CN117147027A - 呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法及测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗器械效率测量领域，具体涉及呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法及测量系统。通过外接传感器测量气体参数值；将所测量的气体参数值传送给效率转换器；效率转换器计算呼吸机微涡轮效率；输出呼吸机微涡轮效率信息。本发明能够快速、简便测量呼吸机微涡轮的效率，并适应呼吸机微涡轮小尺寸、小流量的测量与精度要求。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械效率测量领域，具体涉及呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法及测量系统。
背景技术
在现代临床医学中，呼吸机作为一项能够通过外界提供能量代替人自身自主通气的有效手段，遍用于各种原因所致的呼吸机相关疾病的救助中，在现代医学领域内占有十分重要的位置。
呼吸机的核心部件是一种高强度工程塑料材质的微涡轮，目前我国相关领域人员对呼吸机的研究多致力于其可行性，对呼吸机微涡轮气动分析及优化方面的研究较少。对微涡轮进行气动分析及优化可以提高微涡轮效率，提升呼吸机性能。因此可以将微涡轮效率作为气动优化的结果导向参数之一，需要对微涡轮效率进行测量分析。
呼吸机微涡轮与进出口气体管道相连，总体尺寸与流量均较小，对效率的测量提出了较高要求，且需要测量气体实时的温度与压力参数。因此采用外界传感器的方式进行效率测量，便于效率信息迅速、准确的传递给外界。
发明内容
本发明提供一种呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法及测量系统，实现呼吸机微涡轮效率的测量。
本发明通过以下技术方案实现：
一种呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法，包括：
通过外接传感器测量气体参数值；
将所测量的气体参数值传送给效率转换器；
效率转换器计算呼吸机微涡轮效率；
输出呼吸机微涡轮效率信息。
进一步的，所述通过外接传感器测量气体参数值具体为，
通过流量传感器测量出口管道中的气体体积流量值；
通过压力传感器测量进口管道与出口管道中的气体压力值。
进一步的，出口管道气流的测量位置到出口的距离，应为微涡轮直径的6-7倍。
进一步的，进口管道气流的测量位置到进口的距离，应为微涡轮直径的4-5倍。
进一步的，采用三点测量法具体为，选取3个临近的测量点，若测得的3组数据相互误差均小于1%，则可认为3组数据均有效，将3组数据取平均作为最终数据；若存在误差大于1%，则去除误差较大的一组数据，将剩下2组数据取平均作为最终数据。
进一步的，所述将气体参数信息传送给效率转换器具体为，
将外接传感器测得的气体体积流量值，并将气体压力值转化为数字信号，传送给效率转换器的信号采集模块。
进一步的，所述效率转换器计算呼吸机微涡轮效率具体为，
将气体体积流量信号、气体压力信号传送给效率转换器的信号处理模块进行呼吸机微涡轮的效率计算。
进一步的，所述效率计算公式为：效率=压升*气体体积流量值/轴功率；
其中，压升表示出口位置的气体压力较进口位置的气体压力升高值；
所述轴功率的计算公式为：轴功率=扭矩*角速度；
其中，角速度可根据呼吸机微涡轮给定的转速获取，扭矩采用光电式测量法测得。
一种呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量系统，所述效率测量系统使用如上述呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法，所述效率测量系统包括采集模块、效率转换模块和输出模块，所述采集模块将采集的气体参数值传输至效率转换模块，所述效率转换模块将计算后的呼吸机微涡轮效率传输至输出模块；
采集模块，用于采集通过外接传感器测量的气体参数值；
效率转换模块，用于基于所采集的气体参数信息计算呼吸机微涡轮效率；
输出模块，用于输出呼吸机微涡轮效率信息。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。
本发明的有益效果是：
本发明能够快速、简便测量呼吸机微涡轮的效率，并适应呼吸机微涡轮小尺寸、小流量的测量与精度要求。
本发明提供一种呼吸机微涡轮的效率测量方法，实现呼吸机微涡轮效率的测量。
附图说明
图1是本发明的方法步骤流程图。
图2是本发明的通过外接传感器测量气体参数值的方法步骤流程图。
图3是本发明的输出呼吸机微涡轮效率信息的方法步骤流程图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其它情况下，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
下面结合本申请实施例中的附图1-3，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
如图1所示，一种呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法，包括：
通过外接传感器测量气体参数值；
