CN117015353A - 用于封闭物气体加压、充气和空气流管理的控制系统 - Google Patents
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Abstract
封闭物系统包括可充气封闭物和控制系统。封闭物包括由柔性材料以及至少一个透明区段制成的一个或多个封闭物壁,该透明区段配置成允许用户从封闭物外部观察封闭物的内部。封闭物包括一个或多个空气通风口,其中通风口中的至少一个在操作期间具有可变的气动阻力。控制系统配置成控制封闭物内部的环境。控制系统包括配置成向封闭物提供空气的空气源、一个或多个传感器和处理器。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年3月12日提交的第63/160,649号美国临时专利申请和于2021年11月8日提交的第PCT/US2021/058496号国际专利申请的优先权和权益,出于所有目的,该美国临时专利申请和该国际专利申请通过引用并入本文中,如同在本文中充分阐述。
技术领域
本公开一般涉及用于控制封闭物系统和封闭物系统内的环境的控制系统,以及涉及用于调整手术部位之上的术中环境的便携式手术系统和方法。
背景技术
可充气封闭物和包括控制系统的物体已经用于从简单的玩具气球到行星装置的范围的各种应用。然而,需要配置成监测和控制充气过程的动态、气体加压、封闭物中各种点处的压力、空气流和各种类型封闭物(例如,可充气封闭物、刚性固定体积封闭物)内部的其它环境参数的控制系统。还需要这样的控制系统用作高可靠性和适应性系统。
在本背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对公开的理解。
发明内容
本公开描述了用于执行无菌操作的封闭物系统的示例。封闭物系统包括可充气封闭物和控制系统。封闭物包括由柔性材料以及至少一个透明区段(section)制成的一个或多个封闭物壁,该透明区段配置成允许用户从封闭物的外部观察封闭物的内部。封闭物包括一个或多个空气通风口,其中通风口中的至少一个在操作期间具有可变的气动阻力。控制系统配置成控制封闭物内部的环境。控制系统包括配置成向封闭物提供空气的空气源、一个或多个传感器和处理器。
传感器包括:一个或多个压力传感器,配置成测量封闭物的内部和封闭物的外部之间的差压;一个或多个壁状态传感器,附接到封闭物壁或并入封闭物壁中,并且配置成获取表示壁的矫直和封闭物的充气水平的壁状态数据;以及一个或多个空气流传感器,配置成确定通过封闭物或封闭物的组件的空气流。
处理器配置成从压力传感器接收关于差压和差压的动态演变的压力数据。处理器配置成从壁状态传感器接收壁状态数据,并且使用壁状态数据来确定封闭物的充气状态。处理器配置成控制由空气源和通风口提供的空气流。处理器还配置成基于从传感器接收的信息来控制封闭物内部的压力和进入封闭物中的空气流,以便将壁的平直度保持在预定的最小平直度以上,从而确保通过壁的良好的可见性,以将内封闭物压力保持在预定的压力范围内以及将通过封闭物的空气流保持在预定的空气流范围内。
所公开的主题的一些实现方式包括操作封闭物系统的方法。该方法包括从包括压力传感器、壁状态传感器和空气流传感器的多个传感器获取信息。这些方法包括处理从传感器获取的信息,并且确定封闭物内部的压力、封闭物中的空气流以及封闭物的壁的平直度。该方法包括根据从传感器接收的信息,通过控制封闭物的空气泵和通风口/阀来控制封闭物中的空气流。
所公开的主题的一些实现方式包括用于在稳定的正常操作方案下对与封闭物的充气和封闭物的操作相关联的控制过程执行机器学习的方法。
应当理解,前述的一般描述和以下的详细描述两者都是示例性的和说明性的,并且旨在提供对所要求保护的主题的进一步说明。
附图说明
本说明书中描述的主题的一个或多个实现方式在附图中示出,并且在下面的详细描述中描述。
图1示出了包括配置成接收信息并控制封闭物的控制系统的示例性封闭物系统的示意图。
图2示出了示例性封闭物系统,其中封闭物是便携式手术系统的部分。
图3示出了配置成供应空气并控制封闭物中的空气流的示例性空气源。
图4示出了包括封闭物、空气源、空气管道或柔性管、压力采样管和空气通风口的示例性封闭物系统。
图5示出了包括配置成保护空气源的过滤器免受灰尘和其他颗粒的影响的保护盖的示例性空气源壳体。
图6示出了配置成将空气管道与空气源连接的示例性适配器。
图7A至图7C示出了示例性空气流分离器和过滤器传感器。
图8示出了包括双壁的示例性壁状态传感器。
图9示出了接收和处理从多个传感器接收的信息的示例性电子系统。
图10示出了图9中所示系统的另一示例。
图11示出了图9中的系统的采用传感器、控制系统和警报的不同配置的示例性实现方式。
图12示出了用于监测由封闭物、空气管道和控制系统形成的气动系统的功能的示例性方法的流程图。
图13示出了操作封闭物内部和外部之间的差压的封闭物系统功能的示例性方法。
图14示出了用于操作封闭物系统、用于确定封闭物的气动模型、用于获取关于封闭物的信息以及用于确定封闭物的异常或故障操作的示例性方法的流程图。
图15示出了几个示出配置成控制封闭物系统的操作的控制函数的示例的图。
图16示出了操作包括封闭物内部的压力、封闭物壁的平直度和进入封闭物中的空气流的多个物理参数的封闭物系统功能的示例性方法。
图17示出了操作使用机器学习技术和机器学习的系统模型的封闭物系统的示例性方法。
各个附图中的相同的附图标记和名称表示相同的元素。参考表示示例性实现方式的附图来描述本公开的方面。
具体实现方式
本说明书中描述的封闭物系统的示例可以用于各种应用,包括当执行外科手术时。例如,当执行手术时,可以将封闭物系统放置在患者身上,以便为手术提供清洁和消毒的环境,并且避免污染患者。由封闭物系统提供的保护可能是至关重要的,特别是如果手术发生在可能未充分消毒的环境中。例如,当在灾区或医院之外执行外科手术时,患者周围的环境可能被污染,使得在该位置处执行手术可能由于环境污染而对患者的健康造成重大风险。封闭物系统(诸如在本公开中描述的封闭物系统)可以提供患者保护。封闭物系统通过控制系统进行仔细控制,该控制系统可以控制各种控制系统环境参数,诸如封闭物内部和封闭物的相关组件内部的各种位置处的压力、空气流、温度、气体类型和颗粒/污染物密度。控制系统可以配置成与多种类型的封闭物系统一起工作以及在多种环境/情况中工作。
图1和图2示出了示例性封闭物系统的图。图1示出了包括配置成向封闭物1传输信息并且从封闭物1接收信息的控制系统2的封闭物系统的框图。
通常需要封闭物系统保持封闭物内部相对于环境的特定过压和通过封闭物的特定最小空气流,以便保留封闭物内部的期望环境(例如,期望的空气或气体纯度以及低水平的污染物、不期望的气体或颗粒)。本公开描述了其中可充气封闭物、控制系统和环境控制方法实现用于封闭物1的初始充气的初始过压和气体循环并且随后维持过压和通过封闭物1的气体流动的实现方式。
充气和环境控制方法可以包括控制充气的动态过程、控制通过封闭物的空气流、保留特定的过压、监测(或连续监测)封闭物内部和封闭物外部的条件。监测可以测量与控制方法和封闭物以及特定装置相关的几个参数。控制系统2可以配置成确定充气和/或加压条件何时异常并且产生警报信号。因为操作环境和所控制的封闭物可以变化,所以控制系统2可以配置成具有高度自适应性并且可以包括自学习能力。
图2示出了封闭物系统的示例性实现方式。封闭物系统是便携式手术系统的部分,便携式手术系统诸如题为“Portable System for Isolation and Regulation ofSurgical Sites Environment(用于手术部位环境的隔离和调节的便携式系统)”的第PCT/US2021/058496号国际专利申请中描述的便携式手术系统,出于所有目的,该国际专利申请通过引用并入,如同在本文中全面阐述。
图2的封闭物系统包括封闭物1和控制系统2。封闭物1设置在患者7的身体之上,使得一个或多个操作者(例如,外科医生、护士等)能够经由附接到躯干的切开式布单(incisedrape)接近患者7的躯干,并且对患者7执行外科手术。封闭物1集成了臂端口6,以允许由操作者臂或者代替臂的诸如腹腔镜或机械臂等的增强仪器进入封闭物1的内部。这样,操作者可以从封闭物1内部进入并对手术部位进行手术。封闭物1可以经由控制系统2被供应有空气,以在手术区上方形成由封闭物1包围的内部无菌空间/环境,从而使得用户(例如,外科医生)能够在无菌环境中执行手术。封闭物1可以在正压下被供应有过滤的空气。控制系统2可以包括空气源3、空气管道4和线连接器5,线连接器5配置成使控制系统2能够从封闭物1接收信息(例如,来自设置在封闭物1内部的传感器的传感器数据)并且控制封闭物1的各种组件(例如,阀)。空气管道4可以将空气从空气源3供应到封闭物1。空气管道4可以是柔性管。
控制系统2配置成控制气体加压、充气和空气流,同时还用作高度可靠和自适应的系统。控制系统2配置成确定封闭物1的内部和外部之间的压力差,以调节封闭物1的各种部分中的空气流,以生成期望的压力或空气流动态,以及检测异常操作(例如,异常空气流和信号异常)。控制系统2配置成通过从先前的控制环境和控制数据学习来执行机器学习,该控制数据包括例如响应时间、过程的安全性、噪声和振动的水平(期望的低水平)以及功率消耗(最小化功率消耗)。
控制系统2可以产生、控制和监测封闭物1的加压和/或充气过程。控制系统2可以配置成在监测整个封闭物系统的元件(诸如:封闭物1、封闭物1到控制系统2的联接和电源)的同时保持封闭物1中的过压和特定的最小空气流。控制系统2可以配置成生成必要的信号和警报并且显示相关信息。控制系统2可以具有主动或被动预留块,以便确保操作中的高可靠性、测试和创建封闭物1的模型的能力、学习封闭物的模型以及诊断过程异常。
控制系统2可以包括电子系统,该电子系统还可以包括以下中的一个或多个:处理器、显示器、警报装置、天线、用于无线传输来自封闭物1中的传感器或附接到封闭物1的传感器的数据的装置。电子系统20可以配置成接收来自封闭物1中的传感器的数据、处理该数据、向封闭物系统的各种组件发送控制信号。在下文中,描述封闭物系统的各种组件。
空气源壳体
