CN116020035B - 呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制系统，包括：根据氧气流量目标值、二氧化碳流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值分别计算出氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值；进而计算并更新二氧化碳浓度加权平均偏移的值；基于二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值重新计算氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值；根据氧气流量控制值计算确定氧气流量开关控制电流，并控制氧气流量开关；以及根据二氧化碳流量控制值计算确定二氧化碳流量开关控制电流，并控制二氧化碳流量开关。实现氧气和二氧化碳进行混合输出时，快速准确的调节混合气体的流量和两种气体的比例。

Description

呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制系统

技术领域

本发明涉及呼吸机技术领域，具体涉及呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制系统。

背景技术

氧气和二氧化碳的二元混合气体，在呼吸机，培养箱，呼吸面罩二氧化碳气体补充等场景下均有应用。实现这种控制目前的方法有多种，常见有几种：第一种是使用无源的气阀对氧气和二氧化碳进行预设比例混合，第二种是通过预制氧气和二氧化碳混合气体进行输出，第三种是使用流量计读值单独调节二氧化碳流量，再与一定流速的氧气进行混合。

针对第一种方法，使用无源的气阀对氧气和二氧化碳进行预设比例混合，可以控制混合气体的流量以及控制氧气和二氧化碳比例，但是因为是比例是预设的，不可以按需要动态调节比例。

针对第二种方法，通过预制氧气和二氧化碳混合气体进行输出，此方法可以控制混合气体的流量以及在预制时控制氧气和二氧化碳比例。但是预制时间长，不能动态调节两种气体比例，而且通常运用此方法的设备占用空间大。

针对第三种方法，是使用流量计读值单独调节二氧化碳流量，再与一定流速的氧气进行混合。此方法可以控制二氧化碳流量，但是并不能有效控制混合气体流量以及动态调节氧气和二氧化碳的比例。

因此，现有的氧气和二氧化碳混合控制方法，不能满足对混合气体同时进行流量调节和混合比例动态调节的需求。亟需一种可以同时进行流量调节和混合比例动态调节的控制方案。

发明内容

本发明提供呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制系统，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明提供呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法，该方法包括：

S100，获取氧气流量目标值和二氧化碳流量目标值；

S200，根据氧气流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出氧气流量控制值；根据二氧化碳流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出二氧化碳流量控制值；

S300，获取混合气体中二氧化碳浓度的检测值，对比设置的浓度值，计算二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值；

S400，判断二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值与原值是否一致；如果不一致，则更新二氧化碳浓度加权平均偏移值，基于二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值重新执行步骤S200计算氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值；如果一致，则维持氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值不变；

S500，根据氧气流量控制值计算确定氧气流量开关控制电流，基于氧气流量开关控制电流控制氧气流量开关；以及根据二氧化碳流量控制值计算确定二氧化碳流量开关控制电流；基于二氧化碳流量开关控制电流控制二氧化碳流量开关。

优选的，所述S500中，根据氧气流量控制值计算确定氧气流量开关控制电流包括：

S501，根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值，计算氧气流量开关控制电流；判断氧气流量控制值和氧气流量监测值是否一致；如果一致，保持氧气流量开关偏移值并维持氧气流量开关控制电流，如果不一致，更新氧气流量开关偏移值，重新计算氧气流量开关控制电流；

所述S500中，根据二氧化碳流量控制值计算确定二氧化碳流量开关控制电流包括：

S502，根据二氧化碳流量控制值、二氧化碳流量开关电流查值表和二氧化碳流量开关偏移值，计算二氧化碳流量开关控制电流；判断二氧化碳流量控制值和二氧化碳流量监测值是否一致；如果一致，保持二氧化碳流量开关偏移值并维持控二氧化碳流量开关控制电流，如果不一致，更新二氧化碳流量开关偏移值，重新计算二氧化碳流量开关控制电流。

优选的，所述S100包括：

S101，设置混合气体流量F_set和二氧化碳浓度CO₂％_set；

S102，根据混合气体流量和二氧化碳浓度计算氧气流量的目标值FO_2t和二氧化碳流量目标值FCO_2t；所述氧气流量的目标值的计算为混合气体流量乘以氧气浓度，所述氧气浓度为100减去二氧化碳浓度；所述二氧化碳流量目标值的计算为混合气体流量乘以二氧化碳浓度。

