CN113679924B - 一种用于呼吸设备的加湿水箱的水温控制方法及相应装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种呼吸设备温度智能调节的方法及其相应装置，本方法旨在解决现有技术方法中呼吸设备采用固定加温档位、忽略环境温湿度对加温加湿功能的影响而不能提供一个稳定的治疗环境，呼吸设备面罩端的输出气流不能维持在最佳相对湿度等缺陷，通过实时检测呼吸设备所处环境的温湿度、呼吸设备管道气流速度、加湿水箱内水温来调节PWM驱动器占空比值，控制加热片的输出功率，从而实现呼吸设备的加热温度控制。

Description

一种用于呼吸设备的加湿水箱的水温控制方法及相应装置

技术领域

本发明涉及呼吸机设备，尤其涉及一种呼吸设备温度智能调节的方法及其相应装置。

背景技术

对于呼吸支持设备这类辅助呼吸产品来说，长时间使用大多都会出现不同程度的口鼻干燥现象，使用加湿器或者加湿单元可以很好地改善口鼻干燥的情况。目前市面上呼吸机都是设定多个加温档位，将水温加热到固定的温度，来达到湿化的效果。经调研了解，针对呼吸疾病患者最佳的空气相对湿度为50％～60％。但外环境中的空气湿度对呼吸面罩端输出气流的相对湿度有很大的影响，设定固定加温档位，从形式上来说能起到一定的湿化效果，无法达到最佳的舒适度以及治疗效果。

已知的呼吸机保持加湿单元水温恒定的方法是通过PWM(Pulse-widthmodulation，脉冲宽度调制)驱动器设置某个固定的占空比值来控制加热片的输出功率，同时根据其设定的采样频率去检测水温，水温的获取主要通过测出热敏电阻并换算成水温温度。当水温高于目标值时则占空比值调整至0，当水温低于目标温度时则将占空比值调整到固定值。这种占空比调整方案存在一定的缺陷，当给定的占空比值过大时，如果温度已加热到接近目标温度，但又需要等待下次采样时刻，可能导致水温加热得过高；给定过小时，将水加热到指定水温的时长将会变长。更重要的是，其忽略掉了外界环境温度对加温加湿功能效果造成的影响。

因此，人们迫切希望获得一种新的呼吸设备温度智能调节的方法，能够根据实际的环境温湿度智能调节加热温度，保证面罩端的输出气流维持在最佳相对湿度，从而提高呼吸机的舒适度以及治疗效果。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种新的控制呼吸设备中的加湿水箱中的水温的方法，旨在解决现有技术方法中呼吸设备采用固定加温档位、忽略环境温湿度对加温加湿功能的影响而不能提供一个稳定的治疗环境，呼吸设备面罩端的输出气流不能维持在最佳相对湿度等缺陷，通过实时检测呼吸设备所处环境的温湿度、呼吸设备管道气流速度、加湿水箱内水温来调节PWM驱动器占空比值，控制加热片的输出功率，从而实现呼吸设备的加热温度控制。

具体的，本发明提供了如下一种控制方法：

一种用于呼吸设备的加湿水箱的水温控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：以采样间隔Δt1实时采集呼吸设备所处环境的环境温度T和环境绝对湿度H；

