專利名稱：一種高可靠性的氣體濃度測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)用呼吸氣體濃度測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到可靠性高的采用紅外光譜法的氣體濃度測量方法和裝置。
背景技術(shù)：
醫(yī)用領(lǐng)域的呼吸氣體濃度檢測可以用多種不同的測量原理進(jìn)行分析。通常的檢測方式是使用非分光紅外法來隔離氣體樣本的吸收特性。檢測的呼吸氣體包括了ニ氧化碳、 笑氣N20、麻醉氣體等。其測量原理是特定的氣體會(huì)吸收特定波長的紅外能量；而且氣體的濃度越大，對紅外光的吸收越多。如ニ氧化碳和笑氣的吸收峰值于4 5微米紅外波段，而麻醉氣體(氟烷、安氟醚、異氟醚、七氟醚、地氟醚)的吸收峰位于8 13微米紅外波段。則利用非分光紅外法制作的氣體濃度測量裝置可以通過窄帶濾光片來區(qū)分氣體種類，通過衰減后的光強(qiáng)來計(jì)算氣體濃度。如GE的Datex TPX氣體分析儀，LumaSense公司的Andros 4800麻醉氣體分析儀，Drager的ILCA2紅外麻醉氣體分析儀等。業(yè)內(nèi)采用紅外法測量氣體濃度的裝置，一般都采用直流或脈沖的方法驅(qū)動(dòng)紅外光源。但無論使用哪種驅(qū)動(dòng)方法，在測量過程中，其紅外光源在發(fā)光時(shí)的驅(qū)動(dòng)功率都是基本保持不變的。對于使用紅外光測量氣體濃度的方法或裝置而言，紅外光源的工作壽命一直都是制約其可靠性提高的重要障礙。此外，紅外光源的老化或探測器的老化導(dǎo)致檢測到的紅外光信號(hào)衰減嚴(yán)重，測量系統(tǒng)信噪比降低，也是氣體濃度測量裝置的過早出現(xiàn)故障的原因。目前，業(yè)內(nèi)產(chǎn)品都傾向于提高成本，選用更昂貴但可靠性更高的光源來解決此問題，卻缺乏ー種優(yōu)化的應(yīng)用紅外光源的方法，來提高系統(tǒng)的可靠性，延長紅外光源的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述缺陷，本發(fā)明的目的即在于提供一種可靠性高、可優(yōu)化使用紅外光源的紅外氣體濃度測量方法。本發(fā)明的目的還在于提供ー種高可靠性的應(yīng)用上述測量方法的測量裝置。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明ー種高可靠性的氣體濃度測量方法，其主要包括
步驟I、預(yù)設(shè)場景參數(shù)范圍閾值及對應(yīng)場景的紅外光源驅(qū)動(dòng)功率值；然后系統(tǒng)校零，即在測量裝置中未導(dǎo)入被測氣體吋，采集紅外光源發(fā)出的未被氣體吸收的紅外光信號(hào)，測量并保存該信號(hào)強(qiáng)度作為計(jì)算零點(diǎn)并保存；
步驟II、預(yù)設(shè)測量時(shí)間，經(jīng)過步驟I后，對所述預(yù)設(shè)裝置測量時(shí)間內(nèi)的紅外光信號(hào)進(jìn)行采集、分析和計(jì)算，完成在預(yù)設(shè)裝置測量時(shí)間的氣體濃度測量；
步驟III、在經(jīng)過步驟II后，采集對應(yīng)實(shí)時(shí)場景參數(shù)值后，將其獲得的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值與預(yù)設(shè)場景參數(shù)范圍閾值進(jìn)行比較；步驟IV、若步驟III中采集獲得的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值不在所述預(yù)設(shè)場景參數(shù)范圍閾值內(nèi)， 則返回步驟II;
若步驟III中采集獲得的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值在所述預(yù)設(shè)場景參數(shù)閾值范圍內(nèi)，則采用對應(yīng)預(yù)設(shè)的調(diào)整紅外光源工作功率值驅(qū)動(dòng)紅外光源工作，提取計(jì)算零點(diǎn)后，對所述預(yù)設(shè)測量時(shí)間內(nèi)的紅外光信號(hào)進(jìn)行采集、分析和計(jì)算，完成在預(yù)設(shè)測量時(shí)間的氣體濃度測量后返回步驟 III。作為進(jìn)一歩的改進(jìn)，所述的步驟I中，所述預(yù)設(shè)場景參數(shù)范圍閾值包括無呼吸測量場景參數(shù)范圍閾值、有效呼吸場景參數(shù)范圍閾值組；
所述預(yù)設(shè)對應(yīng)場景的調(diào)整紅外光源工作驅(qū)動(dòng)功率值對應(yīng)包括無呼吸場景紅外光源エ 作驅(qū)動(dòng)功率值、有效呼吸場景紅外光源工作驅(qū)動(dòng)功率值組。進(jìn)ー步的，所述的有效呼吸場景參數(shù)范圍閾值組包括低溫測量場景參數(shù)范圍閾值、低濃度測量場景參數(shù)范圍閾值、老化期測量參數(shù)范圍閾值；
所述有效呼吸場景紅外光源工作驅(qū)動(dòng)功率值組對應(yīng)包括低溫測量場景紅外光源工作驅(qū)動(dòng)功率值、低濃度測量場景紅外光源工作驅(qū)動(dòng)功率值、老化期測量場景紅外光源工作驅(qū)動(dòng)功率值。又進(jìn)ー步的，所述的步驟I中，所述的系統(tǒng)校零過程為在測量裝置中未導(dǎo)入被測氣體時(shí)，分別對應(yīng)采集采用標(biāo)準(zhǔn)工作功率和對應(yīng)場景的調(diào)整紅外光源工作驅(qū)動(dòng)功率值下紅外光源發(fā)出的未被氣體吸收的紅外光信號(hào)，測量并對應(yīng)保存所述信號(hào)強(qiáng)度作為對應(yīng)場景的計(jì)算零點(diǎn)值；
