RU2777251C1

RU2777251C1 - Portable medical aspirator

Info

Publication number: RU2777251C1
Application number: RU2021129855A
Authority: RU
Inventors: Гарегин Григорьевич Мамджян; Александр Викторович Павлов; Елена Алексеевна Касаткина; Илья Романович Тюрин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "МЕДПЛАНТ"
Filing date: 2021-10-13
Publication date: 2022-08-01

Abstract

FIELD: medical technology.

SUBSTANCE: invention relates to medical technology, namely to a portable medical aspirator. The aspirator contains an electric motor, a vacuum controller and a vacuum sensor, an indication panel with a power button, an air filter, a liquid collection tank, a hose and a plastic tip, a control unit, an external power supply connection line and an autonomous power supply unit. The electric motor is connected to the vacuum pump (8). The input of the vacuum sensor (10) is connected to the output of the vacuum pump. The control unit (9) includes a series-connected analog-to-digital converter (17), a processor (18) and a digital pulse-width converter (19). The external power supply connection line (1) and the autonomous power supply unit (2) are connected in series with the power supply switching unit (3) and a pulsed step-down voltage converter (4). The output of the voltage converter is connected to the input of the autonomous power supply charging and balancing unit (6) and to the input of the DC motor driver. The charging and balancing unit of the autonomous power supply is connected in series with the autonomous power supply. The DC motor driver (5) is connected in series with the electric motor (7). The three control outputs (20, 21, 22) of the control unit are connected, respectively, to the control inputs of the power supply switching unit, the pulsed step-down voltage converter and the driver of the DC motor. The analog inputs of the control unit are connected respectively to the analog outputs (23, 24) of the vacuum sensor and the vacuum controller (11). The control unit is connected by bidirectional control lines (25, 26) to the charging and balancing unit of the autonomous power supply and the display panel (12) with the power button. An air filter (13), a tank (14) for collecting liquid, a hose (15) and a plastic tip (16) are connected in series to the outlet of the vacuum pump.

EFFECT: power consumption of the vacuum pump electric motor is reduced at idle times when a vacuum is not created in the system, the constancy of the operating characteristics of the device when operating from an autonomous power source and under conditions of power supply from an external DC source with fluctuations in the voltage level of the sources, the weight and dimensions of the device are reduced, the modes of continuous and autonomous operation of the device are provided.

1 cl, 2 dwg

Description

Заявка на изобретение относится к медицинской технике и предназначена для аспирации верхних дыхательных путей и легких пациентов при проведении хирургических операций, при реанимационных мероприятиях и искусственной вентиляции легких на месте происшествия и (или) транспортирования в условиях скорой медицинской помощи.The application for the invention relates to medical equipment and is intended for aspiration of the upper respiratory tract and lungs of patients during surgical operations, during resuscitation and artificial ventilation of the lungs at the scene and (or) transportation in an ambulance.

В современной медицине аспираторы (отсасыватели) являются одной из наиболее востребованных и в какой-то степени незаменимых категорий медицинского оборудования. Чаще всего аспираторы приобретаются для хирургических отделений, хотя есть и другие сферы их применения: гинекология, неонатология, пульмонология, косметология и др. Портативные аспираторы отличаются компактными размерами и небольшим весом. Неоспоримым преимуществом таких аспираторов является возможность их быстрой и удобной переноски, что расширяет область их применения. Еще одним актуальным направлением являются портативные модели аспираторов со встроенными аккумуляторами, а также с возможностью работы от прикуривателя в автомобиле. Такие аспираторы необходимы не только в медицинских стационарах, но и при внутри и межбольничных перевозках тяжёлых пациентов, в машинах скорой медицинской помощи и в полевых условиях.In modern medicine, aspirators (suction pumps) are one of the most popular and, to some extent, indispensable categories of medical equipment. Most often, aspirators are purchased for surgical departments, although there are other areas of their application: gynecology, neonatology, pulmonology, cosmetology, etc. Portable aspirators are compact in size and light in weight. The indisputable advantage of such aspirators is the ability to carry them quickly and conveniently, which expands the scope of their application. Another topical trend is portable models of aspirators with built-in batteries, as well as with the ability to work from the cigarette lighter in a car. Such aspirators are needed not only in medical hospitals, but also for intra-hospital and inter-hospital transportation of seriously ill patients, in ambulances and in the field.