优选的，所述S200包括：

S201，设置二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值为SFT1，所述原值是与更新值相对的；

S202，保持输出总流量不变，计算氧气流量控制值FO₂c，计算公式为：

FO₂c＝FO_2t+FCO_2t*(SFT1/2)；

S203，计算二氧化碳流量控制值FCO₂c，计算公式为：FCO₂c＝FCO_2t-FCO_2t*(SFT1/2)。

优选的，所述S501中，根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值，计算氧气流量开关控制电流包括：

S5011，氧气流量开关偏移值包括一对系数，该系数分别为零值偏移a和缩放比例k，用[a,k]表示，初始值设置为[0.0,1.0]；

S5012，初始值所对应的查值过程包括：氧气流量开关电流查值表的输入输出关系y＝fun(x)，是在特定条件下的标定状态；其中，x表示输入，y表示输出，fun为特定函数；

S5013，采用如下关系进行查值：y＝fun(x-a)/k，上述公式表示氧气流量开关临界态的控制值出现a的漂移，而换算曲线形状出现k倍放大。

优选的，所述S501中，判断氧气流量控制值和氧气流量监测值是否一致，包括：

设置允许的偏差范围，所述偏差范围是基于当前流量需求及控制的精度需求设置的；氧气流量控制值和监测值出现不一致时，计算氧气流量控制值和监测值之间的差值是否在所述偏差范围之内；

所述S501中，更新氧气流量开关偏移值包括：

S5014，若氧气流量控制值和监测值之间的差值不在所述偏差范围之内，记录所述差值以及流量；

S5015，若记录所述差值及流量为两组以上时，对[a,k]值进行逐渐收敛修正，将修正后的值更新氧气流量开关偏移值。

优选的，所述S300包括：

S301，二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值设为SFT1；

S302，基于氧气和二氧化碳流量计的误差及误差随时间的漂移，确定最终输出浓度和设置浓度值之间的浓度差值，记录一组以流量为加权比例的序列；

S303，设当前偏差为sftZ⁰，当前流量为FZ⁰，偏差的加权平均函数为：

SFT＝(sftZ⁰*FZ⁰+sftZ^-1*FZ^-1+…)/(FZ⁰+FZ^-1+…)；其中，sftZ^-1表示上一次记录的偏差，FZ^-1表示上一次记录的流量；

S304，加入窗函数{W0,W1,W2,…,Wn}，其中n为常数，以限制记录次数以及降低较早时间偏差记录的影响，W0,W1,W2,…,Wn分别表示按照时间序列的窗函数，分别为预当前偏差对应的窗函数W0，与上一次记录的偏差对应的窗函数W1，与上上一次记录的偏差对应的窗函数W2，以及前n次记录的偏差对应的窗函数Wn，二氧化碳浓度加权平均偏移值的更新值SFT2为：

SFT2＝(sftZ⁰*FZ⁰*W0+sftZ^-1*FZ^-1*W1+…+sftZ^-n*FZ^-n*Wn)/(FZ⁰*W0+FZ^-1*W1+…+

FZ^-n*Wn)，其中，sftZ⁰表示当前偏差，FZ⁰表示当前流量，sftZ^-1表示上一次记录的偏差，FZ^-1表示上一次记录的流量，sftZ^-n表示前次记录的偏差，FZ^-n表示前n次记录的流量。

本发明还提供呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制系统，该系统包括：二氧化碳浓度监测模块、总控制模块、氧气流量监测模块、二氧化碳流量监测模块、氧气流量开关控制模块、二氧化碳流量开关控制模块；

所述总控制模块根据氧气流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出氧气流量控制值；根据二氧化碳流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出二氧化碳流量控制值；

所述二氧化碳浓度监测模块监测混合气体中的二氧化碳的浓度值，所述总控制模块根据监测的二氧化碳的浓度值与设置的浓度值进行比对，计算二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值；

所述氧气流量监测模块监测混合气体的氧气流量值，所述二氧化碳流量监测模块监测混合气体的二氧化碳流量值，所述总控制模块根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值，计算氧气流量开关控制电流，并判断二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值与原值是否一致；如果不一致，则更新二氧化碳浓度加权平均偏移值，基于二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值重新计算氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值；如果一致，则维持氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值不变；