步骤2：利用步骤1采集到的环境温度T及环境绝对湿度H，进行换算，获取当前环境的相对湿度R；

步骤3：判断环境的相对湿度R是否小于预设的目标相对湿度，若小于，则启动加热片加热功能；反之则不用启动加热片加热功能；

步骤4：以时间间隔Δt2实时采集呼吸机输出的管道气流速度L；

步骤5：根据所述当前环境温度T、环境绝对湿度H以及管道内气流速度L，确定目标加热温度S；

步骤6：根据检测到的加湿水箱内水温和所述目标加热温度，通过控制PWM驱动器的占空比来实现加热片加热时长的控制，进而控制加湿水箱内的水温。

进一步的，本发明还提供了一种应用如上所述控制方法的呼吸设备：

一种采用了如上所述的水温控制方法的呼吸设备，其特征在于，其包括：

电源模块，用于为本装置其他各模块提供电源；

环境温湿度检测模块，用于检测呼吸设备所处环境的当前温度和绝对湿度；

风扇驱动模块，用于驱动风扇，控制呼吸设备输出气流；

管道气流速度检测模块，用于检测呼吸设备管道内气流速度值；

目标加热温度获取模块，用于检测加湿水箱内水温，获取水温加热的目标温度；

加热模块，用于调节PWM占空比，加热加湿水箱内水温；

控制器模块，用于控制所述环境温湿度检测模块、所述风扇驱动模块、所述管道气流速度检测模块、所述目标加热温度获取模块、所述加热模块。

本发明综合考虑了促进呼吸疾病患者康复时的环境的最佳相对湿度，通过实时检测呼吸设备所处环境的温湿度，以及呼吸机管道气流速度，可以实时获取到呼吸机面罩端气流在最佳湿度下的最佳的水温加热温度；随着检测到的水温来调节PWM驱动器占空比的大小，在接近目标温度时PWM占空比越接近0，从而控制加热片的输出功率，实现呼吸设备的加热温度控制。本发明提供的方案能完全规避温度过高的情况，可确保呼吸设备面罩端的输出气流能够维持在最佳相对湿度，例如55％左右。

附图说明

图1为根据本发明的呼吸设备温度智能调节方法的流程图；

图2为根据本发明的呼吸设备加湿水箱加热的原理示意图；

图3为根据本发明的呼吸设备PWM驱动器占空比设置的原理示意图；

图4为根据本发明的呼吸设备温度智能调节装置的功能模块示意图；

附图说明：1-加热水箱，2-加热片。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

对于业内公知的部件或者元件，其可能有不同的名称，其名称并不影响本发明的保护范围，例如，加湿水箱又可能被称为“湿化罐”或者“加热水箱”等。

如图1所示，本发明提供一种呼吸设备温度智能调节的方法，包括以下步骤：

步骤1：以采样间隔Δt1实时采集呼吸设备所处环境的温度和绝对湿度，为提高控制效果，采样时间间隔优选为1min。

已知的是，采集环境温度及绝对湿度的方法有多种，典型的例如温度传感器和绝对湿度传感器，具体的实施方式，在此并不作为对本发明的限制。

步骤2：将获取到的绝对湿度转换为相对湿度。

典型的，可以通过查找各温度下的饱和湿度表，获取采集到的环境温度下的绝对湿度，而相对湿度＝绝对湿度/饱和湿度。

步骤3：判断环境的相对湿度是否小于预设的目标相对湿度(优选为55％)，若小于，则启动加热片加热功能；反之则不用启动加热片加热功能。

步骤4：以时间间隔Δt2实时采集呼吸机风扇输出的管道气流速度；优选地，采样时间间隔为100ms，管道内气流速度主要是通过采集流量传感器的数据来获取。

步骤5：根据当前环境温度、环境绝对湿度以及管道内气流速度，获取能确保呼吸面罩出气端的气流达到目标相对湿度的目标加热温度；

所述步骤5中目标加热温度获取方法，是将检测到的当前环境温度T、当前环境的绝对湿度H、风扇驱动下的管道内气流速度L带入到经验公式S＝52.092-0.588*T-0.125*H+0.086*L中，获得加湿水箱内水温的目标加热温度S。将加湿水箱内水温的温度控制在S时，可控制设备在对应环境的中使用时呼吸面罩端的输出气流能够维持在相对湿度55％左右。

例如，当环境温度T为30摄氏度，绝对湿度为0.01977Kg/m³，气流速度为40L/min时，经过前述公式计算可得，目标加热温度S为37.8摄氏度。

步骤6：检测加湿水箱内水温，根据检测到的加湿水箱内水温和上述步骤5中得到的目标加热温度，控制PWM驱动器占空比来进行加热温度控制，PWM驱动器占空比的设置满足如下条件：

其中C是获取到的加湿水箱内水温、S是目标加热温度。

呼吸机加湿水箱加热的原理如图2，加热片贴合到加湿水箱底部，通过底部的导热钢板将温度传到水箱中。实时采集加热片中热敏电阻的阻值，可以很容易的获得加热片的温度(例如通过查阅RT(Temperature Resistor)表)。加热片紧密贴合在水箱底部，其温度与水温接近。

