CN117085223B - 一种智能供氧制氧设备及其运行监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电路板加工技术领域，具体公开了一种智能供氧制氧设备及其运行监测系统，本发明提供了一种智能供氧制氧设备的监测系统实时监测使用者的呼吸频率和血氧饱和度，并根据使用者的呼吸频率和血氧饱和度数据制定供氧调节策略，具体的，本发明通过对使用者当前时刻前一段时间内的呼吸频率数据分析，判断是否需要调整供氧频率，通过对当前时刻前一段时间内的血氧饱和度数据分析，判断是否需要调整供氧流量，不是通过瞬时数据调整供氧策略，通过一段时间的数据总体分析调整供氧策略，避免发生误判。
Description
技术领域
本发明涉及电路板加工技术领域，具体公开了一种智能供氧制氧设备及其运行监测系统。
背景技术
供氧制氧设备是一种提供可以供人呼吸使用的高浓度氧气的设备。随着人们生活水平的提高和社会的进步，人们对制氧机有更多的认知，使用需求也在增加，已广泛用于医院和家庭。供患有呼吸系统疾病、心血管系统疾病、脑血管疾病、高原反应及高原性疾病进行氧疗，和供中老年体弱者、用脑过度的学生等人群。
现有的供氧制氧设备供氧时大都只能连续供氧，这样不仅会造成氧气利用率较低，而且还不够绿色环保，同时，现有的供氧制氧设备大都根据血氧饱和度和呼吸频率是否超过临界值来判断是否调节供氧流量和供氧频率，但是，这样会造成误判，例如，使用者突然喝水呛到，造成血氧饱和度和呼吸频率突然升高，从而影响判断，或者血氧饱和度和呼吸频率靠近临界值，但是一直没有超过临界值，导致供氧流量和供氧频率调整不及时，带来隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能供氧制氧设备及其运行监测系统，用以解决上述背景技术中所面临的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种智能供氧制氧设备的监测系统，包括监测模块、分析模块、供氧模块和智能主控板；
所述监测模块用于实时监测使用者的呼吸频率和血氧饱和度，并采集使用者的呼吸频率和血氧饱和度数据储存于系统数据库中；
所述分析模块用于根据使用者的呼吸频率和血氧饱和度数据制定供氧调节策略；
所述供氧模块用于根据供氧策略调节供氧模式和供氧流量；
所述智能主控板用于控制供氧制氧设备和监测系统正常工作。
通过上述技术方案，本发明提供了一种智能供氧制氧设备的监测系统实时监测使用者的呼吸频率和血氧饱和度，并根据使用者的呼吸频率和血氧饱和度数据制定供氧调节策略，具体的，本发明通过对使用者当前时刻前一段时间内的呼吸频率数据分析，判断是否需要调整供氧频率，通过对当前时刻前一段时间内的血氧饱和度数据分析，判断是否需要调整供氧流量，不是通过瞬时数据调整供氧策略，通过一段时间的数据总体分析调整供氧策略，避免发生误判。
作为本发明方案的进一步描述，所述分析模块工作的过程包括：
根据呼吸频率调整供氧模块的开启和关闭周期，调整间断供氧的频率；
根据血氧饱和度调整供氧模块在供氧过程中的供氧流量；
根据供氧模块的开启和关闭周期以及在供氧过程中的供氧流量制定供氧调节策略。
作为本发明方案的进一步描述，所述调整间断供氧的频率的过程包括：
通过呼吸信号监测，当使用者吸气时，供氧模块的供氧功能打开，实现吸氧；当使用者呼气时，供氧模块的供氧功能关闭，实现间断供氧；
实时获取使用者当前时刻前一段时间内的呼吸频率数据，拟合呼吸频率随时间变化曲线f(t)；
