CN114681735A - 一种便携式高原智能供氧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式高原智能供氧系统，包括数据采集单元、主控单元、供氧控制单元、报警单元和参数设定单元；数据采集单元安装在吸氧管路上，用于采集吸氧管路的压力数据，并将压力数据传输至主控单元；主控单元用于分析数据采集单元采集的压力数据、用户的心率以及血氧饱和度数据，并将分析结果传输至供氧控制单元；供氧控制单元用于根据主控单元的分析结果进行开阀或闭阀，完成脉冲供氧；参数设定单元用于设定供氧系统的缺省参数；报警单元用于根据主控单元的分析结果进行报警。该高原智能供氧系统可以与现有便携式供氧设备搭配使用，在供氧设备出现故障时及时报警并自我调节，保证高原极端条件下供氧设备的正常使用。

Description

一种便携式高原智能供氧系统

技术领域

本发明属于高原供氧技术领域，具体涉及一种便携式高原智能供氧系统。

背景技术

通常平原地区空气中的含氧量为21％左右，高原地区空气中的含氧量为19％左右，从平原地区进入到高原地区的人们由于人体急进暴露于低压低氧环境后，身体机能不能马上适应，因此会产生各种病理性反应(常见的症状有头痛，失眠，食欲减退，疲倦和呼吸困难等)，即高原反应。

目前，已有多种制氧供氧设备可以在固定场所提供氧气，但对于移动人群，以往的供氧装置主要有氧气袋、小型氧气瓶等。现有的便携式供氧系统无法实现自动检测并调节的功能，对身处高原环境的用户使用造成不便。

发明内容

本发明的目的是为了解决高原便携式供氧的问题，提出了一种便携式高原智能供氧系统。

本发明的技术方案是：一种便携式高原智能供氧系统包括数据采集单元、主控单元、供氧控制单元、报警单元和参数设定单元；

数据采集单元安装在吸氧管路上，用于采集吸氧管路的压力数据，并将压力数据传输至主控单元；主控单元用于分析数据采集单元采集的压力数据、用户的心率以及血氧饱和度数据，并将分析结果传输至供氧控制单元；供氧控制单元用于根据主控单元的分析结果进行开阀或闭阀，完成脉冲供氧；参数设定单元用于设定供氧系统的供氧浓度、脉冲供氧时间、潮气量和吸气压力阈值；报警单元用于根据主控单元的分析结果进行报警。

进一步地，主控单元包括压力检测模块、漏气检测模块、电磁阀驱动模块和心率血氧检测模块；

压力检测模块安装于吸氧管路上，用于控制供氧状态；

漏气检测模块用于检测供氧系统是否漏气，并进行漏气调节；

电磁阀驱动模块用于根据压力检测模块分析的供氧状态控制电磁阀的开阀或闭阀；

心率血氧检测模块用于将用户的心率以及血氧饱和度数据与对应的设定阈值进行比较，并通过报警单元进行灯光或蜂鸣报警。

进一步地，供氧控制单元包括气压稳定模块、电磁阀和空氧混合模块；

气压稳定模块用于将不同储存压力的气源转换为供氧系统所需压力稳定的氧气；

电磁阀用于根据电磁阀驱动模块的指令进行开阀或闭阀；

空氧混合模块用于对气压稳定模块输出的气体进行氧浓度控制，达到目标供氧浓度。

进一步地，压力检测模块控制供氧状态的具体方法为：在吸氧管为负压时，吸氧管的压力数据达到参数设定单元中设定的吸气压力阈值，则用户处于吸气状态，并在脉冲供氧时间内输出供氧信号至电磁阀驱动模块，直至到达脉冲供氧时长则停止，输出停止供氧信号至电磁阀驱动模块；