所述氧气流量开关控制模块根据氧气流量控制值计算确定氧气流量开关控制电流，基于氧气流量开关控制电流控制氧气流量开关；所述二氧化碳流量开关控制模块根据二氧化碳流量控制值计算确定二氧化碳流量开关控制电流；基于二氧化碳流量开关控制电流控制二氧化碳流量开关。

本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制系统，包括：获取氧气流量目标值和二氧化碳流量目标值；根据氧气流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出氧气流量控制值；根据二氧化碳流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出二氧化碳流量控制值；获取混合气体中二氧化碳浓度的检测值，对比设置的浓度值，计算二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值；判断二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值与原值是否一致；如果不一致，则更新二氧化碳浓度加权平均偏移值，基于二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值重新计算氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值；如果一致，则维持氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值不变；根据氧气流量控制值计算确定氧气流量开关控制电流，基于氧气流量开关控制电流控制氧气流量开关；以及根据二氧化碳流量控制值计算确定二氧化碳流量开关控制电流；基于二氧化碳流量开关控制电流控制二氧化碳流量开关。因此本发明解决氧气和二氧化碳混合控制时，连续动态控制混合气体流量和比例的问题。本实施例采用的方案可以同时对混合气体同时进行流量调节和混合比例动态调节。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法的流程图；

图2为本发明实施例中呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法的具体流程图；

图3为本发明实施例中呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制系统的结构示意图；

图4为本发明实施例中呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制系统原理结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法，请参照图1和图2，该呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法包括：

S100，获取氧气流量目标值和二氧化碳流量目标值；

S200，根据氧气流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出氧气流量控制值；根据二氧化碳流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出二氧化碳流量控制值；

S300，获取混合气体中二氧化碳浓度的检测值，对比设置的浓度值，计算二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值；

S400，判断二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值与原值是否一致；如果不一致，则更新二氧化碳浓度加权平均偏移值，基于二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值重新执行步骤S200计算氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值；如果一致，则维持氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值不变；

S500，根据氧气流量控制值计算确定氧气流量开关控制电流，基于氧气流量开关控制电流控制氧气流量开关；以及根据二氧化碳流量控制值计算确定二氧化碳流量开关控制电流；基于二氧化碳流量开关控制电流控制二氧化碳流量开关。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是获取氧气流量目标值和二氧化碳流量目标值；根据氧气流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出氧气流量控制值；根据二氧化碳流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出二氧化碳流量控制值；获取混合气体中二氧化碳浓度的检测值，对比设置的浓度值，计算二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值；判断二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值与原值是否一致；如果不一致，则更新二氧化碳浓度加权平均偏移值，基于二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值重新计算氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值；如果一致，则维持氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值不变；根据氧气流量控制值计算确定氧气流量开关控制电流，基于氧气流量开关控制电流控制氧气流量开关；以及根据二氧化碳流量控制值计算确定二氧化碳流量开关控制电流；基于二氧化碳流量开关控制电流控制二氧化碳流量开关。

需要说明的是，获取混合气体中二氧化碳浓度的检测值中，二氧化碳浓度的监测过程中，通过特定波段的红外光源和传感器分别设置在混合气体管路的两侧，通过红外光束平行辐射道传感器的方式，来采集二氧化碳浓度。为了降低干扰信号提高数据的可靠性，设置两个通道的数据对比的方式对二氧化碳的浓度进行监测，具体的计算公式如下：

其中，P表示二氧化碳浓度，K表示摩尔吸收系数，L表示气体吸收厚度，K₁表示第一通道比例系数，K₂表示第二通道比例系数，U₁表示第一通道传感器输出值，U₂表示第二通道传感器输出值，第二通道为第一通道的对比通道，该通道引入对比波长不会被二氧化碳吸收；通过上述计算公式，可以消除光路的干扰因素，还可以消除光源输出光功率不稳定的影响。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案解决氧气和二氧化碳混合控制时，连续动态控制混合气体流量和比例的问题。本实施例采用的方案可以同时对混合气体同时进行流量调节和混合比例动态调节。

在另一实施例中，所述S500中，根据氧气流量控制值计算确定氧气流量开关控制电流包括：

S501，根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值，计算氧气流量开关控制电流；判断氧气流量控制值和氧气流量监测值是否一致；如果一致，保持氧气流量开关偏移值并维持氧气流量开关控制电流，如果不一致，更新氧气流量开关偏移值，重新计算氧气流量开关控制电流；