通过公式计算出供氧频率指标ρ；
式中，其中，N为一段时间内一个完整的供氧周期的数量，j∈[1，N]；tj～tj+1为第j个周期对应时段；f0(t)为使用者的呼吸频率标准数据；wj为第j个周期对应的权重系数；ΔSTF为呼吸频率状态参考值，t0为当前周期，f(t0)为当前周期实际供氧频率，f0(t0)为当前周期标准供氧频率，α为权重系数；
获取当前供氧频率，并将供氧频率指标ρ与预设的阈值区间[ρ1、ρ2]比较；
若ρ∈[ρ1、ρ2]，则不进行调整供氧频率；
若ρ＜ρ1，则提高供氧频率；
若ρ＞ρ2，则降低供氧频率。
通过上述技术方案，本发明的分析模块获取使用者当前时刻前一段时间内的呼吸频率数据，拟合呼吸频率随时间变化曲线f(t)，根据公式计算出供氧频率指标ρ，并将供氧频率指标ρ与预设的阈值区间[ρ1、ρ2]比较；若ρ∈[ρ1、ρ2]，则不进行调整供氧频率；若p＜ρ1，则提高供氧频率；若ρ＞ρ2，则降低供氧频率。
作为本发明方案的进一步描述，所述调整供氧模块在供氧过程中的供氧流量过程包括：
实时获取使用者当前时刻前一段时间内的血氧饱和度数据，拟合血氧饱和度随时间变化曲线g(t)；
通过公式计算出血氧饱和度指标φ；
式中，t1为初始时间点，t2为检测时间点，β为权重系数，A为当前海拔下血氧饱和度标准含量，st为参考系数，β为权重系数；
获取当前供氧流量，将得到的血氧饱和度指标φ与系统预设的阈值进行比较；
若则不进行调整供氧流量；
若φ＜φ1，则提高供氧流量；
若φ＞φ2，则降低供氧流量。
通过上述技术方案，本发明的分析模块获取使用者当前时刻前一段时间内的血氧饱和度数据，拟合血氧饱和度随时间变化曲线g(t)并通过公式计算出血氧饱和度指标φ，将得到的血氧饱和度指标φ与系统预设的阈值φ1、φ2进行比较；若φ∈[φ1、φ2]，则不进行调整供氧流量；若φ＜φ1，则提高供氧流量；若φ＞φ2，则降低供氧流量。
作为本发明方案的进一步描述，所述供氧调节策略制定过程包括：
当ρ＜ρ1时，通过公式Pup＝(ρ1-ρ)k求出供氧频率增加值Pup，增加设备的供氧频率；
若ρ＞ρ2，通过公式Pcut＝(ρ-ρ2)k求出供氧频率降低值Pup，降低设备的供氧频率；
其中，k为转化系数。
作为本发明方案的进一步描述，所述供氧调节策略制定过程还包括：当系统在设定时间内监测不到呼吸频率时，则关闭供氧，且所述系统还可以手动切换到持续供氧。
通过上述技术方案，通过公式Pup＝(ρ1-ρ)k求出供氧频率增加值Pup，通过公式Pcut＝(ρ-ρ2)k求出供氧频率降低值Pup，当系统在设定时间内监测不到呼吸频率时，则关闭供氧，实现了绿色节能。
作为本发明方案的进一步描述，所述供氧调节策略制定过程还包括：
所述供氧流量调节共分为三档，当血氧饱和度正常时，只在一档和二档之间调节氧气输出流量大小，即若则供氧流量从一档提高到二挡，或者从关闭供氧到开启一挡供氧；
若φ＞φ2，则供氧流量从二挡降低到一挡，或者从一挡降低到关闭供氧；
当g(t)小于预设值且f(t)大于预设值时，供氧流量即进入三档，当g(t)和f(t)回复到正常值且超过一定时间后，供氧流量恢复到一档或二档。
通过上述技术方案，本发明供氧流量调节共分为三档，当血氧饱和度正常时，只在一档和二档之间调节氧气输出流量大小，当g(t)小于预设值且f(t)大于预设值时，供氧流量即进入三档，当g(t)和f(t)回复到正常值且超过一定时间后，供氧流量恢复到一档或二档。