当连续若干个监测周期吸氧管均不为负压时，则利用报警单元进行灯光或蜂鸣报警，同时系统进入待机状态。

进一步地，漏气检测模块进行漏气检测的具体方法为：

A1：根据数据采集模块采集的吸氧管的吸气潮气量和呼气潮气量，判断是否发生初步漏气，若是进入步骤A3，否则进入步骤A2；

A2：根据数据采集模块采集的吸氧管外壁的二氧化碳浓度，判断是否发生最终漏气，若是则进入步骤A3，否则吸氧管未发生漏气；

A3：根据吸氧管的吸气潮气量和呼气潮气量，确定实际漏气量；实际漏气量＝吸气潮气量-呼气潮气量；

A4：根据实际漏气量和参数设定单元设定的潮气量，确定漏气调节容量blow_air，其计算公式为：

其中，blow_set表示实际漏气量，blow_{in_out}表示参数设定单元设定的潮气量，blow_in表示吸气潮气量，blow_out表示呼气潮气量，T_in表示吸气潮气量所用时间，blow_{in_mean}表示平均吸气潮气量，blow_mean表示平均潮气量；

将实际漏气量和参数设定单元设定的潮气量之和作为漏气调节容量，其中参数设定单元的设定潮气量会根据数据采集模块采集的潮气量确定；

A5：将漏气调节容量blow_air对应的氧气浓度作为空氧混合模块的目标供氧浓度，并利用调节配比值β进行漏气调节。

进一步地，步骤A1中，若吸气潮气量大于呼气潮气量，则吸氧管发生初步漏气，否则未发生初步漏气；

步骤A2中，若吸氧管外壁的二氧化碳浓度大于大气压，则吸氧管发生最终漏气，否则未发生最终漏气。

进一步地，空氧混合模块根据调节配比值β对气压稳定模块输出的气体进行氧浓度控制，其计算公式为：

其中，A₁表示设定供氧浓度，A₂表示气压稳定模块输出的氧流量，A₃表示气压稳定模块输出的空气流量。

本发明的有益效果是：

(1)该高原智能供氧系统可以与现有便携式供氧设备搭配使用，在供氧设备出现故障时及时报警并自我调节，保证高原极端条件下供氧设备的正常使用；

(2)该高原智能供氧系统通过数据采集单元实现数据采集，通过主控单元实现数据的分析处理，通过供氧控制单元实现自我调节，通过报警单元通过实时提示，通过参数设定单元配合主控单元完成压力检测和漏气检测，保证供氧系统的工作效率及安全性。

附图说明

图1为便携式高原智能供氧系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。

如图1所示，本发明提供了一种便携式高原智能供氧系统，包括数据采集单元、主控单元、供氧控制单元、报警单元和参数设定单元；

数据采集单元安装在吸氧管路上，用于采集吸氧管路的压力数据，并将压力数据传输至主控单元；主控单元用于分析数据采集单元采集的压力数据、用户的心率以及血氧饱和度数据，并将分析结果传输至供氧控制单元；供氧控制单元用于根据主控单元的分析结果进行开阀或闭阀，完成脉冲供氧；参数设定单元用于设定供氧系统的供氧浓度、脉冲供氧时间、潮气量和吸气压力阈值；报警单元用于根据主控单元的分析结果进行报警。

在本发明实施例中，如图1所示，主控单元包括压力检测模块、漏气检测模块、电磁阀驱动模块和心率血氧检测模块；

压力检测模块安装于吸氧管路上，用于控制供氧状态；

漏气检测模块用于检测供氧系统是否漏气，并进行漏气调节；

电磁阀驱动模块用于根据压力检测模块分析的供氧状态控制电磁阀的开阀或闭阀；

心率血氧检测模块用于将用户的心率以及血氧饱和度数据与对应的设定阈值进行比较，并通过报警单元进行灯光或蜂鸣报警。

在本发明实施例中，如图1所示，供氧控制单元包括气压稳定模块、电磁阀和空氧混合模块；

气压稳定模块用于将不同储存压力的气源转换为供氧系统所需压力稳定的氧气；如氧气袋、氧气瓶等内的氧气；

电磁阀用于根据电磁阀驱动模块的指令进行开阀或闭阀；

空氧混合模块用于对气压稳定模块输出的气体进行氧浓度控制，达到目标供氧浓度。

在本发明实施例中，压力检测模块控制供氧状态的具体方法为：在吸氧管为负压时，吸氧管的压力数据达到参数设定单元中设定的吸气压力阈值，则用户处于吸气状态，并在脉冲供氧时间内输出供氧信号至电磁阀驱动模块，直至到达脉冲供氧时长则停止，输出停止供氧信号至电磁阀驱动模块；