将所测量的气体参数值传送给效率转换器；
效率转换器计算呼吸机微涡轮效率；
输出呼吸机微涡轮效率信息。
如图3所示，在显示屏上显示呼吸机微涡轮的效率；
将呼吸机微涡轮的效率信息以模拟信号的形式输出。
具体的，由于呼吸机微涡轮与进出口气体管道相连，总体尺寸与流量均较小，对效率的测量提出了较高要求，且对微涡轮进行气动分析及优化可以提高微涡轮效率，提升呼吸机性能。因此可以将微涡轮效率作为气动优化的结果导向参数之一，需要对微涡轮效率进行测量分析，对于这一问题，本发明采用外接传感器进行气体参数值的测量，参数包括测量出口管道中的气体体积流量值，及测量进口管道与出口管道中的气体压力值，这两个数值可以通过效率转换器计算呼吸机微涡轮效率，计算出的效率值既可以在显示屏上显示呼吸机微涡轮的效率；又可以以模拟信号的形式输出。因此采用外界传感器的方式进行效率测量，便于效率信息迅速、准确的传递给外界。
呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法，如图2所示，通过传感器测量气体参数值中所述外接传感器包括：流量传感器和压力传感器，
所述流量传感器测量出口管道中的气体体积流量值；
所述压力传感器测量进口管道与出口管道中的气体压力值。
具体的，由于呼吸机微涡轮与进出口气体管道相连，总体尺寸与流量均较小，所以要得到呼吸机微涡轮效率，就需要测量气体实时的压力参数，而测量就选取出口管道中的气体体积流量值及进口管道与出口管道中的气体压力值，流量传感器与效率转换器连接，用于传输测量到的呼吸机微涡轮出口管道的气体流量信息；压力传感器与效率转换器连接，用于传输测量到的呼吸机微涡轮进出口管道的气体压力信息。
呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法，出口管道气流的测量位置到出口的距离，应为微涡轮直径的6-7倍。
具体的，设置测量数据的原因为根据数值模拟仿真结果，发现微涡轮出口位置气流流动较为紊乱，到微涡轮直径的6-7倍位置气流流动近于平稳，因此在该位置测量气体流量与压力更为准确。
呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法，进口管道气流的测量位置到进口的距离，应为微涡轮直径的4-5倍。
具体的，设置测量数据的原因为如果测量探针太靠近进口，会对进口的平稳气流产生扰动，导致气流在微涡轮中产生非定常流动，因此测量位置需远离进口，根据经验，选择微涡轮直径4-5倍的位置。
呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法，三点测量法具体为，选取3个临近的测量点，若测得的3组数据相互误差均小于1%，则可认为3组数据均有效，将3组数据取平均作为最终数据；若存在误差大于1%，则去除误差较大的一组数据，将剩下2组数据取平均作为最终数据。
具体的，选取三点测量法的原因是根据呼吸机微涡轮尺寸小、流量小、转速快的特点，单点测量难以保证测量数据的准确性，所以采用三点测量法，将呼吸机涡轮的数据采集数量更多，在保证数据准确的同时不会增加额外的算力，在效率和准确之间寻找到平衡。
呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法，所述将气体参数信息传送给效率转换器具体为，
将外接传感器测得的气体体积流量值，并将气体压力值转化为数字信号，传送给效率转换器的信号采集模块。
具体的，将采集到的气体体积流量值转化为数字信号，方便后续的数据计算，气体体积流量值转化为数字信号后对后续的计算会减少算力提高效率另一方面也可以减少误差，并方便之后的显示与存储。
呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法，所述效率转换器计算呼吸机微涡轮效率具体为，
将气体体积流量信号、气体压力信号传送给效率转换器的信号处理模块进行呼吸机微涡轮的效率计算。
具体的，将转换成数字信号的气体体积流量信号、气体压力信号传输给信号处理模块进行效率计算，可以提高效率，减少不必要的计算消耗。
呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法，所述呼吸机微涡轮效率计算公式为：效率=压升*气体体积流量值/轴功率；
其中，压升表示出口位置的气体压力较进口位置的气体压力升高值；
所述轴功率的计算公式为：轴功率=扭矩*角速度；
其中，角速度可根据呼吸机微涡轮给定的转速获取，扭矩采用光电式测量法测得。
具体的，光电式扭矩测量法是将开孔数完全相同的两片圆盘形光栅固定在呼吸机微涡轮转轴上，并将光电元件和固定光源分别固定在光栅两侧，呼吸机工作时微涡轮转动产生扭矩，两个圆盘形光栅的截面产生相对转角，明暗条纹部分重合，部分光线透过光栅照到光敏元件上，输出电信号，通过测量输出的电信号能够测得外加扭矩的大小。
采用光电式测量法测得扭矩，一方面是为增加准确度，再一个由于呼吸机涡轮的特殊性，其尺寸小，对于其他测量方式会增大误差。为了达到本发明的能够快速、简便测量呼吸机微涡轮的效率，并适应呼吸机微涡轮小尺寸、小流量的测量与精度要求，采用上述计算公式与光电式测量法测得扭矩得到共识的参数。
实施例二
