CN116020027A - 热丝式流量传感器及其颗粒物检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了热丝式流量传感器及其颗粒物检测方法。热丝式流量传感器包括进气口、出气口，热丝式流量传感器进一步包括：环境测量单元，设置在进气口侧或出气口侧，并且环境测量单元测量热丝式流量传感器中的气体的颗粒物数据；颗粒物浓度计算单元，对环境测量单元测量的气体的颗粒物数据进行采样，并基于采样的数据得到气体的颗粒物浓度数据；比较单元，将所述物浓度数据与预定阈值进行比较，并生成比较结果；以及通知单元，接收比较单元生成的比较结果，并且根据比较结果生成通知信息。

Description

热丝式流量传感器及其颗粒物检测方法

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，尤其涉及一种流量传感器及具有该流量传感器的呼吸机及麻醉机。

背景技术

随着现代医学的发展，呼吸机作为一项能人工替代自主通气功能的有效手段，已普遍用于治疗睡眠呼吸暂停或其他呼吸紊乱。而流量传感器作为呼吸机气路结构中的一个非常重要的部件，其不仅对呼吸机的报警功能起着决定性作用，同时实时监测病人吸气及呼吸流速和压力，并反馈给呼吸机的控制系统，辅助对病人流速、压力、潮气量等参数进行更准确的控制。

流量传感器属于精密电子检测部件，是呼吸机使用过程中监测气体容量和流量的核心部件。目前，由于呼吸机的厂家不同，呼吸机的结构与原理也存在一定的差异，对应使用的流量传感器也不同。根据其工作原理，可大致分为以下几类：热丝式流量传感器、热膜式流量传感器、超声式流量传感器、测压式流量传感器等。

热丝式流量传感器的基本原理是将一根细的金属丝(在不同的温度下金属丝的电阻不同)放在被测气流中，通过电流加热金属丝，使其温度高于流体的温度，当被测气体流过热丝时，将带走热丝的一部分热量，使热丝温度下降，热丝在气体中的散热量与流速有关，散热量导致热丝温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号，经适当的信号变换和处理后测量出气体流量的大小。放置于测量通道中的热丝作为惠斯登电桥的一个桥臂，由运算放热丝式流量传感器的基本原理是将一根细的金属丝(在不同的温度下金属丝的电阻不同)放在被测气流中，通过电流加热金属丝，使其温度高于流体的温度，当被测气体流过热丝时，将带走热丝的一部分热量，使热丝温度下降，热丝在气体中的散热量与流速有关，散热量导致热丝温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号，经适当的信号变换和处理后测量出气体流量的大小。放置于测量通道中的热丝作为惠斯登电桥的一个桥臂，由运算放大器差分放大电桥输出的电压信号；运算放大器提供三极管工作所需要的偏置电压，并使运算放大器输出信号能够叠加在三极管的偏置电位上，并被三极管放大给电桥供电。由电桥电路，运算放大器和三极管构成的反馈回路，能够使热线工作于恒温状态下。在接通电源瞬间，热线电阻很快电流加热，并且，其阻值随即升高，使电桥很快达到平衡状态。当流体流过流量计时，由于热交换的原因，热丝的温度、阻抗将发生变化，使桥路失去平衡，根据输出的反馈电压信号即可以测量出流体的流量。单位截面积中，流速越大，电热丝降温越快，那么，电热丝就需要更大的电量维持稳定的温度(180℃)，使热丝保持在180℃所需的能量代表流过传感器并使热丝冷却的气流的流量。

热丝式流量传感器具有高精度的显著优点，因此，作为精密电子检测部件被普遍应用于呼吸机和麻醉机等医疗器械中。然而，由于热丝式流量传感器里的导丝非常细，如果病人的分泌物及冷凝水吸附在流量传感器的铂金丝上，特别是进行雾化治疗后残余的药液也会吸附在流量传感器上，从而造成流量传感器失灵无法正常工作，严重时还会造成铂金丝熔断，流量传感器损毁。

