RU151213U1

RU151213U1 - RESPIRATORY SIMULATOR

Info

Publication number: RU151213U1
Application number: RU2014131335/14U
Authority: RU
Inventors: Наталия Валериевна Ивахно; Сергей Сергеевич Федоров; Надежда Дмитриевна Юдакова
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2015-03-27

Abstract

Дыхательный тренажер, содержащий загубник, соединенный с дыхательной трубкой, в которой размещены регулируемый дроссель и датчики давления, соединенные с фильтром нижних частот, который соединен с устройством управления, при этом выход устройства управления соединен с исполнительным устройством, выход которого соединен с регулируемым дросселем, отличающийся тем, что в него дополнительно введено устройство самодиагностики, имеющее связи с устройством управления и исполнительным устройством, при этом устройство самодиагностики содержит в себе часы реального времени и датчик температуры, выходы которых соединены непосредственно с устройством управления, а также источник питания, подключаемый к устройству управления через схему, включающую в себя датчик тока, два преобразователя напряжения и два компаратора, при этом один из выходов с датчика тока и устройство управления подключены непосредственно к исполнительному устройству.A breathing simulator comprising a mouthpiece connected to a breathing tube in which an adjustable throttle and pressure sensors are placed connected to a low-pass filter that is connected to a control device, wherein the output of the control device is connected to an actuator, the output of which is connected to an adjustable throttle, characterized the fact that a self-diagnosis device has been added to it, having connections with a control device and an actuator, while the self-diagnosis device contains it includes a real-time clock and a temperature sensor, the outputs of which are connected directly to the control device, as well as a power source connected to the control device through a circuit that includes a current sensor, two voltage converters and two comparators, while one of the outputs from the sensor current and control device are connected directly to the actuator.

Description

Дыхательный тренажерBreathing simulator

Полезная модель относится к медицине, а именно к физиотерапевтическим устройствам, используемым для тренировки дыхательной мускулатуры, а также для профилактики и лечения заболеваний.The utility model relates to medicine, namely to physiotherapeutic devices used to train the respiratory muscles, as well as for the prevention and treatment of diseases.

Известен дыхательный тренажер (RU 2196612 С1 51) МПК А61М 16/00, опубл. 20.01.2003) состоящий из составного корпуса со сквозными отверстиями, средств для регулирования сопротивления дыханию, клапанного устройства вдоха и выдоха. В составном корпусе выполнено одно или более дополнительное сквозное отверстие для вдоха и одно или более дополнительное сквозное отверстие для выдоха.Known breathing simulator (RU 2196612 C1 51) IPC A61M 16/00, publ. 01/20/2003) consisting of a composite housing with through holes, means for regulating breathing resistance, valve inspiratory and expiratory devices. In the composite housing, one or more additional through holes for inspiration and one or more additional through holes for exhalation are made.

Недостатком этого тренажера является невозможность отслеживания параметров дыхания во время применения тренажера. В результате процесс тренировки дыхательной системы контролируется субъективными ощущениями пациента, что может не только не улучшить, но и ухудшить состояние здоровья. Кроме того, изменение сопротивления вдоху и выдоху требует разборки и последующей сборки составного корпуса тренажера.The disadvantage of this simulator is the inability to track breathing parameters during the use of the simulator. As a result, the process of training the respiratory system is controlled by the subjective sensations of the patient, which can not only not improve, but also worsen the state of health. In addition, changing the resistance to inhalation and exhalation requires disassembly and subsequent assembly of the composite body of the simulator.

Известен дыхательный тренажер с биологической обратной связью (RU 91765 U1 G01N 33/15 (2006.01) опубл. в бюл. №6 27.02.2010), позволяющий проводить разного вида дыхательные тренировки с отслеживанием измеряемых физиологических показателей, в том числе при повышенном сопротивлении вдоху и выдоху. Тренажер содержит дыхательный узел, насадку с дополнительной диафрагмой для увеличения сопротивления дыханию, блок измерения пульса, блок измерения постоянного потенциала головного мозга, блок измерения скорости потока воздуха, имеется вывод информации на жидкокристаллический индикатор или на персональный компьютер.Known respiratory simulator with biological feedback (RU 91765 U1 G01N 33/15 (2006.01) published in Bulletin No. 6 02/27/2010), which allows for various types of breathing exercises with tracking measured physiological parameters, including with increased resistance to inspiration and exhale. The simulator contains a breathing unit, a nozzle with an additional diaphragm to increase breathing resistance, a pulse measuring unit, a unit for measuring the constant potential of the brain, a unit for measuring the air flow rate, and information is available on a liquid crystal display or on a personal computer.

