CN116139385B - 一种半导体激光氢氧一体机及其pid控制方法 - Google Patents

一种半导体激光氢氧一体机及其pid控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于氢氧一体机技术领域，具体涉及一种半导体激光氢氧一体机及其PID控制方法；本发明通过半导体激光照射颈部及鼻腔来改善血管流通问题，使血液循环更通畅，携带气体养分的能力更强，能把补充的氧气和氢气都更高效的带到全身各处；而其中氢气的作用是可以从根本上防止心血管疾病的发生、发展；通过血管环境的改善及补充氢氧气以上两种手段的结合，能给心脑血管疾病带来比较明显的综合性改善；本发明控制好氢气和氧气各自的摄入量也很重要，本发明可单独的控制氧气出气量和氢气出气量，以及具备吸纯氧或氢氧混合吸的模式，针对病人自身的情况来使用不同的技术方案。

Description

一种半导体激光氢氧一体机及其PID控制方法
技术领域
本发明属于氢氧一体机技术领域，具体涉及一种半导体激光氢氧一体机及其PID控制方法。
背景技术
心脑血管疾病所引心脑缺血缺氧是个综合性问题，不仅需要充足的供氧，还需要良好的血液输送环境才能把氧气带到全身各处，因此想要更好的改善心脑血管症状则需要把这两方面都同时处理好。
传统机器只补充氢氧所起到的治疗效果比较弱，因为此时人体的吸收能力本身就弱，所以治疗心脑血管疾病的前提是先加强血液吸取、运输养分的能力；同时传统的制氢机只能做到氢氧2：1的方式输出，吸取大流量氢气或长时间吸氢会让氢气在血液浓度上很快占上风，从而导致低血氧的情况，同时传统的制氢机流量控制多采用传感器检测控制，这种控制方式虽然很成熟，但是会存在一定的时间误差，且补充氢氧对准确度和实时性的要求较高；所以单方面改善血管问题或者补充氧气问题并不能带来明显的效果，综合性解决问题才是比较理想的方案。
发明内容
发明目的：提供一种半导体激光氢氧一体机及其PID控制方法，解决上述提到的问题。
第一方面、一种半导体激光氢氧一体机，所述氢氧一体机包括：制氧系统、制氢系统以及流量调节控制模组；
所述制氢系统包括水箱、离子交换盒、电解槽、气水分离器及排水开关；
所述制氧系统包括压缩机、分子筛塔及水箱；
所述流量调节控制模组同时与所述制氢系统和所述制氧系统连接，分别调控所述制氧系统的出气量和所述制氢系统的制气量。
所述流量调节控制模组内部设有PID控制系统，采用超声波时差对制氧系统、制氢系统的流量进行测量，根据实时流量反馈数据来控制电机调整阀门开度，PID控制系统的具体步骤如下：
步骤1、建立流量调节模型，并进行模型网格划分；
步骤2、超声波传感器检测制氧系统、制氢系统的流量，根据流量反馈数据电机控制调节流速，且每次调节流量调节模型会记录调节量，根据此时的调节量进行对比，从而优化下次调节量；具体的优化方法如下：
令代表的是系统当前调节的误差值，/>代表的是此前一次电机的调节误差，/>代表的是此前两次电机的调节误差，从而可以得出当前电机调节与前两次调节的误差关系如下：
在对电机的控制中是反复调节的，所以流量调节模型根据误差关系进行流量的误差及其变化的过程进行分析判断：
当，/>表示设定的误差边界，此时误差很大，采用最快的速度进行调整，直接让控制器以给定值输出结果至电机；
当或/>，此时系统的误差值是一个常数或者是依据误差的绝对值而变化；当/>，且/>，此时误差值的绝对值相对较大但小于/>的情形，流量调节模型使用强控制来使误差向绝对值减小的方向变化，而且减小的速度相对较大但小于/>时采用最快的速度进行调整的情形；
当且/>，或者/>时，流量调节模型处于动态平衡的状态，处于动态平衡的误差值按照误差方向减小或者是一个常数，流量调节模型保持输出不变；