一种智能供氧制氧设备，所述设备采用智能供氧制氧设备的监测系统进行监测，所述设备开机初始化时，监测系统没有检测到超声氧传感器，监测系统不能启动，显示切面板通过LED显示对应代码，提示相关模块故障，此时故障指示灯亮。
本发明的有益效果：
1、本发明提供了一种智能供氧制氧设备的监测系统实时监测使用者的呼吸频率和血氧饱和度，并根据使用者的呼吸频率和血氧饱和度数据制定供氧调节策略，具体的，本发明通过对使用者当前时刻前一段时间内的呼吸频率数据分析，判断是否需要调整供氧频率，通过对当前时刻前一段时间内的血氧饱和度数据分析，判断是否需要调整供氧流量，不是通过瞬时数据调整供氧策略，通过一段时间的数据总体分析调整供氧策略，避免发生误判。
2、本发明通过公式Pup＝(ρ1-ρ)k求出供氧频率增加值Pup，通过公式Pcut＝(ρ-ρ2)k求出供氧频率降低值Pup，当系统在设定时间内监测不到呼吸频率时，则关闭供氧，实现了绿色节能。
3、本发明供氧流量调节共分为三档，当血氧饱和度正常时，只在一档和二档之间调节氧气输出流量大小，当g(t)小于预设值且f(t)大于预设值时，供氧流量即进入三档，当g(t)和f(t)回复到正常值且超过一定时间后，供氧流量恢复到一档或二档。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1是本发明智能供氧制氧设备的监测系统结构示意图；
图2是本发明智能供氧制氧设备结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，一种智能供氧制氧设备的监测系统，包括监测模块、分析模块、供氧模块和智能主控板；
所述监测模块用于实时监测使用者的呼吸频率和血氧饱和度，并采集使用者的呼吸频率和血氧饱和度数据储存于系统数据库中；
所述分析模块用于根据使用者的呼吸频率和血氧饱和度数据制定供氧调节策略；
所述供氧模块用于根据供氧策略调节供氧模式和供氧流量；
所述智能主控板用于控制供氧制氧设备和监测系统正常工作。
通过上述技术方案，本实施例提供了一种智能供氧制氧设备的监测系统实时监测使用者的呼吸频率和血氧饱和度，并根据使用者的呼吸频率和血氧饱和度数据制定供氧调节策略，具体的，本实施例通过对使用者当前时刻前一段时间内的呼吸频率数据分析，判断是否需要调整供氧频率，通过对当前时刻前一段时间内的血氧饱和度数据分析，判断是否需要调整供氧流量，不是通过瞬时数据调整供氧策略，通过一段时间的数据总体分析调整供氧策略，避免发生误判。
所述分析模块工作的过程包括：
根据呼吸频率调整供氧模块的开启和关闭周期，调整间断供氧的频率；
根据血氧饱和度调整供氧模块在供氧过程中的供氧流量；
根据供氧模块的开启和关闭周期以及在供氧过程中的供氧流量制定供氧调节策略。
所述调整间断供氧的频率的过程包括：
通过呼吸信号监测，当使用者吸气时，供氧模块的供氧功能打开，实现吸氧；当使用者呼气时，供氧模块的供氧功能关闭，实现间断供氧；
实时获取使用者当前时刻前一段时间内的呼吸频率数据，拟合呼吸频率随时间变化曲线f(t)；
通过公式计算出供氧频率指标ρ；
式中，其中，N为一段时间内一个完整的供氧周期的数量，j∈[1，N]；tj～tj+1为第j个周期对应时段；f0(t)为使用者的呼吸频率标准数据；wj为第j个周期对应的权重系数；ΔSTF为呼吸频率状态参考值，t0为当前周期，f(t0)为当前周期实际供氧频率，f0(t0)为当前周期标准供氧频率，α为权重系数；
获取当前供氧频率，并将供氧频率指标ρ与预设的阈值区间[ρ1、ρ2]比较；