图3示出了空气源3的示例性实现方式,该空气源3可以包括空气泵11、空气过滤器12、空气循环腔室13、配置成与空气管道4连接的适配器14、电子子系统15以及包封空气泵11、空气过滤器12、腔室13和电子子系统15的壳体16。当空气泵11操作时,空气源3可以将来自壳体16外部的输入空气流通过过滤器12拉入壳体16中,并且将空气流引导到空气管道4中并且进一步引导到封闭物1中。在一些实现方式中,空气流可以通过过滤器12进入并且由过滤器12净化。空气流通过低湍流联接器从过滤器12流动到空气泵11并且由空气泵11吸收,这在输出处产生压力。空气流可以通过低湍流联接器14排出到空气管道4中,并且可以经由空气管道4引导到封闭物1。
空气泵11可以是风扇或用于所循环的空气的容积的其它适合的泵。可以在过滤器12的前面设置预过滤器以保护过滤器12。压力敏感阀可以包括在适配器14中(在适配器14的一端处或者在沿着空气流轨迹的另一位置中),以允许空气从空气泵11朝向封闭物1循环,但是停止从封闭物1到空气泵11的反向空气流。空气泵11和过滤器12可以被布置成使得相对于空气流,在一些情况下,过滤器12可以被放置在空气泵11之前,并且在一些情况下,空气泵11可以被放置在过滤器12之前。空气泵11和过滤器12可以彼此结合或靠近地放置,使得在它们之间不形成漏斗状连接。
空气循环腔室13可以配置成确保从过滤器12到空气泵11以及从空气泵11到空气管道4和封闭物1的基本上层流的空气流。腔室13的壁的内侧可以具有经特殊处理或几何配置以减少空气摩擦的表面。腔室13可以是具有能适于空气速度的壁配置的漏斗状结构。例如,壁可以在与空气流接触的表面上具有鳞片状元件,该鳞片状元件可以被压电致动器移位和倾斜,从而使漏斗形状适于减小与壁的空气摩擦。
电子子系统15可以包括与一个或多个压力采样管18连接的压力传感器(例如,差压传感器)。采样管18可以在封闭物系统(例如封闭物1、空气管道4、壳体6)中或在环境中的各种位置处对压力进行采样。电子子系统15还可以经由线连接到封闭物系统的各种装置和传感器。设置在壳体16内部的电子子系统15可以包括在控制系统2的整个电子系统20中。电子子系统15可以连接到传感器、显示器、警报装置、天线和用于无线传输来自封闭物中的传感器或附连到封闭物的传感器的数据的装置。
图4示出了封闭物系统的示例性实现方式,该封闭物系统包括封闭物1、空气源3、空气管道4、设置在空气管道4内部的第一压力采样管19、空气通风口21、设置在通风口21内部的第二压力采样管22、直接联接到封闭物1通过壁伸出的第三压力采样管23以及设置在封闭物1内部的一个或多个传感器24。传感器24可以经由线26或通过传输无线信号而与电子子系统15通信。传感器24可以设置在封闭物1内部以监测参数,诸如:空气流、压力、温度、湿度、颗粒物水平等。
过滤器盖
图5示出了壳体16的示例性实现方式,壳体16包括配置成保护空气过滤器12免受灰尘和其他颗粒29的影响的保护盖28。当壳体16直接放置在外部地形上或在支承表面可能覆盖有灰尘或工业粉末的工业环境中时,该保护盖28可提供保护。
预过滤器或过滤器12可以在运输或储存期间由盖28保护。盖28可以是可折叠的,并且可以防止来自土壤的灰尘和颗粒被吸收并进入过滤器12或预过滤器。当打开盖28时,盖28可以与壳体16的壁的竖直面形成小于90°的角度,使得抽吸流主要从上方来,从而当壳体16定位在地面上的场地中时防止灰尘抽吸。盖28可以包括用于防止灰尘的侧向抽吸的侧向翼28(b)。可以提供传感器以检测盖28何时关闭,从而当盖28关闭时空气泵11的操作被阻止。
适配器和连接传感器
如图6中所示,空气源3可以包括适配器14,适配器14配置成将空气源3连接到将空气流(例如在压力下)从空气源3引导到封闭物1的空气管道4。
适配器14可以包括气密帽31,气密帽31配置成覆盖适配器开口,以便当空气源3未连接到空气管道4时防止壳体16的内部受到污染。当控制系统2和/或空气管道4的内部可能被来自环境的颗粒、病原体或其它有害元素污染时,可能发生这种情况。适配器14可以包括一个或多个连接传感器,该一个或多个连接传感器配置成确定适配器是否与帽31或空气管道4正确连接。在一些实现方式中,连接传感器可以包括在适配器14的外表面上的两个金属电极32、在帽31的内表面上的帽电极33,使得当帽31被正确连接时,帽电极33与电极32短路,从而在适配器14上的电极32之间建立电流路径。合适的电子电路检测两个电极32之间的电气路径的状态。当两个电极32之间没有电流路径时,设定警报以发出污染危险的信号。类似地,空气管道4可以包括帽电极33,帽电极33配置成与电极32结合用作连接传感器。
在一些实现方式中,连接传感器可以是光电二极管34、光电晶体管或对光敏感的类似装置。当帽31或空气管道4没有覆盖适配器14的头部时,光可以穿透到光敏装置,光敏装置随后触发警报。在一些实现方式中,一组连接传感器可以用于确定帽31的正确连接,并且另一组连接传感器可以用于确定空气管道4的正确连接。当帽31和/或空气管道4未适当连接时,可以生成不同的警报信号(例如,响应于帽31的不适当连接的第一警报信号和响应于空气管道4的不适当连接的第二警报信号),使得控制系统2可以区分信号。
在一些实现方式中,连接传感器可以包括以下中的一个或多个:形成接近传感器的电容电极;构成接近传感器的两个电感;构成接近传感器的金属板和电感;压力传感器(压阻式或其他类型);一起形成接近传感器的小磁体和霍尔传感器;光电二极管或其它光感测装置以感测不透明盖的打开;或者其组合。
控制系统2可以使用来自连接传感器的信息来确定适配器打开和暴露期间的时间段(和时间长度)。在一些实现方式中,如果控制系统2确定适配器14打开了大于第一阈值时间段的时间段,则发出警告。如果控制系统2确定适配器14打开了大于第二阈值时间段的时间段,则控制系统2可以发出警报和/或停止操作,并且可以确定空气源3和/或封闭物1已经被污染。控制系统2还可以显示空气源3和/或封闭物1被污染的警告。
过滤器传感器
参考图7A和图7B,空气源3可以包括一个或多个空气流分离器35,空气流分离器35设置在过滤器12的附近并且划分空气流。空气流分离器35包括竖直设置在过滤器12上的一个或多个薄壁36。空气流可以在与壁36平行的方向上(如图7B中所示)。空气流分离器35可以设置成形成蜂窝状结构。空气流分离器35可以配置成产生期望的层流和均匀的空气流,诸如蜂窝结构的每个单元中的相同空气流。空气流分离器35可以设置在过滤器12的任一侧上或过滤器12的两侧上。
空气源3还可以包括一个或多个过滤器传感器37(如图7B和图7C中所示),该一个或多个过滤器传感器37配置成提供关于不同过滤器区域中的空气流和/或压力的信息。在一些实现方式中,过滤器传感器37可以测量由平面36分开的两个相邻过滤器区域之间的差空气流和/或差压(如图7C中所示)。控制系统2可以包括处理器,该处理器配置成从过滤器传感器37接收信息,以确定过滤器状态,并且生成用于显示的关于过滤器状态的消息(例如,过滤器功能良好、需要改变过滤器等)。
在操作期间,空气过滤器12可能由灰尘和其他颗粒堵塞,或者甚至可能由较大颗粒或可能以大速度移动的物体刺穿。因此,为了维持空气过滤器操作,可以监测空气过滤以检测与上述问题类似的问题。在一些实现方式中,通过比较过滤器12之后或之前的空气流的区段中的动态压力和/或静态压力,执行过滤器操作的均匀性。
用于监测过滤的方法可以包括用一组压力传感器或一组差压传感器36测量空气流的对称区域中的动态压力和/或静态压力(或压力/空气流之间的差)。空气流的不对称的非对称性或时间变化可以指示潜在的过滤器堵塞,潜在的过滤器堵塞可能上下和中心到侧面不对称地发生,或者甚至可能是不对称的刺穿过滤器12,或者过滤器操作中的其他异常。为了进一步提高方法和测量的灵敏度,可以对称地放置不阻碍空气流并且防止来自流动的不同部分的空气流混合的薄壁(诸如空气流分离器35的壁36)以分离空气流的对称部分。然后,可以在由薄壁分开的区域之间进行差分测量。为此目的,可以使用一个平面或几个半平面表面(壁)36。过滤器传感器可以是压力传感器和/或感测各个区域中的空气流的速度的不对称性的风速计。
控制系统2的电子设备可以使用来自过滤器传感器的信息,该过滤器传感器检测由表面(壁)36界定的过滤器后面的区域中的空气压力或空气流的不对称,并且当在空气压力或流动中检测到实质性不对称时,控制系统2可以生成警告。当检测到大的不对称时,控制系统2可以停止操作,并且可以显示(或者使用其他通知手段)需要改变过滤器的警告。
压力传感器
为了控制封闭物1的加压和/或充气,可以使用柔性和可充气的或者固定体积的封闭物1、用于确定封闭物1中的压力和/或封闭物1的内部和外部之间的静压力差的装置以及用于检测充气状态的其它装置。可以使用各种类型的压力和/或差压传感器,条件是它们的操作范围、灵敏度和响应时间满足用于预期应用的操作条件。封闭物系统可以包括一个或多个压力传感器。压力传感器可以包括差压传感器和/或绝对压力传感器。
压力传感器可以设置在封闭物1内部,诸如图4中的传感器24,或者可以设置在封闭物1外部并且通过压力采样管(诸如图4中的管19、22和23)连接到封闭物1的内部部分。设置在封闭物1内部的压力传感器可以无线地或经由连接到电子系统20的线向控制系统2发送数据。
差压传感器可以设置成诸如测量封闭物1的内部和封闭物1的外部之间的差压。在一些实现方式中,差压传感器中的至少一些附接到封闭物壁(或包括在封闭物壁中),并且包括设置在封闭物1内部的第一测量表面和设置在封闭物1外部的第二测量表面,以感测环境压力。差压传感器配置成测量封闭物1的内部和外部之间的压力差。
压力管和通风口
在一些实现方式中,差压传感器中的至少一些附接到穿透封闭物壁的压力采样管。差压传感器可以设置在设置于封闭物1外部的压力管的一端处(并且与该一端连接),而压力管的另一端可以设置在封闭物1内部以在封闭物1内部的特定位置处对压力进行采样。压力传感器和压力采样管可以用于对在封闭物系统的各种位置处或在紧挨着封闭物系统外部的压力进行采样。封闭物系统可以包括用于测量封闭物系统的不同位置处的压力的几个这样的管和传感器。穿过封闭物1的壁的压力采样管可以联接到气密端口以防止空气泄漏。如图2至图3中所示,压力传感器可以设置在壳体16内部,并且可以经由压力管测量壳体16外部、封闭物1内部或壳体16内部的压力。