22

Недостатком этого устройства является то, что создание сопротивления дыханию требует набора дополнительных насадок, установка которых производится вручную.The disadvantage of this device is that the creation of breathing resistance requires a set of additional nozzles, which are installed manually.

Наиболее близким решением является дыхательный тренажер (RU 115668 МПК А61М 16/00 опубл. Бюл. №13 10.05.2012) содержащий загубник, дыхательную трубку с установленными в ней датчиками давления, связанный с персональный компьютером (устройство управления); автоматический регулятор сопротивления дыханию, состоящий из регулируемого дросселя, установленного в дыхательной трубке, и исполнительного устройства, причем выход исполнительного устройства соединен с регулируемым дросселем, а вход - с персональным компьютером через микроконтроллер, также дыхательная трубка содержит группу датчиков давления, состоящую из относительного и вакуумного датчиков давления, соединенную с персональным компьютером через последовательно соединенные фильтр нижних частот и микроконтроллер.The closest solution is a breathing simulator (RU 115668 MPK A61M 16/00 publ. Bull. No. 13 05/10/2012) containing a mouthpiece, breathing tube with pressure sensors installed in it, connected to a personal computer (control device); an automatic breathing resistance regulator consisting of an adjustable throttle installed in the breathing tube and an actuator, the output of the actuator being connected to an adjustable throttle and the input to a personal computer through a microcontroller, also the breathing tube contains a group of pressure sensors consisting of relative and vacuum pressure sensors connected to a personal computer via a low-pass filter and a microcontroller connected in series.

Недостатками этого дыхательного тренажера является отсутствие возможности проведения своевременной оценки и корректировки работы основных составляющих блоков тренажера.The disadvantages of this breathing simulator is the inability to conduct a timely assessment and adjustment of the main components of the simulator blocks.

Технической задачей данной полезной модели является создание дыхательного тренажера с повышенной отказоустойчивостью путем внедрения устройства самодиагностики, обеспечивающего контроль состояния исполнительного устройства и быстрое восстановление системы при возникновении возмущающих воздействий, вызванных сбоем по питанию, что снижает риск баротравмы.The technical task of this utility model is to create a breathing simulator with increased fault tolerance by introducing a self-diagnosis device that provides control of the state of the actuator and quick recovery of the system in the event of disturbing influences caused by a power failure, which reduces the risk of barotrauma.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в дыхательный тренажер содержащий загубник, соединенный с дыхательной трубкой, содержащей регулируемый дроссель и датчики давления, которые соединены с фильтром нижних частот, который соединен с устройством 3The solution to this problem is provided by the fact that in the breathing simulator containing a mouthpiece connected to the breathing tube containing an adjustable throttle and pressure sensors that are connected to a low-pass filter, which is connected to the device 3

управления, при этом выход устройства управления соединен с исполнительным устройством, выход которого соединен с регулируемым дросселем, дополнительно введено устройство самодиагностики, имеющее связи с устройством управления и исполнительным устройством, при этом устройство самодиагностики содержит в себе часы реального времени и датчик температуры, выходы которых соединены непосредственно с устройством управления, а также источник питания, подключаемый к устройству управления через схему, включающую в себя датчик тока, два преобразователя напряжения и два компаратора, при этом один из выходов с датчика тока и устройства управления подключены непосредственно к исполнительному устройству.control, while the output of the control device is connected to an actuator, the output of which is connected to an adjustable throttle, a self-diagnosis device is added that has connections with the control device and the actuator, while the self-diagnosis device contains a real-time clock and a temperature sensor, the outputs of which are connected directly with the control device, as well as a power source connected to the control device through a circuit that includes a current sensor, two a voltage generator and two comparators, with one of the outputs from the current sensor and control device connected directly to the actuator.

Полезная модель поясняется схемами, где на фиг. 1 изображена структурная схема дыхательного тренажера, на фиг. 2 - структурная схема устройства самодиагностики.The utility model is illustrated by diagrams, where in FIG. 1 shows a block diagram of a breathing simulator, FIG. 2 is a structural diagram of a self-diagnosis device.

