一种提高对呼吸机吸气阀控制精度的装置和方法
【专利摘要】本发明提供了一种提高对呼吸机吸气阀控制精度的装置和方法，所述装置包括：吸气阀运动速度感应装置，将吸气阀的运动速度转换成电的探测信号；信号放大模块，与吸气阀运动速度感应装置相连接，提取并放大探测信号；基准电压提供模块，提供基准电压；直流偏置电路模块，与信号放大模块和基准电压提供模块相连，将放大后的探测信号和基准电压相加；控制器，与直流偏置电路模块相连，控制吸气阀驱动器调节吸气阀运动。本发明提供的技术方案，通过将感应线圈与吸气阀进行机械连接，使感应线圈在磁场中跟随吸气阀运动，产生反电动势信号，将这个信号放大并和一个基准电压相加，所得的反馈信号反馈给控制器，以实现对吸气阀的位置进行精确控制。
【专利说明】一种提高对呼吸机吸气阀控制精度的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及呼吸机【技术领域】，尤其涉及一种提高对呼吸机吸气阀控制精度的装置和方法。
【背景技术】
[0002]呼吸机是一种能代替、控制或改变人的正常生理呼吸，增加肺通气量，改善呼吸功能，减轻呼吸功消耗，节约心脏储备能力的装置，已经越来越广泛的应用在急救、麻醉和呼吸治疗等领域中。吸气模块是呼吸机中重要的气路单元，通过控制吸气模块中吸气阀的运动来控制吸气气流。通过将操作者设定的呼吸参数参考值与外部传感器所测得的气体流量实测值进行比较，将比较的结果通过控制器，产生控制信号，控制吸气阀驱动器驱动吸气阀运动，输出所需的潮气量供患者呼吸。
[0003]图1是现有技术中呼吸机吸收阀运动控制装置系统功能模块框图，如图1所示，现有的技术的呼吸机一般采用方法为:吸气流量传感器，吸气压力传感器，吸气温度传感器(补偿计算用)等外部传感器将吸气流量的实际值输送给控制器，控制器产生误差信号输送给吸气阀驱动器，驱动吸气阀，实现吸气控制。现有技术的缺点是:(1)吸气阀开关会出现一定量的超调，使得气路流量变化波动性大，不利于系统的稳定控制；(2)只通过吸气阀中的电流和流量传感器并不能够对运动中的吸气阀进行动态调整，控制的实时性较差。
[0004]目前，精确控制吸气阀的位置还属于正待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种提高对呼吸机吸气阀控制精度的装置和方法，以实现对吸气阀位置的精确控制，防止吸气阀抖动。所述技术方案如下:
[0006]一种提高对呼吸机吸气阀控制精度的装置，其特征在于，包括:
[0007]吸气阀运动速度感应装置,利用跟随吸气阀运动的感应线圈和磁场,将吸气阀的运动速度转换成探测信号；
[0008]信号放大模块，与所述吸气阀运动速度感应装置相连接，用于提取并放大所述探测信号；
[0009]基准电压提供模块，用于提供基准电压；
[0010]直流偏置电路模块，与所述信号放大模块和所述基准电压提供模块相连接，用于将所述放大后的探测信号和所述基准电压相加，得到反馈信号；
[0011]控制器，与所述直流偏置电路模块相连接，接收到所述反馈信号，根据所述反馈信号，产生控制调节信号，控制吸气阀驱动器调节吸气阀运动。
[0012]进一步的，所述吸气阀运动速度感应装置包括:
[0013]环形磁铁，感应线圈和软铁套；
[0014]所述感应线圈同轴的套在所述环形磁铁外且不相连，所述软铁套同轴的套在所述感应线圈外且不 相连，所述环形磁铁和软铁套相对固定，所述感应线圈同轴的与吸气阀进行机械连接，跟随所述吸气阀做相同的运动；
[0015]当所述吸气阀运动时，所述感应线圈跟随所述吸气阀在所述环形磁铁和软铁套形成的磁场中运动，产生感应电动势，作为探测所述吸气阀运动的探测信号。
[0016]进一步的，所述信号放大模块采用仪表放大器电路，两个输入端分别连接感应线圈的两个输出端。
[0017]进一步的，所述基准电压提供模块包括三端稳压管，输入端连接供电电源，输出端输出稳定的基准电压。
[0018]进一步的，所述基准电压为1.25V。
[0019]进一步的，所述直流偏置电路模块包括同相求和电路。
[0020]进一步的，所述控制器包括DSP微处理器和D/A转换器。
[0021]一种提高对呼吸机吸气阀控制精度的方法，包括:
[0022]利用跟随吸气阀运动的感应线圈和磁场，将吸气阀的运动速度转换成探测信号；
[0023]提取所述探测信号并放大，将所述放大后的探测信号与基准电压相加，得到反馈信号;
[0024]将所述反馈信号传递给控制器，所述控制器根据所述反馈信号对吸气阀的运动进行控制。