К сожалению, имеющиеся на рынке портативные электрические аспираторы не обеспечивают желаемых параметров для комфортного применения в транспортных средствах и полевых условиях ввиду большого энергопотребления и, соответственно, значительных габаритов и веса.Unfortunately, portable electric aspirators available on the market do not provide the desired parameters for comfortable use in vehicles and in the field due to high power consumption and, accordingly, significant dimensions and weight.

Наиболее близким к нашей заявке является медицинский отсасыватель (RU 2157248 C1, кл. А61М1/00, 2000 г), принятый за прототип, содержащий задатчик разрежения, датчик разрежения, а также последовательно соединенные электродвигатель, вакуум-насос, ресивер, магистраль для подключения емкости для сбора жидкости, при этом вход датчика разрежения соединен с выходом вакуум-насоса. Для уменьшения амплитуды пульсаций величины разрежения и расширения функциональных возможностей отсасывателя, увеличения ресурса работы, уменьшения уровня шума и уменьшения габаритов и массы в него введены регулятор разрежения, функциональный преобразователь, сумматор, широтно-импульсный преобразователь, усилитель мощности, датчик тока и активный фильтр.Closest to our application is a medical aspirator (RU 2157248 C1, class A61M1 / 00, 2000), taken as a prototype, containing a vacuum gauge, a vacuum sensor, as well as a series-connected electric motor, a vacuum pump, a receiver, a line for connecting a container for collecting liquid, while the input of the vacuum sensor is connected to the output of the vacuum pump. To reduce the amplitude of vacuum pulsations and expand the functionality of the aspirator, increase the service life, reduce the noise level and reduce the dimensions and weight, a vacuum regulator, a functional converter, an adder, a pulse-width converter, a power amplifier, a current sensor and an active filter are introduced into it.

К числу недостатков данного электрического медицинского отсасывателя, как и многих других, следует отнести:The disadvantages of this electric medical aspirator, like many others, include:

1. работу электродвигателя на максимальных оборотах в моменты простоя, когда в системе не создается разрежение, что увеличивает энергопотребление и снижает КПД устройства;1. the operation of the electric motor at maximum speed during idle periods, when vacuum is not created in the system, which increases energy consumption and reduces the efficiency of the device;

2. необходимость иметь запас по производительности вакуум-насоса для обеспечения заданного разряжения при питании от нестабильного источника энергии, что приводит к увеличению массы и габаритов вакуумного насоса и, соответственно, увеличению массы и габаритов устройства.2. the need to have a vacuum pump performance margin to provide a given vacuum when powered from an unstable energy source, which leads to an increase in the mass and dimensions of the vacuum pump and, accordingly, an increase in the mass and dimensions of the device.

В практической медицине при проведении аспирационных мероприятий непосредственно процесс аспирации (отсасывание жидкости) занимает, как правило, не более 50% времени включения питания аспиратора. Остальное время, это подготовка и другие манипуляции. Поэтому существует хороший резерв снижения электропотребления, если на время простоя (отсутствия аспирации) снизить уровень напряжения, подаваемого на электродвигатель вакуум-насоса.In practical medicine, when carrying out aspiration measures, the actual process of aspiration (liquid suction) takes, as a rule, no more than 50% of the time the aspirator is turned on. The rest of the time is preparation and other manipulations. Therefore, there is a good reserve for reducing power consumption, if during downtime (lack of aspiration) the voltage level supplied to the vacuum pump motor is reduced.

Другим резервом снижения энергопотребления и, соответственно, габаритов и веса устройства является стабилизация номинального уровня напряжения электродвигателя вакуум-насоса, при питании от нестабильного источника постоянного тока (борт-сеть автомобиля, аккумуляторная батарея) для исключения требования к вакуум-насосу по запасу его мощности при снижении уровня напряжения питания.Another reserve for reducing energy consumption and, accordingly, the dimensions and weight of the device is the stabilization of the nominal voltage level of the vacuum pump electric motor, when powered from an unstable DC source (vehicle network, battery) to eliminate the requirement for a vacuum pump to reserve its power when decrease in the supply voltage level.

Решаемой технической проблемой является снижение требований к аспиратору по энергопотреблению и уменьшение весогабаритных характеристик изделия без ухудшения медико-технических характеристик.The technical problem to be solved is to reduce the requirements for the aspirator in terms of energy consumption and reduce the weight and size characteristics of the product without compromising the medical and technical characteristics.