所述S501中，根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值，计算氧气流量开关控制电流包括：

S5011，氧气流量开关偏移值包括一对系数，该系数分别为零值偏移a和缩放比例k，用[a,k]表示，初始值设置为[0.0,1.0]；

S5012，初始值所对应的查值过程包括：氧气流量开关电流查值表的输入输出关系y＝fun(x)，是在特定条件下的标定状态；其中，x表示输入，y表示输出，fun为特定函数；

S5013，采用如下关系进行查值：y＝fun(x-a)/k，上述公式表示氧气流量开关临界态的控制值出现a的漂移，而换算曲线形状出现k倍放大。

所述S501中，判断氧气流量控制值和氧气流量监测值是否一致，包括：

设置允许的偏差范围，所述偏差范围是基于当前流量需求及控制的精度需求设置的；氧气流量控制值和监测值出现不一致时，计算氧气流量控制值和监测值之间的差值是否在所述偏差范围之内；

所述S501中，更新氧气流量开关偏移值包括：

S5014，若氧气流量控制值和监测值之间的差值不在所述偏差范围之内，记录所述差值以及流量；

S5015，若记录所述差值及流量为两组以上时，对[a,k]值进行逐渐收敛修正，将修正后的值更新氧气流量开关偏移值。

所述S500中，根据二氧化碳流量控制值计算确定二氧化碳流量开关控制电流包括：

S502，根据二氧化碳流量控制值、二氧化碳流量开关电流查值表和二氧化碳流量开关偏移值，计算二氧化碳流量开关控制电流；判断二氧化碳流量控制值和二氧化碳流量监测值是否一致；如果一致，保持二氧化碳流量开关偏移值并维持控二氧化碳流量开关控制电流，如果不一致，更新二氧化碳流量开关偏移值，重新计算二氧化碳流量开关控制电流。

针对二氧化碳流量开关控制电流的计算方式如S5011-S5015步骤中计算氧气流量开关控制电流相类似，在本实施例中不再赘述。

在另一实施例中，所述S100包括：

S101，设置混合气体流量和二氧化碳浓度；

S102，根据混合气体流量和二氧化碳浓度计算氧气流量的目标值和二氧化碳流量目标值；所述氧气流量的目标值的计算为混合气体流量乘以氧气浓度，所述氧气浓度为100减去二氧化碳浓度；所述二氧化碳流量目标值的计算为混合气体流量乘以二氧化碳浓度。

具体的，根据混合气体流量设置Fset和二氧化碳浓度设置CO₂％_set，计算出氧气流量的目标值FO_2t＝Fset*(100％-CO₂％_set)和二氧化碳流量目标值FCO_2t＝Fset*CO₂％_set。

在另一实施例中，所述S200包括：

S201，设置二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值为SFT1，所述原值是与更新值相对的；

S202，保持输出总流量不变，计算氧气流量控制值FO₂c，计算公式为：

FO₂c＝FO_2t+FCO_2t*(SFT1/2)；

S203，计算二氧化碳流量控制值FCO₂c，计算公式为：FCO₂c＝FCO_2t-FCO_2t*(SFT1/2)。

在另一实施例中，所述S300包括：

S301，二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值设为SFT1；

S302，基于氧气和二氧化碳流量计的误差及误差随时间的漂移，确定最终输出浓度和设置浓度值之间的浓度差值，记录一组以流量为加权比例的序列；

S303，设当前偏差为sftZ⁰，当前流量为FZ⁰，偏差的加权平均函数为：

SFT＝(sftZ⁰*FZ⁰+sftZ^-1*FZ^-1+…)/(FZ⁰+FZ^-1+…)；其中，sftZ^-1表示上一次记录的偏差，FZ^-1表示上一次记录的流量；

S304，加入窗函数{W0,W1,W2,…,Wn}，其中n为常数，以限制记录次数以及降低较早时间偏差记录的影响，W0,W1,W2,…,Wn分别表示按照时间序列的窗函数，分别为预当前偏差对应的窗函数W0，与上一次记录的偏差对应的窗函数W1，与上上一次记录的偏差对应的窗函数W2，以及前n次记录的偏差对应的窗函数Wn，二氧化碳浓度加权平均偏移值的更新值SFT2为：