[0025]进一步的，通过将感应线圈与所述吸气阀进行机械连接，使得所述感应线圈在磁场中跟随所述吸气阀运动，在所述感应线圈中产生感应电动势，从而将所述吸气阀的运动速度转换成探测信号。
[0026]进一步的，采用仪表放大器电路对所述探测信号进行放大。
[0027]本发明实施例提供的技术方案，通过将感应线圈与吸气阀进行机械连接，使得感应线圈在磁场中跟随吸气阀运动，产生反电动势信号，将这个信号通过仪表放大器电路，并和一个基准电压相加，所得的反馈信号反馈给控制器，以实现对吸气阀的位置进行精确控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是现有技术中呼吸机吸气阀运动控制装置系统功能模块框图；
[0029]图2是本发明实施例提供的提高对呼吸机吸气阀控制精度的装置系统功能模块框图；
[0030]图3是本发明实施例提供的吸气阀运动速度感应装置截面结构示意图；
[0031]图4本发明实施例提供的呼吸机吸气阀运动控制装置系统功能模块框图；
[0032]图5是本发明实施例优选的提供的提高对呼吸机吸气阀控制精度的装置中信号放大模块、基准电压提供模块和直流偏置电路模块的电路示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例，仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
[0034]实施例
[0035]本 发明实施例的基本工作原理为:[0036]由于现有技术的外部传感器只反映了吸气阀粗略的位置情况，对于吸气阀快速细微的运动无法检测出来，而有时吸气阀会出现抖动，吸气阀的抖动是外部传感器所不能探测到的，因此可以通过检测吸气阀运动的速度来获得吸气阀快速细微的运动情况。
[0037]本发明将感应线圈与吸收阀进行机械连接，在吸收阀快速运动的过程中，使通过感应线圈中磁感应强度发生变化而产生感应电动势，这个感应电动势能够表征吸收阀的运动情况，将感应电动势经过处理得到反馈信号，根据反馈信号得到控制调节信号，控制吸气阀驱动器调节吸气阀的精细运动，消除吸气阀运动当中的抖动。
[0038]另外，由于外部传感器的信号也可以反映吸气阀打开的角度等，而感应线圈仅能探测吸气阀的速度，因此在加入感应线圈之后，外部传感器也是必不可少的。
[0039]具体的:
[0040]图2是本发明实施例提供的提高对呼吸机吸气阀控制精度的装置系统功能模块框图，如图2所示:[0041]一种提高对呼吸机吸气阀控制精度的装置，包括:
[0042]吸气阀运动速度感应装置201，利用跟随吸气阀运动的感应线圈和磁场，将吸气阀的运动速度转换成电的探测信号；信号放大模块202，与吸气阀运动速度感应装置相连接，用于提取并放大探测信号；基准电压提供模块203，用于提供基准电压；直流偏置电路模块204，与信号放大模块和基准电压提供模块相连接，用于将放大后的探测信号和基准电压相加，得到反馈信号；控制器205，与直流偏置电路模块204相连接，用于根据反馈信号，产生控制调节信号，控制吸气阀驱动器调节吸气阀的精细运动。
[0043]其中，本发明的实施例中，信号放大模块202优选的选用仪表放大器电路,两个输入端分别连接感应线圈的两个输出端，感应线圈两端的电势差即为探测信号，仪表放大器电路通过求差提取探测信号，并将探测信号放大。
[0044]其中，基准电压提供模块203包括三端稳压管，输入端连接供电电源，输出端输出稳定的基准电压。本发明的实施例优选的选取基准电压为1.25V的。
[0045]直流偏置电路模块204包括同相求和电路。
[0046]控制器205采用了 DSP微处理器，控制器205除了处理本发明中感应线圈所产生的反馈信号外，还处理其他外部传感器采集到的反映吸气阀粗略的位置情况的信号。控制器205输出的控制信号为:Vout=V+kAV，其中，Vout为D/A转换器实际输出的控制吸气阀的电压，V为吸气流量传感器，吸气压力传感器，吸气温度传感器等外部传感器的反馈信号经控制器的处理所得的控制信号，AV为感应线圈采集到的探测信号，经控制器205处理所得的控制调节电压，k为调节系数，由试验获得。其中，控制器205对外部传感器和感应线圈采集到的信号的处理是，将采集到的信号与预设定的参考信号相比较，得到控制信号。如果吸气阀不抖动，则令k=0，就不计算感应电动势的作用；如果吸气阀抖动，那么就使用上式进行调节。