Техническим результатом изобретения является:The technical result of the invention is:

1. уменьшение энергопотребления электродвигателя вакуум-насоса в моменты простоя, когда в системе не создается разрежение, и, соответственно, снижение веса и габаритов устройства;1. reduction of power consumption of the electric motor of the vacuum pump during periods of inactivity, when vacuum is not created in the system, and, accordingly, a reduction in the weight and dimensions of the device;

2. обеспечение постоянства рабочих характеристик устройства как при работе от автономного источника питания, так и в условиях питания от внешнего источника постоянного тока (например, борт-сети автомобиля скорой медицинской помощи), при значительных колебаниях уровня напряжения источников, что также дополнительно позволяет снизить вес и габариты устройства;2. ensuring the constancy of the device’s performance both when operating from an autonomous power source and under conditions of power supply from an external DC source (for example, an ambulance car’s on-board network), with significant fluctuations in the voltage level of the sources, which also additionally allows to reduce weight and dimensions of the device;

3. обеспечение режимов непрерывной и автономной работы устройства.3. providing modes of continuous and autonomous operation of the device.

Технический результат достигается за счет того, что аспиратор медицинский портативный включает электродвигатель, соединенный с вакуум-насосом, задатчик разрежения и датчик разрежения, вход которого соединен с выходом вакуум-насоса, панель индикации с кнопкой включения, а также воздушный фильтр, емкость для сбора жидкости, шланг и пластиковый наконечник. Согласно изобретению, аспиратор дополнительно содержит блок управления, включающий последовательно соединенные аналогово-цифровой преобразователь, процессор и цифровой широтно-импульсный преобразователь. Устройство содержит линию подключения внешнего источника питания и блок автономного источника питания, которые последовательно соединены с блоком переключения источников питания и импульсным повышающе-понижающим преобразователем напряжения, выход последнего соединен с входом блока зарядки и балансировки автономного источника питания, последовательно соединенного с автономным источником питания, и с входом драйвера электродвигателя постоянного тока, который последовательно соединен с электродвигателем. Первый, второй и третий управляющие выходы блока управления подключены соответственно к управляющим входам блока переключения источников питания, импульсному повышающе-понижающему преобразователю напряжения и драйверу электродвигателя постоянного тока, а аналоговые входы блока управления соединены соответственно с аналоговыми выходами датчика разрежения и задатчика разрежения. Блок управления также соединен двунаправленными линиями управления с блоком зарядки и балансировки автономного источника питания и панелью индикации с кнопкой включения. К выходу вакуум-насоса последовательно подключены воздушный фильтр, емкость для сбора жидкости, шланг и пластиковый наконечник.The technical result is achieved due to the fact that the portable medical aspirator includes an electric motor connected to a vacuum pump, a vacuum setting device and a vacuum sensor, the input of which is connected to the vacuum pump output, an indication panel with a power button, as well as air filter, fluid collection container, hose and plastic tip. According to the invention, the aspirator additionally contains a control unit including a serially connected analog-to-digital converter, a processor and a digital pulse-width converter. The device contains a line for connecting an external power source and an autonomous power supply unit, which are connected in series with a switching power supply unit and a pulse step-up voltage converter, the output of the latter is connected to the input of the charging and balancing unit of an autonomous power source connected in series with an autonomous power source, and with a DC motor driver input that is connected in series with the motor. The first, second and third control outputs of the control unit are connected, respectively, to the control inputs of the power supply switching unit, the pulse buck-boost voltage converter and the DC motor driver, and the analog inputs of the control unit are connected, respectively, to the analog outputs of the vacuum sensor and vacuum setter. The control unit is also connected by bidirectional control lines to the charging and balancing unit of an autonomous power source and an indication panel with a power button. An air filter, a container for collecting liquid, a hose and a plastic tip are connected in series to the outlet of the vacuum pump.

Аналоговые входы блока управления (которые являются аналоговыми входами аналогово-цифрового преобразователя) соответственно подключенные к аналоговым выходам датчика разрежения и задатчика разрежения, а также управляющий выход блока управления, подключенный к управляющему входу драйвера электродвигателя, позволяют уменьшить энергопотребление вакуумного насоса в моменты простоя, когда в системе не создается разрежение (система открыта), за счет снижения его производительности до 50% от максимального значения в зоне слабого разрежения (зона слабого разрежения принята в диапазоне от 0 до 50 мм рт.ст.), посредством изменения величины коэффициента заполнения управляющего широтно-импульсного (ШИМ) сигнала, подаваемого на вход драйвера электродвигателя постоянного тока, что в свою очередь изменяет скорость вращения электродвигателя, соединенного с вакуумным насосом, и, как следствие, изменяет его производительность, реализуя тем самым алгоритм энергосбережения.The analog inputs of the control unit (which are the analog inputs of the analog-to-digital converter) respectively connected to the analog outputs of the vacuum sensor and the vacuum adjuster, as well as the control output of the control unit connected to the control input of the motor driver, allow to reduce the power consumption of the vacuum pump during idle periods when vacuum is not created in the system (the system is open), by reducing its performance to 50% of the maximum value in the zone of weak rarefaction (the zone of weak rarefaction is taken in the range from 0 to 50 mm Hg), by changing the value of the fill factor of the control latitude- pulse (PWM) signal applied to the input of the DC motor driver, which in turn changes the rotation speed of the electric motor connected to the vacuum pump, and, as a result, changes its performance, thereby implementing the energy saving algorithm.