参考图4,封闭物1可以包括一个或多个通风口21,使得空气连续地循环通过封闭物1。通风口21可以包括配置成打开通风口21、关闭通风口21或调节通风口21的气动阻力的阀。空气管道4可以包括一个或多个阀,该一个或多个阀配置成打开空气管道4、关闭空气管道4或调节空气管道4的气动阻力。处理器50可以配置成通过控制联接到空气源3、空气管道4和/或通风口21的阀(打开、关闭或中间阻力)的气动阻力,控制由空气源3提供的空气流和通过通风口21和空气管道的空气流水平。
通风口21可以包括一个或几个压力采样管22,该压力采样管22对封闭物1内部的压力进行采样。通风口21还可以包括空气流传感器。在一些实现方式中,压力采样管23可以通过气密联接通过封闭物1的壁中的一个进入封闭物1。在一些实现方式中,几个差压传感器设置在封闭物1内部并且联接到采样环境压力的压力采样管。差压传感器可以包括在封闭物1的壁中,且传感器的一侧暴露于环境压力,并且另一侧暴露于内部压力,从而避免使用压力采样管。
处理压力数据
压力传感器可以无线地或通过线向封闭物系统的电子系统发送数据。处理器可以配置成从压力传感器接收关于差压和/或差压的动态演变的压力数据。处理器可以使用结合来自其它传感器的数据的压力数据来确定封闭物1的充气状态。电子系统20可以配置成接收来自封闭物1中的传感器的数据、处理该数据、并且向封闭物系统的各种组件发送控制信号。
一个或多个传感器可以位于封闭物1内部,并且可以测量空气压力、空气压差、空气速度、温度或封闭物1内部环境的其他变量中的一个或多个。在一些实现方式中,传感器可以使用天线(诸如沉积在封闭物1的壁上或嵌入在封闭物1的壁中的带状天线)通过无线电波向控制系统2发送传感器数据。
控制系统2可以配置成使得当空气管道4连接到空气源3和封闭物1、压力采样管被连接并且控制系统2接收差压读数时,系统的基本控制被建立。
壁状态传感器
在充气柔性封闭物的情况下,压力和差压读数可能不足以精确控制封闭物1及其壁的状态。事实上,柔性壁在不同温度下的表现可能不同,并且可能形成在正常充气压力下不会收紧的褶皱,在壁中产生过大的局部应力或者当条件变化时采取不适合的形式。因此,除了压力和其它物理参数之外,对加压的改善控制还应考虑壁的状态。
封闭物系统可以包括一个或多个壁状态传感器,该壁状态传感器配置成获得指示封闭物1的壁的放置壁状态传感器的部分的平直度的状态和封闭物1的充气水平的数据。壁状态传感器可以附接到壁,或者可以在封闭物1的各种位置处并入壁中。处理器50可以配置成从壁状态传感器接收壁状态数据,并且使用壁状态数据来确定封闭物1的充气状态。处理器还可以配置成基于从传感器接收的信息来控制封闭物1内部的压力和进入封闭物1中的空气流,从而允许壁的平直度保持在预定的最小平直度以上。这样做可以确保通过壁的良好可见性。在一些实现方式中,封闭物可以具有最大压力值,超过该最大压力值的压力可能对封闭物内的患者造成健康风险。因此,控制系统2可以控制封闭物1内部的压力,使得封闭物1内的压力小于与患者安全阈值限制相关的压力水平。
壁状态传感器可以包括一种或多种类型的传感器,诸如应变计、诸如沿着三个轴的加速度计(3D加速度计)的壁位置传感器、电容传感器和倾斜传感器。这样的传感器可以在充气状态的评估中补充或替换压力传感器。用于监测壁的状态的传感器可以安装在封闭物1内部、附接到壁、在壁外部,或者可以包括在柔性壁中。控制系统2还可以包括一个或多个配置成获得壁的静止或运动图像并且监测壁的状态的相机。处理器可以从相机获取壁的图像,并且可以确定壁的状态(例如,壁平直度)。
双壁传感器
图8示意性地示出了双壁传感器的示例性实现方式。如图8中所示,双壁传感器可以设置在第一壁41和第二壁42之间,第一壁41可以是封闭物1壁的部分,第二壁42可以是附接到第一壁41的柔性箔。双壁传感器可以包括设置在第一壁41和第二壁42之间的力/压力感测装置43。第一壁41和第二壁42可以在封闭物壁内形成小袋。当壁41和42由于例如封闭物1的内部和外部之间的高差压而变直时,第一壁41和第二壁42可以在力/压力感测装置43上施加压缩力。力/压力感测装置43配置成测量由于壁的矫直而由壁41和42生成的压力/力。当封闭物1充分充气时,柔性壁42和第一壁41生成压力,该压力由力传感器43检测并且指示封闭物1的充气水平。因此,由力/压力感测装置43测量的力提供了壁平直度的测量。力/压力感测装置43可以具有任何合适的形状,包括例如矩形截面、圆形截面或形成为覆盖预充气气泡44的圆形段45的截面,该预充气气泡44随着封闭物1内部的压力增加而缩减。
在一些实现方式中,半圆形物体44可以被放置在壁41和42之间的袋中,并且可以由压敏膜45(诸如压阻膜)覆盖。膜45的电阻与壁41和42中的矫直和张力成正比变化。在这样的实现方式中,具有压阻层45的物体44和压阻层的连接件可以形成传感器43。测量各个压力信号指示壁41和42的矫直。在一些实现方式中,承载压阻膜的物体可以具有拥有圆化的角的平行六面体形状,或者压阻膜可以直接附接到封闭物壁或袋的柔性层。处理器可以从力/压力感测装置43接收壁状态数据,并且基于壁状态数据确定封闭物1的充气状态。
应变计传感器
可以使用连接到封闭物1的壁的内表面或外表面的应变计传感器来检测与封闭物1相关的应变。在一些实现方式中,壁状态传感器可以包括设置在封闭物壁的内表面或外表面上并且附接到封闭物壁的内表面或外表面的应变计传感器,并且可以与壁一起变形。壁的矫直/变形可以根据与壁的平直度水平成比例的力使应变计传感器变形。
腔传感器
在一些实现方式中,可以通过在封闭物壁上附接柔性层而在封闭物壁上(内部或外部)产生小的密封腔。因此,腔具有由封闭物壁形成的其壁中的至少一个。密封腔的压力略低于封闭物中的目标压力。壁状态传感器可以位于密封腔内。当封闭物压力达到其目标值时,通过封闭物壁的延伸以及由封闭物1中的内部压力来减小腔体积。壁状态传感器可以包括形成设置在腔内部的电容器的两个电极。当腔的体积减小时,电容器的电极移动,从而改变电容。当壁是直的时,电容达到一定的预设值。
印刷叉指(Interdigital)电容器
在一些实现方式中,为了确定封闭物1的壁的矫直或充气水平,可以在封闭物1的柔性支承件上印刷或设置叉指电容器。柔性支承件可以结合到壁并且可以与壁一起变形,从而修改叉指电容器的电容。当壁和附接的支承件是直的时,获得一定的电容值。叉指电容器可以直接印刷在封闭物1的柔性壁上。
光纤传感器
在一些实现方式中,壁状态传感器包括光纤、光源和光纤检测器。光纤附接到封闭物1的壁(或并入封闭物1的壁中),并且配置成与壁一起变形。光纤的变形导致由光纤检测器感测的信号的变化。
当壁充分膨胀并且光纤中没有光损失时,光纤变得直,在这种情况下信号是最大的。当壁不是平直的时,光纤与壁一起弯曲,并且由于弯曲,光纤中发生光学损耗。由光纤检测器检测的信号可以提供关于光纤弯曲的程度和壁平直的程度的指示。通过使用光纤布拉格光栅传感器或具有光纤的光偏振器,除了获得了测量应力的能力的增加之外,还获得了光纤传感器测量的测量灵敏度和精度的进一步改善。
可使用其它类型的传感器(例如,光学传感器、电容传感器、磁传感器、电感传感器、电阻传感器、压阻应变或应力传感器、压电传感器、机械变形传感器)来实现检测壁的充分膨胀的各种其它方法。此外,图像和视频获取装置,包括飞行时间相机,可以用于监测壁的充分膨胀和平直度。
建议使用壁平直度或定位在封闭物1的壁上的一个或几个位置处的壁张力传感器,因为封闭物1中的内压力传感器提供关于封闭物1的充分和正确充气的间接、综合信息。在一些实现方式中,传感器是当传感器支承件变成平面时达到特定电容的叉指电容传感器。
在其中使用用于壁的平直度的传感器的控制系统2的一些实现方式中,由用于壁的平直度的传感器提供的信息可以由控制系统2的处理器获取,并且与来自压力传感器的信息互补和融合,以改善封闭物1的充气控制。例如,在控制系统2的自学习过程中,控制系统2可以存储对于特定封闭物,壁被满意地膨胀的封闭物1的内侧和外侧之间的压力差值,并且可以将目标压力差用于未来的充气和加压过程。
振动和声音
控制系统2的封闭物1、空气管道4和容器可以设置有声音和振动传感器,用于控制在充气和加压过程期间生成的声音和振动的量。其它传感器,包括流量传感器、动态压力传感器和温度传感器,可以用于封闭物1中、控制系统2容器中以及从控制系统2到封闭物1的空气管道4中,可以用于进一步分析操作条件并相应地调节控制。
电子设备
在一些实现方式中,控制系统2的电子设备可以包括电池或其他合适的电源、电路监测和调整电池的充电和放电、电压调节器和电源监测器、一个或几个压力和/或差分传感器、一个或几个用于空气流的传感器、壁膨胀传感器、用于壁中的应力的传感器、温度传感器、空气湿度传感器以及用于充气封闭物的其他参数或用于控制的环境参数的传感器、一个或几个显示器、一个或几个警报块、通用I/O接口、通信装置和核心电子系统。电子系统可以执行多种操作,包括数据采集、数据处理、数据存储、控制函数生成、生成用于空气泵的驱动信号、异常状况的诊断和检测、警报信号的生成、监测整个系统和环境、基于所监测的参数对控制进行决策、用于改善控制的学习以及驱动所有其他输出接口。电子系统的一个或多个模块可以具有用于提高操作可靠性的储备。
图9示出了封闭物1的电子系统的示例性实现方式的框图,该电子系统接收来自一个或多个传感器的输入、将该输入处理到数据采集和主控制系统130中,并且向空气泵控制系统131发送控制信号。在一些实现方式中,系统130和131可以是一个或多个处理器。在一些实现方式中,系统130和131可以是硬件和软件的组合,并且可以包括例如电路,诸如将从传感器接收的信号转换成适于由次要的控制电路131处理的信号的第一主电路130,该次要的控制电路131继而可以驱动空气泵。
图10和图11示出了在图9中表示的系统的示例性实现方式,包括主控制系统130、第二主系统132、监管系统130和132的适当操作的监管处理器134和手动控制开关135,用户可以将手动控制开关135设定成可以向驱动电气系统131发送信号的第三完全分离的备用主控制电气系统133。
