CN113693585A - 一种主流呼末端二氧化碳检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种主流呼末端二氧化碳检测装置，包括采样气路用于将待检测气体引入检测模块；所述检测模块包括：光源，用于发出检测光；斩波调制器，用于将所述光源分时调制为第一频率光和第二频率光；接收器，用于分时接收透射所述待检测气体的第一频率光和第二频率光并将其转换为数字信号；处理器，用于将所述数字信号转换为呼末二氧化碳浓度值。本申请技术方案能够减少传感器干扰，频率可调。
Description
技术领域
本发明涉及呼末二氧化碳数据采集装置，特别涉及对呼末二氧化碳传感器和光路的改进。
背景技术
呼末二氧化碳检测设备用于检测人体的呼末二氧化碳，呼末二氧化碳可反映肺通气，还可反映肺血流等生理指标。
现有方案都是用双通道的传感器，通过电调制光源发光，来发出原始信号，双通道传感器分别对两种不同的频率的光接收处理。这种情况有2个弊端，一个是传感器同时出两个信号，传感器的窗口离的也比较近，通常会有干扰，彼此会有互相影响，而且传感器本身带来的干扰后级电路无法处理。第二方面就是电调光源，频率不够高，所以响应不够快。
发明内容
本发明目的在于对上述问题进行改进，利用斩波调制方案减少传感器的数量或对传感器物理分离减少传感器之间相互干扰的问题。同时通过斩波调制器提高响应频率。
具体而言，本发明的一种主流呼末端二氧化碳检测装置，包括采样气路用于将待检测气体引入检测模块；所述检测模块包括：
光源，用于发出检测光；
斩波调制器，用于将所述光源分时调制为第一频率光和第二频率光；
接收器，用于分时接收透射所述待检测气体的第一频率光和第二频率光并将其转换为数字信号；
处理器，用于将所述数字信号转换为呼末二氧化碳浓度值。
在本申请一优选的实施方案中，所述斩波调制器包括第一滤光片和第二滤光片；调制光时所述第一滤光片和第二滤光片分时遮挡所述光源，使得所述光源产生所述第一频率光和第二频率光。
在本申请一优选的实施方案中，所述斩波调制器驱动电机，所述驱动电机带动所述第一滤光片和第二滤光片分时遮挡所述光源。
在本申请一优选的实施方案中，所述接收器包括第一传感器和第二传感器，以及放置在第一传感器和第二传感器之间的45°分光滤片；所述45°分光滤片分别将第一频率光导向第一传感器，将第二滤光片导向第二传感器。
在本申请一优选的实施方案中，所述第一传感器和第二传感器连接信号处理电路，所述信号处理电路将所述第一传感器和第二传感器接收的第一频率光信号和第二频率光信号转换为数字信号。
在本申请一优选的实施方案中，所述接收器包括传感器，该传感器连接信号处理电路；该信号处理电路包括第一信号处理电路和第二信号处理电路，所述信号处理电路根据所述第一滤光片和/或第二滤光片的位置信号可选择输出所述第一信号处理电路信号或第二信号处理电路信号。
在本申请一优选的实施方案中，设置位置传感器用于检测所述第一滤光片或第二滤光片的位置信息，并提供所述位置信号。
在本申请一优选的实施方案中，所述处理器接收所述位置信号，并根据位置识别所述信号处理电路输出的信号是第一频率光信号还是第二频率光信号。在本申请一优选的实施方案中，斩波调制器接收处理器产生的位置信号，斩波调制器根据所述位置控制信号选择第一滤光片或第二滤光片遮挡光源；所述接收器接收所述位置信号可选择输出所述第一信号处理电路信号或第二信号处理电路信号。
在本申请一优选的实施方案中，所述接收器包括传感器，该传感器连接信号处理电路；设置位置传感器用于检测所述第一滤光片或第二滤光片的位置信息，并提供所述位置信号，所述处理器接收所述位置信号，并根据位置识别所述信号处理电路输出的信号是第一频率光信号还是第二频率光信号。
本申请相对现有技术至少有两个方面的优势：①可以将光线传感器分离，消除传感器之间的干扰问题。②提高系统相应频率
附图说明
图1所示为主流呼末二氧化碳检测装置模块结构示意图。
图2所示为主流呼末二氧化碳检测装置斩波调制器104结构示意图。