SFT2＝(sftZ⁰*FZ⁰*W0+sftZ^-1*FZ^-1*W1+…+sftZ^-n*FZ^-n*Wn)/(FZ⁰*W0+FZ^-1*W1+…+FZ^-n*Wn)，其中，sftZ⁰表示当前偏差，FZ⁰表示当前流量，sftZ^-1表示上一次记录的偏差，FZ^-1表示上一次记录的流量，sftZ^-n表示前次记录的偏差，FZ^-n表示前n次记录的流量。

以当前时间为节点，对之间记录的所有偏差和流量进行计算，确定偏差的加权平均函数，因此，当前偏差为sftZ⁰，当前流量为FZ⁰，与当前时间相比的上一次记录的偏差为sftZ^-1，上一次记录的流量为FZ^-1，因此，以当前时间为节点，按照时间的逆序进行排序记录响应时间的偏差和流量。相对应的，窗函数中每个“窗”将对应相应的偏差和流量，例如W0对应当前偏差和当前流量，W1对应上一次记录的偏差和流量，W2对应上上一次记录的偏差和流量，Wn对应以当前时间为基准的前n次记录的偏差和流量。

在另一实施例中，本实施例还提供呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制系统，该呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制系统包括：

二氧化碳浓度监测模块、总控制模块、氧气流量监测模块、二氧化碳流量监测模块、氧气流量开关控制模块、二氧化碳流量开关控制模块；

所述总控制模块根据氧气流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出氧气流量控制值；根据二氧化碳流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出二氧化碳流量控制值；

所述二氧化碳浓度监测模块监测混合气体中的二氧化碳的浓度值，所述总控制模块根据监测的二氧化碳的浓度值与设置的浓度值进行比对，计算二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值；

所述氧气流量监测模块监测混合气体的氧气流量值，所述二氧化碳流量监测模块监测混合气体的二氧化碳流量值，所述总控制模块根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值，计算氧气流量开关控制电流，并判断二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值与原值是否一致；如果不一致，则更新二氧化碳浓度加权平均偏移值，基于二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值重新计算氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值；如果一致，则维持氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值不变；

所述氧气流量开关控制模块根据氧气流量控制值计算确定氧气流量开关控制电流，基于氧气流量开关控制电流控制氧气流量开关；所述二氧化碳流量开关控制模块根据二氧化碳流量控制值计算确定二氧化碳流量开关控制电流；基于二氧化碳流量开关控制电流控制二氧化碳流量开关。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案通过二氧化碳监测模块读值和目标流量数据可以补偿因管路泄露、流量计检测读值误差等引起的系统误差，通过氧气和二氧化碳流量监测模块读值和流量控制值，可以快速修复因流量阀差异、气源压力变化所引起子系统误差，通过此装置可以快速生成稳定流量和稳定比例的氧气二氧化碳混合气体。

在另一实施例中，本实施例提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现本发明中呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法。

在另一实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明提供的呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制系统，其特征在于，包括：二氧化碳浓度监测模块、总控制模块、氧气流量监测模块、二氧化碳流量监测模块、氧气流量开关控制模块、二氧化碳流量开关控制模块；

所述总控制模块根据氧气流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出氧气流量控制值；根据二氧化碳流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出二氧化碳流量控制值；

所述二氧化碳浓度监测模块监测混合气体中的二氧化碳的浓度值，所述总控制模块根据监测的二氧化碳的浓度值与设置的浓度值进行比对，计算二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值；

所述氧气流量监测模块监测混合气体的氧气流量值，所述二氧化碳流量监测模块监测混合气体的二氧化碳流量值，所述总控制模块根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值，计算氧气流量开关控制电流，并判断二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值与原值是否一致；如果不一致，则更新二氧化碳浓度加权平均偏移值，基于二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值重新计算氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值；如果一致，则维持氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值不变；

所述氧气流量开关控制模块基于氧气流量开关控制电流控制氧气流量开关；所述二氧化碳流量开关控制模块基于二氧化碳流量开关控制电流控制二氧化碳流量开关；

所述总控制模块根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值，计算氧气流量开关控制电流，还包括：判断氧气流量控制值和氧气流量监测值是否一致；如果一致，保持氧气流量开关偏移值并维持氧气流量开关控制电流，如果不一致，更新氧气流量开关偏移值，重新计算氧气流量开关控制电流；