在步驟IV中提取機(jī)算零點(diǎn)值時(shí)，提取對應(yīng)場景的計(jì)算零點(diǎn)值。再進(jìn)ー步的，所述的步驟III中，采集對應(yīng)實(shí)時(shí)場景參數(shù)值后，將其獲得的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值按照與預(yù)設(shè)場景參數(shù)范圍閾值，按照無呼吸場景、有效呼吸場景參數(shù)范圍閾值進(jìn)行順序比較。作為另ー種改進(jìn)，所述氣體濃度測量方法還包括若連續(xù)兩次經(jīng)步驟III中采集獲得的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值均在所述無呼吸場景參數(shù)閾值范圍內(nèi)，則停止工作的步驟；
即若步驟III中采集獲得的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值在所述無呼吸場景參數(shù)閾值范圍內(nèi)，則紅外光源采用無呼吸場景紅外光源工作驅(qū)動(dòng)功率值工作，提取對應(yīng)計(jì)算零點(diǎn)后，對所述預(yù)設(shè)測量時(shí)間內(nèi)的紅外光信號(hào)進(jìn)行采集、分析和計(jì)算，完成在預(yù)設(shè)測量時(shí)間的氣體濃度測量后返回步驟III，若其再次采集獲得的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值仍在所述無呼吸場景參數(shù)閾值范圍內(nèi)， 則停止工作。本發(fā)明還提供一種采用上述氣體濃度測量方法的測量設(shè)備，包括中央處理單元， 用于負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)和信息的最終分析和處理；
紅外光源，用于發(fā)出紅外光；
功率可調(diào)驅(qū)動(dòng)単元，與所述紅外光源連接，用于提供該紅外光源不同的驅(qū)動(dòng)功率，該功率可調(diào)驅(qū)動(dòng)單元連接所述中央處理單元及所述紅外光源，該功率可調(diào)驅(qū)動(dòng)単元可根據(jù)單元輸出的信號(hào)設(shè)置不同的驅(qū)動(dòng)功率，驅(qū)動(dòng)紅外光源發(fā)光；
紅外傳感器，與紅外光源単元通過紅外光信號(hào)進(jìn)行連接，用于接收經(jīng)紅外光源發(fā)出穿透被測氣體后的紅外光；該紅外光被待測氣體吸收了一部分后，便具有了被測氣體的濃度信息；存儲(chǔ)單元，與所述中央處理單元連接，用于存儲(chǔ)信息和數(shù)據(jù)；該存儲(chǔ)單元將中央處理單元單元輸入的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，并在其需要的時(shí)候取出存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)；
多模式校零単元，與所述存儲(chǔ)單元連接，用于負(fù)責(zé)在校零狀態(tài)下對氣體濃度為零時(shí)對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，該多模式校零単元的多種測量模式下的零點(diǎn)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存入所述存儲(chǔ)単元中；提供給中央處理單元調(diào)用；
實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集単元，用于采集被測氣體實(shí)時(shí)場景參數(shù)；
數(shù)據(jù)處理単元，與所述多模式校零単元及中央處理單元連接，用于對紅外傳感器測得的氣體濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的實(shí)時(shí)處理，將結(jié)果輸出至中央處理單元；
模式判斷単元，與所述實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集単元及中央處理單元連接，用于根據(jù)所述實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集單元采集的參數(shù)值，選擇對應(yīng)的測量模式。進(jìn)ー步的，所述的氣體濃度測量裝置還包括濃度轉(zhuǎn)換單元，與所述紅外傳感器、 實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集単元、模式判斷単元分別連接，用于將所述紅外傳感器単元的信號(hào)換算成氣體的濃度信號(hào)，該濃度轉(zhuǎn)換單元從模式判斷單元獲得測量模式信息，該濃度轉(zhuǎn)換單元將濃度信號(hào)輸出后，經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元處理提供至實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集単元。作為ー種改進(jìn)，所述的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集單元包括溫度監(jiān)測單元，與所述模式判斷單元連接，用于監(jiān)測環(huán)境溫度，并將測量得到的環(huán)境溫度信息輸入到模式判斷単元。