一种呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量系统，所述效率测量系统使用如上述呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法，所述效率测量系统包括采集模块、效率转换模块和输出模块；所述效率测量系统包括采集模块、效率转换模块和输出模块，所述采集模块将采集的气体参数值传输至效率转换模块，所述效率转换模块将计算后的呼吸机微涡轮效率传输至输出模块；
采集模块，用于采集通过外接传感器测量的气体参数值；
效率转换模块，用于基于所采集的气体参数信息计算呼吸机微涡轮效率；
输出模块，用于输出呼吸机微涡轮效率信息。
具体的，采集模块将采集的气体参数值传输至效率转换模块，效率转换模块将计算后的呼吸机微涡轮效率数据传输至输出模块，输出模块对呼吸机微涡轮效率信息进行输出，可输出至显示器进行具体的数值展示，或输出至上位机进行数据的存储，为后续的工作打下基础。由上可见，本发明实施例能够快速、简便测量呼吸机微涡轮的效率，并适应呼吸机微涡轮小尺寸、小流量的测量与精度要求。
实施例三
本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括存储器、处理器以及存储在上述存储器中并可在上述处理器上运行的计算机程序，其中，存储器用于存储软件程序以及模块，处理器通过运行存储在存储器的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器和处理器通过总线连接。具体地，处理器通过运行存储在存储器的上述计算机程序时实现上述实施例一中的任一步骤。
应当理解，在本发明实施例中，所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器、快闪存储器和随机存储器，并向处理器提供指令和数据。存储器的一部分或全部还可以包括非易失性随机存取存储器。
由上可见，本发明实施例提供的电子设备，可通过运行计算机程序实现所述呼吸机微涡轮的效率测量方法，能够快速、简便测量呼吸机微涡轮的效率，并适应呼吸机微涡轮小尺寸、小流量的测量与精度要求。
上述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述计算机程序可存储于以计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，上述计算机程序包括计算机程序代码，上述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。上述计算机可读介质可以包括：能够携带上述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取存储器（Random AccessMemory，RAM）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，上述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将上述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法，其特征在于，包括：
通过外接传感器测量气体参数值，所述测量气体参数值包括通过流量传感器测量出口管道中的气体体积流量值，通过压力传感器测量进口管道与出口管道中的气体压力值；测量位置具体为，出口管道气流的测量位置到出口的距离，应为微涡轮直径的6-7倍；进口管道气流的测量位置到进口的距离，应为微涡轮直径的4-5倍；
将所测量的气体参数值传送给效率转换器；
将外接传感器测得的气体体积流量值与气体压力值均转化为数字信号，传送给效率转换器的信号采集模块；
效率转换器计算呼吸机微涡轮效率；
将气体体积流量信号、气体压力信号传送给效率转换器的信号处理模块进行呼吸机微涡轮的效率计算；
所述效率计算公式为：效率=压升*气体体积流量值/轴功率；
其中，压升表示出口位置的气体压力较进口位置的气体压力升高值；
所述轴功率的计算公式为：轴功率=扭矩*角速度；
其中，角速度可根据呼吸机微涡轮给定的转速获取，扭矩采用光电式测量法测得；
输出呼吸机微涡轮效率信息。
2.根据权利要求1所述的呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法，其特征在于，采用三点测量法具体为，选取3个临近的测量点，若测得的3组数据相互误差均小于1%，则认为3组数据均有效，将3组数据取平均作为最终数据；若存在误差大于1%，则去除误差较大的一组数据，将剩下2组数据取平均作为最终数据。
3.一种呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量系统，其特征在于，所述效率测量系统使用如权利要求1-2任一所述呼吸机微涡轮外接传感器的效率测量方法，所述效率测量系统包括采集模块、效率转换模块和输出模块，所述采集模块将采集的气体参数值传输至效率转换模块，所述效率转换模块将计算后的呼吸机微涡轮效率传输至输出模块；
所述采集模块，用于采集通过外接传感器测量的气体参数值；
所述效率转换模块，用于基于所采集的气体参数值计算呼吸机微涡轮效率；
所述输出模块，用于输出呼吸机微涡轮效率信息。
4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-2任一所述的方法。
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