第二主控制块132可以在第一主控制系统130的操作中提供冗余,并且可以具有第二储备,第三主控制电路133配置成用于关键应用。第一主控制块130是数字的,而第二主控制电路132可以具有降低的功能用于柔缓劣化操作和增强的可靠性(例如,如果第一主控制块130中的集成电路不能正常操作,则第二主控制电路132中的备用电路可以操作,其可以具有可接受的性能,但可能比不上第一主控制块130中的集成电路的性能标准),并且可以使用一些模拟电路以将来自传感器的信号转换成适于输入到次要的控制电路131的信号。
次要的控制电路131可以从主控制电气系统中的任何一个接收输入信号,并且可以将所接收的信号转换成用于驱动空气泵的信号。主控制系统130、132、133还可以执行空气泵的操作的、通过气动系统的空气流的和电池的参数监测。主控制系统130、132、133可以产生视觉和听觉警报信号,且主控制系统130、132、133中的任何一个还在显示器上显示关于操作的信息以及适当的警告文本和操作建议。在第一主控制系统和第二主控制系统之间的切换由监测第一主控制系统130的操作并检测其故障的监管系统134手动地或自动地产生。到第三主控制系统133的切换可以用切换控制器135手动地进行,用于由人工操作者对操作的最大的控制。
主控制系统130、132、133可以执行特定的信号处理任务,包括滤波来自噪声的信号、平滑来自传感器的信号以及融合来自各种传感器的信息(例如,融合来自压力传感器的信息与来自壁状态传感器的信息)。
第一主控制系统131和第二主控制系统132可以产生模拟信号或数字信号以控制次要的控制系统131。监管系统134可以监测第一主控制系统131的操作状态、当第一主控制系统130的操作不足时决定切换到第二主控制系统131的操作以及决定何时复位第一主控制系统130的操作。
一个或多个传感器可以具有模拟/数字输出,并且可以连接到电子系统,或者可以将信息无线(光学、超声、使用无线电电磁波、红外或其他合适的手段)传输到电子系统。
当传感器产生数字输出时,电子系统的部分可以是数字的,或者当传感器中的至少一些具有模拟输出时,电子系统的部分可以是混合模拟和数字系统。当不需要诸如监管、故障识别和其它复杂功能时,数据采集和主控制系统可以是完全模拟的,或者被简化为可以用模拟电路容易地实现的简单功能。
虽然将功能分离成主控制系统和次要的控制系统130至133(因为其对于编程目的和简化设计是有用的)是所使用的一个示例性实现方式,但是在一些实现方式中,一个或多个物理装置(诸如微控制器或FPGA)可以实现主控制系统和次要的控制系统130至133两者的功能。在一些实现方式中,当不需要诸如监管、故障识别和其它复杂功能的功能时,第二数据采集和主控制块可以是完全模拟的,或者被简化为可以用模拟电路容易地实现的简单功能。
控制系统2在特定应用中的操作可以取决于为系统优化设定的标准。例如,在一些实现方式中,标准可以是安全操作。另一标准可以是保持封闭物中的恒定压力,其可以容易地实现使用最小空气流标准或标准组合用于优化的实施方式。
图12示出了用于监测包括封闭物1、空气管道4和控制系统2(包括空气源3)的气动封闭物系统的功能的方法的流程图。在一些实现方式中,控制系统2可以通过执行如步骤136中所示的初步、预操作检查而开始。当电力导通时,封闭物1的电子系统从一个或几个传感器获取信号,并且启动对封闭物系统的设定和操作的分析。在这个阶段,封闭物系统可以通过从连接传感器接收信号来确定空气管道4到空气源3和封闭物1的连接是否正确。然后,系统可以检查过滤器空气盖28是否打开。
在一些实现方式中,执行如步骤137中所示的初始功能测试(和初步操作检查)用于确定封闭物系统的功能。通过用线性(台阶式、阶梯式)或其他预定义的差压的函数初始化加压/充气,并且在指定时间t0内应用用于增加差压的控制,来测试封闭物系统的功能。在此阶段期间,可以检查空气过滤器12后面的空气流的对称性,当对称性不令人满意时,可以生成警告,并且对于大的不对称可以停止操作。此外,在此阶段期间,可以为空气源3和/或加压封闭物1确定空气流。可以将空气流与预定值或与从类似封闭物的操作中获知的值进行比较,并且当发生显著差异时可以生成警告。此外,在充气期间在封闭物1、其壁、空气管道4或控制系统2的容器中产生的振动和声音被监测用于学习并且随后避免引起不想要的行为(例如,太多的噪声和/或振动)的特定控制参数。控制参数可以包括空气泵功率/空气流输出和各种阀的状态/气动阻力。在此阶段期间,执行如步骤139中所示的信息获取和模型建立。提取封闭物系统的几个性能参数值,诸如来自封闭物1中的排气的近似流动阻力和封闭物1的近似体积。存储了产生大振动和噪音水平的不合适的压力流量方案,用于在正常操作期间避免它们。
图12的控制方法包括系统的预测试健康检查步骤136、初始加压和功能测试步骤137、功能测试块和动态加压学习块138、测量和学习块139,该测量和学习块139测量由封闭物、空气管道和控制系统形成的气动系统的气动系综(ensemble)和初始模型学习的参数;以及常规操作块138,其在性能参数值的初始学习之后在连续循环中监测140功能性和气动系统参数,并且在步骤141中根据需要调节对操作条件的控制。步骤138、140和141在正常操作条件下循环操作,使封闭物系统持续监测系统参数,并且根据需要对操作条件进行调节。
图13示出了控制方法,包括运行一组预初始化测试(块136)的操作、用预定义的功能初始化封闭物1的加压(块144)以及测试在指定时间内是否满足指定压力条件142(块142)。如果在指定的时间内未满足条件142,则然后控制系统2发出警报并且进入故障模式(块146、148)。如果在指定的时间内满足条件142,则控制系统2如图12中的块138中所示进入正常操作方案。
在初始加压阶段期间(块144),封闭物系统可以将封闭物1的内侧和外侧之间的实际差压与指定的差压阈值P1进行比较。如块142中所示,当所获得的差压在加压开始以来的特定时间段内不大于阈值P1时,封闭物系统可以生成警报并且在显示器上显示相应的消息(块146)。封闭物系统可以停止其操作,直到在已经采取补救措施来解决压力之后系统重新启动为止(块148)。如果初始充气或加压测试生成积极结果,则封闭物系统可以执行其常规操作方案(块138)。常规操作方案可以包括各种操作,包括例如来自传感器的信号中的电噪声滤波。例如,低通模拟滤波器可以对由模拟传感器和/或数字滤波器提供的信号进行滤波。低通滤波可以用于从与柔性封闭物一起使用的压力、空气流和壁传感器接收的信号,因为低通滤波器可以消除由于封闭物1的壁在外力(例如,人为操纵、风)下的移动而引起的信号的变化。信号质量的进一步改善是通过中值滤波或其它适于封闭物1的使用的统计滤波器来获得的。
在一些实现方式中,系统执行附加的初始测试,包括测量封闭物排气处和/或空气管道4中的动态压力和/或空气速度,并且将这些动态压力与所存储的值和/或与控制系统2存在处的空气流进行比较,用于确定是否发生空气泄漏或者排气或空气管道4是否被阻塞。当初始测试中的条件与所期望的操作条件不一致时,可以触发警告和/或警报。
在一些实现方式中,在初步(预测试)阶段和初始阶段的测试之后,其中初始阶段包括充气(如果封闭物1是柔性的),加压控制系统进入常规操作方案138以保持恒定的差压。该常规操作方案138可以基于封闭物与围绕封闭物的周围环境之间的差压的读数,目的是保持恒定的差压。在常规阶段操作期间,封闭物系统可以使用特定学习算法40来学习封闭物1、空气管道4和控制系统2的加压控制的动态的细节。可以通过向控制系统2提供有从操作者或其它封闭物系统获得的训练数据来补充该学习。在步骤141中,将所获取的信息用于将来对操作条件的控制的调节。
图14示出了用于确定封闭物1的气动模型、用于获取关于封闭物1的状态或条件的数据以及用于检测异常条件或操作的用于操作封闭物系统的方法的流程图。
该方法可以包括操作1401,其中控制系统2从传感器获取关于以下中的一个或多个的数据和信息:封闭物1和封闭物系统的其他组件(例如,通风口21、空气源3)内部的压力和空气流;由封闭物系统生成的声音;封闭物系统的振动;以及壁应变。该方法还可以包括操作1402,其中控制系统2获取关于封闭物系统的空气管道4、通风口21和阀的传送功能的数据和信息。
该方法还可以包括操作1403,其中控制系统2使用在操作1401和1402处获取的信息来确定所获取的信号和数据的一系列性质,诸如信号的频谱。该信息可以包括更多数据/信号中的两个的融合的数据和/或信号,诸如压力数据和振动数据。该方法还可以包括操作1404,其中控制系统2确定封闭物系统的共振,诸如频谱的主要振动分量(频谱的不是低频率分量的振动分量)以及非线性生成的分量。
该方法还可以包括操作1405,其中控制系统2获取并保存与最近的控制参数(诸如控制参数的时间序列)相关联的数据。该方法还可以包括操作1406,其中控制系统2使用在操作1404和1405处生成的信息来导出系统的模型和系统的参数并将系统的模型和系统的参数与相同系统的先前模型以及与对应于各种故障操作方案的模型进行比较。
该方法还可以包括操作1407,其中控制系统2使用在操作1404、1405和1406处生成的信息来创建用于控制系统2对各种控制序列和场景的响应的模型。
该方法还可以包括操作1408,其中控制系统2对整个系统执行操作分析并且确定是否存在任何异常操作条件(例如,故障操作)或系统是否适当操作。操作分析基于在操作1407处生成的信息和/或在操作1409处生成的机器学习数据。
该方法还可以包括操作1409,其中控制系统接收在操作1408处生成的关于系统的功能的数据、对数据执行机器学习、开发和保存相同类型的控制的所学习的数据、开发和保存所学习的系统模型以及开发和保存所学习的异常情况和操作方案。操作1401至1409可以在循环中重复并且迭代地执行。
可以迭代地或周期性地重复图14中所示的方法的操作,以在各种时间下(在第一时间有序序列t1、t2、t3、...tn中,n是大于1的任何数)获得对封闭物系统的测量,并且获取封闭物系统的物理参数测量的时间有序序列。所测量的物理参数可以包括以下中的一个或多个:封闭物压力、封闭物系统中的空气流、壁状态、封闭物系统的振动以及由封闭物系统生成的声音。
基于关于封闭物系统的物理配置的信息,控制系统可以为封闭物系统生成一个或多个物理模型。物理模型中的至少一个可以描述封闭物系统的振动行为。
