CN114028668B - 一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法，包括：根据环境气压传感器检测的环境气压P₂，预设出氧控制电磁阀的开启时间t_p；制氧机开机运行后，出氧控制电磁阀的开启时间按照预设时间t_p运行，呼吸监测传感器获取实时呼吸频率f，根据实时呼吸频率f对出氧控制电磁阀的开启时间t_f进行调整；氧气浓度传感器获取氧气浓度w,根据氧气浓度w，进一步对电磁阀开启时间调整。本发明技术方案，在保证氧气浓度的前提下，制氧机可获得最大的供氧量，保证吸氧者获得最优的补氧效果。

Description

一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法

技术领域

本发明涉及气体分离提纯技术领域，特别涉及一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法。

背景技术

目前市场上的家用制氧机普遍使用连续供氧方式供用户吸氧，制氧机氧气连续输出时，人在呼气时，制氧机制出的氧气(占制氧总气量的2/3-3/4)未被用户吸入而浪费掉。对于便携式制氧机，其制氧量偏小(不大于1升/分)，如采用连续供氧模式，制出的氧气只有1/3-1/4被用户吸入，无法满足人的补氧需求；所以对于便携式制氧机，普遍采用脉冲供氧模式，即只有在人吸气时，制氧机才输出氧气，而在人呼气时，制氧机停止供氧，采用此模式，可保证制氧机制出的氧气完全被用户吸入，较小的产氧量也可足用户的补氧需求。

采用变压吸附分离制氧原理的制氧机，在高海拔地区，制氧机氧气产量和氧气浓度均有不同程度的下降，海拔高度越高，大气压力越低，氧气产量和氧气浓度下降越严重。从而导致制氧机在高海拔地区不能满足使用者的吸氧需求。

因此，如何提供一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法，在保证氧气浓度的前提下，获取最大的制氧机的供氧量，进一步保证吸氧者获得最优的补氧效果，已经成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例中提出了一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法，在保证氧气浓度的前提下，用于获取最大的制氧机的供氧量，保证吸氧者获得最优的补氧效果。

本发明实施例中，一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法，包括：

S101、根据环境气压传感器检测的环境气压P₂，预设出氧控制电磁阀的开启时间t_p；

S102、制氧机开机运行后，所述出氧控制电磁阀的开启时间按照预设时间t_p运行，呼吸监测传感器获取实时呼吸频率f，根据所述实时呼吸频率f对所述出氧控制电磁阀的开启时间t_f进行调整，所述实时呼吸频率f与所述出氧控制电磁阀的开启时间t_f的关系为：

f＝60/Δt_平

Δf＝f-20

其中，Δt_平为平均呼吸间隔，Δf为平均实时呼吸频率，k₁ k₂为常数。

S103、根据氧气浓度w，调整所述出氧控制电磁阀的开启时间t_f。

进一步地，呼吸监测传感器获取实时呼吸频率f，包括：

检测两次呼吸的时间间隔Δt，取n次连续时间间隔，Δt₁，Δt₂，Δt₃，…Δt_n，计算n次平均呼吸间隔Δt_平，

Δt_平＝(Δt₁+Δt₂+Δt₃+…+Δt_n)/n

式中，n≥5；

利用堆栈，实时计算平均呼吸间隔Δt_平，则实时呼吸频率f为

f＝60/Δt_平。

进一步地，n的值取5。

进一步地，根据氧气浓度w，调整所述出氧控制电磁阀的开启时间t_f，包括：

当氧气浓度低于87％则将电磁阀开启时间缩短0.01s；当氧气浓度高于92％磁阀开启时间延长0.01s。

进一步地，据氧气浓度w调整所述出氧控制电磁阀的开启时间t_f，包括：

根据不同环境气压，每间隔3KPa预设一个所述出氧控制电磁阀的开启时间t_p。

本发明所带来的有益效果如下：

本发明技术方案中，提供一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法，包括：根据环境气压传感器检测的环境气压P₂，预设出氧控制电磁阀的开启时间t_p；制氧机开机运行后，出氧控制电磁阀的开启时间按照预设时间t_p运行，呼吸监测传感器获取实时呼吸频率f，根据实时呼吸频率f对出氧控制电磁阀的开启时间t_f进行调整；氧气浓度传感器获取氧气浓度w,根据氧气浓度w对出氧控制电磁阀开启时间调整。本发明技术方案，能够在保证氧气浓度的前提下，获取最大的制氧机的供氧量和，保证吸氧者获得最优的补氧效果。

附图说明

图1是本发明实施例中一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法流程图；

图2是本发明实施例中一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法的控制示意图；

图3表示常压环境中、同一电磁阀开启频率下出氧控制电磁阀开启时间与氧气浓度的数据关系示意图；

图4表示本发明实施例的环境压力和缓冲罐压力及电磁阀开启时间数据绘制曲线；

图5表示本发明实施例的环境气压P2与缓冲罐气压P1和两者的压差ΔP的曲线；

图6表示本发明实施例的氧气浓度合格时出氧控制电磁阀开启频率和开启时间数据曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖而不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，图1位本发明实施例的一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法流程图。