作為另ー種改進(jìn)，所述的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集單元包括濃度監(jiān)測單元，與所述模式判斷單元連接，用于監(jiān)測氣體濃度狀況，并將測量得到的環(huán)境溫度信息輸入到模式判斷單元。作為再ー種改進(jìn)，所述的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集單元包括呼吸監(jiān)測單元，與所述模式判斷單元連接，用于監(jiān)測長時(shí)間的呼吸狀態(tài)，并將測量得到的環(huán)境溫度信息輸入到模式判斷単元。作為ー種改進(jìn)，所述的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集單元包括光源阻抗監(jiān)測単元，與所述模式判斷單元連接，用于監(jiān)測紅外光源的阻杭，并將測量得到的環(huán)境溫度信息輸入到模式判斷単元。進(jìn)ー步的，所述的氣體濃度測量裝置還包括顯示單元，與中央處理單元連接，用于獲取并顯示中央處理單元輸出的信息；該顯示單元獲得并顯示中央處理單元的氣體濃度波形數(shù)據(jù)、氣體吸入濃度值、呼出濃度值、呼吸率等數(shù)據(jù)，也可顯示裝置的工作狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)等信息。再者，所述的氣體濃度測量裝置還包括氣體采樣單元，與患者的呼吸氣路連通， 用于抽取獲得部分的被測氣體，該部分氣體會(huì)通過紅外光源和紅外傳感器的光路。在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，所述的氣體濃度測量裝置還包括氣體排出単元，與氣體采樣單元通過氣管相連，用于將采樣的氣體通過排出。本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，提出了一種紅外光源的驅(qū)動(dòng)功率可以根據(jù)不同應(yīng)用場景靈活可調(diào)的氣體濃度測量方法，使得在實(shí)際的醫(yī)療應(yīng)用中可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景，靈活的調(diào)整紅外光源的驅(qū)動(dòng)功率，在滿足系統(tǒng)測量需求的前提下，有效提高了紅外光源的エ 作壽命，提高了系統(tǒng)的長期可靠性，降低了系統(tǒng)功耗和硬件成本。同樣的，采用該種氣體濃度測量方法的氣體濃度測量設(shè)備同樣具有以上的優(yōu)點(diǎn)。


為了易于說明，本發(fā)明由下述的較佳實(shí)施例及附圖作以詳細(xì)描述。圖I為本發(fā)明一種高可靠性氣體濃度測量方法的工作流程示意圖2為本發(fā)明一種高可靠性氣體濃度測量方法的一種實(shí)施例的工作流程示意圖3為本發(fā)明一種高可靠性氣體濃度測量方法的第二種實(shí)施例的工作流程示意圖4為本發(fā)明一種高可靠性氣體濃度測量方法的第三種實(shí)施例的工作流程示意圖5為本發(fā)明一種高可靠性氣體濃度測量方法的第三個(gè)實(shí)施例的工作流程示意圖6為本發(fā)明一種高可靠性氣體濃度測量裝置的一個(gè)實(shí)施例的原理圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)ー步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖I所示，本發(fā)明ー種高可靠性的氣體濃度測量方法，其主要包括
步驟I、預(yù)設(shè)場景參數(shù)范圍閾值及對應(yīng)場景的紅外光源驅(qū)動(dòng)功率值；然后系統(tǒng)校零，即在測量裝置中未導(dǎo)入被測氣體吋，采集紅外光源發(fā)出的未被氣體吸收的紅外光信號(hào)，測量并保存該信號(hào)強(qiáng)度作為計(jì)算零點(diǎn)并保存；
步驟II、預(yù)設(shè)測量時(shí)間，經(jīng)過步驟I后，對所述預(yù)設(shè)裝置測量時(shí)間內(nèi)的紅外光信號(hào)進(jìn)行采集、分析和計(jì)算，完成在預(yù)設(shè)裝置測量時(shí)間的氣體濃度測量；
步驟III、在經(jīng)過步驟II后，采集對應(yīng)實(shí)時(shí)場景參數(shù)值后，將其獲得的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值與預(yù)設(shè)場景參數(shù)范圍閾值進(jìn)行比較；
步驟IV、若步驟III中采集獲得的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值不在所述預(yù)設(shè)場景參數(shù)范圍閾值內(nèi)， 則返回步驟II ;
若步驟III中采集獲得的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值在所述預(yù)設(shè)場景參數(shù)閾值范圍內(nèi)，則采用對應(yīng)預(yù)設(shè)的調(diào)整紅外光源工作功率值驅(qū)動(dòng)紅外光源工作，提取計(jì)算零點(diǎn)后，對所述預(yù)設(shè)測量時(shí)間內(nèi)的紅外光信號(hào)進(jìn)行采集、分析和計(jì)算，完成在預(yù)設(shè)測量時(shí)間的氣體濃度測量后返回步驟 III。本發(fā)明ー種高可靠性的氣體濃度測量方法的一種實(shí)施例流程圖，如圖2所示，具體描述如下
