CN212514253U - 呼吸气体分析仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一呼吸气体分析仪，包括计算机和分析主机。分析主机和计算机连接，分析主机包括半导体光源发生器、光声池、声敏元件以及放大模块，半导体光源发生器向光声池中发射激光，声敏元件位于光声池内，待测气体进入分析主机后在光声池中吸收光辐射后通过声敏元件实现光热声能信号转换，信号经放大模块放大后通过计算机分析计算气体成分含量。所述呼吸气体分析仪实现了呼吸气体的快速分析和全自动实时分析，无需事先富集气体样本以及干燥和过滤，可以缩小结果误差，检测实时快速，提高分析灵敏度和分辨率。
Description
技术领域
本实用新型涉及医疗器械领域，尤其涉及一种呼吸气体分析仪。
背景技术
人体所呼出气体除常见的氧气、二氧化碳、水蒸气、氮气之外，还含有很多的微量挥发性特征有机物(VOCS)，目前已知的VOCS至少有250多种，通过分析这些不同的VOCS含量，可以反应出不同的人体内在器官的功能疾病。目前临床已知通过分析人体呼吸气体中的丙酮含量，可以间接得出病人内分泌的相关功能异常情况。现在市场上主流的丙酮呼吸气体分析仪采用传统的气相色谱-质谱联用技术对呼吸气体中丙酮含量进行体积分数分析，间接反应出患者的内分泌疾病。但是采用这种方法，在气体进入主机前需要先对气体样本进行低温富集，过程复杂，而且对单个指标的分析需要一个小时左右，要得到气体的绝对浓度还需要后续的一系列定标，分析技术的误差也比较大。另外还有少量采用激光光谱技术，但是采用的光源多为钨丝灯等普通光源，普通光源的灵敏度和分辨率较低。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种呼吸气体分析仪，解决现有气体分析方法需要事先富集气体样本、分析灵敏度和分析率低，误差较大的问题。
为解决上述问题，本实用新型提供一呼吸气体分析仪，包括计算机和分析主机。分析主机和计算机连接，分析主机包括半导体光源发生器、光声池、声敏元件以及放大模块，半导体光源发生器向光声池中发射激光，声敏元件位于光声池内，待测气体进入分析主机后在光声池中吸收光辐射后通过声敏元件实现光热声能信号转换，信号经放大模块放大后通过计算机分析计算气体成分含量。
根据本实用新型一实施例，分析主机包括斩波器，斩波器对半导体光源发生器发射的光源进行振幅调制和频率调制。
根据本实用新型一实施例，斩波器位于半导体光源发生器和光声池之间。
根据本实用新型一实施例，声敏元件的材质采用压电陶瓷。
根据本实用新型一实施例，放大模块包括前置放大器和同步放大器，信号依次经过前置放大器和同步放大器。
根据本实用新型一实施例，分析主机具有显示模块。
根据本实用新型一实施例，分析主机包括输入按键和打印输出模块。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
本实用新型通过采用分析主机内的半导体光源发生器发射激光，使得待测气体吸收光辐射后通过声敏电阻实现信号转换，然后信号通过放大模块放大后经过计算机软件分析计算出待测气体成分含量的分析结果，实现了呼吸气体的快速分析和全自动实时分析，无需事先富集气体样本以及干燥和过滤，可以缩小结果误差，检测实时快速，提高分析灵敏度和分辨率。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的呼吸气体分析仪其分析主机的立体结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的呼吸气体分析仪其分析主机的内部结构原理图；
图3是本实用新型实施例提供的呼吸气体分析仪其分析主机的工作原理图；
具体实施方式
以下描述只用于揭露本实用新型以使得本领域技术人员能够实施本实用新型。以下描述中的实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及其他未背离本实用新型精神和范围的其他方案。
如图1-3所示，本实用新型提供一种呼吸气体分析仪，所述呼吸气体分析仪包括计算机(图中未示出)和分析主机10。
