一種提高對呼吸機吸氣閥控制精度的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種提高對呼吸機吸氣閥控制精度的裝置和方法，所述裝置包括：吸氣閥運動速度感應裝置，將吸氣閥的運動速度轉(zhuǎn)換成電的探測信號；信號放大模塊，與吸氣閥運動速度感應裝置相連接，提取并放大探測信號；基準電壓提供模塊，提供基準電壓；直流偏置電路模塊，與信號放大模塊和基準電壓提供模塊相連，將放大后的探測信號和基準電壓相加；控制器，與直流偏置電路模塊相連，控制吸氣閥驅(qū)動器調(diào)節(jié)吸氣閥運動。本發(fā)明提供的技術(shù)方案，通過將感應線圈與吸氣閥進行機械連接，使感應線圈在磁場中跟隨吸氣閥運動，產(chǎn)生反電動勢信號，將這個信號放大并和一個基準電壓相加，所得的反饋信號反饋給控制器，以實現(xiàn)對吸氣閥的位置進行精確控制。
【專利說明】一種提高對呼吸機吸氣閥控制精度的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及呼吸機【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種提高對呼吸機吸氣閥控制精度的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]呼吸機是一種能代替、控制或改變?nèi)说恼Ｉ砗粑黾臃瓮饬?，改善呼吸功能，減輕呼吸功消耗，節(jié)約心臟儲備能力的裝置，已經(jīng)越來越廣泛的應用在急救、麻醉和呼吸治療等領(lǐng)域中。吸氣模塊是呼吸機中重要的氣路單元，通過控制吸氣模塊中吸氣閥的運動來控制吸氣氣流。通過將操作者設(shè)定的呼吸參數(shù)參考值與外部傳感器所測得的氣體流量實測值進行比較，將比較的結(jié)果通過控制器，產(chǎn)生控制信號，控制吸氣閥驅(qū)動器驅(qū)動吸氣閥運動，輸出所需的潮氣量供患者呼吸。
[0003]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中呼吸機吸收閥運動控制裝置系統(tǒng)功能模塊框圖，如圖1所示，現(xiàn)有的技術(shù)的呼吸機一般采用方法為:吸氣流量傳感器，吸氣壓力傳感器，吸氣溫度傳感器(補償計算用)等外部傳感器將吸氣流量的實際值輸送給控制器，控制器產(chǎn)生誤差信號輸送給吸氣閥驅(qū)動器，驅(qū)動吸氣閥，實現(xiàn)吸氣控制?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點是:(1)吸氣閥開關(guān)會出現(xiàn)一定量的超調(diào)，使得氣路流量變化波動性大，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定控制；(2)只通過吸氣閥中的電流和流量傳感器并不能夠?qū)\動中的吸氣閥進行動態(tài)調(diào)整，控制的實時性較差。
[0004]目前，精確控制吸氣閥的位置還屬于正待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種提高對呼吸機吸氣閥控制精度的裝置和方法，以實現(xiàn)對吸氣閥位置的精確控制，防止吸氣閥抖動。所述技術(shù)方案如下:
[0006]一種提高對呼吸機吸氣閥控制精度的裝置，其特征在于，包括:
[0007]吸氣閥運動速度感應裝置,利用跟隨吸氣閥運動的感應線圈和磁場,將吸氣閥的運動速度轉(zhuǎn)換成探測信號；
[0008]信號放大模塊，與所述吸氣閥運動速度感應裝置相連接，用于提取并放大所述探測信號；
[0009]基準電壓提供模塊，用于提供基準電壓；
[0010]直流偏置電路模塊，與所述信號放大模塊和所述基準電壓提供模塊相連接，用于將所述放大后的探測信號和所述基準電壓相加，得到反饋信號；