控制系统可以根据控制参数的时间序列(例如,在第二时间有序序列T1、T2、...Tm中的时间)控制并设定封闭物系统。设定的控制参数可以包括控制空气泵的占空比的脉冲、由泵生成的输出空气流、控制空气源的任何其它参数。控制系统2还可以通过控制包括在通风口、空气管道和空气端口中的阀来控制封闭物系统部分(例如,通风口、空气管道和空气输出端口)中的一个或多个的气动阻力。受控制阀中的每个与一个或多个控制参数(例如,阀参数)相关联。
控制系统2可以基于物理参数和控制参数来确定封闭物系统的状态以及状态是否与故障操作或适当(例如,无故障)操作对应。封闭物系统的状态可以至少包括振动状态、气动状态和空气流状态。
控制系统2可以确定导致封闭物系统的适当(例如,无故障)操作的控制参数的时间序列,并且根据控制参数的时间序列设定控制系统2。控制参数的时间序列可以被确定为封闭物系统、物理模型和一个或多个机器学习的系统模型的状态的函数。
控制系统2可以配置成基于封闭物系统的状态、物理模型和一个或多个机器学习的系统模型来生成系统模型。然后,控制系统2可以用所生成的系统模型来更新机器学习的系统模型。
对于指定的空气泵,存在确定关于泵的压力-空气流特性的操作点的泵调整参数,且当该参数增加时,空气流增加。例如,对于由电动电机驱动的空气泵,控制泵的脉冲宽度调制(PWM)的占空比的增加增加了在泵之上的固定压力下的空气流。因此,调整参数(例如,PWM占空比)的增加以取决于泵的压力-流量特性的方式确定封闭物1和环境(例如,封闭物系统外部)之间的压力差的增加。控制系统2可以包括信号调理和主控制规律生成子系统以及转换器子系统,该转换器子系统将主控制规律转换成PWM控制规律或特定用于用以执行空气泵送和空气压力控制(诸如阀)的物理水平操作的类型的电机或其他致动器的其他控制规律。
在一些实现方式中,调整参数(也称为控制参数)是PWM占空比η,并且可以用于保持加压封闭物的内部和外部之间的恒定差压ΔP。泵送功率是与PWM占空比η相关的另一控制参数,其可以在下文中使用。
操作封闭物系统的方法可以包括在下文中描述的操作。控制系统2可以在各种时间下确定差压或差压ΔP的序列。控制系统可以评估具有输入自变量(argument)的控制函数F(ΔP),该输入自变量包括差压ΔP和返回控制参数的一个或多个值,诸如要由空气泵生成的空气流输出值。控制函数F配置成根据所期望的操作方案返回用于操作封闭物系统的控制参数值。控制系统2可以将控制参数(例如,空气泵的输出)调节到由用于所测量的差压的控制函数返回的值。
图15示出了对于差压ΔP的范围的几个控制函数F的图,其中所返回的控制参数是空气泵的PWM占空比η。在一些实现方式中,控制系统2可以根据以下内容中所描述的控制函数1504来操作。对于小于ΔP0的差压ΔP,所返回的参数η具有恒定值η1(例如,该恒定值η1是相对大的值,接近于最大值),从而导致大的泵空气流输出。对于大于ΔP0并且小于ΔP1的差压ΔP,所返回的参数η从η1线性减小到η2。η2的值相对小,并且可以与在稳定/正常操作范围期间当期望一些空气流通过封闭物时的空气流对应。对于大于ΔP1并且小于ΔP2的差压ΔP,所返回的参数η保持恒定为η2值。对于大于η2的差压ΔP,所返回的参数η为零,与由泵提供的零空气流对应。
控制函数F可以包括一组可调节参数以配置控制函数的形状。可调节参数可以包括以下中的一个或多个:压力值,诸如ΔP1和ΔP2;触发控制参数,诸如η1和η2;以及线性/非线性系数。控制函数F可以被设计成根据诸如例如快速充气、慢速充气和高度控制充气等的情况而生成各种充气方案。
满足调整参数的增大确定压力差的增大(并且在减小方面相同)的条件的简单关系是线性函数ΔP=a+bη。控制函数F=η(ΔP)可以包括如由1502和1504所示的线性区域。线性相关性可以由η=100%的最大值限制在ΔP=0处,并且可以延伸到等于或略大于所期望的压力差ΔP0的一些压力差。针对具体的应用案例,直接推导出线性规律的几种变型。作为示例,当封闭物应该是快速加压时,对于ΔP=0可以选择接近于100%的大的η值,条件是这种快速加压没有诸如生成的大的噪声的水平或消耗的功率太高的缺点。此外,当封闭物1要快速加压时,可以如1504中所示在间隔[0,ΔP1]中保持相同的高η值。当封闭物1包括通风口并且要确保贯穿封闭物1的最小流量(最小η值)时,η2可以如1506中所示在间隔[ΔP0,ΔP2]中保持恒定,或者η可以在相同的间隔中从η2减小到0。可以采用诸如1508和1510的非线性关系η=η(ΔP)。
根据一些实现方式,封闭物系统可以最初以适合设计约束的默认线性规律或控制函数F=η(ΔP)开始,例如最大功率消耗和最大发射噪声的水平,然后根据指定的准则或一组准则持续学习以改善控制规律。
可以随时间修改控制函数F,以在一些最大压力差ΔP3下例如根据线性规律将η从值η(ΔP2)缓慢地减小到0。此外,可以使用更平滑的控制函数,其在整个控制间隔中具有连续的导数。此外,如果封闭物在较高的高度被包装和密封,并且因此其内部的压力低于充气位置处的大气压力,则负压力差可能在可充气封闭物的充气开始时出现。因此,系统应响应于如由曲线图区域1512所示的压力ΔP<0。
除了监测差压之外,控制系统2可以获得其他物理参数(诸如空气流和温度)的重复测量和监测,并且可以相应地调节控制函数。除了控制任务之外,当电池被用于给系统供电时,控制系统2可以监测电池的状态,并且当电池水平低时控制系统2可以产生警告(例如,当电池水平低于阈值水平时的警报)。
在下文中参考图16描述操作封闭物系统的方法。控制系统2可以通过执行以下操作来连续测试确定控制方案和参数的条件。第一操作(1602):控制系统2可以确定是否满足加压条件ΔP≥ΔPminim(其中ΔP是封闭物1的内部和外部之间的差压,并且ΔPminim是最小压力阈值)。第二操作(1606):控制系统2可以确定是否满足壁的充分膨胀条件(封闭物壁的平直度或应变)σ≥σminim(其中σ是壁平直度的测量值,并且σminim是最小壁平直度阈值)。此步骤适用于可充气封闭物,当封闭物1是刚性的(固定体积)时,此步骤将缺失。第三操作(1608):控制系统2可以确定是否满足最小空气流条件Q≥Qminim(其中Q是封闭物中的空气流的测量值并且Qminim是最小流量阈值)。以上三个操作可以按第一操作、第二操作、第三操作的顺序执行。
如果以上条件中的任何一个失败,则控制系统2可以以比用于泵送功率的最小值高的值继续泵送。泵送功率的水平可以取决于最后故障条件、ΔP的值、故障变量的值、故障变量的值以及在条件故障时间下的其它操作参数(操作1604)。
基于内部外部差压ΔP与流量之间的已知或近似关系Q=Q(ΔP),并且基于在时间时刻tn的差压的测量值ΔP(tn)=ΔPn,控制系统2可以在时间T期间确定近似的总流动空气体积,大时间间隔T=tN2-tN1下的Qv(T)为其中δt是两个连续时间步骤之间的时间间隔δt=tn+1-tn。在一些应用中,诸如医疗应用,T为1小时,具有用于手术应用的标准设定Qv(T=1小时)≥40Volencl,其中Volencl是封闭物的容量。考虑到封闭物的通风口(或泄漏)的流动阻力Rflow在关系式Q·Rflow=ΔP中与流量呈关于二次方关系增加,可以进一步细化Qv(T)的近似。
在当满足条件时的每一点处,控制系统2可以学习满足先前条件的控制参数(例如,泵送功率、阀状态)和所测量的物理参数(例如,压力、温度、空气流)的值以及加压的动态(操作1612)。例如,当封闭物系统达到正常操作方案时,控制系统2可以在实现正常操作之前学习控制参数和物理参数的时间序列。在一些情况下,当封闭物系统处于故障操作方案时,控制系统2可以学习导致故障操作的控制参数和物理参数的时间序列。在一些实现方式中,当最后满足的条件是空气流(空气流Q≥Qminim)时,学习满足最小空气流Qminim的值P、σ,此外学习用于达到Qminim的加压的动态以及环境条件、过程期间的噪声水平和过程期间所消耗的功率。
在一些实现方式中,参考图16,用于操作封闭物系统的方法可以包括将差压与压力阈值进行比较;如果并且当差压小于压力阈值时,则以比常规空气流水平高的空气流水平生成空气流进入封闭物中。该方法还可以包括如果并且当差压大于压力阈值时,则生成通过信号;确定封闭物的壁平直度;以及将壁平直度与平直度阈值进行比较。该方法还可以包括如果并且当壁平直度小于平直度阈值时,则以比保持空气流速率高的空气流速率生成更多的空气流进入封闭物中;以及如果并且当壁平直度大于平直度阈值时,则生成通过信号。该方法还可以包括确定进入封闭物中的空气流并将空气流与空气流阈值进行比较;以及如果并且当空气流小于空气流阈值时,则生成更多的空气流进入封闭物中。该方法还可以包括如果并且当空气流大于空气流阈值时,则生成通过信号;确定并学习差压、壁平直度和空气流的值,从而得到理想的操作方案。
在一些实现方式中,参考图17,操作封闭物系统的方法可以包括操作1701,其中控制系统2获取导致与封闭物系统的物理参数对应的特定测量信号/数据的控制参数的时间序列。所测量的信号与特定的系统状态和/或特定的操作方案对应。操作方案可以包括一个或多个正常操作方案和一个或多个异常/故障操作方案。
该方法还可以包括操作1702,其中控制系统使用在操作1701处获取的信息来在所测量的信号中发现异常条件。异常条件指示异常/故障操作方案中的一种或多种,并且与异常/故障操作方案中的一种或多种相关联。故障操作方案可以根据异常/故障操作方案的具体情况分类成一组类别,诸如:与泄漏封闭物对应的类别;与空气源3和空气管道4之间的故障连接对应的类别;与达到封闭物污染阈值对应的类别;与堵塞的空气过滤器对应的类别;与低内压力对应的类别;以及与以上阈值振动对应的类别。
该方法还可以包括操作1703,其中控制系统2将在操作1701和1702处获取的信号/数据(例如,指示操作方案的数据)与对应于一组已知异常/故障操作方案的信号/数据进行比较。操作1703还包括将所获取的信号/数据(以及相应的操作方案)分类成异常/故障操作方案的类别。
该方法还可以包括操作1704,其中控制系统2访问数据库,该数据库包括导致特定异常/故障操作方案的控制参数时间序列,并且包括用于异常/故障操作方案的机器学习模型。