Введение импульсного повышающе-понижающего преобразователя напряжения позволило обеспечить постоянство максимальной производительности вакуумного насоса (постоянство уровня напряжения, подаваемого на электродвигатель, соединенный с вакуумным насосом) не зависимо от уровня заряда (уровня напряжения) внутреннего автономного источника питания, а также в широком диапазоне значений внешнего питающего напряжения, что исключило необходимость иметь запас по производительности вакуумного насоса и, соответственно, позволило снизить вес и габариты вакуумного насоса, а, следовательно, и аспиратора в целом.The introduction of a pulsed step-down voltage converter made it possible to ensure the constancy of the maximum performance of the vacuum pump (the constancy of the voltage level supplied to the electric motor connected to the vacuum pump) regardless of the charge level (voltage level) of the internal autonomous power source, as well as in a wide range of external power supply values. voltage, which eliminated the need to have a margin for the performance of the vacuum pump and, accordingly, made it possible to reduce the weight and dimensions of the vacuum pump, and, consequently, the aspirator as a whole.

Введение в устройство аспиратора линии подключения внешнего источника питания и блока автономного источника питания, последовательно соединенных с блоком переключения источников питания, импульсным повышающе-понижающим преобразователем напряжения и блоком зарядки и балансировки автономного источника питания, позволило обеспечить режимы непрерывной и автономной работы вакуумного насоса, за счет переключения между источниками питания без остановки его работы, а также возможности заряжать внутренний автономный источник питания, для накопления заряда и его отдачи, когда отсутствует подключение к внешнему источнику питания. Переключение блоков электрической схемы, для реализации описанных режимов, осуществляется с помощью управляющих линий связи от блока управления.The introduction of a line for connecting an external power source and an autonomous power supply unit, connected in series with a switching power supply unit, a pulse step-up voltage converter and a charging and balancing unit of an independent power source, into the aspirator device, made it possible to ensure continuous and autonomous operation of the vacuum pump, due to switching between power sources without stopping its operation, as well as the ability to charge an internal autonomous power source to accumulate charge and release it when there is no connection to an external power source. Switching blocks of the electrical circuit, for the implementation of the described modes, is carried out using control lines from the control unit.

Наличие управляющей лини связи от блока управления до повышающе-понижающего преобразователя напряжения позволяет переключать на его выходе уровень напряжения в два значения, первое значение соответствует уровню напряжения необходимого для работы электродвигателя, соединенного с вакуумным насосом, а второе значение соответствует уровню напряжения, необходимого для работы блока зарядки и балансировки автономного источника питания.The presence of a control line from the control unit to the step-down voltage converter allows you to switch the voltage level at its output to two values, the first value corresponds to the voltage level required for the operation of the electric motor connected to the vacuum pump, and the second value corresponds to the voltage level required for the operation of the unit charging and balancing an autonomous power source.

Управляющие выходы блока управления позволяют включать/выключать драйвер электродвигателя постоянного тока и включать/выключать блок зарядки и балансировки автономного источника питания, для возможности их переключения (включения только одного из блоков) и реализации двух режимов работы электрической схемы: работы вакуумного насоса и процесса зарядки автономного источника питания.The control outputs of the control unit allow you to turn on / off the DC motor driver and turn on / off the charging and balancing unit of an autonomous power source, in order to be able to switch them (turn on only one of the units) and implement two modes of operation of the electrical circuit: the operation of a vacuum pump and the process of charging an autonomous power source.