当，/>，此时误差的绝对值相对较大，这时根据误差绝对值判断电机使用强控制或弱控制；/>，即强控制，反之则弱控制；
步骤3、根据误差的判断情况，流量调节模型输出调节量至电机，电机对所述制氢系统和所述制氧系统进行流量调节。
在进一步的实施例中，所述氢氧一体机还包括：红蓝光激光模组；
所述红蓝光激光模组包括两组照射部分：颈部照射组和鼻腔照射组；所述其中鼻腔照射组为两圆柱管特征，用于插入鼻孔内，柱子为通孔管路，连接于制氢系统和制氧系统，既包括有激光照射模块，同时也能通气体，且一端通氧气，而另一端通氢气。
在进一步的实施例中，所述压缩机的输入端输入空气、输出端与所述分子筛塔的输入端连接，所述分子筛塔的输出端排出氮气、且输出氧气至所述水箱的输入端，所述水箱的输入端且输入纯净水；所述水箱的输出端输出氧气至红蓝光激光模组或鼻吸管、并与所述离子交换盒的输入端连接，所述离子交换盒的输出端与所述电解槽的输入端连接，所述电解槽的输出端输出氧气和水分至水箱、输出氢气和水分至气水分离器，所述气水分离器的输出端输出水分至水箱、氢气至红蓝光激光模组或鼻吸管。
在进一步的实施例中，所述红蓝光激光模组中红光为650纳米波长激光，蓝光为465纳米波长激光。
在进一步的实施例中，所述流量调节控制模组包括单独吸氧模式和混合氢氧吸模式。
第二方面、一种用于半导体激光氢氧一体机的PID控制方法，包括以下步骤：
步骤10、将纯净水加入至水箱，经离子交换盒作进一步的净化后再流入到电解槽，经电解后产生氧气、氢气，循环的水会跟氧气经氧气管路一起回流到水箱，氧气由水箱排气口排出；而氢气则经氢气管路先到达气水分离器，水分经一端管路回到水箱，而氢气则从另一端管路排出，并流入到人体；
步骤20、空气先进入压缩机，经压缩后的高压气体再进入到分子筛塔，最后一边排出高浓度氧气，一边排出无用途氮气，氧气经水箱湿化后再排出，最后流入到人体；
在进一步的实施例中，所述水箱输出的氧气和所述气水分离器输出氢气可由红蓝光激光模组的鼻腔照射组或鼻吸管进入人体。
在进一步的实施例中，当水箱内水分杂质较多时，可以排水后再更换新的纯净水。
有益效果：本发明属于氢氧一体机技术领域，具体涉及一种半导体激光氢氧一体机，本发明为半导体激光氢氧一体机，通过半导体激光照射颈部及鼻腔来改善血管流通问题，使血液循环更通畅，携带气体养分的能力更强，能把补充的氧气和氢气都更高效的的带到全身各处；而其中氢气的作用是可以从根本上防止心血管疾病的发生、发展；通过以上这两种手段（血管环境的改善及补充氢氧气）的结合，能给心脑血管疾病带来比较明显的综合性改善；本发明先行通过半导体激光治疗来改善血管流通问题，使血液循环得更通畅，携带气体养分的能力更强才能更有效的吸取氢气和氧气；同时本发明具有单独的制氧系统，且能单独控制输出流量，因此能及时补充足够的氧气以避免低血氧的情况出现；还可以根据病人的自身情况来决定吸取氢氧气的比例，此外本发明所产生的氢气和氧气始终都是由各自的管路输出，直到进入人体内也不会相触碰，不存在氢氧混合的爆炸危险；
此外本发明采用PID控制氢氧一体机的流量，采用超声波时差对制氧系统、制氢系统的流量进行测量，根据实时流量反馈数据来控制电机调整阀门开度，从而大大减小传输时带来的误差，提高氢氧流量控制的准确度。
附图说明
图1是本发明的带红蓝色光激光模组示意图。
图2是本发明的不带红蓝色光激光模组示意图。
实施方式
下面将结合附图对本发明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做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。
一种半导体激光氢氧一体机，制氧系统、制氢系统以及流量调节控制模组组成；
所述制氢系统包括水箱、离子交换盒、电解槽、气水分离器及排水开关；