100.系統(tǒng)校零
系統(tǒng)校零是在系統(tǒng)未導(dǎo)入被測氣體的時(shí)候，傳感器接收到光源發(fā)出的未被氣體吸收的紅外光信號(hào)，測量并保存該信號(hào)強(qiáng)度作為零點(diǎn)。由于本發(fā)明的測量方法有不同的測量模式， 在各模式下有不同的紅外光源驅(qū)動(dòng)功率，故相應(yīng)的進(jìn)行不同模式下的系統(tǒng)校零。正常測量
紅外光源在預(yù)設(shè)的正常驅(qū)動(dòng)功率下工作。系統(tǒng)對ー個(gè)時(shí)間段的紅外光信號(hào)進(jìn)行采集、 分析和計(jì)算，完成在此時(shí)間段的氣體濃度測量。判斷環(huán)境溫度是否較低
一般而言，傳感器、運(yùn)放等電子元件的噪聲隨溫度升高而升高，溫度較低的情況下，電噪聲會(huì)大幅度降低。由于電氣噪聲隨著溫度的升高而升高，而通過溫度傳感器測量環(huán)境溫度，可以對系統(tǒng)噪聲有個(gè)間接的判斷。系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定了溫度閾值，在完成了一個(gè)時(shí)間段的氣體濃度測量后，在本步驟中將環(huán)境溫度和溫度閾值相比較，判斷環(huán)境溫度是否偏低。如果環(huán)境溫度處于最高工作溫度與閾值之間，則維持回到步驟101，進(jìn)行下一個(gè)時(shí)間段的氣體濃度測量；如果環(huán)境溫度低于閾值，則進(jìn)入步驟103。低溫測量模式
當(dāng)步驟102的判斷為真時(shí)，進(jìn)入步驟103低溫測量模式。環(huán)境溫度較低，則意味著電噪聲較低。可以通過降低恒壓驅(qū)動(dòng)方式的驅(qū)動(dòng)電壓、降低恒流驅(qū)動(dòng)方式的驅(qū)動(dòng)電流，或降低恒功率驅(qū)動(dòng)方式的驅(qū)動(dòng)功率，相應(yīng)的降低紅外光源的驅(qū)動(dòng)功率，從而減少紅外光強(qiáng)，但仍然能夠保持滿足性能要求的信噪比。具體需將光源驅(qū)動(dòng)功率調(diào)節(jié)到多少，是根據(jù)系統(tǒng)在該溫度下的噪聲和測量的信噪比需求所決定的，可預(yù)先對系統(tǒng)進(jìn)行測試并設(shè)定此值。在低溫測量模式，紅外光源工作功率降低，有利于延長其壽命。在此模式下，需獲取在步驟100的校零數(shù)據(jù)，參考低溫測量模式的零點(diǎn)，進(jìn)行氣體濃度值的計(jì)算。比如說，如
果常態(tài)模式在零點(diǎn)的光信號(hào)4是低溫模式下的光信號(hào)的n倍，那么在常態(tài)模式下的氣體
濃度A對應(yīng)的光信號(hào)為A，在低溫模式下則對應(yīng)的光信號(hào)值為4/n。在低溫模式103下，完成一個(gè)時(shí)間段的氣體濃度測量后，回到步驟102.
此外，本實(shí)施例的步驟102中溫度判斷的閾值不僅局限于單ー的溫度閾值，也可以是多個(gè)溫度閾值。不同的溫度閾值對應(yīng)于不同的紅外光源驅(qū)動(dòng)功率。從而可以根據(jù)不同的環(huán)境溫度來靈活的調(diào)節(jié)光源功率，降低功耗，有效的延長紅外光源的工作壽命。為了更好的闡述本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明ー種高可靠性的氣體濃度測量方法的第二種實(shí)施例流程圖，如圖3所示，具體描述如下
200.系統(tǒng)校零
本步驟同圖I中第一個(gè)實(shí)施例的100步驟。正常測量
本步驟同圖I中第一個(gè)實(shí)施例的101步驟。判斷氣體濃度是否偏低
由于氣體濃度越高，對光的吸收越多，紅外傳感器接受到的光強(qiáng)就越少，系統(tǒng)的信噪比降低。反之，氣體濃度低的情況下，系統(tǒng)具有較高的信噪比。由于用戶對氣體濃度測量系統(tǒng)的信噪比需求是一定的，在低濃度氣體的情況下，可以降低紅外光的驅(qū)動(dòng)功率，仍能滿足用戶需求。系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定了氣體濃度閾值，當(dāng)氣體濃度測量裝置使用于某ー特定場景時(shí)，其氣體濃度是基本保持在某一范圍。如果出現(xiàn)較長時(shí)間段的氣體濃度低于系統(tǒng)預(yù)設(shè)的氣體濃度閾值的情況，則進(jìn)入步驟203 ;如果否，則回到步驟201。在一般的醫(yī)療應(yīng)用場合，本步驟中的所監(jiān)測的濃度可以直接使用在固定時(shí)間段的被測氣體的吸入濃度或呼出濃度的均值。低濃度測量模式
當(dāng)步驟202判斷為真時(shí)，將進(jìn)入步驟203低濃度測量模式。這是因?yàn)榈蜐舛葰怏w對紅外光的吸收率較低，可以適當(dāng)降低紅外光源功率。具體需將光源驅(qū)動(dòng)功率降低到多少，是根據(jù)系統(tǒng)在該氣體濃度下的透射光信號(hào)大小和測量的信噪比需求所決定的，可以預(yù)先對系統(tǒng)進(jìn)行測試并設(shè)定此值。在低濃度測量模式，紅外光源工作功率降低，有利于延長其壽命。在此模式下，需獲取在步驟200的校零數(shù)據(jù)，調(diào)整使用低濃度測量模式的零點(diǎn)。在低濃度測量模式下，完成一個(gè)時(shí)間段的氣體濃度測量后，回到步驟202.