Наличие у блока управления двунаправленной линии связи с блоком зарядки и балансировки автономного источника питания обусловлено необходимостью как управлять процессом зарядки, так и получать данные о текущем состоянии процесса зарядки автономного источника питания. Двунаправленная линия связи с панелью индикации и кнопкой включения предусмотрена для осуществления процесса включения/выключения прибора, а также отображения текущего состояния и режима работы прибора с помощью отдельных статусных светодиодов, и величины вакуума в магистрали с помощью шкалы, выполненной в виде линейки светодиодов.The control unit has a bidirectional communication line with the charging and balancing unit of an autonomous power source due to the need to both control the charging process and obtain data on the current state of the charging process of an autonomous power source. A bidirectional communication line with an indication panel and a power button is provided for the process of turning the device on / off, as well as displaying the current state and operating mode of the device using separate status LEDs, and the vacuum value in the line using a scale made in the form of a line of LEDs.

Аспиратор медицинский портативный иллюстрируется следующими чертежами, где на фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 – реализация блока управления 9. The medical portable aspirator is illustrated in the following drawings, where in FIG. 1 shows a block diagram of the device; in fig. 2 – implementation of control unit 9.

На чертежах позициями обозначено:In the drawings, positions indicate:

1 - линия подключения внешнего источника питания;1 - line for connecting an external power source;

2 - блок автономного источника питания;2 - block of autonomous power supply;

3 - блок переключения источников питания;3 - power supply switching unit;

4 - импульсный повышающе-понижающий преобразователь напряжения;4 - pulse step-up-down voltage converter;

5 - драйвер электродвигателя постоянного тока;5 - DC motor driver;

6 - блок зарядки и балансировки автономного источника питания;6 - block for charging and balancing an autonomous power source;

7 - электродвигатель постоянного тока;7 - DC motor;

8 - вакуумный насос;8 - vacuum pump;

9 - блок управления;9 - control unit;

10 - датчик разрежения;10 - vacuum sensor;

11 - задатчик разрежения;11 - vacuum gauge;

12 - панель индикации с кнопкой включения;12 - display panel with power button;

13 - воздушный фильтр;13 - air filter;

14 - емкость-сборник;14 - container-collector;

15 - шланг;15 - hose;

16 - пластиковый наконечник;16 - plastic tip;

17 - аналогово-цифровой преобразователь (АЦП);17 - analog-to-digital converter (ADC);

18 - процессор;18 - processor;

19 - цифровой широтно-импульсный преобразователь;19 - digital pulse-width converter;

20 - первый управляющий выход блока управления с управляющим входом блока переключения источников питания;20 - the first control output of the control unit with the control input of the power supply switching unit;

21 - второй управляющий выход блока управления с управляющим входом импульсного повышающе-понижающего преобразователя напряжения;21 - the second control output of the control unit with the control input of the pulse step-up-down voltage converter;

22 - третий управляющий выход блока управления с входом драйвера электродвигателя постоянного тока;22 - the third control output of the control unit with the input of the DC motor driver;

23 - аналоговый вход блока АЦП от аналогового выхода датчика разрежения;23 - analog input of the ADC block from the analog output of the vacuum sensor;

24 - аналоговый вход АЦП с аналоговым выходом задатчика разрежения;24 - analog input of the ADC with an analog output of the vacuum setting device;

25 - двунаправленная линия связи блока управления с блоком зарядки и балансировки автономного источника питания;25 - bidirectional communication line of the control unit with the unit for charging and balancing an autonomous power source;

26 - двунаправленная линия связи блока управления с панелью индикации и кнопкой включения.26 - bidirectional communication line of the control unit with the display panel and the power button.

Аспиратор медицинский портативный работает следующим образом.Aspirator medical portable works as follows.