Дыхательный тренажер содержит загубник 1 соединенный с дыхательной трубкой 2, содержащей регулируемый дроссель 3 и датчики давления 4, которые соединены с фильтром нижних частот 5, выход которого соединен со вторым входом устройства управления 6. Выход устройства управления 6 соединен с первым входом исполнительного устройства 7, выход которого соединен с регулируемым дросселем 3. Первый вход устройства управления 6 связан с первым выходом устройства самодиагностики 8, обеспечивающего контроль состояния питающего напряжения, подаваемого на устройство управления 6, и состояния исполнительного устройства 7.The breathing simulator contains a mouthpiece 1 connected to the breathing tube 2, containing an adjustable throttle 3 and pressure sensors 4, which are connected to a low-pass filter 5, the output of which is connected to the second input of the control device 6. The output of the control device 6 is connected to the first input of the actuator 7, the output of which is connected to an adjustable inductor 3. The first input of the control device 6 is connected to the first output of the self-diagnosis device 8, which provides control of the state of the supply voltage supplied to the control device 6, and the state of the actuator 7.

Устройство самодиагностики 8 включает в себя источник питания 9, рассчитанный на +12 В, первый выход которого соединен с первым преобразователем напряжения 10, первый выход которого соединен с первым компаратором 11, выход которого связан с четвертым входом 4The self-diagnosis device 8 includes a power supply 9, designed for +12 V, the first output of which is connected to the first voltage converter 10, the first output of which is connected to the first comparator 11, the output of which is connected to the fourth input 4

устройства управления 6. Второй выход первого преобразователя напряжения 10 связан с входом второго преобразователя напряжения 12, первый выход которого соединен с входом второго компаратора 13, выход которого подан на пятый вход устройства управления 6, а второй выход второго преобразователя напряжения 12 связан с шестым входом устройства управления 6. Второй выход источника питания 9 связан с датчиком тока 14, первый выход которого связан с седьмым входом устройства управления 6, второй выход которого связан с исполнительным устройством 7. Часы реального времени 15 связаны с третьим входом устройства управления 6, датчик температуры 16 связан с восьмым входом устройства управления 6.control devices 6. The second output of the first voltage converter 10 is connected to the input of the second voltage converter 12, the first output of which is connected to the input of the second comparator 13, the output of which is fed to the fifth input of the control device 6, and the second output of the second voltage converter 12 is connected to the sixth input of the device 6. The second output of the power source 9 is connected to a current sensor 14, the first output of which is connected to the seventh input of the control device 6, the second output of which is connected to the actuator 7. Cha Real-time systems 15 are connected to the third input of the control device 6, the temperature sensor 16 is connected to the eighth input of the control device 6.

Работа дыхательного тренажера с учетом вышеприведенного описания происходит следующим образом.The work of the breathing simulator, taking into account the above description, is as follows.

В ходе тренировки пациент дышит через дыхательную трубку 2 с загубником 1. Давление в ротовой полости на вдохе и выдохе фиксируется с помощью датчиков давления 4. Величина давления в виде электрического сигнала пропускается через фильтр нижних частот 5 и преобразуется в цифровую форму в устройстве управления 6, где происходит расчет параметров дыхания пациента и формируется сигнал управления на исполнительное устройство 7, воздействующее на регулируемый дроссель 3.During the training, the patient breathes through the breathing tube 2 with the mouthpiece 1. The pressure in the oral cavity during inhalation and exhalation is recorded using pressure sensors 4. The pressure value in the form of an electrical signal is passed through a low-pass filter 5 and converted to digital form in the control device 6, where the calculation of the patient’s breathing parameters takes place and a control signal is generated on the actuator 7, which acts on the adjustable choke 3.

Устройство самодиагностики 8 осуществляет контроль состояния исполнительного устройства 7 через датчик тока 14, первый выход которого соединен с седьмым входом устройства управления 6, а второй выход с исполнительным устройством 7, на вход датчика тока 14 поступает напряжение +12 В от источника питания 9. Датчик температуры 16, установленный вблизи или на корпусе исполнительного устройства 7, соединен с восьмым входом устройства управления 6. Устройство 5The self-diagnosis device 8 monitors the status of the actuator 7 through the current sensor 14, the first output of which is connected to the seventh input of the control device 6, and the second output with the actuator 7, the input of the current sensor 14 receives +12 V from the power source 9. Temperature sensor 16, mounted near or on the housing of the actuator 7, is connected to the eighth input of the control device 6. Device 5

управления 6, осуществляя анализ сигналов с датчика тока 14 и датчика температуры 16, обеспечивает защиту исполнительного устройства 7 от перегрузки и перегрева и позволяет повысить отказоустойчивость тренажера, своевременно регулируя скорость работы исполнительного устройства.control 6, analyzing the signals from the current sensor 14 and the temperature sensor 16, protects the actuator 7 from overload and overheating and improves the fault tolerance of the simulator, timely adjusting the speed of the actuator.