发明内容

鉴于上述情况，提出了设置有环境传感器的热丝式流量传感器及其颗粒物检测方法，其通过设置环境传感器能够感测呼吸回路气体的洁净度质量。例如，可以使用PM2.5之类的微粒传感器感测呼吸机或麻醉机呼吸回路中的气体洁净度质量，当洁净度劣化时可以发出提示以通知用户清洁呼吸回路，从而有助于提高传感器的耐用性。

根据本发明的一个方面，提供了一种热丝式流量传感器，所述热丝式流量传感器包括进气口、出气口，其特征在于，所述热丝式流量传感器进一步包括：环境测量单元，设置在所述进气口侧或所述出气口侧，并且所述环境测量单元测量所述热丝式流量传感器中的气体的颗粒物数据；颗粒物浓度计算单元，对所述环境测量单元测量的气体的颗粒物数据进行采样，并基于采样的数据得到所述气体的颗粒物浓度数据；比较单元，将所述颗粒物浓度数据与预定阈值进行比较，并生成比较结果；以及通知单元，接收所述比较单元生成的所述比较结果，并且根据所述比较结果生成通知信息。

优选地，当所述比较结果表明所述颗粒物浓度数据大于预定阈值时，所述通知单元生成清洗热丝式流量传感器的提示信息。

优选地，热丝式流量传感器进一步包括：启动单元，根据用户的操作指令或根据预定的启动周期，启动所述环境测量单元。

优选地，热丝式流量传感器进一步包括：显示单元，显示以下各项中的至少一项：所述环境测量单元测量的所述热丝式流量传感器中的气体的颗粒物数据；所述颗粒物浓度计算单元得到的所述气体的颗粒物浓度数据；所述比较单元生成的所述比较结果。

优选地，环境测量单元包括激光模块和光电二极管，所述激光模块与所述光电二极管相对设置，并且所述激光模块发射激光，所述激光照射到所述气体中的颗粒物从而产生散射光，所述光电二极管接收所述散射光。

优选地，激光模块是发射650nm波长的红色激光模块。

优选地，热丝式流量传感器进一步包括：过滤单元，设置在所述进气口侧，并且所述过滤单元对流入所述热丝式流量传感器的气体进行过滤。

优选地，过滤单元包括滤网和/或滤棉，所述过滤单元可拆卸地设置在所述进气口侧。

优选地，过滤单元的侧面一端安装拉带，所述拉带用于将所述过滤单元从所述热丝式流量传感器内部取出。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于热丝式流量传感器的颗粒物检测方法，所述热丝式流量传感器包括进气口、出气口，其特征在于，所述用于热丝式流量传感器的颗粒物检测方法包括：环境测量步骤，测量所述热丝式流量传感器中的气体的颗粒物数据；颗粒物浓度计算步骤，对所述环境测量步骤中测量的气体的颗粒物数据进行采样，并基于采样的数据得到所述气体的颗粒物浓度数据；比较步骤，将所述颗粒物浓度数据与预定阈值进行比较，并生成比较结果；以及通知步骤，接收所述比较步骤生成的所述比较结果，并且根据所述比较结果生成通知信息。

优选地，在所述通知步骤中，当所述比较结果表明所述颗粒物浓度数据大于预定阈值时，生成清洗热丝式流量传感器的提示信息。

优选地，在所述环境测量步骤之前，还包括：启动步骤，根据用户的操作指令或根据预定的启动周期，启动所述环境测量步骤。

优选地，在所述通知步骤之后，还包括：显示步骤，显示以下各项中的至少一项：所述环境测量步骤测量的所述热丝式流量传感器中的气体的颗粒物数据；所述颗粒物浓度计算步骤得到的所述气体的颗粒物浓度数据；所述比较步骤生成的所述比较结果。

从上述方案中可以看出，通过设置环境传感器，能够感测呼吸回路气体的洁净度质量。例如，可以使用PM2.5之类的微粒传感器感测呼吸机或麻醉机呼吸回路中的气体洁净度质量，当洁净度劣化时可以发出提示以通知用户清洁呼吸回路，从而有助于提高传感器的耐用性。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的热丝式流量传感器的结构示意图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的使用红外LED式颗粒物浓度传感器作为有环境传感器的热丝式流量传感器的电路示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的热丝式流量传感器的功能框图；以及