При нажатии на кнопку включения на панели 12 индикации, процессор 18 блока 9 управления подает с первого управляющего выхода 20 управляющий сигнал на управляющий вход блока 3 переключения источников питания (который может быть выполнен в виде набора транзисторов или электромагнитного реле), и подключает к входу импульсного повышающе-понижающего преобразователя 4 напряжения (который может быть выполнен по топологии SEPIC - Single Ended Primary Inductance Converter) линию 1 внешнего источника питания или блок 2 автономного источника питания (при наличии подключенного внешнего источника питания приоритет отдается ему, для сохранения накопленной энергии в автономном источнике питания). Далее процессор 18 блока 9 управления подает со второго выхода 21 управляющий сигнал на управляющий вход импульсного повышающе-понижающего преобразователя 4 напряжения, тем самым переключая величину сопротивления резистивного делителя обратной связи в значение, обеспечивающее на его выходе уровень напряжения соответствующий рабочему для электродвигателя 7 постоянного тока, соединенного с вакуумным насосом 8. Аналоговые сигналы в виде уровней напряжения с выхода датчика разрежения 10 (который может быть выполнен в виде датчика XGZP101), и с выхода задатчика 11 разрежения, (который может быть выполнен в виде переменного резистора), подаются соответственно на 23 и 24 аналоговые входы аналогово-цифрового преобразователя 17 блока 9 управления, которые оцифровываются и в виде численных значений подаются на вход процессора 18, полученные значения обрабатываются и вычисляется численное значение управляющего ШИМ сигнала, которое поступает на вход цифрового широтно-импульсного преобразователя 19, на выходе которого формируется соответствующий ШИМ сигнал, который по третьему управляющему выходу 22 блока 9 управления подается на управляющий вход драйвера 5 электродвигателя постоянного тока. Драйвер 5 электродвигателя постоянного тока производит пуск и управляет скоростью вращения электродвигателя 7 постоянного тока, таким образом, регулируется производительность вакуумного насоса 8. Драйвер 5 электродвигателя постоянного тока может быть выполнен в виде силового транзистора и микросхемы драйвера затвора транзистора. Блок 9 управления, содержащий последовательно соединенные аналогово-цифровой преобразователь 17, процессор 18 и цифровой широтно-импульсный преобразователь 19, является программируемым устройством и может быть выполнен на основе микросхемы ATmega 8.When you press the power button on the display panel 12, the processor 18 of the control unit 9 supplies a control signal from the first control output 20 to the control input of the power supply switching unit 3 (which can be made in the form of a set of transistors or an electromagnetic relay), and connects to the input of a pulse step-down voltage converter 4 (which can be made according to the topology SEPIC - Single Ended Primary Inductance Converter) line 1 of an external power source or block 2 of an autonomous power source (if an external power source is connected, priority is given to it, to save the accumulated energy in an autonomous source nutrition). Next, the processor 18 of the control unit 9 supplies a control signal from the second output 21 to the control input of the pulse boost-buck converter 4 voltage, thereby switching the resistance value of the resistive feedback divider to a value that provides at its output a voltage level corresponding to the operating voltage for the DC motor 7, connected to the vacuum pump 8. Analog signals in the form of voltage levels from the output of the vacuum sensor 10 (which can be made in the form of an XGZP101 sensor), and from the output of the vacuum generator 11 (which can be made in the form of a variable resistor), are fed respectively to 23 and 24 analog inputs of the analog-to-digital converter 17 of the control unit 9, which are digitized and in the form of numerical values are fed to the input of the processor 18, the obtained values are processed and the numerical value of the control PWM signal is calculated, which is fed to the input of the digital pulse-width converter 19 , at the output of which a corresponding PWM signal is generated, which, through the third control output 22 of the control unit 9, is fed to the control input of the driver 5 of the DC motor. The DC motor driver 5 starts and controls the rotation speed of the DC motor 7, thus adjusting the performance of the vacuum pump 8. The DC motor driver 5 can be implemented as a power transistor and a transistor gate driver chip. The control unit 9, containing serially connected analog-to-digital converter 17, processor 18 and digital pulse-width converter 19, is a programmable device and can be made on the basis of an ATmega 8 chip.

Работа блока 9 управления осуществляется по специально разработанной программе, для управления аспиратором медицинским портативным.The operation of the control unit 9 is carried out according to a specially developed program for controlling a medical portable aspirator.

Алгоритм регулирования скорости вращения электродвигателя 7 постоянного тока реализует режим энергосбережения, за счет снижения производительности вакуумного насоса 8 в моменты простоя, когда в системе не создается разрежение (система открыта), а также при достижении порога, установленного задатчиком 11 разрежения и в моменты, когда срабатывает поплавок, перекрывающий выход емкости-сборника 14 при ее наполнении.The algorithm for controlling the speed of rotation of the DC electric motor 7 implements an energy saving mode, by reducing the performance of the vacuum pump 8 at times of inactivity, when a vacuum is not created in the system (the system is open), as well as when the threshold set by the vacuum generator 11 is reached and at the moments when a float blocking the outlet of the collection tank 14 when it is filled.

Алгоритм реализует следующую логику.The algorithm implements the following logic.