[0047]图3是本发明实施例提供的吸气阀运动速度感应装置截面结构示意图，如图3所示:
[0048]其中，吸气阀运动速度感应装置201包括:
[0049]环形磁铁301，感应线圈302和软铁套303 ；
[0050]感应线圈302同轴的套在环形磁铁301外且不相连，软铁套303同轴的套在感应线圈302外且不相连，环形磁铁301和软铁套303相对固定，感应线圈302同轴的与吸气阀进行机械连接，跟随吸气阀做相同的运动，如图3所示，轴心305为环形磁铁301，感应线圈302和软铁套303共同的轴心，感应线圈302随吸气阀沿轴心的方向运动。
[0051]当吸气阀运动时，感应线圈302跟随吸气阀在环形磁铁301和软铁套303形成的磁场中运动，产生感应电动势，作为探测所述吸气阀运动的探测信号。
[0052]由图3可以看出，环形磁铁301和软铁套303会在它们之间的缝隙处产生一个径向方向且由轴心指向外的磁场304，当感应线圈沿轴向运动时，做切割磁感线的运动，因此会在感应线圈中产生感应电动势，感应电动势的大小与感应线圈运动的速度有关系。
[0053]设线圈端电压U，电流为i，线圈电感La，电阻Ra，运动速度为V，在磁场中的有效长度为L，磁场的气隙磁密为Bs，则吸气阀运动时在感应线圈中产生的反电动势为:
【权利要求】
1.一种提高对呼吸机吸气阀控制精度的装置，其特征在于，包括: 吸气阀运动速度感应装置，利用跟随吸气阀运动的感应线圈和磁场，将吸气阀的运动速度转换成探测信号； 信号放大模块，与所述吸气阀运动速度感应装置相连接，用于提取并放大所述探测信号; 基准电压提供模块，用于提供基准电压； 直流偏置电路模块，与所述信号放大模块和所述基准电压提供模块相连接，用于将所述放大后的探测信号和所述基准电压相加，得到反馈信号； 控制器，与所述直流偏置电路模块相连接，接收到所述反馈信号，根据所述反馈信号，产生控制调节信号，控制吸气阀驱动器调节吸气阀运动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸气阀运动速度感应装置包括: 环形磁铁，感应线圈和软铁套； 所述感应线圈同轴的套在所述环形磁铁外且不相连，所述软铁套同轴的套在所述感应线圈外且不相连，所述环形磁铁和软铁套相对固定，所述感应线圈同轴的与吸气阀进行机械连接，跟随所述吸气阀做相同的运动； 当所述吸气阀运动时，所述感应线圈跟随所述吸气阀在所述环形磁铁和软铁套形成的磁场中运动，产生感应电动势，作为探测所述吸气阀运动的探测信号。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号放大模块采用仪表放大器电路，两个输入端分别连接感应线圈的两个输出端。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基准电压提供模块包括三端稳压管，输入端连接供电电源，输出端输出稳定的基准电压。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述基准电压为1.25V。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流偏置电路模块包括同相求和电路。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器包括DSP微处理器和D/A转换器。
8.一种提高对呼吸机吸气阀控制精度的方法，其特征在于，包括: 利用跟随吸气阀运动的感应线圈和磁场，将吸气阀的运动速度转换成探测信号； 提取所述探测信号并放大，将所述放大后的探测信号与基准电压相加，得到反馈信号; 将所述反馈信号传递给控制器，所述控制器根据所述反馈信号对吸气阀的运动进行控制。
9.根据权利要求8所述的 方法，其特征在于，通过将感应线圈与所述吸气阀进行机械连接，使得所述感应线圈在磁场中跟随所述吸气阀运动，在所述感应线圈中产生感应电动势，从而将所述吸气阀的运动速度转换成探测信号。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，采用仪表放大器电路对所述探测信号进行放大。
【文档编号】A61M16/00GK103893869SQ201210587639
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月29日 优先权日:2012年12月29日
【发明者】刘琳, 申佑方 申请人:北京谊安医疗系统股份有限公司