CN115920183A - 电动电控呼吸机空氧混合浓度配比算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗设备制造技术领域，尤其涉及电动电控呼吸机空氧混合浓度配比算法，其包括：经验公式的取得、氧浓度跟随总流量变化的最佳跟随延时的确定和用经验公式实现氧流量控制的方法，进行了多次试验，归纳数据，拟合得到经验公式：y＝(a‑0.21)*b/(1‑0.21)，且式中y为氧气流量，a为氧浓度，b为总流量。本发明不仅能由设定的总流量和氧浓度代入算法计算出需要配比的氧气流量，进而简化氧气配比控制，同时只需运用常规的控制算法控制氧气流量跟随总流量变化，而且按该算法进行空氧配比后氧浓度的精度能达到5％以内。

Description

电动电控呼吸机空氧混合浓度配比算法

技术领域

本发明涉及医疗设备制造技术领域，尤其是指电动电控呼吸机空氧混合浓度配比算法。

背景技术

呼吸机控制中需要对病人端吸入氧气的浓度进行精确控制。已提供病人特定氧浓度的气体，达到呼吸治疗效果。对于气动电控呼吸机来说可以通过已有的配比算法控制来实现，而对于电动电控的呼吸机由于空气气源由涡轮风机构成，其输出流量稳定性较弱，按照气动电控呼吸机算法进行空氧混合无法得到准确的盐浓度，因此需对其进行调整，该算法的前提是可以对总流量和氧气流量进行精确监测，可以对氧气流量进行精确控制。

发明内容

本发明旨在对空气和氧气的体积进行合理配比的同时简化氧气配比控制，为此，本发明提出电动电控呼吸机空氧混合浓度配比算法，按该算法进行空氧配比后氧浓度的精度可达到5％以内。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案是电动电控呼吸机空氧混合浓度配比算法，包括经验公式的取得、氧浓度跟随总流量变化的最佳跟随延时的确定以及用经验公式实现氧流量控制的方法。

优选地，所述经验公式的取得有：

(1)先用一个总流量传感器测量空氧混合后的混合流量，再用另一个流量传感器对氧气的流量进行测量，最后在空氧混合输出端放置氧浓度传感器，以测量空氧混合后的氧浓度；

(2)通过涡轮增压风机控制空气、可控流量的比例阀控制氧气，在总流量和氧气流量两者变化的允许范围内进行调节，并将数值进行记录(反复进行试验)，记录下(1)中所提及的氧浓度传感器的多次测量值；

(3)归纳(2)中的多次试验数据，拟合得到一个经验公式：

y＝(a-0.21)*b/(1-0.21)

式中，a为氧浓度，b为总流量，y为氧气流量。

优选地，所述氧浓度跟随总流量变化的最佳跟随延时的确定：

通过反复多次试验观察可知，风机输出流量稳定性高，流量变化响应快的风机可以将延时时间缩短，风机输出流量稳定性差的，跟随延时会加长，跟随延时加长会导致氧浓度调整到设定值的时间加长，跟随延迟时间过短会导致氧气输出流量振荡；

综合多次试验结果验证，氧浓度跟随总流量变化的跟随延时由风机的输出流量特性确定，最佳跟随延时的时长为10ms。

优选地，所述用经验公式实现氧流量控制的方法包括：

(1)根据经验公式计算出所需氧气流量，通过闭环PID算法调节氧气流量到计算出的氧气流量；

(2)监测氧浓度传感器输出氧浓度，根据输出氧浓度计算出浓度控制偏差，将偏差均一化处理，在下一次通气开始时修正到氧气输出流量中进行补偿，往复开展最终使得输出氧浓度达到目标氧浓度；

(3)操作涡轮增压风机及可控流量的比例阀调节输出流量的稳定性使氧浓度跟随总流量变化的跟随延时接近最佳时长10ms；

(4)设氧气混入位置为涡轮增压风机出气口，通过涡轮增压风机出口的跟随混氧实现21％-100％任意氧浓度控制调节。

综上所述，本发明相对于现有技术其有益效果为：

通过本算法给出的公式，根据设定的总流量和氧浓度的需求，计算出需要控制的氧气流量，采用常规的控制算法控制氧气流量跟随总流量变化，能够避免跟随延迟时间过短导致的氧气输出流量振荡，还有此公式简单可行且配比精度较高，经由该公式代算后进行空氧配比所得出气的氧浓度其精度可达到5％以内。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明结合电动电控呼吸机及安装传感器的示例图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

本发明提出的电动电控呼吸机空氧混合浓度配比算法，包括经验公式的取得、氧气跟随总流量变化的最佳跟随延时的确定和用经验公式实现氧流量控制的方法。

参照图1的示例进行说明

一、经验公式的取得：

(1)先把一个流量传感器放置在涡轮增压风机的止回阀处测量空氧混合后的混合流量，再将另一个流量传感器安放于高压管道O₂出口的比例阀处对氧气的流量进行测量，最后在空氧混合的输出端放置氧浓度测量传感器，以测量空氧混合后的氧浓度；