图1中，一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法，包括：

S101、根据环境气压传感器检测的环境气压P₂，预设出氧控制电磁阀的开启时间t_p。

本发明实施例中，根据不同环境气压，每间隔3KPa预设一个所述出氧控制电磁阀的开启时间t_p。其中，所述不同环境气压即海拔高度。

S102、制氧机开机运行后，所述出氧控制电磁阀的开启时间按照预设时间t_p运行，呼吸监测传感器获取实时呼吸频率f，根据所述实时呼吸频率f对所述出氧控制电磁阀的开启时间t_f进行调整。

实时呼吸频率f，确定所述实时呼吸频率f与所述出氧控制电磁阀的开启时间t_f的关系：

f＝60/Δt_平

Δf＝f-20

其中，Δt_平为平均呼吸间隔，Δf为平均实时呼吸频率，k₁、k₂为常数。

本发明实施例中，呼吸监测传感器获取实时呼吸频率f，包括：

检测两次呼吸的时间间隔Δt，取n次连续时间间隔，Δt₁，Δt₂，Δt₃，…Δt_n，计算n次平均呼吸间隔Δt_平，

Δt_平＝(Δt₁+Δt₂+Δt₃+…+Δt_n)/n

式中，n≥5；

利用堆栈，实时计算出平均呼吸间隔Δt_平，则实时呼吸频率f为

f＝60/Δt_平。

本发明实施例的一个实施方式中，n的值取5，即：

制氧机控制板中通过呼吸传感器，检测两次呼吸的时间间隔Δt，连续取5次Δt₁，Δt₂，Δt₃，Δt₄，Δt₅，计算出五次平均呼吸间隔Δt_平＝(Δt₁+Δt₂+Δt₃+Δt₄+Δt₅)/5，利用堆栈可实时计算出平均呼吸间隔Δt_平；实时呼吸频率f＝60/Δt_平。

S103、根据氧气浓度w，调整所述出氧控制电磁阀的开启时间t_f。

本发明实施例中，氧气浓度检测氧气浓度w，当氧气浓度低于87％则将出氧控制电磁阀开启时间缩短0.01s；当氧气浓度高于92％，出氧控制电磁阀开启时间延长0.01s。

如图2所示，图2位本发明实施例的一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法的控制示意图。

图2中，缓冲罐压力传感器检测缓冲罐压力P₁，环境气压传感器检测环境气压P₂，呼吸传检测传感器检测实时呼吸频率f，氧浓度传感器检测氧气浓度w，并将检测数据传输到控制器控制单元中，控制器控制单元根据检测数据调整制氧机运行控制参数，保证制氧机产氧能力最大化。

如图3所示，图3表示常压环境中、同一电磁阀开启频率下出氧控制电磁阀开启时间与氧气浓度的数据关系示意图。

由实验发现，电磁阀开启时间t越长,氧气产量越高，氧气浓度越低，当时间t超过一定时长时，氧浓度会急速下降；鉴于不同制氧机出气气阻的不同，对40台制氧机进行测试，在氧气浓度≥90％的条件下，得到电磁阀最长开启时间分别为t_w1,t_w2,t_w3,t_w4,t_w5,t_w6……t_w40，将其中最小值作为电磁阀最短开启时间t₁₁、最大值作为电磁阀最长开启时间t₁₂，我们取t₁₁、t₁₂作为制氧机电磁阀开启时间的下限和上限；将出现频率最高的时长作为常压环境的电磁阀开启时间预设值t_w。

表1

电磁阀开启时间(s)	氧气流量(L/mih)	氧气浓度(％)
			0.19	0.92	92.1
0.21	0.98	91.2
			0.23	1.0	90.0
0.25	1.05	87.8
			0.27	1.1	84.2

本发明实施例的一个实施方式中，不同的海拔高度，环境气压不相同，经查询相关资料海拔对应环境气压如表2所示。

表2

实验发现，环境气压P₂降低，缓冲罐压力P₁随之降低；在维持电磁阀开启时间t不变时，制氧量会有明显降低；在保证制氧机产量不变的前提下，，记录环境气压和缓冲罐压力及电磁阀开启时间数据，计算出环境气压和缓冲罐压力的压差ΔP，绘制曲线如图4所示。

图4中，实时呼吸频率f一定，且保证氧气浓度时，当缓冲罐气压P₁与环境气压P₂压差ΔP越大，则电磁阀开启时间t越短。

本发明实施例的一个实施方式中，将制氧机放置到低压模拟高原实验装置中将装置的气压分别设置为79.5KPa、74.7KPa、70KPa、66KPa、61.6KPa、58KPa、54KPa(分别对应海拔高度5000m，4500m，4000m，3500m，3000m，2500m，2000m)，分别记录缓冲罐压力P₁，计算出ΔP压力。如图5所示，图5表示本发明实施例的环境气压P₂与缓冲罐气压P₁和两者的压差ΔP的曲线。