此外，本實(shí)施例的步驟202中濃度判斷的閾值不僅局限于單ー的濃度閾值，也可以是多個(gè)濃度閾值。不同的濃度閾值對應(yīng)于不同的紅外光源驅(qū)動(dòng)功率。從而可以根據(jù)不同的測量氣體濃度來靈活的調(diào)節(jié)光源功率，降低功耗，有效的延長紅外光源的工作壽命。本發(fā)明ー種氣體濃度測量設(shè)備的第三種實(shí)施例流程圖，如圖4所示，該圖所示即為無呼吸測量場景參數(shù)模式下的工作流程，具體描述如下
300.系統(tǒng)校零
本步驟同圖I中第一個(gè)實(shí)施例的100步驟。正常測量
本步驟同圖I中第一個(gè)實(shí)施例的101步驟。判斷是否長時(shí)間無呼吸
在醫(yī)療環(huán)境中，可能出現(xiàn)氣體濃度測量裝置開啟后，卻長時(shí)間未接入病人的呼吸回路的情況。如果在氣路中存在著病人呼吸(包括機(jī)器輔助病人呼吸)，系統(tǒng)將測量到氣體濃度不斷的起伏變化；如果沒有呼吸，則不會(huì)有這種變化。在無呼吸的情況下，系統(tǒng)一般是處于閑置狀態(tài)的，對測量的信噪比要求很低，可以大幅度的降低紅外光源的驅(qū)動(dòng)功率。系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定了時(shí)間閾值，本步驟將對氣體濃度的波動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測，判斷沒有監(jiān)測到呼吸的時(shí)間是否超過預(yù)設(shè)的時(shí)間閾值。如果超過時(shí)間閾值，則進(jìn)入步驟303 ;如果未超過時(shí)間閾值，則回到步驟302.
303.無呼吸測量場景模式
當(dāng)步驟302判斷為是時(shí)，將進(jìn)入步驟303無呼吸測量場景模式。當(dāng)判斷到氣體回路中長時(shí)間沒有呼吸時(shí)，因?yàn)闊o呼吸時(shí)的氣體濃度信息具有很少的參考價(jià)值，所以用戶對此時(shí)的氣體濃度測量裝置的信噪比要求較低，可以適當(dāng)降低紅外光源功率。在本實(shí)施例的步驟 303中，會(huì)較大的降低紅外光源驅(qū)動(dòng)功率。在此模式下，需獲取在步驟300的校零數(shù)據(jù)，調(diào)整使用無呼吸測量模式的零點(diǎn)。在無呼吸測量模式下，完成一個(gè)時(shí)間段的氣體濃度測量后，系統(tǒng)回到步驟302。為便于理解本專利，圖5給出了另外ー種高可靠性的氣體濃度測量方法的實(shí)施例。具體包括
400.系統(tǒng)校零
本步驟同圖4中第一個(gè)實(shí)施例的100步驟。常態(tài)測量模式
本步驟同圖4中第一個(gè)實(shí)施例的101步驟。判斷光源阻抗是否異常
正常情況下，紅外光源的阻抗在固定閾值的范圍內(nèi)。紅外光源中的發(fā)光體在長時(shí)間エ 作后，會(huì)出現(xiàn)材料老化的情況，其發(fā)光效率會(huì)降低，阻抗會(huì)與最初的阻抗有明顯不同。通過監(jiān)測紅外光源的阻抗，判斷光源阻抗是否超過預(yù)設(shè)的阻抗閾值，如果發(fā)現(xiàn)紅外光源的阻抗超出預(yù)設(shè)的阻抗閾值時(shí)，判斷其已經(jīng)老化，進(jìn)入步驟403;如果其阻抗未超出預(yù)設(shè)的閾值， 則回到步驟401。本步驟中監(jiān)測的紅外光源阻抗時(shí)指紅外光源在工作時(shí)的平均阻杭。紅外光源阻抗的閾值在系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先設(shè)定，可根據(jù)紅外光源供應(yīng)商提供的產(chǎn)品規(guī)格書的阻抗參數(shù)制定此閾值。老化期測量模式
如果步驟402的判斷為真時(shí)，則進(jìn)入步驟403老化期測量模式，提高紅外光源的驅(qū)動(dòng)功率，從而解決了由于光源老化而導(dǎo)致的光源發(fā)光功率不足的問題，保證了測量系統(tǒng)的信噪比。在此模式下，需獲取在步驟400的校零數(shù)據(jù)，調(diào)整到系統(tǒng)老化期測量模式的零點(diǎn)。在老化期測量模式中，如果光源阻抗異常則需要進(jìn)行報(bào)警，提醒用戶系統(tǒng)內(nèi)的紅外光源已進(jìn)入老化期，建議及時(shí)更換光源或系統(tǒng)。即使光源已經(jīng)開始老化，但離光源徹底失效仍有一段時(shí)間。但如果仍保持常態(tài)下的光源驅(qū)動(dòng)功率，則系統(tǒng)信噪比會(huì)大大降低，可能會(huì)導(dǎo)致使用的醫(yī)護(hù)人員誤判病人的呼吸氣體狀況，無法繼續(xù)使用，這樣光源進(jìn)入了老化期就讓系統(tǒng)進(jìn)入了故障期。而本發(fā)明在系統(tǒng)老化期測量模式中，由于提高了紅外光源的驅(qū)動(dòng)功率，保證了系統(tǒng)在光源老化期能夠繼續(xù)使用。同時(shí)為系統(tǒng)的更換提供了緩沖時(shí)間。在老化其測量模式下，完成一個(gè)時(shí)間段的氣體濃度測量后，系統(tǒng)回到步驟402。當(dāng)然，本發(fā)明也包括根據(jù)ー種以上應(yīng)用場景的特征來進(jìn)入不同測量模式，調(diào)節(jié)紅外光源驅(qū)動(dòng)功率的測量方法，此時(shí)不同的應(yīng)用場景應(yīng)預(yù)設(shè)不同的優(yōu)先級。本發(fā)明優(yōu)選的應(yīng)用場景的特征為環(huán)境溫度低、氣體濃度低、長時(shí)間無呼吸和光源阻抗異常四種，所一一對應(yīng)的測量模式為低溫測量模式、低濃度測量模式、無呼吸測量模式和老化期測量模式。如圖6所示給出了本發(fā)明的ー種高可靠性氣體濃度監(jiān)測裝置的原理圖。其中包括
500.顯示單元
提供顯示功能。它可以獲得并顯示501単元的氣體濃度波形數(shù)據(jù)、氣體吸入濃度值、呼出濃度值、呼吸率等數(shù)據(jù)，也可顯示裝置的工作狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)等信息。中央處理單元