该方法还可以包括操作1705,其中控制系统2使用在操作1703和1704处生成的信息,以对于在1701处获取的信号/数据确定信号/数据所对应的异常/故障操作方案的特定类别。在1701处获取的信号/数据不对应于特定类别的情况下,控制系统创建异常/故障操作方案的新类别,并且将导致信号/数据的控制参数时间序列与该新类别相关联。该方法还可以包括用新类别更新操作1704的数据库。
在一些实现方式中,参考图17,用于操作封闭物系统的方法可以包括将封闭物系统的状态与包括故障操作模型和适当操作模型的一组机器学习的系统模型进行比较。该方法还可以包括控制系统2确定封闭物系统的状态是否与特定故障操作模型对应。控制系统2可以配置成生成故障操作模型的类别(每个类别与不同类型的故障操作方案对应)和适当操作模型的类别(每个类别与不同类别的适当(例如,非故障)操作方案对应)。该方法还可以包括确定系统模型是否与故障操作模型的类别对应。如果系统模型与故障操作对应并且系统模型不与任何类型的故障操作模型对应,则控制系统2可以创建与系统模型对应的新类别的故障操作模型。
控制参数和物理参数的学习时间序列用于建立用于封闭物系统的机器学习模型。执行学习以优化与可能与不同阶段相关联的一个或多个指定标准相关的控制操作。例如,当封闭物1是柔性的并且应该充气时,在指定时间内或尽可能快地达到充气状态(包括或不包括壁的平直度)可以是第一阶段或前两阶段的主要优化标准。相反,只要获得每小时的平均空气流,在最初几分钟或甚至几十分钟期间达到特定的平均空气流可能并不是必需的。因此,在寻求最小化功率消耗或平均噪声水平的同时,可以获得达到每小时特定空气流的状态。在不对控制系统2或其主要特征进行任何根本性改变的情况下,在各种优化标准下优化操作。
根据指定的一组标准,由控制系统2连续地执行优化控制的学习。在一些实现方式中,可以使用贝叶斯(Bayesian)神经网络,这是用于优化否则难以评估黑匣子系统的已建立的方法。在一些实现方式中,学习系统基于神经网络逆模型,该神经网络逆模型可以适于提取复杂系统的模型并优化它们的控制或设计。在一些实现方式中,控制系统可以使用具有可调节的规则的基于规则的控制,其中在系统的学习期间对规则进行优化。
本公开中描述的实现方式有益地允许控制封闭物系统以优化各种设定,诸如压力和空气流。如以上所描述的和在附图中示出的,控制系统2可以配置成在各种充气方案期间控制和监测充气过程的动态和封闭物加压的动态。充气方案包括封闭物系统的环境参数(例如,压力和空气流)在时间上稳定/恒定的固定方案。在这种固定方案期间,封闭物系统通常用于它们的预期目的。这种固定方案可以配置成在监测封闭物并适应受控制过程的环境的同时保持通过封闭物的指定的最小空气流。控制系统可以配置成在封闭物中保持恒定的空气压力,并且同时支持通过封闭物的空气的循环。
控制系统2可以配置成在动态方案下控制通过封闭物的空气流。封闭物可以是柔性的和可充气的。封闭物可以是刚性固定体积封闭物。控制系统2可以配置成首先对可充气封闭物进行充气,并且在实现充气状态之后,保持封闭物中的恒定空气压力,同时支持通过封闭物的空气循环。
控制系统2可以配置成通过分析封闭物的物理参数的演化/动态模式(例如,空气流时间、压力的演化)来确定封闭物是可充气封闭物还是固定体积封闭物。控制系统2可以配置成激活警报(或多个警报)以警告用户异常充气或与已知充气模式的其他偏差。
控制系统2可以配置成在充气期间和在保持恒定空气压力期间监测和控制可充气封闭物的壁的状态,同时空气通过封闭物循环。控制系统2可以配置成根据壁状态控制封闭物。
控制系统2可以配置成监测和控制在充气和静止状态期间生成的声音水平和振动水平。
控制系统2可以配置成学习行为的模型并且形成关于封闭物的充气模式的信息。控制系统2可以配置成识别所连接的封闭物是否是先前学习的封闭物的类型,并且进一步使用封闭物模型和信息来改善该类型的封闭物中的压力控制。
控制系统2可以配置成执行以下任务中的一个或多个:(i)向封闭物提供净化的空气,(ii)控制柔性封闭物和固定体积封闭物的充气,(iii)在空气以指定的空气流速率循环通过封闭物的同时控制封闭物内部的压力,(iv)监测封闭物系统和控制系统2的设定(安装)的适当性,(v)测试和监测包括在封闭物系统中的电源的操作,(vi)监测空气过滤元件(或多个元件)的状态,(vii)在恒定压力下的正常操作方案期间控制空气流通过封闭物,(viii)监测循环的空气质量,(ix)当出现任何不适当条件时生成一组警报信号,以及(x)使包括充气或加压的初始阶段的整个控制适应于封闭物的和整个压力保持过程的行为,包括适应于用于改善该控制而生成的噪声和振动。
此外,控制系统2可以配置成学习关于控制过程并且通过适应先前所学习的特定类型的封闭物来改善该控制。控制系统2可以配置成:确定当使用封闭物系统时造成由未净化的空气污染的威胁的情况;记住发生了这种情况;以及当这种情况发生时,生成警报信号,以便防止所污染的系统的进一步使用。
控制系统2可以配置成执行一个或几个任务,包括:a)从多个传感器和测量装置获取数据;b)监测封闭物系统的部署,确定部署期间封闭物的污染程度,并且存储所获取的信息;c)监测封闭物的状态,包括柔性和可充气封闭物的壁的状态;d)确定封闭物系统的系统模型并且存储系统模型;e)当电源具有有限容量时,确定电源的损耗水平;e)显示关于操作的信息并且提供指导;以及f)与其他系统进行通信,并且向它们以及从它们传输数据和所学习的信息。
控制系统2可以包括一组传感器。传感器可以设置在封闭物内部或在封闭物壁上;传感器可以包括在封闭物壁中并且与封闭物壁形成一体。控制系统2可以包括通过空气压力采样管远程连接到封闭物的传感器、从远处收集关于封闭物的数据的传感器或其组合。
控制系统2可以包括配置成将数据从传感器传输到电子系统以用于数据采集、处理数据、分析数据、存储数据的一个或多个组件,目的是控制和监测过程和封闭物,以及从数据进行学习机器。数据处理可以包括关于控制空气压力和空气流的方式进行的决策、信息通信、数据和信息显示以及警报生成。控制系统2可以使用执行机器学习的特定算法来改善控制并且用于适应压力和空气流控制的环境。
虽然控制系统2可以与具有空气循环的可充气封闭物一起使用,但是应当理解,在不背离本公开的精神和范围的情况下,可以进行各种改变、替换和变更。在一些实现方式中,可以使用固定体积封闭物、柔性的封闭物、密封的封闭物以及带有通风口和空气循环的封闭物。
以上所描述的实现方式可以以许多不同的形式实施,并且不应被解释为限于本文中明确描述的实现方式。本文中所描述的系统、设备和/或方法的各种变化、修改和等同物将向本领域普通技术人员表明它们自己。为了提高清楚性和简洁性,省略了对公知功能和结构的描述。
应当理解,控制系统2的一个或多个组件可以与封闭物1远程地实现,并且可以通过有线或无线通信网络连接到封闭物1。例如,处理器可以与封闭物1远程地定位,可以从一个或多个传感器接收数据,并且可以生成指令并且向联接到封闭物1的一个或多个组件传输指令以保持封闭物1内的一个或多个条件,例如,压力。可以使用各种合适的网络来促进与控制系统2的通信。例如,诸如Wi-Fi网络、蜂窝网络或蓝牙微微网的长距离和/或短距离无线网络可以用于促进控制系统的各种组件之间或控制系统2与其它装置之间的通信。
所描述的系统、方法和技术可以使用数字电子电路、计算机硬件、固件、软件或这些元件的组合来实现。实现这些技术的设备可以包括合适的输入和输出装置、计算机处理器和计算机程序产品,这些计算机程序产品有形地实施在机器可读存储装置中,用于由可编程处理器执行。实现这些技术的过程可以由执行指令程序的可编程处理器执行,以通过对输入数据进行操作并生成合适的输出来执行期望的功能。该程序可以使用一个或多个计算机程序或非瞬时性计算机可读存储介质来实现,该一个或多个计算机程序或非瞬时性计算机可读存储介质包括可在可编程系统上执行的指令,该可编程系统包括至少一个可编程处理器,该至少一个可编程处理器被联接以从数据存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置接收数据和指令,以及向数据存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置传输数据和指令。每个计算机程序可以以高级程序或面向对象的编程语言实现,或者如果需要,可以以汇编语言或机器语言实现;并且在任何情况下,语言可以是编译或解释的语言。例如,合适的处理器包括通用和专用微处理器两者。通常,处理器将从只读存储器和/或随机存取存储器接收指令和数据。适用于有形地实施计算机程序指令和数据的存储装置包括所有形式的非易失性存储器,包括例如半导体存储器装置,诸如可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和闪存装置;诸如内部硬盘和可移动磁盘的磁盘;磁光盘;以及光盘只读存储器(CD-ROM)。前述中的任何一个可以由专门设计的ASIC(专用集成电路)补充或并入专门设计的ASIC(专用集成电路)中。
计算机可读介质可以是机器可读存储装置、机器可读存储衬底、存储器装置、影响机器可读传播信号的物质的组成或者它们中的一个或多个的组合。术语“数据处理设备”包含用于处理数据的所有设备、装置和机器,包括例如可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机。除了硬件之外,该设备还可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码,例如,构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或它们中的一个或多个的组合的代码。所传播的信号是被生成以对信息进行编码以传输到合适的接收器设备的人工生成的信号,例如,机器生成的电、光或电磁信号。