[0011]控制器，與所述直流偏置電路模塊相連接，接收到所述反饋信號，根據(jù)所述反饋信號，產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)信號，控制吸氣閥驅(qū)動器調(diào)節(jié)吸氣閥運動。
[0012]進一步的，所述吸氣閥運動速度感應裝置包括:
[0013]環(huán)形磁鐵，感應線圈和軟鐵套；
[0014]所述感應線圈同軸的套在所述環(huán)形磁鐵外且不相連，所述軟鐵套同軸的套在所述感應線圈外且不 相連，所述環(huán)形磁鐵和軟鐵套相對固定，所述感應線圈同軸的與吸氣閥進行機械連接，跟隨所述吸氣閥做相同的運動；
[0015]當所述吸氣閥運動時，所述感應線圈跟隨所述吸氣閥在所述環(huán)形磁鐵和軟鐵套形成的磁場中運動，產(chǎn)生感應電動勢，作為探測所述吸氣閥運動的探測信號。
[0016]進一步的，所述信號放大模塊采用儀表放大器電路，兩個輸入端分別連接感應線圈的兩個輸出端。
[0017]進一步的，所述基準電壓提供模塊包括三端穩(wěn)壓管，輸入端連接供電電源，輸出端輸出穩(wěn)定的基準電壓。
[0018]進一步的，所述基準電壓為1.25V。
[0019]進一步的，所述直流偏置電路模塊包括同相求和電路。
[0020]進一步的，所述控制器包括DSP微處理器和D/A轉(zhuǎn)換器。
[0021]一種提高對呼吸機吸氣閥控制精度的方法，包括:
[0022]利用跟隨吸氣閥運動的感應線圈和磁場，將吸氣閥的運動速度轉(zhuǎn)換成探測信號；
[0023]提取所述探測信號并放大，將所述放大后的探測信號與基準電壓相加，得到反饋信號;
[0024]將所述反饋信號傳遞給控制器，所述控制器根據(jù)所述反饋信號對吸氣閥的運動進行控制。
[0025]進一步的，通過將感應線圈與所述吸氣閥進行機械連接，使得所述感應線圈在磁場中跟隨所述吸氣閥運動，在所述感應線圈中產(chǎn)生感應電動勢，從而將所述吸氣閥的運動速度轉(zhuǎn)換成探測信號。
[0026]進一步的，采用儀表放大器電路對所述探測信號進行放大。
[0027]本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案，通過將感應線圈與吸氣閥進行機械連接，使得感應線圈在磁場中跟隨吸氣閥運動，產(chǎn)生反電動勢信號，將這個信號通過儀表放大器電路，并和一個基準電壓相加，所得的反饋信號反饋給控制器，以實現(xiàn)對吸氣閥的位置進行精確控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中呼吸機吸氣閥運動控制裝置系統(tǒng)功能模塊框圖；
[0029]圖2是本發(fā)明實施例提供的提高對呼吸機吸氣閥控制精度的裝置系統(tǒng)功能模塊框圖；
[0030]圖3是本發(fā)明實施例提供的吸氣閥運動速度感應裝置截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4本發(fā)明實施例提供的呼吸機吸氣閥運動控制裝置系統(tǒng)功能模塊框圖；
[0032]圖5是本發(fā)明實施例優(yōu)選的提供的提高對呼吸機吸氣閥控制精度的裝置中信號放大模塊、基準電壓提供模塊和直流偏置電路模塊的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例，僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。
[0034]實施例
[0035]本 發(fā)明實施例的基本工作原理為:[0036]由于現(xiàn)有技術(shù)的外部傳感器只反映了吸氣閥粗略的位置情況，對于吸氣閥快速細微的運動無法檢測出來，而有時吸氣閥會出現(xiàn)抖動，吸氣閥的抖動是外部傳感器所不能探測到的，因此可以通過檢測吸氣閥運動的速度來獲得吸氣閥快速細微的運動情況。