和顯示單元500単元相連，負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)和信息的最終分析和處理。存儲(chǔ)單元
連接中央處理單元501及多模式校零單元503，負(fù)責(zé)信息和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。此單元將501 單元和503單元輸入的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，并在501單元需要的時(shí)候取出存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。多模式校零單元
負(fù)責(zé)在校零狀態(tài)下對氣體濃度為零時(shí)對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。多種測量模式下的零點(diǎn)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)會(huì)放入存儲(chǔ)單元502中，便于中央處理單元501調(diào)用。數(shù)據(jù)處理單元
連接多模式校零單元503、濃度轉(zhuǎn)換單元506及中央處理單元501，對測得的氣體濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行初歩的實(shí)時(shí)處理。此單元獲得506単元提供的數(shù)據(jù)，進(jìn)行初歩的數(shù)據(jù)處理后，輸出給501単元和504単元。模式判斷單元
與511單元、512單元、513單元、514單元及501單元相連接，分析511單元、512單元、513単元、514単元提供的信息，并選擇特定的測量模式。濃度轉(zhuǎn)換單元
與510、512、513及505相連接，使用特定的算法，將510紅外傳感器單元的信號(hào)換算成氣體的濃度信號(hào)。此單元的轉(zhuǎn)換方式和測量模式有關(guān)，所以需要從505單元獲得信息。此單元輸出的濃度信號(hào)將提供給504單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提供給512単元用于濃度監(jiān)測，提供給513単元用于呼吸監(jiān)測。功率可調(diào)驅(qū)動(dòng)單元
連接501及509，此單元可根據(jù)501單元輸出的信號(hào)設(shè)置不同的驅(qū)動(dòng)功率，驅(qū)動(dòng)509紅外光源發(fā)光。紅外光源
連接510，在單元508的驅(qū)動(dòng)下，發(fā)出紅外光。紅外光將透過被測氣體，照射在510紅外傳感器上。紅外傳感器
接收穿透被測氣體后的紅外光。它和509單元是通過紅外光信號(hào)進(jìn)行連接，該紅外光被待測氣體吸收了一部分后，便具有了被測氣體的濃度信息。溫度監(jiān)測單元
監(jiān)測環(huán)境溫度。此單元輸出信息到505単元。圖I實(shí)施例的測量方法所對應(yīng)的測量裝置必須具有此單元來實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同溫度調(diào)節(jié)相應(yīng)的測量模式。濃度監(jiān)測單元
監(jiān)測長時(shí)間的氣體濃度狀況。此單元輸出信息到505単元。圖2實(shí)施例的測量方法所對應(yīng)的測量裝置必須具有此單元來實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同氣體濃度調(diào)節(jié)相應(yīng)的測量模式。呼吸監(jiān)測單元
監(jiān)測長時(shí)間的呼吸狀態(tài)。此單元輸出信息到505単元。圖3實(shí)施例的測量方法所對應(yīng)的測量裝置必須具有此單元來實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同的呼吸情況調(diào)節(jié)相應(yīng)的測量模式。光源阻抗監(jiān)測単元
監(jiān)測紅外光源的阻杭。此單元輸出信息到505単元。圖4實(shí)施例的測量方法所對應(yīng)的測量裝置必須具有此單元來實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同的紅外光源阻抗調(diào)節(jié)相應(yīng)的測量模式。濃度監(jiān)測單元、呼吸監(jiān)測單元、光源阻抗監(jiān)測単元、光源阻抗監(jiān)測單元組成了實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集単元。氣體采樣單元
對于旁流的氣體濃度測量裝置，存在此單元。它接入患者的呼吸氣路的某ー處，抽取獲得部分的被測氣體，該部分氣體會(huì)通過紅外光源和紅外傳感器的光路。它與521単元通過氣管相連。氣體排出單元
對于旁流的氣體濃度測量裝置，存在此單元。它負(fù)責(zé)將采樣的氣體通過恰當(dāng)?shù)姆绞脚懦?。對于主流的氣體濃度測量裝置，不存在512和521單元，此時(shí)，509單元和510單元直接布置在患者某段呼吸回路的兩端。在本實(shí)施例的裝置上，可以實(shí)現(xiàn)圖2、圖3、圖4、和圖5的測量方法中四種實(shí)施例的工作流程。其中，511溫度監(jiān)測單元、512濃度監(jiān)測單元、513呼吸監(jiān)測單元、514光源阻抗監(jiān)測單元。以上四個(gè)單元在本實(shí)施例裝置中単獨(dú)存在ー個(gè)，即可作為四個(gè)獨(dú)立的測量裝置的實(shí)施例，可分別對應(yīng)于本發(fā)明中高可靠性氣體濃度測量方法的四個(gè)實(shí)施例的工作流程。在圖6中，部分功能単元是通過硬件實(shí)現(xiàn)，部分功能單元是通過軟件實(shí)現(xiàn)，部分功能單元既可以使用硬件也可以使用軟件實(shí)現(xiàn)。