，随意选取一个挡位，根据软件实时检测病人躺入床垫后的Ta、Tb、Pa和Pb，通过实际体重与充气时间的映射函数Tact＝Txy+μ(Wtact-Wxy)及实际体重与交叉点压力Pact＝Pxy+k(Wpact-Wxy)计算出实际体重Wtact及Wpact，并通过f(Wtact)和f(Wpact)分别对Wtact、Wpact离散化，得到对应的离散化体重Wt和Wp，最后综合体重函数f(Wt，Wp)计算得到最终离散化体重Wc，其中：

时间-离散化体重函数f(Wtact)与离散化体重Wt逻辑关系如下；

令：Wt＝W(体重离散点1)

从体重离散点1到体重离散点8依次比较：

如果Wtact>W(体重离散点x)，则Wt＝W(体重离散点x)；

压力-离散化体重函数f(Wpact)逻辑关系如下：

令：Wp＝W(体重离散点1)

从体重离散点1到体重离散点8依次比较：

如果Wpact>W(体重离散点x)，则Wp＝W(体重离散点x)；

综合体重函数f(Wt，Wp)：

否则Wc保持不变；

挡位调节函数f(Wc)：

若Wc＞W(设定挡位X)，则挡位自动上升一个挡位；

若Wc＜W(设定挡位X)，则挡位降低一个挡位；

否则，Wc＝W(设定挡位X)，则挡位不变；

在新的档位上，再次获取新的充气时间Ta、Tb，以及交叉压力Pa和Pb，并执行Wc的逻辑运算，得到新的Wc，再做挡位调节函数的运算。

6.根据权利要求1所述的一种称量充气床垫上物体重量的方法，其特征在于：选取气源稳定的区间的要求是此区间内气泵对床垫的充气压力是线性变化的。

7.根据权利要求1所述的一种称量充气床垫上物体重量的方法，其特征在于：选取气源稳定的区间为10mHg-40mmHg的气源压力区间。