[0037]本發(fā)明將感應線圈與吸收閥進行機械連接，在吸收閥快速運動的過程中，使通過感應線圈中磁感應強度發(fā)生變化而產(chǎn)生感應電動勢，這個感應電動勢能夠表征吸收閥的運動情況，將感應電動勢經(jīng)過處理得到反饋信號，根據(jù)反饋信號得到控制調(diào)節(jié)信號，控制吸氣閥驅(qū)動器調(diào)節(jié)吸氣閥的精細運動，消除吸氣閥運動當中的抖動。
[0038]另外，由于外部傳感器的信號也可以反映吸氣閥打開的角度等，而感應線圈僅能探測吸氣閥的速度，因此在加入感應線圈之后，外部傳感器也是必不可少的。
[0039]具體的:
[0040]圖2是本發(fā)明實施例提供的提高對呼吸機吸氣閥控制精度的裝置系統(tǒng)功能模塊框圖，如圖2所示:[0041]一種提高對呼吸機吸氣閥控制精度的裝置，包括:
[0042]吸氣閥運動速度感應裝置201，利用跟隨吸氣閥運動的感應線圈和磁場，將吸氣閥的運動速度轉(zhuǎn)換成電的探測信號；信號放大模塊202，與吸氣閥運動速度感應裝置相連接，用于提取并放大探測信號；基準電壓提供模塊203，用于提供基準電壓；直流偏置電路模塊204，與信號放大模塊和基準電壓提供模塊相連接，用于將放大后的探測信號和基準電壓相加，得到反饋信號；控制器205，與直流偏置電路模塊204相連接，用于根據(jù)反饋信號，產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)信號，控制吸氣閥驅(qū)動器調(diào)節(jié)吸氣閥的精細運動。
[0043]其中，本發(fā)明的實施例中，信號放大模塊202優(yōu)選的選用儀表放大器電路,兩個輸入端分別連接感應線圈的兩個輸出端，感應線圈兩端的電勢差即為探測信號，儀表放大器電路通過求差提取探測信號，并將探測信號放大。
[0044]其中，基準電壓提供模塊203包括三端穩(wěn)壓管，輸入端連接供電電源，輸出端輸出穩(wěn)定的基準電壓。本發(fā)明的實施例優(yōu)選的選取基準電壓為1.25V的。
[0045]直流偏置電路模塊204包括同相求和電路。
[0046]控制器205采用了 DSP微處理器，控制器205除了處理本發(fā)明中感應線圈所產(chǎn)生的反饋信號外，還處理其他外部傳感器采集到的反映吸氣閥粗略的位置情況的信號。控制器205輸出的控制信號為:Vout=V+kAV，其中，Vout為D/A轉(zhuǎn)換器實際輸出的控制吸氣閥的電壓，V為吸氣流量傳感器，吸氣壓力傳感器，吸氣溫度傳感器等外部傳感器的反饋信號經(jīng)控制器的處理所得的控制信號，AV為感應線圈采集到的探測信號，經(jīng)控制器205處理所得的控制調(diào)節(jié)電壓，k為調(diào)節(jié)系數(shù)，由試驗獲得。其中，控制器205對外部傳感器和感應線圈采集到的信號的處理是，將采集到的信號與預設(shè)定的參考信號相比較，得到控制信號。如果吸氣閥不抖動，則令k=0，就不計算感應電動勢的作用；如果吸氣閥抖動，那么就使用上式進行調(diào)節(jié)。
[0047]圖3是本發(fā)明實施例提供的吸氣閥運動速度感應裝置截面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示:
[0048]其中，吸氣閥運動速度感應裝置201包括:
[0049]環(huán)形磁鐵301，感應線圈302和軟鐵套303 ；
[0050]感應線圈302同軸的套在環(huán)形磁鐵301外且不相連，軟鐵套303同軸的套在感應線圈302外且不相連，環(huán)形磁鐵301和軟鐵套303相對固定，感應線圈302同軸的與吸氣閥進行機械連接，跟隨吸氣閥做相同的運動，如圖3所示，軸心305為環(huán)形磁鐵301，感應線圈302和軟鐵套303共同的軸心，感應線圈302隨吸氣閥沿軸心的方向運動。
[0051]當吸氣閥運動時，感應線圈302跟隨吸氣閥在環(huán)形磁鐵301和軟鐵套303形成的磁場中運動，產(chǎn)生感應電動勢，作為探測所述吸氣閥運動的探測信號。