但無論用哪種實(shí)現(xiàn)方式，都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種高可靠性的氣體濃度測量方法，其特征在于，主要包括步驟I、預(yù)設(shè)場景參數(shù)范圍閾值及對應(yīng)場景的紅外光源驅(qū)動(dòng)功率值；然后系統(tǒng)校零，即在測量裝置中未導(dǎo)入被測氣體吋，采集紅外光源發(fā)出的未被氣體吸收的紅外光信號(hào)，測量并保存該信號(hào)強(qiáng)度作為計(jì)算零點(diǎn)并保存；步驟II、預(yù)設(shè)測量時(shí)間，對所述預(yù)設(shè)裝置測量時(shí)間內(nèi)的紅外光信號(hào)進(jìn)行采集、分析和計(jì)算，完成在預(yù)設(shè)裝置測量時(shí)間的氣體濃度測量；步驟III、在經(jīng)過步驟II后，采集對應(yīng)實(shí)時(shí)場景參數(shù)值后，將其獲得的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值與預(yù)設(shè)場景參數(shù)范圍閾值進(jìn)行比較；步驟IV、若步驟III中采集獲得的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值不在所述預(yù)設(shè)場景參數(shù)范圍閾值內(nèi)， 則返回步驟II;若步驟III中采集獲得的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值在所述預(yù)設(shè)場景參數(shù)閾值范圍內(nèi)，則采用對應(yīng)預(yù)設(shè)的調(diào)整紅外光源工作功率值驅(qū)動(dòng)紅外光源工作，提取計(jì)算零點(diǎn)后，對所述預(yù)設(shè)測量時(shí)間內(nèi)的紅外光信號(hào)進(jìn)行采集、分析和計(jì)算，完成在預(yù)設(shè)測量時(shí)間的氣體濃度測量后返回步驟 III。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體濃度測量方法，其特征在于，所述的步驟I中，所述預(yù)設(shè)場景參數(shù)范圍閾值包括無呼吸測量場景參數(shù)范圍閾值、有效呼吸場景參數(shù)范圍閾值組；所述預(yù)設(shè)對應(yīng)場景的調(diào)整紅外光源工作驅(qū)動(dòng)功率值對應(yīng)包括無呼吸測量場景紅外光源工作驅(qū)動(dòng)功率值、有效呼吸場景紅外光源工作驅(qū)動(dòng)功率值組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體濃度測量方法，其特征在于，所述的有效呼吸場景參數(shù)范圍閾值組包括低溫測量場景參數(shù)范圍閾值、低濃度測量場景參數(shù)范圍閾值、老化期測量參數(shù)范圍閾值；所述有效呼吸場景紅外光源工作驅(qū)動(dòng)功率值組對應(yīng)包括低溫測量場景紅外光源工作驅(qū)動(dòng)功率值、低濃度測量場景紅外光源工作驅(qū)動(dòng)功率值、老化期測量場景紅外光源工作驅(qū)動(dòng)功率值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體濃度測量方法，其特征在于，所述的步驟I中，所述的系統(tǒng)校零過程為在測量裝置中未導(dǎo)入被測氣體吋，分別對應(yīng)采集采用標(biāo)準(zhǔn)工作功率和對應(yīng)場景的調(diào)整紅外光源工作驅(qū)動(dòng)功率值下紅外光源發(fā)出的未被氣體吸收的紅外光信號(hào)，測量并對應(yīng)保存該信號(hào)強(qiáng)度作為對應(yīng)場景的計(jì)算零點(diǎn)值；在步驟IV中提取機(jī)算零點(diǎn)值時(shí)，提取對應(yīng)場景的計(jì)算零點(diǎn)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體濃度測量方法，其特征在于，所述的步驟III中，采集對應(yīng)實(shí)時(shí)場景參數(shù)值后，將其獲得的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值按照與預(yù)設(shè)場景參數(shù)范圍閾值，按照無呼吸測量場景、有效呼吸場景參數(shù)范圍閾值進(jìn)行順序比較。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體濃度測量方法，其特征在于，所述氣體濃度測量方法還包括若連續(xù)兩次經(jīng)步驟III中采集獲得的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值均在所述無呼吸測量場景參數(shù)閾值范圍內(nèi)，則停止工作的步驟。
7.一種采用如權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述氣體濃度測量方法的氣體濃度測量設(shè)備，其特征在于，包括中央處理單元，用于負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)和信息的最終分析和處理；紅外光源，用于發(fā)出紅外光；功率可調(diào)驅(qū)動(dòng)単元，與所述紅外光源連接，用于提供該紅外光源不同的驅(qū)動(dòng)功率，該功率可調(diào)驅(qū)動(dòng)單元連接所述中央處理單元及所述紅外光源，該功率可調(diào)驅(qū)動(dòng)単元可根據(jù)單元輸出的信號(hào)設(shè)置不同的驅(qū)動(dòng)功率，驅(qū)動(dòng)紅外光源發(fā)光；紅外傳感器，與紅外光源単元通過紅外光信號(hào)進(jìn)行連接，用于接收經(jīng)紅外光源發(fā)出穿透被測氣體后的紅外光；該紅外光被待測氣體吸收了一部分后，便具有了被測氣體的濃度信息；存儲(chǔ)單元，與所述中央處理單元連接，用于存儲(chǔ)信息和數(shù)據(jù)；該存儲(chǔ)單元將中央處理單元單元輸入的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，并在其需要的時(shí)候取出存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