根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值，计算氧气流量开关控制电流，包括：

氧气流量开关偏移值包括一对系数，该系数分别为零值偏移a和缩放比例k，用[a,k]表示，初始值设置为[0.0,1.0]；

初始值所对应的查值过程包括：氧气流量开关电流查值表的输入输出关系y＝fun(x)，是在特定条件下的标定状态；其中，x表示输入，y表示输出，fun为特定函数；

采用如下关系进行查值：y＝fun(x-a)/k，上述公式表示氧气流量开关临界态的控制值出现a的漂移，而换算曲线形状出现k倍放大。

2.根据权利要求1所述的呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制系统，其特征在于，

获取氧气流量目标值和二氧化碳流量目标值，包括：

设置混合气体流量和二氧化碳浓度；

根据混合气体流量和二氧化碳浓度计算氧气流量的目标值和二氧化碳流量目标值；所述氧气流量的目标值的计算为混合气体流量乘以氧气浓度，所述氧气浓度为100减去二氧化碳浓度；所述二氧化碳流量目标值的计算为混合气体流量乘以二氧化碳浓度。

3.根据权利要求1所述的呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制系统，其特征在于，根据氧气流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出氧气流量控制值；根据二氧化碳流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出二氧化碳流量控制值，包括：

设置二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值为SFT1，所述原值是与更新值相对的；

保持输出总流量不变，计算氧气流量控制值FO₂c，计算公式为：

FO₂c＝FO_2t+FCO_2t*(SFT1/2)；

其中，FCO_2t为二氧化碳流量目标值；FO_2t为氧气流量的目标值；

计算二氧化碳流量控制值FCO₂c，计算公式为：FCO₂c＝FCO_2t-FCO_2t*(SFT1/2)。

4.根据权利要求1所述的呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制系统，其特征在于，判断氧气流量控制值和氧气流量监测值是否一致，包括：设置允许的偏差范围，所述偏差范围是基于当前流量需求及控制的精度需求设置的；氧气流量控制值和监测值出现不一致时，计算氧气流量控制值和监测值之间的差值是否在所述偏差范围之内；

更新氧气流量开关偏移值包括：若氧气流量控制值和监测值之间的差值不在所述偏差范围之内，记录所述差值以及流量；若记录所述差值及流量为两组以上时，对[a,k]值进行逐渐收敛修正，将修正后的值更新氧气流量开关偏移值。

5.根据权利要求1所述的呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制系统，其特征在于，计算二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值，包括：

二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值设为SFT1；

基于氧气和二氧化碳流量计的误差及误差随时间的漂移，确定最终输出浓度和设置浓度值之间的浓度差值，记录一组以流量为加权比例的序列；

设当前偏差为sftZ⁰，当前流量为FZ⁰，偏差的加权平均函数为：

SFT＝(sftZ⁰*FZ⁰+sftZ^-1*FZ^-1+…)/(FZ⁰+FZ^-1+…)；其中，sftZ^-1表示上一次记录的偏差，FZ^-1表示上一次记录的流量；

加入窗函数{W0,W1,W2,…,Wn}，其中n为常数，以限制记录次数以及降低较早时间偏差记录的影响，W0,W1,W2,…,Wn分别表示按照时间序列的窗函数，分别为与当前偏差对应的窗函数W0，与上一次记录的偏差对应的窗函数W1，与上上一次记录的偏差对应的窗函数W2，以及与上第n次记录的偏差对应的窗函数Wn，二氧化碳浓度加权平均偏移值的更新值SFT2为：

SFT2＝(sftZ⁰*FZ⁰*W0+sftZ^-1*FZ^-1*W1+…+sftZ^-n*FZ^-n*Wn)/(FZ⁰*W0+FZ^-1*W1+…+

FZ^-n*Wn)，其中，sftZ⁰表示当前偏差，FZ⁰表示当前流量，sftZ^-1表示上一次记录的偏差，FZ^-1表示上一次记录的流量，sftZ^-n表示上第n次记录的偏差，FZ^-n表示上第n次记录的流量。

6.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法；

呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法包括：

S100，获取氧气流量目标值和二氧化碳流量目标值；

S200，根据氧气流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出氧气流量控制值；根据二氧化碳流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出二氧化碳流量控制值；

S300，获取混合气体中二氧化碳浓度的检测值，对比设置的浓度值，计算二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值；

S400，判断二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值与原值是否一致；如果不一致，则更新二氧化碳浓度加权平均偏移值，基于二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值重新执行步骤S200计算氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值；如果一致，则维持氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值不变；