若ρ∈[ρ1、ρ2]，则不进行调整供氧频率；
若ρ＜ρ1，则提高供氧频率；
若ρ＞ρ2，则降低供氧频率。
通过上述技术方案，本实施例的分析模块获取使用者当前时刻前一段时间内的呼吸频率数据，拟合呼吸频率随时间变化曲线f(t)，根据公式计算出供氧频率指标ρ，并将供氧频率指标ρ与预设的阈值区间[ρ1、ρ2]比较；若ρ∈[ρ1、ρ2]，则不进行调整供氧频率；若ρ＜ρ1，则提高供氧频率；若ρ＞ρ2，则降低供氧频率。
所述调整供氧模块在供氧过程中的供氧流量过程包括：
实时获取使用者当前时刻前一段时间内的血氧饱和度数据，拟合血氧饱和度随时间变化曲线g(t)；
通过公式计算出血氧饱和度指标φ；
式中，t1为初始时间点，t2为检测时间点，β为权重系数，A为当前海拔下血氧饱和度标准含量，st为参考系数，β为权重系数；
获取当前供氧流量，将得到的血氧饱和度指标φ与系统预设的阈值进行比较；
若则不进行调整供氧流量；
若φ＜φ1，则提高供氧流量；
若φ＞φ2，则降低供氧流量。
通过上述技术方案，本实施例的分析模块获取使用者当前时刻前一段时间内的血氧饱和度数据，拟合血氧饱和度随时间变化曲线g(t)并通过公式计算出血氧饱和度指标φ，将得到的血氧饱和度指标φ与系统预设的阈值φ1、φ2进行比较；若φ∈[φ1、φ2]，则不进行调整供氧流量；若φ＜φ1，则提高供氧流量；若φ＞φ2，则降低供氧流量。
所述供氧调节策略制定过程包括：
当ρ＜ρ1时，通过公式Pup＝(ρ1-ρ)k求出供氧频率增加值Pup，增加设备的供氧频率；
若ρ＞ρ2，通过公式Pcut＝(ρ-ρ2)k求出供氧频率降低值Pup，降低设备的供氧频率；
其中，k为转化系数。
所述供氧调节策略制定过程还包括：当系统在设定时间内监测不到呼吸频率时，则关闭供氧，且所述系统还可以手动切换到持续供氧。
通过上述技术方案，通过公式Pup＝(ρ1-ρ)k求出供氧频率增加值Pup，通过公式Pcut＝(ρ-ρ2)k求出供氧频率降低值Pup，当系统在设定时间内监测不到呼吸频率时，则关闭供氧，实现了绿色节能。
所述供氧调节策略制定过程还包括：
所述供氧流量调节共分为三档，当血氧饱和度正常时，只在一档和二档之间调节氧气输出流量大小，即若则供氧流量从一档提高到二挡，或者从关闭供氧到开启一挡供氧；
若φ＞φ2，则供氧流量从二挡降低到一挡，或者从一挡降低到关闭供氧；
当g(t)小于预设值且f(t)大于预设值时，供氧流量即进入三档，当g(t)和f(t)回复到正常值且超过一定时间后，供氧流量恢复到一档或二档。
通过上述技术方案，本实施例供氧流量调节共分为三档，当血氧饱和度正常时，只在一档和二档之间调节氧气输出流量大小，当g(t)小于预设值且f(t)大于预设值时，供氧流量即进入三档，当g(t)和f(t)回复到正常值且超过一定时间后，供氧流量恢复到一档或二档。
请参阅图2所示，一种智能供氧制氧设备，所述设备采用智能供氧制氧设备的监测系统进行监测，所述设备开机初始化时，监测系统没有检测到超声氧传感器，监测系统不能启动，显示切面板通过LED显示对应代码，提示相关模块故障，此时故障指示灯亮。
所述设备的智能主控板为STM8单片机，所述设备通过调节压缩机的转速调节供氧流量，所述设备还设有报警系统，当检测到氧传感器异常、氧浓度异常和电源异常，都会立即报警。
所述设备还设有排废气系统和散热系统。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (3)