)；多模式校零単元，與所述存儲(chǔ)單元連接，用于負(fù)責(zé)在校零狀態(tài)下對氣體濃度為零時(shí)對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，該多模式校零単元的多種測量模式下的零點(diǎn)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存入所述存儲(chǔ)単元中；提供給中央處理單元調(diào)用；實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集単元，用于采集被測氣體實(shí)時(shí)場景參數(shù)；數(shù)據(jù)處理単元，與所述多模式校零単元及中央處理單元連接，用于對紅外傳感器測得的氣體濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的實(shí)時(shí)處理，將結(jié)果輸出至中央處理單元；模式判斷単元，與所述實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集単元及中央處理單元連接，用于根據(jù)所述實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集單元采集的參數(shù)值，選擇對應(yīng)的測量模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種氣體濃度測量設(shè)備，其特征在干，所述的氣體濃度測量裝置還包括濃度轉(zhuǎn)換單元，與所述紅外傳感器、實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集単元、模式判斷単元分別連接，用于將所述紅外傳感器単元的信號(hào)換算成氣體的濃度信號(hào)，該濃度轉(zhuǎn)換單元從模式判斷單元獲得測量模式信息，該濃度轉(zhuǎn)換單元將濃度信號(hào)輸出后，經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元處理提供至實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集単元。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種氣體濃度測量設(shè)備，其特征在干，所述的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集単元包括溫度監(jiān)測單元，與所述模式判斷單元連接，用于監(jiān)測環(huán)境溫度，并將測量得到的環(huán)境溫度信息輸入到模式判斷単元。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種氣體濃度測量設(shè)備，其特征在于，所述的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集単元包括濃度監(jiān)測單元，與所述模式判斷單元連接，用于監(jiān)測氣體濃度狀況，并將測量得到的環(huán)境溫度信息輸入到模式判斷単元。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種氣體濃度測量設(shè)備，其特征在于，所述的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集単元包括呼吸監(jiān)測單元，與所述模式判斷單元連接，用于監(jiān)測長時(shí)間的呼吸狀態(tài)， 并將測量得到的環(huán)境溫度信息輸入到模式判斷単元。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種氣體濃度測量設(shè)備，其特征在干，所述的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值采集単元包括光源阻抗監(jiān)測単元，與所述模式判斷單元連接，用于監(jiān)測紅外光源的阻杭，并將測量得到的環(huán)境溫度信息輸入到模式判斷単元。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種氣體濃度測量設(shè)備，其特征在于，所述的氣體濃度測量裝置還包括顯示單元，與中央處理單元連接，用于獲取并顯示中央處理單元輸出的信息； 氣體采樣單元及氣體排出単元，氣體采樣單元與患者的呼吸氣路連通，用于抽取獲得部分的被測氣體，該部分氣體會(huì)通過紅外光源和紅外傳感器的光路；氣體排出単元與氣體采樣単元通過氣管相連，用于將采樣的氣體排出。
全文摘要
本發(fā)明為一種高可靠性的氣體濃度測量方法和裝置。本發(fā)明采用預(yù)設(shè)場景參數(shù)范圍閾值及對應(yīng)場景紅外光源功率值；然后系統(tǒng)校零，完成在預(yù)設(shè)裝置測量時(shí)間氣體濃度測量，將其獲得的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值與預(yù)設(shè)場景參數(shù)范圍閾值進(jìn)行比較；若獲得的實(shí)時(shí)場景參數(shù)值不在所述預(yù)設(shè)場景參數(shù)范圍閾值內(nèi)，則返回；若在范圍內(nèi)，則采用對應(yīng)場景紅外光源功率工作，提取計(jì)算零點(diǎn)后，對所述預(yù)設(shè)測量時(shí)間內(nèi)的紅外光信號(hào)進(jìn)行采集、分析和計(jì)算，完成在預(yù)設(shè)測量時(shí)間的氣體濃度測量后返回。該方法可以根據(jù)不同應(yīng)用場景靈活的調(diào)整紅外光源的驅(qū)動(dòng)功率，在滿足系統(tǒng)測量需求的前提下，有效提高了紅外光源的工作壽命，提高了系統(tǒng)的長期可靠性，降低了系統(tǒng)功耗和硬件成本。
文檔編號(hào)G01N21/35GK102608060SQ201210064829
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者陳璐 申請人:深圳市理邦精密儀器股份有限公司