缓冲罐压力P₁随着环境压力P₂降低而降低，缓冲罐气压P₁与环境气压P₂压差ΔP也会略有下降。

在不同的环境气压下，对40台制氧机进行测试，保持氧气浓度≥90％，得到电磁阀最长开启时间分别为(t_p1,t_p2,t_p3,t_p4,t_p5,t_p6……t_p40)，将其中最小值作为电磁阀最短开启时间t_p11、最大值作为电磁阀最长开启时间t_p12，我们取t_p11、t_p12作为制氧机电磁阀开启时间的下限和上限；将出现频率最高的时长作为此环境气压下的电磁阀开启时间预设值t_p。

表3

本发明实施例的一个实施方式中，不同人在使用制氧机的时候的实时呼吸频率不同，需要根据实时呼吸频率进行调整。在保证氧气浓度和氧气产量的前提下，记录电磁阀开启频率和开启时间的数据，如图6所示，图6表示本发明实施例的氧气浓度和流量合格时出氧控制电磁阀开启频率和开启时间数据曲线。

环境气压P₂、缓冲罐压力P₁一定，且保证氧气流量≥1L和浓度≥87％时，实时呼吸频率f越快则出氧控制电磁阀开启时间t越短；记录在相同产量下出氧控制电磁阀开启频率和开启时间数据，发现电磁阀开启时间t_f是近似关于实时呼吸频率f一个分段二次函数，其中t_p是预设出氧控制电磁阀的开启时间：

Δf＝f-20

其中，Δt_平为平均呼吸间隔，Δf为平均实时呼吸频率，k₁、k₂为常数。

因此，制氧机出气量最终受出氧控制电磁阀开启时间t控制，出氧控制电磁阀开启时间受到环境压力P₁，实时呼吸频率f，氧气浓度w影响。

本发明实施例的一个实施方式中，制氧机开机运行后电磁阀开启时间按照预设t_p运行，随着制氧机检测到呼吸信号，控制器根据实时呼吸频率实时计算得到电磁阀开启时间为t_f；当氧气浓度低于87％则将电磁阀开启时间缩短0.01S；当氧气浓度高于92％磁阀开启时间延长0.01S；电磁阀开启时间不得超出t₁₁-t₁₂和t_p11-t_p12范围。

本发明技术方案，提供一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法，包括：根据环境气压传感器检测的环境气压P₂，预设出氧控制电磁阀的开启时间t_p；制氧机开机运行后，出氧控制电磁阀的开启时间按照预设时间t_p运行，呼吸监测传感器获取实时呼吸频率f，根据实时呼吸频率f对出氧控制电磁阀的开启时间t_f进行调整；氧气浓度传感器获取氧气浓度w,根据氧气浓度w，进一步对电磁阀开启时间调整。本发明技术方案，在保证氧气浓度的前提下，制氧机可获得最大的的供氧量，保证吸氧者获得最优的补氧效果。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法，其特征在于，所述控制方法，包括：

S101、根据环境气压传感器检测的环境气压P₂，预设出氧控制电磁阀的开启时间t_p；

S102、制氧机开机运行后，所述出氧控制电磁阀的开启时间按照预设时间t_p运行，呼吸监测传感器获取实时呼吸频率f，根据所述实时呼吸频率f对所述出氧控制电磁阀的开启时间t_f进行调整，所述实时呼吸频率f与所述出氧控制电磁阀的开启时间t_f的关系为：

f＝60/Δt_平

Δf＝f-20

其中，Δt_平为平均呼吸间隔，Δf为平均实时呼吸频率，k₁、k₂为常数；

S103、根据氧气浓度w，调整所述出氧控制电磁阀的开启时间t_f。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法，其特征在于，呼吸监测传感器获取实时呼吸频率f，包括：

检测两次呼吸的时间间隔Δt，取n次连续时间间隔，Δt₁，Δt₂，Δt₃，…Δt_n，计算n次平均呼吸间隔Δt_平

Δt_平＝(Δt₁+Δt₂+Δt₃+…+Δt_n)/n

式中，n≥5；

利用堆栈，实时计算平均呼吸间隔Δt_平，则实时呼吸频率f为

f＝60/Δt_平。

3.根据权利要求2所述的一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法，其特征在于，n的值取5。

4.根据权利要求1所述的一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法，其特征在于，根据氧气浓度w，调整所述出氧控制电磁阀的开启时间t_f，包括：

当氧气浓度低于87％则将电磁阀开启时间缩短0.01s；当氧气浓度高于92％磁阀开启时间延长0.01s。

5.根据权利要求1所述的一种脉冲式制氧设备的脉冲气量的控制方法，其特征在于，根据氧气浓度w调整所述出氧控制电磁阀的开启时间t_f，包括：

根据不同环境气压，每间隔3KPa预设一个所述出氧控制电磁阀的开启时间t_p。

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