图4示出了根据本发明的一个实施例的热丝式流量传感器的颗粒物检测方法的流程图。

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，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

为使需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

图1示出了根据本发明的一个实施例的热丝式流量传感器的结构示意图。如图1的上部示图示出了热丝式流量传感器的侧视图，如图所示，热丝式流量传感器10包括：进气口102、出气口104、热敏电阻铂丝106。当气体沿着箭头方向从进气口102流向出气口104，期间，该气体掠过热敏电阻铂丝106表面时，会带走热量。热丝控制装置里的温度传感器不断的测量热丝温度，然后加热热丝，将其保持在某一固定温度所需的能量，通过测量加热所需的电量，来测量气体的流量。热敏电阻铂丝106的阻值随着气体流速的变化，使电路失去原有的平衡而产生一个不平衡的电流信号，该信号的大小与气体流速有一定的对应关系，从而可以根据气体的导热系数测出气体流速的大小。在本申请中，热丝式流量传感器还包括环境测量单元108，尽管图1中将环境测量单元108设置在进气口102侧，但环境测量单元108同样可以设置在出气口104侧，只要环境测量单元108能够感测呼吸回路气体的洁净度质量，则可以按需设置环境测量单元108的安装位置。在热丝式流量传感器使用期间，病人的分泌物、冷凝水以及其他颗粒物会随着气体吸附在流量传感器的铂金丝上，从而造成流量传感器失灵无法正常工作，严重时还会造成铂金丝熔断，流量传感器损毁。在本申请中，为了降低因损坏而更换的成本，可以设置环境测量单元108，从而便于感测呼吸机或麻醉机呼吸回路中的气体洁净度质量，当洁净度劣化时可以发出提示以通知用户清洁呼吸回路，从而有助于提高传感器的耐用性。此外，尽管图中未示出，但热丝式流量传感器可以进一步包括：过滤单元，设置在进气口侧，并且过滤单元对流入热丝式流量传感器的气体进行过滤。例如，过滤单元包括滤网和/或滤棉，过滤单元可拆卸地设置在进气口侧。例如，可以在过滤单元的侧面一端安装拉带，在需要清洗或更换过滤单元的情况下，拉带用于将过滤单元从热丝式流量传感器内部取出。过滤单元的横截面与进气口的横截面大小匹配，从而使得过滤单元嵌合至进气口的内壁。如图1的下部示图所示，示出了环境测量单元108的放大视图。环境测量单元108例如包括红外发射传感器108-2和红外接收传感器108-4，红外发射传感器108-2和红外接收传感器108-4相对设置，并且红外发射传感器108-2发射红外光，红外光照射到气体中的颗粒物从而由于颗粒物产生散射光，红外接收传感器108-4接收散射光。以下参考图2，详细描述红外LED式颗粒物浓度传感器的工作原理。

图2示出了根据本发明的一个实施例的使用红外LED式颗粒物浓度传感器作为有环境传感器的热丝式流量传感器的电路示意图。颗粒物传感器是利用光的散射原理和光电转换技术，对颗粒物进行测量和检测，主要解决的问题是感测呼吸机或麻醉机呼吸回路中的气体洁净度质量，并且当当基于颗粒物传感器的感测信号确定洁净度劣化时可以发出提示以通知用户清洁呼吸回路。在激光颗粒物传感的工作过程中，发射器发出的一束激光沿着光路通道到达接收器，期间，光线受到气体中所包含的微粒的吸收、散射而衰减，接收器根据接收的光强度与入射光强度的比例从而确定气体的不透光性，从而反映出气体中颗粒物浓度的大小。具体地，如图2中所示，红外发射LED光源202在气流进出流量传感器时，有颗粒通过则输出高电平。因为红外LED光散射的颗粒信号较弱，只对大于1um的大颗粒有响应。因此，采用红外原理的粉尘传感器的结构和电路也比较简单。如图2中所示，在需要测量颗粒物浓度时，通过呼吸机/麻醉机的微控制器(MCU)206上对应的输出IO控制红外发射LED驱动电路204进入工作状态，红外发射LED光源202发射红外光，此时有颗粒214通过流量传感器时，红外接收传感器210输出高低电平信号变化，并且该电平信号经由放大电路208放大，经放大的电平信号通过微控制器(MCU)206的A/D采样单元对颗粒物通过数据进行采样，再由微控制器(MCU)206经过数据运算得到颗粒物浓度数据，当运算得到的颗粒物浓度超过一定预设限值时，呼吸机/麻醉机会通过人机交互显示器212显示对应的流量传感器内部颗粒物浓度超标告警指示，提示使用者及时清洗流量传感器管道。