图3所示为又一主流呼末二氧化碳检测装置斩波调制器104结构示意图。
图4所示为一主流呼末二氧化碳检测装置斩波调制器104和接收器110示意图。
图5所示为又一主流呼末二氧化碳检测装置斩波调制器104和接收器110示意图。
图6所示为又一主流呼末二氧化碳检测装置选择器514意图。
图7所示为又一主流呼末二氧化碳检测装置斩波调制器104和接收器110示意图。
图8所示为又一主流呼末二氧化碳检测装置斩波调制器104和接收器110示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明本申请的技术方案，以帮助本领域技术人员理解本申请。
主流呼末二氧化碳检测装置包括采样气路106，采样气路106同时也是主流气路、以及包括光源102、斩波调制器104、接收器110108、处理器110组成的检测装置。呼末二氧化碳检测装置可作为独立的二氧化碳检测装置使用，也可以作为呼吸机等护理设备的传感器配件使用。呼末二氧化碳检测装置作为独立设备使用时，其具备人机交互界面。
为了简要以下均对主流呼末二氧化碳检测装置的主要部件进行分别说明。
图1所示为呼末端二氧化碳检测装置原理图，其包括光源102、斩波调制器104、接收器110108、处理器110110。
光源102，用于发出检测光。光源102可以为光谱光源其中包含用于检测二氧化碳浓度的第一频率光L1和第二频率光L2，所述第一频率光L1可以被二氧化碳吸收，并且其吸收程度与二氧化碳浓度成正比，所述第二频率光L2源不被二氧化碳吸收。系统通过判断第一频率光L1源和第二频率光L2源光场强度的差值判断吸收率，从而进一步确定二氧化碳浓度。
斩波调制器104，用于将所述光源分时调制为第一频率光L1和第二频率光L2。所述第一频率光L1和第二频率光L2按照一定的时序从所述斩波调制器104中发出。
接收器110，用于分时接收透射所述待检测气体的第一频率光L1和第二频率光L2并将其转换为数字信号。接收器110分时同步接收所述斩波调制器104发出的第一频率光L1和第二频率光L2，避免同时接收信号相互干扰。
处理器110，用于将所述数字信号转换为呼末二氧化碳浓度值。所述处理器110内置浓度检测算法，其根据上述第一频率光L1线信号值、第二频率光L2线信号值、两者差值、以及校零值计算二氧化碳浓度。所述处理器110还具备控制各个模块运行使得各个模块相互配合完成二氧化碳检测功能。
上述申请方案中斩波调制器104将所述光源信号分时调制为第一频率光L1和第二频率光L2。并且所述第一频率光L1和第二频率光L2信号同步由所述接收器110接收处理。由于信号分时处理避免了不同的光线在同一传感器上产生干扰的问题，同时也使得使用多个传感器接收同一光信号变为可能。另一方面，通过提高所述斩波调制器104的频率即可调整系统的响应频率。
所述斩波调制器104包括第一滤光片206和第二滤光片208；调制光时所述第一滤光片206和第二滤光片208分时遮挡所述光源，使得所述光源产生所述第一频率光L1和第二频率光L2。所述第一滤光片206和第二滤光片208由驱动机构驱动，通过驱动机构第一滤光分时遮挡所述光源，使得光源交替发出第一频率光L1和第二频率光L2。
示例性地，如图2所示，所述斩波调制器104包括一振镜机构，该振镜机构包括振镜电机202和振镜204，所述振镜电机202以一定频率驱动振镜204，从而使得反射光在第一滤光片206和第二滤光片208之间按照同样的频率移动，使得斩波调制器104分时交替输出第一频率光L1和第二频率光L2。
示例性地，如图3所示，所述斩波调制器104包括往复运动结构。往复机构输出端连接滤光片206、208，往复电机302以一定频率驱动所述滤光片移动，使得光源分时交替输出第一频率光L1和第二频率光L2。
如图4所示为二氧化碳检测装置系统整体结构示意图。其中斩波调制器104驱动电机为转动电机402，所述驱动电机402带动所述第一滤光片206和第二滤光片208分时遮挡所述光源102，使得光源102分时输出第一频率光L1信号和第二频率光L2信号。