(2)通过涡轮增压风机控制通过降噪腔的空气流量、高压管道O₂出口的比例阀控制氧气，在总流量和氧气流量两者变化的允许范围内进行调节，并将止回阀处的空气流量传感器和比例阀处的氧气流量传感器其数值进行记录(反复进行试验)，并且记录下(1)中所提及的氧浓度测量传感器的多次测量值，

具体可见以下表格(y为氧气流量，a为氧浓度，b为总流量)：

表1

表1中以氧气流量相差100cc/min、总流量相差500cc/min设置了11组试验，

表2

编号	<![CDATA[Y/(cc·min<sup>-1</sup>)]]>	A/％	<![CDATA[B/(cc·min<sup>-1</sup>)]]>
				1	300	25.71	5000
2	420	26.41	6000
				3	540	27.14	7000
4	660	27.50	8000
				5	780	27.79	9000
6	900	28.11	10000
				7	1020	29.01	11000
8	1140	28.51	12000
				9	1260	28.02	13000
10	1380	28.70	14000
				11	1500	28.88	15000

表2设置了11组试验，区别表1的是氧气流量相差120cc/min、总流量相差1000cc/min；

(3)由(2)中的表格，拟合得到一个经验公式：

y＝(a-0.21)*b/(1-0.21)

式中，a为氧浓度，b为总流量，y为氧气流量。

二、所述氧浓度跟随总流量变化的最佳跟随延时的确定：

通过反复多次试验观察可知，涡轮增压风机输出流量稳定性高，流量变化响应快的涡轮增压风机可以将延时时间缩短，涡轮增压风机输出流量稳定性差的，跟随延时会加长，跟随延时加长会导致氧浓度调整到设定值的时间加长，跟随延迟时间过短会导致氧气输出流量振荡。

综合多次试验结果验证，氧浓度跟随总流量变化的跟随延时由涡轮增压风机的输出流量特性确定，最佳跟随延时的时长为10ms。

三、所述用经验公式实现氧流量控制的方法：

(1)根据拟合得到的经验公式计算出所需氧气流量，通过闭环PID算法通过控制比例阀调节氧气流量到计算出的氧气流量；

(2)监测氧浓度测量传感器对应的输出氧浓度，根据输出氧浓度计算出浓度控制偏差，将偏差均一化处理，在下一次通气开始时修正到比例阀输出的氧气流量中进行补偿，往复开展最终使得空氧混合输出端的氧浓度达到目标氧浓度；

(3)操作涡轮增压风机及高压管道O₂出口的比例阀调节总流量与氧气流量的稳定性使氧浓度跟随总流量变化的跟随延时接近最佳时长10ms；

(4)设氧气混入位置为涡轮增压风机出气口，通过涡轮增压风机出口的跟随混氧实现21％-100％任意氧浓度控制调节。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.电动电控呼吸机空氧混合浓度配比算法，其特征在于，包括经验公式的取得、氧浓度跟随总流量变化的最佳跟随延时的确定和用经验公式实现氧流量控制的方法，其中所述经验公式的取得如下：

(1)先用一个总流量传感器测量空氧混合后的混合流量，再用另一个流量传感器对氧气的流量进行测量，最后在空氧混合输出端放置氧浓度传感器，以测量空氧混合后的氧浓度；

(2)通过涡轮增压风机控制空气、可控流量的比例阀控制氧气，在总流量和氧气流量两者变化的允许范围内进行调节，并将数值进行记录(反复进行试验)，记录下(1)中所提及的氧浓度传感器的多次测量值；

(3)归纳(2)中的多次试验数据，拟合得到一个经验公式：

y＝(a-0.21)*b/(1-0.21)

式中，a为氧浓度，b为总流量，y为氧气流量。

2.根据权利要求1所述的电动电控呼吸机空氧混合浓度配比算法，其特征在于，所述氧浓度跟随总流量变化的最佳跟随延时的确定：

通过反复多次试验观察可知，风机输出流量稳定性高，流量变化响应快的风机可以将延时时间缩短，风机输出流量稳定性差的，跟随延时会加长，跟随延时加长会导致氧浓度调整到设定值的时间加长，跟随延迟时间过短会导致氧气输出流量振荡；

综合多次试验结果验证，氧浓度跟随总流量变化的跟随延时由风机的输出流量特性确定，最佳跟随延时的时长为10ms。

3.根据权利要求1所述的电动电控呼吸机空氧混合浓度配比算法，其特征在于，所述用经验公式实现氧流量控制的方法包括：

(1)根据权利要求1中的经验公式计算出所需氧气流量，通过闭环PID算法调节氧气流量到计算出的氧气流量；

(2)监测氧浓度传感器的输出氧浓度，根据输出氧浓度计算出浓度控制偏差，将偏差均一化处理，在下一次通气开始时修正到氧气输出流量中进行补偿，往复开展最终使得输出氧浓度达到目标氧浓度；

(3)操作涡轮增压风机及可控流量的比例阀调节输出流量的稳定性使氧浓度跟随总流量变化的跟随延时接近最佳时长10ms；

(4)设氧气混入位置为涡轮增压风机出气口，通过涡轮增压风机出口的跟随混氧实现21％-100％任意氧浓度控制调节。

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