计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、脚本、插件或代码)可以以任何形式的编程语言(包括编译或解释语言)编写,并且可以以任何形式部署,包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或适于在计算环境中使用的其他单元。计算机程序不一定对应于文件系统中的文件。程序可以存储在文件的部分中,该文件将其他程序或数据保存在专用于所讨论的程序的单个文件中,或者存储在多个协调文件中。计算机程序可以在一台计算机或位于一个站点或分布在多个站点并由通信网络互连的多个计算机上执行。
本说明书中描述的过程和逻辑流可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行,以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行动作。处理和逻辑流也可以由专用逻辑电路执行,并且设备也可以被实现为专用逻辑电路,例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。
适于执行计算机程序的处理器包括例如通用微处理器和专用微处理器两者以及任何种类的数字计算机中的任何一个或多个处理器。通常,处理器将从只读存储器或随机存取存储器或者两者接收指令和数据。
计算机的元件可以包括用于执行指令的处理器以及用于存储指令和数据的一个或多个存储器装置。通常,计算机还将包括用于存储数据的一个或多个大容量存储装置(例如,磁性光盘、磁光盘或光盘),或可操作地联接以从一个或多个大容量存储装置(例如,磁性光盘、磁光盘或光盘)接收数据或将数据传送到其,或两者兼而有之。然而,计算机可能没有这样的装置。此外,计算机可以嵌入在另一装置(例如,平板计算机、移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频播放器、全球定位系统(GPS)接收器,等等)中。适用于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器装置,包括例如半导体存储器装置(例如,EPROM、EEPROM和闪存装置);磁盘(例如,内部硬盘或可移动磁盘);磁光盘;以及CD ROM和DVD-ROM光盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或并入专用逻辑电路中。
虽然本说明书包含许多细节,但是不应被解释为对公开的范围或可能要求的范围的限制。本说明书中在单独的实现方式的上下文中描述的某些特征也可以被组合。相反,在单独的实现方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个单独的实现方式中或者在任何合适的子组合中实现。此外,尽管特征可以在以上被描述为以特定组合起作用,并且甚至可以如此被要求保护,但是在一些情况下,来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以从该组合中去除,并且所要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变型。例如,虽然映射操作被描述为一系列离散操作,但是取决于所期望的实现方式,各种操作可以被划分成附加操作、被组合成较少的操作、在执行顺序上变化或被去除。
类似地,不应将以上描述的实现方式中的各种系统组件的分离理解为在所有实现方式中都需要这样的分离,并且应理解,所描述的程序组件和系统通常可以在单个软件产品中集成在一起或者被封装到多个软件产品中。例如,虽然一些操作被描述为由处理服务器执行,但是这些操作中的一个或多个可以由智能仪表或其他网络组件执行。
本文中使用的术语,并且尤其是所附权利要求书中使用的术语(例如,所附权利要求书的主体)通常旨在作为“开放”术语(例如,术语“包括(including)”应解释为“包括但不限于”,术语“具有”应解释为“至少具有”,术语“包括(includes)”应解释为“包括但不限于,”等)。
此外,如果打算引用特定数量的所引入权利要求,则将在权利要求中明确地描述这种意图,并且在没有这种引用的情况下,不存在这种意图。例如,为了便于理解,所附权利要求书可以包含使用引言短语“至少一个”和“一个或多个”来引入权利要求引用。然而,这种短语的使用不应被解释为暗示由不定冠词“一(a)”或“一(an)”引入的权利要求引用将包含这种引入的权利要求引用的任何特定权利要求限制于仅包含一个这样的引用的实施方式,即使当同一权利要求包括引言短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一(a)”或“一(an)”的不定冠词(例如,“一(a)”和/或“一(an)”应解释为意指“至少一个”或“一个或多个”);使用用于引入权利要求引用的定冠词也是如此。
此外,即使明确地引用了所引入的权利要求引用的特定数目,本领域技术人员将认识到,这种引用应被解释为意指至少所引用的数目(例如,没有其他修饰语的“两个引用”的仅最基本的引用,意味着至少两个引用,或者两个或更多个引用)。此外,在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”或“A、B、C等中的一个或多个”的惯例的情况下,一般而言,这种构造旨在包括单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起或者A、B和C一起等。术语“和/或”应以此方式进行解释。此外,术语“约”、“基本上”或“近似”应解释为在实际值(例如,3mm或100%(百分比))的10%以内的值。
此外,无论是在说明书、权利要求书或附图中,呈现两个或更多个替代术语的任何析取词或短语应理解为考虑包括术语中的一个、任一术语或两个术语的可能性。例如,“A或B”应理解为包括“A”或“B”或者“A和B”的可能性。
此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等的使用在本文中不一定用于表示元素的特定顺序或数量。通常,术语“第一”、“第二”、“第三”等用于区分作为通用标识符的不同元素。没有表明术语“第一”、“第二”、“第三”等表示特定顺序,这些术语不应理解为表示特定顺序。此外,没有表明术语“第一”、“第二”、“第三”等表示元素的特定数量,这些术语不应理解为表示元素的特定数量。
虽然已经详细描述了本公开的实施方式,但是应当理解,在不背离本公开的精神和范围的情况下,可以对其进行各种改变、替换和变更。其它实现方式在以下权利要求的范围内。例如,权利要求中所述的动作可以以不同的顺序执行并且仍然实现所期望的结果。
Claims (30)
1.一种封闭物系统,包括:
一个或多个封闭物壁,包括柔性材料和至少一个透明区段,所述一个或多个封闭物壁是封闭物的壁;
空气通风口,具有可变的气动阻力;以及
控制系统,配置成控制所述封闭物内的环境,所述控制系统包括:
空气源,配置成在所述封闭物内提供空气;
一个或多个传感器,包括壁状态传感器,所述壁状态传感器联接到所述一个或多个封闭物壁,并且配置成获得指示所述一个或多个封闭物壁的平直度水平和所述封闭物的充气水平的壁状态数据,
处理器,配置成:
从所述壁状态传感器接收所述壁状态数据;
基于所述壁状态数据确定所述封闭物的所述充气水平;
控制由所述空气源提供并且通过所述空气通风口的空气流;
控制所述封闭物内部的压力和进入所述封闭物中的所述空气流,使得所述平直度水平满足所述封闭物的平直度阈值。
2.根据权利要求1所述的封闭物系统,其中,所述一个或多个传感器包括:
一个或多个压力传感器,配置成测量所述封闭物的内部和所述封闭物的外部之间的差压;
其中,所述处理器还配置成:
从所述一个或多个压力传感器接收压力数据,所述压力数据指示所述差压和所述差压的动态演变,
基于所述压力数据和所述壁状态数据,确定所述封闭物的所述充气水平;以及
控制所述封闭物内部的所述压力和进入所述封闭物中的所述空气流,使得所述封闭物内部的所述压力在预定的压力范围内,并且所述一个或多个封闭物壁的所述平直度水平在最小平直度阈值以上;
其中,所述封闭物内部的所述压力的最大值小于与患者安全阈值限制相关联的压力水平。
3.根据权利要求2所述的封闭物系统,其中:
所述一个或多个压力传感器中的至少一个附接到一个或多个封闭物壁,并且联接到设置在所述封闭物内部的第一测量表面和设置在所述封闭物外部的第二测量表面,以测量环境压力;和/或
所述一个或多个压力传感器中的至少一个联接到穿透所述一个或多个封闭物壁的压力管。
4.根据权利要求2所述的封闭物系统,其中:
所述一个或多个传感器包括空气流传感器,所述空气流传感器配置成检测通过所述封闭物的一个或多个部分的空气流;以及
所述处理器配置成控制所述封闭物内部的所述压力和进入所述封闭物中的所述空气流,使得所述封闭物内部的所述压力在所述预定的压力范围内,所述一个或多个封闭物壁的所述平直度水平在所述最小平直度阈值以上,并且进入所述封闭物中的所述空气流在特定的空气流范围内。
5.根据权利要求1所述的封闭物系统,其中,所述壁状态传感器中的至少一个联接到所述一个或多个封闭物壁的部分,并且包括:
柔性箔,机械地连接到所述一个或多个封闭物壁的所述部分;以及
压力感测装置,设置在所述一个或多个封闭物壁的所述部分和所述柔性箔之间,
其中,所述柔性箔配置成当所述壁变直时在所述压力感测装置上施加压缩力;以及
其中,所述压力感测装置配置成测量所述封闭物的表面和所述柔性箔的表面之间的压力;
其中,所述处理器配置成从所述压力感测装置接收所述壁状态数据,并且基于所述壁状态数据确定所述封闭物的所述充气水平。
6.根据权利要求5所述的封闭物系统,其中,所述压力感测装置包括以下中的一个或多个:
压电装置;以及
电容传感器,配置成基于所述电容传感器的电容器板之间的间隔的变化来确定施加到所述压力感测装置的压力。
7.根据权利要求1所述的封闭物系统,其中,所述壁状态传感器包括以下中的一个或多个:
应变计,连接到所述封闭物的内表面或外表面,并且配置成与所述一个或多个封闭物壁一起变形;
叉指电容器,联接到所述一个或多个封闭物壁,所述叉指电容器配置成与所述一个或多个封闭物壁一起变形,所述叉指电容器的所述变形与所述叉指电容器的电容的变化对应;以及
相机,配置成获得所述封闭物壁的图像,以将所述图像提供到所述处理器,用于基于所述图像确定所述平直度水平。