Напряжение с источника питания 9 поступает на первый преобразователь напряжения 10, осуществляющий преобразование напряжения с +12 В до +5 В. При подаче напряжения с первого выхода первого преобразователя напряжения 10 на вход первого компаратора 11, настроенного на предельное минимальное питающее напряжение +4,25 В на выходе первого компаратора 11, при уровне входного напряжения ниже того, на которое настроен компаратор, формируется сигнал в виде логической единицы, который подается на четвертый вход устройства управления 6 и сигнализирует о сбое первичного электропитания, что позволяет в энергонезависимой памяти устройства управления заблаговременно сохранить текущие данные о положении дроссельной заслонки, величине давления в дыхательном контуре, значении энергонезависимых часов реального времени 15. Второй преобразователь напряжения 12, соединенный со вторым входом первого преобразователя напряжения 10 преобразует входное напряжение +5 В в +3,3 В, необходимое для питания устройства управления 6 и подаваемое со второго выхода второго преобразователя напряжения 12 на шестой вход устройства управления 6. Второй компаратор 13, на вход которого подано напряжение +3,3 В с первого выхода второго преобразователя напряжения 12, настроен на предельно допустимое питающее напряжение +3 В устройства управления 6. При снижении уровня входного напряжения относительно предельно допустимого, второй компаратор 13 на выходе вырабатывает логическую единицу, осуществляющую перезапуск устройства управления 6. При автоматическом перезапуске устройства 6The voltage from the power source 9 is supplied to the first voltage converter 10, which converts the voltage from +12 V to +5 V. When applying voltage from the first output of the first voltage converter 10 to the input of the first comparator 11, set to the maximum minimum supply voltage of +4.25 In the output of the first comparator 11, when the input voltage level is lower than that to which the comparator is configured, a signal is generated in the form of a logical unit, which is fed to the fourth input of the control device 6 and signals about sat primary power supply, which allows the non-volatile memory of the control device to save in advance current data on the position of the throttle valve, the pressure in the breathing circuit, the value of the non-volatile real-time clock 15. The second voltage converter 12 connected to the second input of the first voltage converter 10 converts the input voltage + 5 V to +3.3 V, necessary to power the control device 6 and supplied from the second output of the second voltage converter 12 to the sixth one of the control device 6. The second comparator 13, the input of which is supplied with a voltage of +3.3 V from the first output of the second voltage converter 12, is set to the maximum permissible supply voltage of +3 V of the control device 6. When the input voltage level decreases relative to the maximum permissible, the second the comparator 13 at the output generates a logical unit that restarts the control device 6. When the device 6 is automatically restarted

управления 6, так как сработала схема сигнализации сбоя первичного электропитания и промежуточные данные были сохранены, происходит восстановление работы всех параметров системы с того момента времени, где произошел сбой по питанию в том случае, если анализ сохраненного и текущего значений часов реального времени 15 показывает разницу менее одной секунды. Если разница между этими значениями превышает одну секунду, это указывает на начальное включение дыхательного тренажера и устройство управления 6 начинает работу с исходного состояния.control 6, since the primary power failure alarm circuit worked and the intermediate data were saved, all system parameters are restored from the point in time where the power failure occurred if the analysis of the stored and current values of real-time clock 15 shows a difference of less one second. If the difference between these values exceeds one second, this indicates the initial inclusion of the breathing simulator and the control device 6 begins to work from the initial state.

Таким образом, применение данной полезной модели повышает отказоустойчивость тренажера путем внедрения устройства самодиагностики, обеспечивающего контроль состояния исполнительного устройства и быстрое восстановление системы при возникновении возмущающих воздействий, вызванных сбоем по питанию, что снижает риск получения баротравмы пациентом и повышает эффективность применения дыхательных тренажеров.Thus, the use of this utility model increases the simulator's fault tolerance by introducing a self-diagnosis device that provides monitoring of the state of the actuator and quick recovery of the system when disturbances occur due to a power failure, which reduces the risk of patient suffering barotrauma and increases the efficiency of breathing simulators.

Claims

A breathing simulator comprising a mouthpiece connected to a breathing tube in which an adjustable throttle and pressure sensors are placed connected to a low-pass filter that is connected to a control device, wherein the output of the control device is connected to an actuator, the output of which is connected to an adjustable throttle, characterized by the fact that a self-diagnosis device is added to it, having connections with a control device and an actuator, while the self-diagnosis device contains It includes a real-time clock and a temperature sensor, the outputs of which are connected directly to the control device, as well as a power source connected to the control device through a circuit that includes a current sensor, two voltage converters and two comparators, one of the outputs from the sensor current and control device are connected directly to the actuator.