当连续若干个监测周期吸氧管均不为负压时，则利用报警单元进行灯光或蜂鸣报警，同时系统进入待机状态。

在本发明实施例中，漏气检测模块进行漏气检测的具体方法为：

A1：根据数据采集模块采集的吸氧管的吸气潮气量和呼气潮气量，判断是否发生初步漏气，若是进入步骤A3，否则进入步骤A2；

A2：根据数据采集模块采集的吸氧管外壁的二氧化碳浓度，判断是否发生最终漏气，若是则进入步骤A3，否则吸氧管未发生漏气；

A3：根据吸氧管的吸气潮气量和呼气潮气量，确定实际漏气量；实际漏气量＝吸气潮气量-呼气潮气量；

A4：根据实际漏气量和参数设定单元设定的潮气量，确定漏气调节容量blow_air，其计算公式为：

其中，blow_set表示实际漏气量，blow_{in_out}表示参数设定单元设定的潮气量，blow_in表示吸气潮气量，blow_out表示呼气潮气量，T_in表示吸气潮气量所用时间，blow_{in_mean}表示平均吸气潮气量，blow_mean表示平均潮气量；

将实际漏气量和参数设定单元设定的潮气量之和作为漏气调节容量，其中参数设定单元的设定潮气量会根据数据采集模块采集的潮气量确定；

A5：将漏气调节容量blow_air对应的氧气浓度作为空氧混合模块的目标供氧浓度，并利用调节配比值β进行漏气调节。吸氧浓度的计算方法是吸氧浓度(％)＝21+4×氧流量(升/分)，其中21是大气中的氧浓度。利用调节配比值β调节氧流量，以此达到调节吸氧浓度的目的，在吸氧浓度可控后，吸氧管内的容量即确定，也就是漏气调节容量blow_air。

在本发明实施例中，步骤A1中，若吸气潮气量大于呼气潮气量，则吸氧管发生初步漏气，否则未发生初步漏气；

步骤A2中，若吸氧管外壁的二氧化碳浓度大于大气压，则吸氧管发生最终漏气，否则未发生最终漏气。

数据采集单元安装在吸氧管上，可以采集气管内外部的气压数据，为漏气判断提供依据。而依靠单一的吸气潮气量和呼气潮气量来判定吸氧管的漏气情况，会导致最终判断结果不准确，这是因为在供氧使用过程中，类似于吸氧管变形或折叠也会导致潮气量变化，所以不能单以潮气量作为判断标准，将二氧化碳与潮气量协同作为判断标准。除二氧化碳外，其余气体与大气压进行比较，也可以作为判断漏气的标准。

由于高原环境的特殊使用场景，在吸氧管出现漏气且氧气袋不充足时，可能出现无法及时更换吸氧管或氧气袋的情况，所以需要漏气检测模块同时具备漏气调节功能。

在本发明实施例中，空氧混合模块根据调节配比值β对气压稳定模块输出的气体进行氧浓度控制，其计算公式为：

其中，A₁表示设定供氧浓度，A₂表示气压稳定模块输出的氧流量，A₃表示气压稳定模块输出的空气流量。

空氧混合模块可以根据设定的氧气浓度，利用调节配比值对气压稳定模块输出的气体进行调整，使进入供氧系统的氧浓度符合可调范围。

本发明的工作原理及过程为：在使用该便携式高原智能供氧系统时，利用数据采集单元采集数据，将采集的数据传输至主控单元进行处理分析。具体为：压力检测模块检测吸氧管的负压状态，并将其传输至电磁阀驱动模块或报警单元；漏气检测模块进行漏气检测，并与参数设定单元设定的参数进行分析，根据供氧混合模块的目标参数进行调节；空氧混合模块对气压稳定模块的输出气体进行氧浓度控制。

本发明的有益效果为：

(1)该高原智能供氧系统可以与现有便携式供氧设备搭配使用，在供氧设备出现故障时及时报警并自我调节，保证高原极端条件下供氧设备的正常使用；

(2)该高原智能供氧系统通过数据采集单元实现数据采集，通过主控单元实现数据的分析处理，通过供氧控制单元实现自我调节，通过报警单元通过实时提示，通过参数设定单元配合主控单元完成压力检测和漏气检测，保证供氧系统的工作效率及安全性。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种便携式高原智能供氧系统，其特征在于，包括数据采集单元、主控单元、供氧控制单元、报警单元和参数设定单元；