所述制氧系统包括压缩机、分子筛塔及水箱；
所述流量调节控制模组同时与所述制氢系统和所述制氧系统，分别调控所述制氧系统的出气量和所述制氢系统的制气量。
所述流量调节控制模组内部设有PID控制系统，采用超声波时差对制氧系统、制氢系统的流量进行测量，根据实时流量反馈数据来控制电机调整阀门开度，PID控制系统的具体步骤如下：
步骤1、建立流量调节模型，并进行模型网格划分；
步骤2、超声波传感器检测制氧系统、制氢系统的流量，根据流量反馈数据电机控制调节流速，且每次调节流量调节模型会记录调节量，根据此时的调节量进行对比，从而优化下次调节量；具体的优化方法如下：
令代表的是系统当前调节的误差值，/>代表的是此前一次电机的调节误差，/>代表的是此前两次电机的调节误差，从而可以得出当前电机调节与前两次调节的误差关系如下：
在对电机的控制中是反复调节的，所以流量调节模型根据误差关系进行流量的误差及其变化的过程进行分析判断：
当，/>表示设定的误差边界，此时误差很大，采用最快的速度进行调整，直接让控制器以给定值输出结果至电机；
当或/>，此时系统的误差值是一个常数或者是依据误差的绝对值而变化；当/>，且/>，此时误差值的绝对值相对较大但小于/>的情形，流量调节模型使用强控制来使误差向绝对值减小的方向变化，而且减小的速度相对较大但小于/>时采用最快的速度进行调整的情形；
当且/>，或者/>时，流量调节模型处于动态平衡的状态，处于动态平衡的误差值按照误差方向减小或者是一个常数，流量调节模型保持输出不变；
当，/>，此时误差的绝对值相对较大，这时根据误差绝对值判断电机使用强控制或弱控制；/>，即强控制，反之则弱控制；
步骤3、根据误差的判断情况，流量调节模型输出调节量至电机，电机对所述制氢系统和所述制氧系统进行流量调节。
在一个实施例中，所述氢氧一体机还包括：红蓝光激光模组；
所述红蓝光激光模组包括两组照射部分：颈部照射组和鼻腔照射组；所述其中鼻腔照射组为两圆柱管特征，用于插入鼻孔内，柱子为通孔管路，连接于制氢系统和制氧系统，既包括有激光照射模块，同时也能通气体，且一端通氧气，而另一端通氢气。
在一个实施例中，所述压缩机的输入端输入空气、输出端与所述分子筛塔的输入端连接，所述分子筛塔的输出端排出氮气、且输出氧气至所述水箱的输入端，所述水箱的输入端且输入纯净水；所述水箱的输出端输出氧气至红蓝光激光模组或鼻吸管、并与所述离子交换盒的输入端连接，所述离子交换盒的输出端与所述电解槽的输入端连接，所述电解槽的输出端输出氧气和水分至水箱、输出氢气和水分至气水分离器，所述气水分离器的输出端输出水分至水箱、氢气至红蓝光激光模组或鼻吸管。
在一个实施例中，所述红蓝光激光模组中红光为650纳米波长激光，蓝光为465纳米波长激光。
在一个实施例中，所述流量调节控制模组包括单独吸氧模式和混合氢氧吸模式。
一种用于半导体激光氢氧一体机的PID控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将纯净水加入至水箱，经离子交换盒作进一步的净化后再流入到电解槽，经电解后产生氧气、氢气，循环的水会跟氧气经氧气管路一起回流到水箱，氧气由水箱排气口排出；而氢气则经氢气管路先到达气水分离器，水分经一端管路回到水箱，而氢气则从另一端管路排出，并流入到人体；
步骤2、空气先进入压缩机，经压缩后的高压气体再进入到分子筛塔，最后一边排出高浓度氧气，一边排出无用途氮气，氧气经水箱湿化后再排出，最后流入到人体；
在一个实施例中，所述水箱输出的氧气和所述气水分离器输出氢气可由红蓝光激光模组的鼻腔照射组或鼻吸管进入人体。
在一个实施例中，当水箱内水分杂质较多时，可以排水后再更换新的纯净水。
下文，本发明结合附图给出实施例，具体说明本发明的两种工作方式：
实施例1