S500，根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值，计算确定氧气流量开关控制电流，基于氧气流量开关控制电流控制氧气流量开关；以及根据二氧化碳流量控制值计算确定二氧化碳流量开关控制电流；基于二氧化碳流量开关控制电流控制二氧化碳流量开关；

所述S500中，根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值计算确定氧气流量开关控制电流，还包括：

S501，判断氧气流量控制值和氧气流量监测值是否一致；如果一致，保持氧气流量开关偏移值并维持氧气流量开关控制电流，如果不一致，更新氧气流量开关偏移值，重新计算氧气流量开关控制电流；

所述S500中，根据二氧化碳流量控制值计算确定二氧化碳流量开关控制电流包括：

S502，根据二氧化碳流量控制值、二氧化碳流量开关电流查值表和二氧化碳流量开关偏移值，计算二氧化碳流量开关控制电流；判断二氧化碳流量控制值和二氧化碳流量监测值是否一致；如果一致，保持二氧化碳流量开关偏移值并维持控二氧化碳流量开关控制电流，如果不一致，更新二氧化碳流量开关偏移值，重新计算二氧化碳流量开关控制电流；

所述S501中，根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值，计算氧气流量开关控制电流包括：

S5011，氧气流量开关偏移值包括一对系数，该系数分别为零值偏移a和缩放比例k，用[a,k]表示，初始值设置为[0.0,1.0]；

S5012，初始值所对应的查值过程包括：氧气流量开关电流查值表的输入输出关系y＝fun(x)，是在特定条件下的标定状态；其中，x表示输入，y表示输出，fun为特定函数；

S5013，采用如下关系进行查值：y＝fun(x-a)/k，上述公式表示氧气流量开关临界态的控制值出现a的漂移，而换算曲线形状出现k倍放大。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法；

呼吸机混合气体中二氧化碳浓度控制方法包括：

S100，获取氧气流量目标值和二氧化碳流量目标值；

S200，根据氧气流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出氧气流量控制值；根据二氧化碳流量目标值和二氧化碳浓度加权平均偏移值的原值，计算出二氧化碳流量控制值；

S300，获取混合气体中二氧化碳浓度的检测值，对比设置的浓度值，计算二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值；

S400，判断二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值与原值是否一致；如果不一致，则更新二氧化碳浓度加权平均偏移值，基于二氧化碳浓度加权平均偏移的更新值重新执行步骤S200计算氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值；如果一致，则维持氧气流量控制值和二氧化碳流量控制值不变；

S500，根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值，计算确定氧气流量开关控制电流，基于氧气流量开关控制电流控制氧气流量开关；以及根据二氧化碳流量控制值计算确定二氧化碳流量开关控制电流；基于二氧化碳流量开关控制电流控制二氧化碳流量开关；

所述S500中，根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值，计算确定氧气流量开关控制电流包括：

S501，判断氧气流量控制值和氧气流量监测值是否一致；如果一致，保持氧气流量开关偏移值并维持氧气流量开关控制电流，如果不一致，更新氧气流量开关偏移值，重新计算氧气流量开关控制电流；

所述S500中，根据二氧化碳流量控制值计算确定二氧化碳流量开关控制电流包括：

S502，根据二氧化碳流量控制值、二氧化碳流量开关电流查值表和二氧化碳流量开关偏移值，计算二氧化碳流量开关控制电流；判断二氧化碳流量控制值和二氧化碳流量监测值是否一致；如果一致，保持二氧化碳流量开关偏移值并维持控二氧化碳流量开关控制电流，如果不一致，更新二氧化碳流量开关偏移值，重新计算二氧化碳流量开关控制电流；

所述S501中，根据氧气流量控制值、氧气流量开关电流查值表和氧气流量开关偏移值，计算氧气流量开关控制电流包括：

S5011，氧气流量开关偏移值包括一对系数，该系数分别为零值偏移a和缩放比例k，用[a,k]表示，初始值设置为[0.0,1.0]；

S5012，初始值所对应的查值过程包括：氧气流量开关电流查值表的输入输出关系y＝fun(x)，是在特定条件下的标定状态；其中，x表示输入，y表示输出，fun为特定函数；

S5013，采用如下关系进行查值：y＝fun(x-a)/k，上述公式表示氧气流量开关临界态的控制值出现a的漂移，而换算曲线形状出现k倍放大。

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