以下主流呼末端二氧化碳检测装置整体结构的描述，均以图4中所示旋转驱动式斩波调制器104作为示例，本领域技术人员容易想到使用图2、3所示的斩波调制器104替代图4中所示的斩波调制器104。
继续参照图4所述接收器110包括第一传感器406和第二传感器408，以及放置在第一传感器406和第二传感器408之间的45°分光滤片404；所述45°分光滤片404分别将第一频率光L1导向第一传感器406，将第二滤光片208导向第二传感器408。
所述第一传感器406和与传感器连接的信号处理电路将所述第一频率光L1信号转换为第一数字信号，所述第二传感器408和与传感器连接的信号处理电路将所述第二频率光L2信号转换为第二数字信号。所述第一数字信号和第二数字信号被处理器110接收，并转换为第一数值和第二数值。处理器110根据内置的算法利用所述第一数值和第二数值计算出二氧化碳浓度值。例如，结合校零值求出第一数值和第二数值的差值，根据第一数值和第二数值的差值通过查表法求得对应二氧化碳浓度值。
所述第一传感器406和第二传感器408连接信号处理电路，所述信号处理电路将所述第一传感器406和第二传感器408接收的第一频率光L1信号和第二频率光L2信号转换为数字信号。数字信号处理电路包括复用器407，所述第一传感器406和第二传感器408通过复用器407与放大器以及模数转换器连接，所述模数转换器输出端连接处理器110。
可选地，所述第一传感器406和第二传感器408可分别连接独立的信号处理电路，所述信号处理电路分别包括放大器410和模数转换器412，模数转换器12产生的数据分别通过不同的引脚与处理器110连接。
图5所示为对接收器110的进一步改进，其中所述接收器110包括传感器508、506，该传感器连接信号处理电路；该信号处理电路包括第一信号处理电路510和第二信号处理电路512。可选地，所述第一信号处理电路510和第二信号处理电路512与图4中所示的信号处理电路相同。
所述斩波调制器104设置一滤光片和/或第二滤光片208的位置位置传感器M，用于检测位置信号。该位置信号与所述斩波调制器104发出的第一频率光L1和第二频率光L2同步。所述位置传感器包括光电传感器、霍尔传感器等。所述位置传感器输出高低电平信号，分别对应所述斩波调制器104发出第一频率光L1和第二频率光L2。将所述位置信号作为处理器110选择信号，使得所述信号处理电路根据510、512所述第一滤光片206和/或第二滤光片208的位置信号可选择输出所述第一信号处理电路信号510或第二信号处理电路信号512。
参照图5和图6，所述位置信号输出到选择器514，所述选择器514内部包括第一开关602和第二开关604，所述第一开关602在高电平时闭合，低电平时断开。所述第二开关604在高电平时断开，低电平时闭合。由此当第一滤波片遮罩光源时，所述位置传感器产生高电平，所述选择器514接通第一信号处理电路510，所述位置传感器为低电平时选择器514接通第二信号处理电路512。
图7所示为又一对接收器110的进一步改进方案，所述处理器110接收所述位置信号，并根据位置识别所述信号处理电路输出的信号是第一频率光L1信号还是第二频率光L2信号。同样地，所述位置传感器M根据滤光片的位置产生高低电平信号，以区分所述斩波调制器104发出的第一频率光L1还是第二频率光L2。所述处理器110上设置接收端口用于接收所述高低电平信号，处理器110通过所述高低电平信号区分当前输入信号是第一频率信号还是第二频率信号。
图7所示方案可通过同一传感器，同时接收两种信号，并在处理器110端根据位置信号对不同信号进行区分，简化了电路设计，同时能够避免多传感器相互干扰的问题。