进一步的，可以通过以下公式由热敏电阻值换算获取到更准确的水温温度C。

C＝-0.00006N³+0.018N²-1.985N+91.147

其中N表示的是加热片中热敏电阻的阻值。

本领域人员知晓的是，上述换算公式并不是必须的，其也可以采用其他方式来校正加热片温度与水温之间的差异。

进一步的，为了精准控制温度，热敏电阻的采样时间间隔优选为气流速度的采样时间间隔。

PWM驱动器调节占空比值，可控制加热片电路开通时间，占空比越大，加热片电路开通时间就越长，加热片的输出功率就越高，水温上升越快。如图3所示，当检测到水温小于或等于S-10时，设置PWM占空比(％)恒为100；当检测到水温高于S-10，且低于S时，设置PWM占空比(％)为(S-C)/0.1，随着加热的持续进行，PWM占空比值呈线性下降；当检测到水温等于或大于S时，设置PWM占空比为0。在水温低的时候，设定越高的PWM占空比值，使水温快速上升，在水温较高的时候，设置较低的PWM占空比值，确保水温能够稳定控制在S附近。

相应的，为实现上述目的，本发明还提供一种呼吸设备温度智能调节的装置，如图4所示，所述装置包括：

电源模块，用于为本装置其他各模块提供电源；

环境温湿度检测模块，用于检测呼吸设备所处环境的当前温度和绝对湿度；

风扇驱动模块，用于驱动风扇，控制呼吸设备输出气流；

管道气流速度检测模块，用于检测呼吸设备管道内气流速度值；

目标加热温度获取模块，用于检测加湿水箱内水温，获取水温加热的目标温度；

加热模块，用于调节PWM占空比，加热加湿水箱内水温；

控制器模块，用于控制环境温湿度检测模块、风扇驱动模块、管道气流速度检测模块、目标加热温度获取模块以及加热模块。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种用于呼吸设备的加湿水箱的水温控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：以采样间隔Δt1实时采集呼吸设备所处环境的环境温度T和环境绝对湿度H；

步骤2：利用步骤1采集到的环境温度T及环境绝对湿度H，进行换算，获取当前环境的相对湿度R；

步骤3：判断环境的相对湿度R是否小于预设的目标相对湿度，若小于，则启动加热片加热功能；反之则不用启动加热片加热功能；

步骤4：以时间间隔Δt2实时采集呼吸机输出的管道气流速度L；

步骤5：根据所述环境温度T、环境绝对湿度H以及管道内气流速度L，确定目标加热温度S；

在所述步骤5中，具体通过以下方法来确定所述目标加热温度：将所述环境温度T、所述环境绝对湿度H以及所述管道内气流速度L带入到公式S＝52.092-0.588*T-0.125*H+0.086*L中，获得所述目标加热温度S；

步骤6：根据检测到的加湿水箱内水温和所述目标加热温度，通过控制PWM驱动器的占空比来实现加热片加热时长的控制，进而控制加湿水箱内的水温；

所述步骤6中加湿水箱内水温C通过以下公式获得：

C＝-0.00006N³+0.018N²-1.985N+91.147

其中N表示的是与水箱底部紧密贴合的热敏电阻的阻值；

所述步骤6中PWM驱动器占空比通过如下方法确定：

其中C是获取到的加湿水箱内水温、S是目标加热温度。

2.一种采用了如权利要求1所述的水温控制方法的呼吸设备，其特征在于，其包括：

电源模块，用于为本装置其他各模块提供电源；

环境温湿度检测模块，用于检测呼吸设备所处环境的当前温度和绝对湿度；

风扇驱动模块，用于驱动风扇，控制呼吸设备输出气流；

管道气流速度检测模块，用于检测呼吸设备管道内气流速度值；

目标加热温度获取模块，用于检测加湿水箱内水温，获取水温加热的目标温度；

加热模块，用于调节PWM占空比，加热加湿水箱内水温；

控制器模块，用于控制所述环境温湿度检测模块、所述风扇驱动模块、所述管道气流速度检测模块、所述目标加热温度获取模块、所述加热模块。