图3示出了根据本发明的一个实施例的热丝式流量传感器的功能框图。图3示出了例如图2所示出的使用红外LED式颗粒物浓度传感器作为配备环境传感器的热丝式流量传感器的功能框图。如图3所示，热丝式流量传感器包括：启动单元302，根据用户的操作指令或根据预定的启动周期(例如，每1天、每一周、或每一个月)，启动环境测量单元304；环境测量单元304，设置在进气口侧或出气口侧，并且环境测量单元304测量热丝式流量传感器中的气体的颗粒物数据；颗粒物浓度计算单元306，对环境测量单元304测量的气体的颗粒物数据进行采样，并基于采样的数据得到气体的颗粒物浓度数据；比较单元308，将颗粒物浓度数据与预定阈值进行比较，并生成比较结果；通知单元310，接收比较单元308生成的比较结果，并且当比较结果表明颗粒物浓度数据大于预定阈值时，通知单元310生成清洗热丝式流量传感器的提示信息(例如，通过听觉或视觉或触觉方式生成提示信息)；显示单元312，显示以下各项中的至少一项：环境测量单元304测量的热丝式流量传感器中的气体的颗粒物数据、颗粒物浓度计算单元306得到的气体的颗粒物浓度数据、比较单元308生成的比较结果。

图4示出了根据本发明的一个实施例的热丝式流量传感器的颗粒物检测方法的流程图。如图4中所示，热丝式流量传感器的颗粒物检测方法包括以下步骤：启动步骤402，根据用户的操作指令或根据预定的启动周期(例如，每1天、每一周、或每一个月)，启动环境测量；环境测量步骤404，测量热丝式流量传感器中的气体的颗粒物数据；颗粒物浓度计算步骤406，对环境测量步骤404测量的气体的颗粒物数据进行采样，并基于采样的数据得到气体的颗粒物浓度数据；比较步骤408，将颗粒物浓度数据与预定阈值进行比较，并生成比较结果；通知步骤410，接收比较步骤408生成的比较结果，并且当比较结果表明颗粒物浓度数据大于预定阈值时，通知步骤410生成清洗热丝式流量传感器的提示信息(例如，通过听觉或视觉或触觉方式生成提示信息)；显示步骤412，显示以下各项中的至少一项：环境测量步骤404测量的热丝式流量传感器中的气体的颗粒物数据、颗粒物浓度计算步骤406得到的气体的颗粒物浓度数据、比较步骤408生成的比较结果。

从上述方案中可以看出，根据本发明提出的热丝式流量传感器和用于热丝式流量传感器的颗粒物检测方法，通过通过设置环境传感器能够感测呼吸回路气体的洁净度质量。例如，可以使用PM2.5之类的微粒传感器感测呼吸机或麻醉机呼吸回路中的气体洁净度质量，当洁净度劣化时可以发出提示以通知用户清洁呼吸回路，从而有助于提高传感器的耐用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种热丝式流量传感器，所述热丝式流量传感器包括进气口、出气口，其特征在于，所述热丝式流量传感器进一步包括：