如图1所示，当需要红蓝光激光模组工作的话，所产生的氧气和氢气则可以通过管路接到鼻腔照射组，由鼻腔照射组的柱管吸入到人体（其中一端通氧气，而另一端通氢气），实现激光治疗同时也能吸氢氧的功能。
实施例2
如图2所示，当不需要红蓝光激光模组工作时，那么所产生的氧气和氢气只需要通过鼻吸管就可以吸入人体（其中鼻吸管的一端出氧气，一端出氢气）。
使用模式上也分两种，一种是不需要红蓝光激光模组工作，那么产生的氧气和氢气只需要通过鼻吸管就可以吸入人体（其中鼻吸管的一端出氧气，一端出氢气）；当需要红蓝光激光模组工作的话，所产生的氧气和氢气则需要通过管路接到鼻腔照射组，由鼻腔照射组的柱管吸入到人体（其中一端通氧气，而另一端通氢气），实现激光治疗同时也能吸氢氧的功能。
具体的，本发明的工作原理如下：
将纯净水加入至水箱，经离子交换盒作进一步的净化后再流入到电解槽，经电解后产生氧气、氢气，循环的水会跟氧气经氧气管路一起回流到水箱，氧气由水箱排气口排出；而氢气则经氢气管路先到达气水分离器，水分经一端管路回到水箱，而氢气则从另一端管路排出，并经鼻腔照射组或鼻吸管流入到人体。当水箱内水分杂质较多时，可以排水后再更换新的纯净水；
制氧系统中水箱与制氢系统的水箱共用。空气先进入压缩机，经压缩后的高压气体再进入到分子筛塔，最后一边排出高浓度氧气，一边排出无用途氮气，氧气经水箱湿化后再排出，最后经鼻腔照射组或鼻吸管流入到人体；
流量调节控制模组主要是可以分别调控制氧系统的出气量和制氢系统的制气量，包括单独吸氧模式（只允许制氧系统工作）、混合氢氧吸模式（两系统一起工作）；
在一个实施例中，本发明通过控制好氢气和氧气各自的摄入量也是很重要，本发明则可单独的控制氧气出气量和氢气出气量，以及具备吸纯氧或氢氧混合吸的模式，针对病人自身的情况来使用不同的技术方案。
在一个实施例中，本发明在治疗心脑血管疾病的逻辑关系上有重要突破，本发明先行通过半导体激光治疗来改善血管流通问题，使血液循环得更通畅，携带气体养分的能力更强才能更有效的吸取氢气和氧气。在没有解决血液循环畅通的问题之前，传统机器只补充氢氧所起到的治疗效果比较弱，因为此时人体的吸收能力本身就弱。所以治疗心脑血管疾病的前提是先加强血液吸取、运输养分的能力。
在一个实施例中，由于氢气扩散速度非常快，造成血液中氢气浓度增加更快，这会导致血液中溶解氧气的相对不足，为避免吸氢过度导致低血氧，应适当加大氧气的流量来进行氧气补充；传统的制氢机只能做到氢氧2：1的方式输出，吸取大流量氢气或长时间吸氢会让氢气在血液浓度上很快占上风，从而导致低血氧的情况；而本发明具有单独的制氧系统，且能单独控制输出流量，因此能及时补充足够的氧气以避免低血氧的情况出现；还可以根据病人的自身情况来决定吸取氢氧气的比例。
在一个实施例中，本发明所产生的氢气和氧气始终都是由各自的管路输出，直到进入人体内也不会相触碰，不存在氢氧混合的爆炸危险。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种用于半导体激光氢氧一体机的PID控制方法，其特征在于，所述氢氧一体机由制氧系统、制氢系统以及流量调节控制模组组成；
所述流量调节控制模组包括单独吸氧模式和混合氢氧吸模式；
所述氢氧一体机的工作流程包括以下步骤：
制氢步骤、制氧步骤和流量调节步骤；所述流量调节步骤中，氢气和氧气的流量由流量调节控制模组内部设有的PID控制系统，根据实时流量反馈数据控制电机调整阀门开度来调节；
所述PID控制系统采用超声波时差对制氧系统、制氢系统的流量进行测量，根据实时流量反馈数据来控制电机调整阀门开度，PID控制系统的控制步骤如下：
步骤1、建立流量调节模型，并进行模型网格划分；
步骤2、超声波传感器检测制氧系统、制氢系统的流量，根据流量反馈数据电机控制调节流速，且每次调节流量调节模型会记录调节量，根据此时的调节量进行对比，从而优化下次调节量；具体的优化方法如下：