所述数据采集单元安装在吸氧管路上，用于采集吸氧管路的压力数据，并将压力数据传输至主控单元；所述主控单元用于分析数据采集单元采集的压力数据、用户的心率以及血氧饱和度数据，并将分析结果传输至供氧控制单元；所述供氧控制单元用于根据主控单元的分析结果进行开阀或闭阀，完成脉冲供氧；所述参数设定单元用于设定供氧系统的供氧浓度、脉冲供氧时间、潮气量和吸气压力阈值；所述报警单元用于根据主控单元的分析结果进行报警。

2.根据权利要求1所述的便携式高原智能供氧系统，其特征在于，所述主控单元包括压力检测模块、漏气检测模块、电磁阀驱动模块和心率血氧检测模块；

所述压力检测模块安装于吸氧管路上，用于控制供氧状态；

所述漏气检测模块用于检测供氧系统是否漏气，并进行漏气调节；

所述电磁阀驱动模块用于根据压力检测模块分析的供氧状态控制电磁阀的开阀或闭阀；

所述心率血氧检测模块用于将用户的心率以及血氧饱和度数据与对应的设定阈值进行比较，并通过报警单元进行灯光或蜂鸣报警。

3.根据权利要求1所述的便携式高原智能供氧系统，其特征在于，所述供氧控制单元包括气压稳定模块、电磁阀和空氧混合模块；

所述气压稳定模块用于将不同储存压力的气源转换为供氧系统所需压力稳定的氧气；

所述电磁阀用于根据电磁阀驱动模块的指令进行开阀或闭阀；

所述空氧混合模块用于对气压稳定模块输出的气体进行氧浓度控制，达到目标供氧浓度。

4.根据权利要求2所述的便携式高原智能供氧系统，其特征在于，所述压力检测模块控制供氧状态的具体方法为：在吸氧管为负压时，吸氧管的压力数据达到参数设定单元中设定的吸气压力阈值，则用户处于吸气状态，并在脉冲供氧时间内输出供氧信号至电磁阀驱动模块，直至到达脉冲供氧时长则停止，输出停止供氧信号至电磁阀驱动模块；

当连续若干个监测周期吸氧管均不为负压时，则利用报警单元进行灯光或蜂鸣报警，同时系统进入待机状态。

5.根据权利要求1所述的便携式高原智能供氧系统，其特征在于，所述漏气检测模块进行漏气检测的具体方法为：

A1：根据数据采集模块采集的吸氧管的吸气潮气量和呼气潮气量，判断是否发生初步漏气，若是进入步骤A3，否则进入步骤A2；

A2：根据数据采集模块采集的吸氧管外壁的二氧化碳浓度，判断是否发生最终漏气，若是则进入步骤A3，否则吸氧管未发生漏气；

A3：根据吸氧管的吸气潮气量和呼气潮气量，确定实际漏气量；

A4：根据实际漏气量和参数设定单元设定的潮气量，确定漏气调节容量blow_air，其计算公式为：

其中，blow_set表示实际漏气量，blow_{in_out}表示参数设定单元设定的潮气量，blow_in表示吸气潮气量，blow_out表示呼气潮气量，T_in表示吸气潮气量所用时间，blow_{in_mean}表示平均吸气潮气量，blow_mean表示平均潮气量；

A5：将漏气调节容量blow_air对应的氧气浓度作为空氧混合模块的目标供氧浓度，并利用调节配比值β进行漏气调节。

6.根据权利要求1所述的便携式高原智能供氧系统，其特征在于，所述步骤A1中，若吸气潮气量大于呼气潮气量，则吸氧管发生初步漏气，否则未发生初步漏气；

所述步骤A2中，若吸氧管外壁的二氧化碳浓度大于大气压，则吸氧管发生最终漏气，否则未发生最终漏气。

7.根据权利要求1所述的便携式高原智能供氧系统，其特征在于，所述空氧混合模块根据调节配比值β对气压稳定模块输出的气体进行氧浓度控制，其计算公式为：

其中，A₁表示设定供氧浓度，A₂表示气压稳定模块输出的氧流量，A₃表示气压稳定模块输出的空气流量。

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