分析主机10和计算机连接，分析主机10包括半导体光源发生器11、光声池12、声敏元件13以及放大模块14。半导体光源发生器11向光声12中发射激光，光声池12为密闭容器，声敏元件13位于光声池12内，声敏元件13的材质采用压电陶瓷，声敏元件13用于实现光热声信号的转换。放大模块14用于放大光声信号。待测气体经过外部管路直接进入分析主机10后在光声池12中吸收光辐射后通过声敏元件13实现光热声能信号转换，信号经放大模块14的滤波放大电路分析放大后再通过所述计算机软件计算得出气体中丙酮分子浓度。
分析主机10还包括斩波器15，斩波器15对半导体光源发生器11发射的光源进行振幅调制和频率调制。斩波器15位于半导体光源发生器11和光声池12之间。
放大模块14包括前置放大器141和同步放大器142，经声敏元件12转换后的信号依次经过前置放大器141和同步放大器142。此外，半导体光源发生器11发射的初始光源信号也直接经过同步放大器142的同步放大并和经转换放大的信号进行对比，从而分析检测出待测气体的成分含量。
所述呼吸气体分析仪采用光声光谱技术(PAS)技术对呼气气体中的丙酮含量进行测量，其原理为待检测气体分子在吸收经过调制的光辐射后受到激发，在通过无辐射跃迁返回基态时，会产生热能，随着光强的周期性变化，光声池中的压力也成周期性变化，在此过程中，热能在光声池中会转化成声波，声波被声敏元件13所感知，声敏元件13所感知声波信号由光敏二极管转换为电信号，经过放大的电信号即为光声信号，将该光声信号作为入射光信号，该信号和初始光信号进行同步放大后进行参比，得出对应的光声光谱图，最后得出丙酮含量。具体的吸收式为：
式中：P为声压信号强度，WL为激光能量，C为光声池常数。其检测灵敏度可以达到10-9～10-11量级，完全超过各种VOCS含量的量级，完全满足丙酮含量的检测。
分析主机10还具有显示模块16，通过显示模块16实时显示待测气体分析的结果或者检测进度。分析主机10还具有输入按键17和打印输出模块18，输入按键17可供用户输入操作指令，打印输出模块18用于输出打印气体检测结果。测量完成后呼吸气体通过分析主机10的排气口排出外部。
本实用新型提供的所述呼吸气体分析仪实现了呼吸气体的快速分析和全自动实时分析，无需事先富集气体样本以及干燥和过滤，可以缩小结果误差，检测实时快速，提高分析灵敏度和分辨率。所述呼吸气体分析仪采用光声光谱技术对呼吸气体进行分析，激光光源采用半导体光源发生器11发射，单色性好，激光强度大，相干性好，亮度高。光声池12内部采用压电陶瓷作为声敏元件13，提高准确性，灵敏度和分辨率大大超过现有微音器。
本领域技术人员应当理解，上述描述以及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例，并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能和结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理情况下，本实用新型的实施方式可以有任何变形和修改。
Claims (7)
1.一种呼吸气体分析仪，其特征在于，包括：
计算机；
分析主机，和所述计算机连接，所述分析主机包括半导体光源发生器、光声池、声敏元件以及放大模块，所述半导体光源发生器向所述光声池中发射激光，所述声敏元件位于所述光声池内。
2.根据权利要求1所述的呼吸气体分析仪，其特征在于，所述分析主机包括斩波器，所述斩波器对所述半导体光源发生器发射的光源进行振幅调制和频率调制。
3.根据权利要求2所述的呼吸气体分析仪，其特征在于，所述斩波器位于所述半导体光源发生器和所述光声池之间。
4.根据权利要求1所述的呼吸气体分析仪，其特征在于，所述声敏元件的材质采用压电陶瓷。
5.根据权利要求1-4任一所述的呼吸气体分析仪，其特征在于，所述放大模块包括前置放大器和同步放大器，信号依次经过所述前置放大器和所述同步放大器。
6.根据权利要求1-4任一所述的呼吸气体分析仪，其特征在于，所述分析主机具有显示模块。
7.根据权利要求1-4任一所述的呼吸气体分析仪，其特征在于，所述分析主机包括输入按键和打印输出模块。
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