Диапазон разрежения, задаваемый задатчиком 11 разрежения, разбивается на две части: зону слабого разрежения и рабочую зону разрежения в диапазоне от верхней границы зоны слабого разрежения до порога выставленного задатчиком 11 разрежения. Зона слабого разрежения принята в диапазоне от 0 до 50 мм рт.ст. Диапазон зоны слабого разрежения может иметь другие границы главное, чтобы выполнялось условие: верхняя граница диапазона слабого разрежения должна быть меньше минимального значения, выставляемого задатчиком 11 разрежения (т.е. диапазоны не должны пересекаться).The vacuum range set by the rarefaction generator 11 is divided into two parts: a low vacuum zone and a rarefaction working zone in the range from the upper boundary of the low vacuum zone to the vacuum threshold set by the vacuum generator 11. The zone of weak rarefaction is taken in the range from 0 to 50 mm Hg. The range of the low vacuum zone may have other boundaries, the main thing is that the condition is met: the upper limit of the low vacuum range must be less than the minimum value set by the vacuum generator 11 (i.e., the ranges must not intersect).

Далее считывается аналоговый сигнал с выхода датчика 10 разрежения. Если текущее значение разрежения находится в нижней точке зоны слабого разрежения (0 мм рт.ст.), процессор 18 формирует численное значение управляющего ШИМ сигнала соответствующего производительности вакуумного насоса 8 на уровне 50%, по мере роста величины разрежения вплоть до верхней границы зоны слабого разрежения (50 мм рт.ст.), процессор 18 пропорционально повышает производительность вакуумного насоса 8 до уровня 100%. При переходе в рабочую зону разрежения осуществляется регулирование производительности вакуумного насоса 8 в диапазоне от 0 до 100% для поддержания заданного задатчиком 11 порога разрежения.Next, an analog signal is read from the output of the vacuum sensor 10 . If the current vacuum value is at the lower point of the low vacuum zone (0 mm Hg), the processor 18 generates a numerical value of the PWM control signal corresponding to the performance of the vacuum pump 8 at the level of 50%, as the vacuum value increases up to the upper limit of the low vacuum zone (50 mm Hg), the processor 18 proportionally increases the performance of the vacuum pump 8 to the level of 100%. When moving into the working area of the rarefaction, the performance of the vacuum pump 8 is regulated in the range from 0 to 100% to maintain the vacuum threshold set by the setter 11.

Величина ШИМ сигнала нижней границы зоны слабого разрежения принятая за 50% (соответствующая производительности вакуумного насоса 8 на уровне 50%) может иметь другое значение, как большее, так и меньшее и подбирается индивидуально для конкретного типа вакуумного насоса, данное значение должно обеспечивать достаточную стартовую производительность для создания разрежения в границах зоны слабого разрежения. Максимальное значение разрежения, создаваемое в магистрали, регулируется с помощью задатчика 11 разрежения. Пример работы алгоритма энергосбережения иллюстрируется на фиг. 3.The value of the PWM signal of the lower limit of the low vacuum zone, taken as 50% (corresponding to the performance of the vacuum pump 8 at the level of 50%), can have a different value, both larger and smaller, and is selected individually for a particular type of vacuum pump, this value must provide sufficient starting performance to create a rarefaction within the boundaries of a zone of weak rarefaction. The maximum value of the vacuum created in the line is controlled by the vacuum gauge 11. An example of the operation of the power saving algorithm is illustrated in Fig. 3.

Если во время работы прибора от линии 1 внешнего источника питания уровень напряжения выходит за пределы рабочего диапазона или внешний источник питания отключается от прибора, блок 9 управления автоматически подключает на вход импульсного повышающе-понижающего преобразователя 4 напряжения блок 2 автономного источника питания, продолжая работу прибора.If during the operation of the device from line 1 of the external power source the voltage level goes beyond the operating range or the external power source is disconnected from the device, the control unit 9 automatically connects the unit 2 of the autonomous power supply to the input of the pulse step-up-down converter 4 of the voltage, continuing the operation of the device.