参照图8所示，斩波调制器104接收处理器110产生的位置信号，斩波调制器104根据所述位置控制信号选择第一滤光片206或第二滤光片208遮挡光源；所述接收器110接收所述位置信号可选择输出所述第一信号处理电路信号或第二信号处理电路信号。所述斩波调制器104内的驱动机构能够接受此处理器110信号并运动至第一位置或第二位置，使得斩波调制器104按照处理器110的控制发出第一频率光L1或第二频率光L2。所述驱动机构802包括可程控的伺服电机、往复电机、振镜电机等。处理器110发向所述斩波调制器104发出位置信号后随即接收与所述位置信号一致的光信号。同时处理器110根据前述发出的位置信息区分接收到的信号是第一频率光L1还是第二频率光L2。
需要指出的是虽然本发明使用分时方法发送和接收光信号，虽然采样气路在第一频率光L1和第二频率光L2发射间隙内产生流动，但该流动所产生的气体位移对检测精度的影响可以忽略不计，并且所述斩波调制器104的工作频率可以调，即使气流对检测精度有影响也可以通过调高工作频率解决。
综上所述本申请相对现有技术至少有两个方面的优势：①可以将光线传感器分离，消除传感器之间的干扰问题。②提高系统相应频率。
Claims (10)
1.一种主流呼末端二氧化碳检测装置，包括采样气路用于将待检测气体引入检测模块；其特征在于，所述检测模块包括：
光源，用于发出检测光；
斩波调制器，用于将所述光源分时调制为第一频率光和第二频率光；
接收器，用于分时接收透射所述待检测气体的第一频率光和第二频率光并将其转换为数字信号；
处理器，用于将所述数字信号转换为呼末二氧化碳浓度值。
2.根据权利要求1所述的主流呼末端二氧化碳检测装置，其特征在于，所述斩波调制器包括第一滤光片和第二滤光片；调制光时所述第一滤光片和第二滤光片分时遮挡所述光源，使得所述光源产生所述第一频率光和第二频率光。
3.根据权利要求2所述的主流呼末端二氧化碳检测装置，其特征在于，所述斩波调制器包括驱动电机，所述驱动电机带动所述第一滤光片和第二滤光片分时遮挡所述光源。
4.根据权利要求2或3任一项所述的主流呼末端二氧化碳检测装置，其特征在于，所述接收器包括第一传感器和第二传感器，以及放置在第一传感器和第二传感器之间的45°分光滤片；所述45°分光滤片分别将第一频率光L1导向第一传感器，将第二滤光片208导向第二传感器。
5.根据权利要求4所述的主流呼末端二氧化碳检测装置，其特征在于，所述第一传感器和第二传感器连接信号处理电路，所述信号处理电路将所述第一传感器和第二传感器接收的第一频率光信号和第二频率光信号转换为数字信号。
6.根据权利要求2或3任一项目所述的主流呼末端二氧化碳检测装置，其特征在于，所述接收器包括传感器，该传感器连接信号处理电路；该信号处理电路包括第一信号处理电路和第二信号处理电路，所述信号处理电路根据所述第一滤光片和/或第二滤光片的位置信号可选择输出所述第一信号处理电路信号或第二信号处理电路信号。
7.根据权利要求根据权利要求6所述的主流呼末端二氧化碳检测装置，其特征在于，设置位置传感器用于检测所述第一滤光片或第二滤光片的位置信息，并提供所述位置信号。
8.根据权利要求根据权利要求6所述的主流呼末端二氧化碳检测装置，其特征在于，所述处理器接收所述位置信号，并根据位置识别所述信号处理电路输出的信号是第一频率光信号还是第二频率光信号。
9.根据权利要求根据权利要求6所述的主流呼末端二氧化碳检测装置，其特征在于，斩波调制器接收处理器产生的位置信号，斩波调制器根据所述位置控制信号选择第一滤光片或第二滤光片遮挡光源；所述接收器接收所述位置信号可选择输出所述第一信号处理电路信号或第二信号处理电路信号。
10.根据权利要求根据权利要求2或3任一项所述的主流呼末端二氧化碳检测装置，其特征在于，所述接收器包括传感器，该传感器连接信号处理电路；设置位置传感器用于检测所述第一滤光片或第二滤光片的位置信息，并提供所述位置信号，所述处理器接收所述位置信号，并根据位置识别所述信号处理电路输出的信号是第一频率光信号还是第二频率光信号。
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