[0052]由圖3可以看出，環(huán)形磁鐵301和軟鐵套303會在它們之間的縫隙處產(chǎn)生一個徑向方向且由軸心指向外的磁場304，當感應線圈沿軸向運動時，做切割磁感線的運動，因此會在感應線圈中產(chǎn)生感應電動勢，感應電動勢的大小與感應線圈運動的速度有關(guān)系。
[0053]設(shè)線圈端電壓U，電流為i，線圈電感La，電阻Ra，運動速度為V，在磁場中的有效長度為L，磁場的氣隙磁密為Bs，則吸氣閥運動時在感應線圈中產(chǎn)生的反電動勢為:
【權(quán)利要求】
1.一種提高對呼吸機吸氣閥控制精度的裝置，其特征在于，包括: 吸氣閥運動速度感應裝置，利用跟隨吸氣閥運動的感應線圈和磁場，將吸氣閥的運動速度轉(zhuǎn)換成探測信號； 信號放大模塊，與所述吸氣閥運動速度感應裝置相連接，用于提取并放大所述探測信號; 基準電壓提供模塊，用于提供基準電壓； 直流偏置電路模塊，與所述信號放大模塊和所述基準電壓提供模塊相連接，用于將所述放大后的探測信號和所述基準電壓相加，得到反饋信號； 控制器，與所述直流偏置電路模塊相連接，接收到所述反饋信號，根據(jù)所述反饋信號，產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)信號，控制吸氣閥驅(qū)動器調(diào)節(jié)吸氣閥運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述吸氣閥運動速度感應裝置包括: 環(huán)形磁鐵，感應線圈和軟鐵套； 所述感應線圈同軸的套在所述環(huán)形磁鐵外且不相連，所述軟鐵套同軸的套在所述感應線圈外且不相連，所述環(huán)形磁鐵和軟鐵套相對固定，所述感應線圈同軸的與吸氣閥進行機械連接，跟隨所述吸氣閥做相同的運動； 當所述吸氣閥運動時，所述感應線圈跟隨所述吸氣閥在所述環(huán)形磁鐵和軟鐵套形成的磁場中運動，產(chǎn)生感應電動勢，作為探測所述吸氣閥運動的探測信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述信號放大模塊采用儀表放大器電路，兩個輸入端分別連接感應線圈的兩個輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述基準電壓提供模塊包括三端穩(wěn)壓管，輸入端連接供電電源，輸出端輸出穩(wěn)定的基準電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述基準電壓為1.25V。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述直流偏置電路模塊包括同相求和電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述控制器包括DSP微處理器和D/A轉(zhuǎn)換器。
8.一種提高對呼吸機吸氣閥控制精度的方法，其特征在于，包括: 利用跟隨吸氣閥運動的感應線圈和磁場，將吸氣閥的運動速度轉(zhuǎn)換成探測信號； 提取所述探測信號并放大，將所述放大后的探測信號與基準電壓相加，得到反饋信號; 將所述反饋信號傳遞給控制器，所述控制器根據(jù)所述反饋信號對吸氣閥的運動進行控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的 方法，其特征在于，通過將感應線圈與所述吸氣閥進行機械連接，使得所述感應線圈在磁場中跟隨所述吸氣閥運動，在所述感應線圈中產(chǎn)生感應電動勢，從而將所述吸氣閥的運動速度轉(zhuǎn)換成探測信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，采用儀表放大器電路對所述探測信號進行放大。
【文檔編號】A61M16/00GK103893869SQ201210587639
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月29日
【發(fā)明者】劉琳, 申佑方 申請人:北京誼安醫(yī)療系統(tǒng)股份有限公司