令代表的是系统当前调节的误差值，/>代表的是此前一次电机的调节误差，/>代表的是此前两次电机的调节误差，从而可以得出当前电机调节与前两次调节的误差关系如下：
在对电机的控制中是反复调节的，所以流量调节模型根据误差关系进行流量的误差及其变化的过程进行分析判断：
当，/>表示设定的误差边界，此时误差很大，采用最快的速度进行调整，直接让控制器以给定值输出结果至电机；
当或/>，此时系统的误差值是一个常数或者是依据误差的绝对值而变化；当/>，且/>，此时误差值的绝对值相对较大但小于的情形，流量调节模型使用强控制来使误差向绝对值减小的方向变化，而且减小的速度相对较大但小于/>时采用最快的速度进行调整的情形；
当且/>，或者/>时，流量调节模型处于动态平衡的状态，处于动态平衡的误差值按照误差方向减小或者是一个常数，流量调节模型保持输出不变；
当，/>，此时误差的绝对值相对较大，这时根据误差绝对值判断电机使用强控制或弱控制；/>，即强控制，反之则弱控制；
步骤3、根据误差的判断情况，流量调节模型输出调节量至电机，电机对所述制氢系统和所述制氧系统进行流量调节；
水箱输出的氧气和气水分离器输出氢气可由红蓝光激光模组的鼻腔照射组或鼻吸管进入人体。
2.根据权利要求1所述的一种用于半导体激光氢氧一体机的PID控制方法，其特征在于，所述制氢步骤和所述制氧步骤具体包括：
制氢步骤：将纯净水加入至水箱，经离子交换盒作进一步的净化后再流入到电解槽，经电解后产生氧气、氢气，循环的水会跟氧气经氧气管路一起回流到水箱，氧气由水箱排气口排出；而氢气则经氢气管路先到达气水分离器，水分经一端管路回到水箱，而氢气则从另一端管路排出，并流入到人体；
制氧步骤：空气先进入压缩机，经压缩后的高压气体再进入到分子筛塔，最后一边排出高浓度氧气，一边排出无用途氮气，氧气经水箱湿化后再排出，最后流入到人体。
3.根据权利要求2所述的一种用于半导体激光氢氧一体机的PID控制方法，其特征在于，当水箱内水分杂质较多时，排水后再更换新的纯净水。
4.一种半导体激光氢氧一体机，所述氢氧一体机基于权利要求1-3任一项所述的PID控制方法进行控制，其特征在于，所述氢氧一体机包括：制氧系统、制氢系统以及流量调节控制模组；
所述制氢系统包括水箱、离子交换盒、电解槽、气水分离器及排水开关；
所述制氧系统包括压缩机、分子筛塔及水箱；
所述流量调节控制模组同时与所述制氢系统和所述制氧系统连接，分别调控所述制氧系统的出气量和所述制氢系统的制气量。
5.根据权利要求4所述的一种半导体激光氢氧一体机，其特征在于，所述氢氧一体机还包括：红蓝光激光模组；
所述红蓝光激光模组包括两组照射部分：颈部照射组和鼻腔照射组；所述鼻腔照射组为两圆柱管特征，用于插入鼻孔内，柱子为通孔管路，连接于制氢系统和制氧系统，既包括有激光照射模块，同时也能通气体，且一端通氧气，而另一端通氢气。
6.根据权利要求5所述的一种半导体激光氢氧一体机，其特征在于，所述压缩机的输入端输入空气、输出端与所述分子筛塔的输入端连接，所述分子筛塔的输出端排出氮气、且输出氧气至所述水箱的输入端，所述水箱的输入端且输入纯净水；所述水箱的输出端输出氧气至红蓝光激光模组或鼻吸管、并与所述离子交换盒的输入端连接，所述离子交换盒的输出端与所述电解槽的输入端连接，所述电解槽的输出端输出氧气和水分至水箱、输出氢气和水分至气水分离器，所述气水分离器的输出端输出水分至水箱、氢气至红蓝光激光模组或鼻吸管。
7.根据权利要求6所述的一种半导体激光氢氧一体机，其特征在于，所述红蓝光激光模组中红光为650纳米波长激光，蓝光为465纳米波长激光。
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