При повторном нажатии на кнопку включения на панели 12 индикации, блок 9 управления производит остановку электродвигателя 7 постоянного тока, при этом, если к линии 1 подключен внешний источник питания, блок 9 управления переключает управляющие выходы для осуществления процесса зарядки блока 2 автономного источника питания. Для этого блок 9 управления подает с первого выхода 20 управляющий сигнал на управляющий вход блока 3 переключения источников питания и подключает к входу импульсного повышающе-понижающего преобразователя 4 напряжения линию 1 подключения внешнего источника питания. Далее для получения уровня напряжения, необходимого для зарядки и балансировки блока 2 автономного источника питания, блок 9 управления подает со второго выхода 21 управляющий сигнал на управляющий вход импульсного повышающе-понижающего преобразователя 4 напряжения, переключая величину сопротивления резистивного делителя обратной связи и, подав с выхода 25 управляющий сигнал, включает блок 6 зарядки и балансировки автономного источника питания. Также блок 9 управления запускает процесс зарядки и балансировки блока 2 автономного источника питания автоматически при подключении источника напряжения к линии 1 внешнего источника питания без нажатия на кнопку включения на панели 12 индикации при условии, что в данный момент электродвигатель 7 постоянного тока выключен.When the power button on the display panel 12 is pressed again, the control unit 9 stops the DC motor 7, and if an external power source is connected to line 1, the control unit 9 switches control outputs to carry out the process of charging the unit 2 of an autonomous power source. To do this, the control unit 9 supplies a control signal from the first output 20 to the control input of the power source switching unit 3 and connects line 1 for connecting an external power source to the input of the pulse up-down converter 4. Further, in order to obtain the voltage level necessary for charging and balancing the unit 2 of an autonomous power source, the control unit 9 supplies a control signal from the second output 21 to the control input of the pulse step-up-down converter 4 voltage, switching the resistance value of the resistive feedback divider and, applying from the output 25 control signal, includes block 6 for charging and balancing an autonomous power source. Also, the control unit 9 starts the process of charging and balancing the autonomous power supply unit 2 automatically when a voltage source is connected to line 1 of an external power source without pressing the power button on the display panel 12, provided that the DC motor 7 is turned off at the moment.

Текущее состояние и режим работы прибора отображается на панели 12 индикации с помощью отдельных статусных светодиодов (на фиг. не показано), а величина разрежения в магистрали с помощью шкалы, выполненной в виде линейки светодиодов (на фиг. не показано).The current state and mode of operation of the device is displayed on the display panel 12 using separate status LEDs (not shown in the figure), and the vacuum in the line using a scale made in the form of a line of LEDs (not shown in the figure).

Заявленный аспиратор медицинский портативный обеспечивает уменьшение энергопотребления, постоянство рабочих характеристик при питании от нестабильных источников постоянного тока (борт-сеть автомобиля, аккумуляторная батарея), непрерывный и автономный режимы работы, имеет существенно уменьшенные вес и габариты, что в совокупности повышает удобство и эффективность процедуры аспирации при проведении хирургических манипуляций, реанимационных мероприятий и искусственной вентиляции легких, а также расширяет сферу применения аспиратора для оказания экстренной помощи при транспортной эвакуации, внутри и межбольничных перемещениях, непосредственно на месте происшествия (в полевых условиях, на улице, на дому).The claimed medical portable aspirator provides a reduction in power consumption, constancy of performance when powered by unstable DC sources (vehicle network, battery), continuous and autonomous modes of operation, has significantly reduced weight and dimensions, which together increases the convenience and efficiency of the aspiration procedure during surgical procedures, resuscitation and artificial ventilation of the lungs, and also expands the scope of the aspirator to provide emergency assistance during transport evacuation, inside and between hospitals, directly at the scene (in the field, on the street, at home).

В настоящее время изготовлены опытные образцы и готовится серийное производство прибора.Currently, prototypes have been made and mass production of the device is being prepared.

Claims

Medical portable aspirator, including an electric motor connected to a vacuum pump, a vacuum setting device and a vacuum sensor, the input of which is connected to the vacuum pump output, an indication panel with a power button, as well as an air filter, a container for collecting liquid, a hose and a plastic tip, which is different the fact that it additionally contains a control unit that includes a serially connected analog-to-digital converter, a processor and a digital pulse-width converter, in addition, the device also contains an external power supply connection line and an independent power supply unit, which are connected in series to the power supply switching unit and a pulse step-up-down voltage converter, the output of the latter is connected to the input of the charging and balancing unit of an autonomous power source, connected in series with an autonomous power source, and to the input of a DC motor driver, which is in series with connected to the electric motor, while the first, second and third control outputs of the control unit are connected, respectively, to the control inputs of the power supply switching unit, the pulse step-down voltage converter and the DC motor driver, and the analog inputs of the control unit are connected, respectively, to the analog outputs of the vacuum sensor and vacuum generator, the control unit is also connected by bidirectional control lines to the charging and balancing unit of an autonomous power source and an indication panel with a power button, in addition, an air filter, a container for collecting liquid, a hose and a plastic tip are connected in series to the output of the vacuum pump.