1.一种智能供氧制氧设备的监测系统，其特征在于，包括监测模块、分析模块、供氧模块和智能主控板；
所述监测模块用于实时监测使用者的呼吸频率和血氧饱和度，并采集使用者的呼吸频率和血氧饱和度数据储存于系统数据库中；
所述分析模块用于根据使用者的呼吸频率和血氧饱和度数据制定供氧调节策略；
所述供氧模块用于根据供氧策略调节供氧模式和供氧流量；
所述智能主控板用于控制供氧制氧设备和监测系统正常工作；
所述分析模块工作的过程包括：
根据呼吸频率调整供氧模块的开启和关闭周期，调整间断供氧的频率；
根据血氧饱和度调整供氧模块在供氧过程中的供氧流量；
根据供氧模块的开启和关闭周期以及在供氧过程中的供氧流量制定供氧调节策略；
所述调整间断供氧的频率的过程包括：
通过呼吸信号监测，当使用者吸气时，供氧模块的供氧功能打开，实现吸氧；当使用者呼气时，供氧模块的供氧功能关闭，实现间断供氧；
实时获取使用者当前时刻前一段时间内的呼吸频率数据，拟合呼吸频率随时间变化曲线f(t)；
通过公式计算出供氧频率指标ρ；
式中，其中，N为一段时间内一个完整的供氧周期的数量，j∈[1，N]；tj～tj+1为第j个周期对应时段；f0(t)为使用者的呼吸频率标准数据；wj为第j个周期对应的权重系数；ΔSTF为呼吸频率状态参考值，t0为当前周期，f(t0)为当前周期实际供氧频率，f0(t0)为当前周期标准供氧频率，α为权重系数；
获取当前供氧频率，并将供氧频率指标ρ与预设的阈值区间[ρ1、ρ2]比较；
若ρ∈[ρ1、ρ2]，则不进行调整供氧频率；
若ρ＜ρ1，则提高供氧频率；
若ρ＞ρ2，则降低供氧频率；
所述调整供氧模块在供氧过程中的供氧流量过程包括：
实时获取使用者当前时刻前一段时间内的血氧饱和度数据，拟合血氧饱和度随时间变化曲线g(t)；
通过公式计算出血氧饱和度指标/>
式中，t1为初始时间点，t2为检测时间点，β为权重系数，A为当前海拔下血氧饱和度标准含量，st为参考系数；
获取当前供氧流量，将得到的血氧饱和度指标与系统预设的阈值/>进行比较；
若则不进行调整供氧流量；
若则提高供氧流量；
若则降低供氧流量；
所述供氧调节策略制定过程包括：
当ρ＜ρ1时，通过公式Pup＝(ρ1-ρ)k求出供氧频率增加值Pup，增加设备的供氧频率；
若ρ＞ρ2，通过公式Pcut＝(ρ-ρ2)k求出供氧频率降低值Pup，降低设备的供氧频率；
其中，k为转化系数；
所述供氧调节策略制定过程还包括：
所述供氧流量调节共分为三档，当血氧饱和度正常时，只在一档和二档之间调节氧气输出流量大小，即若则供氧流量从一档提高到二挡，或者从关闭供氧到开启一挡供氧；
若则供氧流量从二挡降低到一挡，或者从一挡降低到关闭供氧；
当g(t)小于预设值且f(t)大于预设值时，供氧流量即进入三档，当g(t)和f(t)回复到正常值且超过一定时间后，供氧流量恢复到一档或二档。
2.根据权利要求1所述的一种智能供氧制氧设备的监测系统，其特征在于，所述供氧调节策略制定过程还包括：当系统在设定时间内监测不到呼吸频率时，则关闭供氧，且所述系统还可以手动切换到持续供氧。
3.一种智能供氧制氧设备，其特征在于，所述设备采用权利要求1-2任一项所述的智能供氧制氧设备的监测系统进行监测，所述设备开机初始化时，监测系统没有检测到超声氧传感器，监测系统不能启动，显示切面板通过LED显示对应代码，提示相关模块故障，此时故障指示灯亮。
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