8.根据权利要求1所述的封闭物系统,其中,所述壁状态传感器包括光纤、光源和光纤检测器,其中,所述光纤附接到所述一个或多个封闭物壁,并且配置成与所述一个或多个封闭物壁一起变形,所述光纤的所述变形与由所述光纤检测器检测的信号的变化对应。
9.根据权利要求4所述的封闭物系统,其中,所述空气源还包括:
空气源壳体,包括:
空气泵;以及
过滤器,联接到所述空气泵,并且配置成过滤由所述空气泵生成的所述空气流;以及
空气管道,将所述空气源壳体连接到所述封闭物,并且配置成将所过滤的空气从所述空气源提供到所述封闭物,所述空气管道包括以下中的一个或多个:
至少一端,能够从所述封闭物或从所述空气源壳体拆卸;
压力采样管,配置成检测所述空气管道中的压力水平;
区段,延伸到所述封闭物外部;
一个或多个区段,在所述封闭物内部;以及
一个或多个阀,用于防止回流到所述壳体中。
10.根据权利要求9所述的封闭物系统,其中,所述空气源壳体还包括:
一个或多个空气流分离器,设置在所述过滤器附近,并且配置成分离所述空气流;
一个或多个过滤器传感器,配置成检测单个过滤器区域之上的空气流、压力或者空气流和压力两者中的至少一个;以及
相邻的过滤器区域之上的空气流、压力或者空气流和压力两者之间的差,
其中,所述处理器配置成从所述过滤器传感器接收过滤器传感器数据,以确定过滤器状态,并且生成指示所述过滤器状态的消息,并且显示指示所述过滤器状态的消息。
11.根据权利要求9所述的封闭物系统,包括配置成将所述空气管道连接到所述封闭物的适配器,所述适配器包括配置成检测所述适配器是否连接到所述空气管道的连接传感器。
12.根据权利要求9所述的封闭物系统,还包括:
振动传感器,配置成感测所述封闭物系统的振动;以及
声音传感器,配置成感测由所述封闭物系统生成的声音,
其中,所述处理器配置成基于从所述振动传感器和所述声音传感器中的至少一个接收的数据来控制由所述空气泵提供的所述空气流,以达到其中所述振动低于振动阈值并且所述声音低于声音阈值的操作状态。
13.根据权利要求1所述的封闭物系统,其中,所述空气通风口部分地打开,以允许所述空气贯穿所述封闭物持续地循环。
14.根据权利要求1所述的封闭物系统,其中,所述空气通风口中的至少一个包括从所述空气通风口延伸到所述封闭物内的区域的压力采样管,所述压力采样管连接到配置成检测所述封闭物内的所述区域中的压力的压力传感器。
15.根据权利要求1所述的封闭物系统,其中,所述处理器配置成确定所述封闭物系统的状态,并且响应于确定所述封闭物系统的所述状态指示对所述封闭物的污染威胁而生成警报信号。
16.根据权利要求1所述的封闭物系统,还包括设置在所述一个或多个封闭物壁上的一个或多个带状天线,其中,所述带状天线配置成从所述一个或多个带状天线向所述处理器无线地传输或接收数据。
17.一种封闭物系统,包括:
一个或多个封闭物壁,由柔性材料和至少一个透明区段制成,所述一个或多个封闭物壁是封闭物的壁;以及
控制系统,配置成控制所述封闭物内部的环境,所述控制系统包括:
空气源,配置成在所述封闭物内提供空气;
一个或多个传感器,包括一个或多个压力传感器,所述压力传感器配置成提供用于确定所述封闭物的内部和所述封闭物的外部之间的差压的数据;
处理器,配置成:
从所述一个或多个压力传感器接收指示所述差压和所述差压的动态演变的压力数据,
基于所述压力数据确定所述封闭物的充气水平;以及
控制所述封闭物内部的压力和通过所述封闭物的空气流,使得内封闭物压力在特定压力范围内,并且通过所述封闭物的所述空气流在特定空气流范围内;
其中,所述封闭物内部的所述压力的最大值小于与患者安全阈值限制相关联的压力水平。
18.根据权利要求17所述的封闭物系统,其中:
所述一个或多个压力传感器中的至少一个附接到所述一个或多个封闭物壁,并且联接到设置在所述封闭物内部的第一测量表面和设置在所述封闭物外部的第二测量表面,以测量环境压力;和/或
所述一个或多个压力传感器中的至少一个联接到穿透所述一个或多个封闭物壁的压力管。
19.根据权利要求17所述的封闭物系统,其中,所述一个或多个传感器包括:
一个或多个壁状态传感器,联接到所述一个或多个封闭物壁,并且配置成获得指示所述一个或多个封闭物壁的平直度水平和所述封闭物的所述充气水平的壁状态数据,
其中,所述处理器配置成:
从所述一个或多个壁状态传感器接收所述壁状态数据;
基于所述壁状态数据和所述压力数据,确定所述封闭物的所述充气水平;
控制由所述空气源提供并且通过空气通风口的所述空气流;以及
控制所述封闭物内部的所述压力和进入所述封闭物中的所述空气流,使得所述封闭物内部的所述压力在预定的压力范围内,并且所述一个或多个封闭物壁的所述平直度水平在最小平直度阈值以上。
20.根据权利要求19所述的封闭物系统,其中:
所述一个或多个传感器包括空气流传感器,所述空气流传感器配置成检测通过所述封闭物的一个或多个部分的所述空气流;以及
所述处理器配置成控制所述封闭物内部的所述压力和进入所述封闭物中的所述空气流,使得所述封闭物内部的所述压力在所述预定的压力范围内,保持所述一个或多个封闭物壁的所述平直度水平在所述最小平直度阈值以上,以及通过所述封闭物的所述空气流在特定的空气流范围内。
21.一种操作包括封闭物和空气泵的封闭物系统的方法,所述方法包括:
确定所述封闭物的内部和所述封闭物的外部之间的差压;以及
基于所述差压,将空气泵的输出水平控制到空气流输出值,
其中,所述空气流输出值:
当所述差压小于第一压力值时,在第一空气流范围内;
当所述差压大于所述第一压力值并且小于第二压力值时,在第二空气流范围内;
当所述差压大于所述第二压力值时,在第三空气流范围内。
22.根据权利要求21所述的方法,其中:
所述第一空气流范围与由所述空气泵生成的空气流的第一水平对应;
所述第二空气流范围与由所述空气泵生成的空气流的第二水平对应;
所述第三空气流范围与由所述空气泵生成的空气流的第三水平对应;
所述空气流的第一水平大于所述空气流的第二水平;以及
所述空气流的第二水平大于所述空气流的第三水平。
23.根据权利要求21所述的方法,其中,基于一组可调节参数确定所述空气流输出值,所述一组可调节参数包括以下中的一个或多个:所述第一压力值、所述第二压力值、所述第一空气流范围、所述第二空气流范围和所述第三空气流范围。
24.根据权利要求23所述的方法,其中,选择所述可调节参数来以大于第一充气速率的充气速率充气所述封闭物。
25.根据权利要求21所述的方法,所述方法包括:
将所述差压与压力阈值进行比较;
响应于所述差压小于所述压力阈值,以所述空气流输出值将空气流提供到所述封闭物中,所述空气流输出值具有高于第一空气流阈值的空气流输出水平;
响应于所述差压大于所述压力阈值,生成第一通过信号;
确定所述封闭物的平直度水平;
将所述平直度水平与平直度阈值进行比较;
响应于确定所述平直度水平小于所述平直度阈值,以大于所述空气流输出值的第二空气流输出值将所述空气流提供到所述封闭物中;
响应于确定所述平直度水平大于所述平直度阈值,生成第二通过信号;
将所述空气流与第二空气流阈值进行比较;
响应于确定所述空气流小于所述第二空气流阈值,以第三空气流输出值将所述空气流提供到所述封闭物中;
响应于确定所述空气流大于所述第二空气流阈值,生成第三通过信号;以及
确定并且学习所述差压、所述封闭物的所述平直度水平以及导致特定操作方案的所述空气流的值。
26.根据权利要求21所述的方法,所述方法包括:
周期性地确定所述差压;
周期性地将所确定的差压与压力阈值进行比较;
响应于确定所述差压大于所述压力阈值,控制所述封闭物系统以第一操作方案操作;
在从所述封闭物的充气开始的时间起经过一定时间段之后,响应于确定所述差压小于所述压力阈值,触发故障警报。
27.根据权利要求21所述的方法,所述方法包括:
周期性地获得一个或多个物理参数的值的测量,所述物理参数包括所述封闭物的部分的压力、所述封闭物的所述部分中的空气流、所述封闭物的所述部分中的壁状态、所述封闭物的所述部分中的振动以及由所述封闭物系统生成的声音;
基于所述一个或多个物理参数的所述值,为所述封闭物系统生成描述所述封闭物系统的振动行为的一个或多个物理模型;以及
周期性地设定所述封闭物系统的控制参数,所述控制参数包括阀参数和泵参数中的一个或多个;
基于所述物理参数和所述控制参数,确定所述封闭物系统的状态;
确定所述封闭物系统的所述状态是与故障操作模式还是与非故障操作模式对应;以及
响应于确定所述封闭物系统的所述状态与所述故障操作模式对应,确定所述控制参数的值,从而以所述非故障操作模式操作所述封闭物系统,
其中,基于所述封闭物系统的所述状态、所述封闭物系统的所述一个或多个物理模型以及与所述封闭物系统相关联的一个或多个机器学习的系统模型,确定所述控制参数的所述值。
28.根据权利要求27所述的方法,包括:
基于所述封闭物系统的所述状态、所述封闭物系统的所述一个或多个物理模型以及与所述封闭物系统相关联的所述一个或多个机器学习的系统模型,生成系统模型;以及
使用所生成的所述系统模型来更新所述一个或多个机器学习的系统模型。
29.根据权利要求28所述的方法,包括:
将所述封闭物系统的所述状态与所述一个或多个机器学习的系统模型进行比较,所述一个或多个机器学习的系统模型包括故障操作模型和非故障操作模型,以确定所述封闭物系统的所述状态是否与所述故障操作模型对应;
生成故障操作模型的类别和适当操作模型的类别;
确定所述系统模型是否与故障操作模型的类别对应;以及
响应于确定所述系统模型与所述故障操作的类别对应,生成包括所述系统模型的第二类别的故障操作模型。
30.根据权利要求21所述的方法,所述方法包括:
执行预操作测试;
执行所述封闭物的第一封闭物充气、第一加压和第一功能测试;
从所述封闭物系统的一个或多个传感器接收传感器数据;
基于所述传感器数据,确定与所述封闭物系统相关联的一个或多个气动参数;
确定所述封闭物系统是否处于非故障压力流量方案;
执行一个或多个功能测试;
为系统动态生成所述封闭物系统的气动模型和控制参数的序列;
为所述系统动态执行机器学习,并且生成机器学习的参数;以及
基于所述传感器数据、所述一个或多个功能测试和所述机器学习的参数,设定所述控制参数。
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