环境测量单元，设置在所述进气口侧或所述出气口侧，并且所述环境测量单元测量所述热丝式流量传感器中的气体的颗粒物数据；

颗粒物浓度计算单元，对所述环境测量单元测量的气体的颗粒物数据进行采样，并基于采样的数据得到所述气体的颗粒物浓度数据；

比较单元，将所述颗粒物浓度数据与预定阈值进行比较，并生成比较结果；以及

通知单元，接收所述比较单元生成的所述比较结果，并且根据所述比较结果生成通知信息。

2.根据权利要求1所述的热丝式流量传感器，其特征在于，当所述比较结果表明所述颗粒物浓度数据大于预定阈值时，所述通知单元生成清洗所述热丝式流量传感器的提示信息。

3.根据权利要求1或2所述的热丝式流量传感器，其特征在于，所述热丝式流量传感器进一步包括：启动单元，根据用户的操作指令或根据预定的启动周期，启动所述环境测量单元。

4.根据权利要求1或2所述的热丝式流量传感器，其特征在于，所述热丝式流量传感器进一步包括显示单元，所述显示单元显示以下各项中的至少一项：所述环境测量单元测量的所述热丝式流量传感器中的气体的颗粒物数据；所述颗粒物浓度计算单元得到的所述气体的颗粒物浓度数据；所述比较单元生成的所述比较结果。

5.根据权利要求1或2所述的热丝式流量传感器，其特征在于，所述环境测量单元包括光发射模块和光接收模块，所述光发射模块和所述光接收模块相对设置，并且所述光发射模块发射光，所述光照射到所述气体中的颗粒物从而产生散射光，所述光接收模块接收所述散射光。

6.根据权利要求5所述的热丝式流量传感器，其特征在于，所述光发射模块是红外发射LED，所述光接收模块是红外接收传感器。

7.根据权利要求5所述的热丝式流量传感器，其特征在于，所述光发射模块激光发射器，所述光接收模块是激光接收器。

8.根据权利要求7所述的热丝式流量传感器，其特征在于，所述激光发射器是发射650nm波长的红外激光器。

9.根据权利要求1或2所述的热丝式流量传感器，其特征在于，所述热丝式流量传感器进一步包括：过滤单元，设置在所述进气口侧，并且所述过滤单元对流入所述热丝式流量传感器的气体进行过滤。

10.根据权利要求9所述的热丝式流量传感器，其特征在于，所述过滤单元包括滤网和/或滤棉，所述过滤单元可拆卸地设置在所述进气口侧。

11.根据权利要求10所述的热丝式流量传感器，其特征在于，所述过滤单元的侧面一端安装拉带，所述拉带用于将所述过滤单元从所述热丝式流量传感器内部取出。

12.一种用于热丝式流量传感器的颗粒物检测方法，所述热丝式流量传感器包括进气口、出气口，其特征在于，所述用于热丝式流量传感器的颗粒物检测方法包括：

环境测量步骤，测量所述热丝式流量传感器中的气体的颗粒物数据；

颗粒物浓度计算步骤，对所述环境测量步骤中测量的气体的颗粒物数据进行采样，并基于采样的数据得到所述气体的颗粒物浓度数据；

比较步骤，将所述颗粒物浓度数据与预定阈值进行比较，并生成比较结果；以及

通知步骤，接收所述比较步骤生成的所述比较结果，并且根据所述比较结果生成通知信息。

13.根据权利要求12所述的用于热丝式流量传感器的颗粒物检测方法，其特征在于，在所述通知步骤中，当所述比较结果表明所述颗粒物浓度数据大于预定阈值时，生成清洗所述热丝式流量传感器的提示信息。

14.根据权利要求12或13所述的用于热丝式流量传感器的颗粒物检测方法，其特征在于，在所述环境测量步骤之前，还包括：启动步骤，根据用户的操作指令或根据预定的启动周期，启动所述环境测量步骤。

15.根据权利要求12或13所述的用于热丝式流量传感器的颗粒物检测方法，其特征在于，在所述通知步骤之后，还包括显示步骤，显示以下各项中的至少一项：所述环境测量步骤测量的所述热丝式流量传感器中的气体的颗粒物数据；所述颗粒物浓度计算步骤得到的所述气体的颗粒物浓度数据；所述比较步骤生成的所述比较结果。

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