用于呼吸机的加湿器及呼吸机的制作方法

本实用新型涉及医疗器械技术领域，更具体地，本实用新型涉及一种用于呼吸机的加湿器、及具有该种加湿器的呼吸机。

背景技术：

呼吸机是指可以治疗睡眠过程中的呼吸暂停和其他呼吸紊乱现象的设备，其通过面罩等患者接触部向患者提供正压气体，以辅助患者呼吸，减轻呼吸功消耗。

呼吸机在进行机械通气时，气体必须先经过温、湿化处理，才能通过呼吸机气道进入患者呼吸道，如果未经温、湿化的气体直接进入呼吸道，长时间通气必然造成呼吸道失水、黏膜干燥、分泌物干结、纤毛运动减弱、排痰不畅，容易发生气道阻塞、肺不张和继发感染等并发症。

因此，目前临床使用的呼吸机基本都配有加湿器，以对气体进行温、湿化处理，使吸入患者体内的气体温暖而湿润，减少寒冷干燥的气体对呼吸道黏膜的刺激，为患者带来更加舒适的使用体验。具体地，呼吸机主要包括主机、加湿器、呼吸管路和面罩，而加湿器进一步包括加湿器本体、与加湿器本体耦接的湿化室、及设置在加湿器本体中的加热板。呼吸机的工作原理是：通电后，湿化室内的水因加热板的加热作用而产生水蒸气，此时，主机供应气体到湿化室中，以通过湿化室内的水蒸气对气体进行温、湿化，经过温、湿化的气体从湿化室流出、并经过呼吸管路运载到患者。

根据呼吸机的工作原理可知，患者或者医护人员需要在使用之前向湿化室内注入一定体积的水，然后将湿化室与加湿器本体耦接，进而接入呼吸机的气体通路。在实际操作中，注入湿化室内的水量很有可能无法达到最佳状态，进而无法达到预期使用目的。这体现在：在患者使用呼吸机时，注入过量的水可能会导致湿化室内的水被气体喷出而经过呼吸管路进入患者口腔，导致患者呛水；而注入过少的水，在经过短时间运行后水即会被耗尽，此时加湿器将不能再起到预期的温、湿化作用，更严重的是，还会由于加湿器仍处于加热状态而导致输出的气体超温，进而造成患者呼吸道烫伤。

针对上述问题，现有的第一种解决方案是：在湿化室表面丝印或注塑一些水位的最小值、最大值或中间刻度，以便患者在使用时识别当前湿化室内水位高度，自行判定是否适合湿化需求。该种解决方案虽然成本低、且易于制造，但由于依赖于人眼识别，因此无法进行自动警示。

现有的第二种解决方案是增加用于检测加热板温度的温度检测装置，以通过测量加热板的温度变化速率来确定湿化室内的水位，具体为：呼吸机运行时，信号检测单元检测加热板的初始温度T0，然后电源控制单元控制输送功率到加热板，加热一定时间Δt后，再次检测加热板温度Tm，计算温度变化速率R＝(Tm-T0)/Δt，将计算结果与预先存储的标定数据进行比对，确定湿化室内水位；或者，信号检测单元检测加热板的初始温度T0，然后电源控制单元控制输送功率到加热板，持续检测加热板温度，当温度到达Tm时，计算加热时间Δt后，然后计算温度变化速率R＝(Tm-T0)/Δt，将计算结果与预先存储的标定数据进行比对，确定湿化室内水位。

第二种解决方案虽然不依赖于人眼识别，能够进行自动警示，但是，由于输送到加热板的功率将严重影响温度变化速率，较大的加热功率能够使相同体积的水加热更快，而较小的加热功率使相同体积的水加热更慢，又由于加热板的精度受到加工精度的限制，很难做的非常准确，也就很难做到加热功率精准控制，因此，最终会导致无法保证水温变化速率的计算精度。另外，由于注入湿化室内的水一般为家庭中经常使用的矿泉水或者自来水，而不是特别纯净的蒸馏水，因此即使相同的加热功率、同体积的水，在加热相同的时间内温度上升也不尽相同，这也会影响水位判定的准确性。再者，加热板的加热功率通常不会太大，一般为30W左右，而湿化室内允许存放的水的体积大约在300ml以内，要想将水加热到一个可以识别的温度范围，一般需要加热较长的时间才能确定水位高度，这样会造成患者使用一段时间后才能知道湿化室内水位不适合，大大降低了用户体验。

因此，有必要改进加湿器的结构，以提高自动水位检测的检测精度及检测实时性。

技术实现要素：

本实用新型实施例解决了现有自动水位检测结构存在的无法保证检测精度、及检测实时性较差的技术问题。

基于上述技术问题，根据本实用新型的一方面，本实用新型提供了一种用于呼吸机的加湿器，其包括湿化室、控制装置、提示装置、以及设置在所述湿化室上的用于检测所述湿化室内液位的第一液位检测装置，其中，所述提示装置和所述第一液位检测装置均与所述控制装置电连接。

可选的是，所述加湿器还包括通过连通装置与所述湿化室相通的至少一个储液室、以及设置在所述储液室上的用于检测对应储液室内液位的第二液位检测装置，其中，所述储液室与所述第二液位检测装置一一对应配置，每一所述第二液位检测装置与所述控制装置电连接。

可选的是，所述连通装置包括连通管路及控制所述连通管路通断的电磁阀，且所述电磁阀的通断状态受控于所述控制装置。

可选的是，所述加湿器还包括延时继电器，所述控制装置经由所述延时继电器控制所述电磁阀的通断状态。

可选的是，所述第一液位检测装置为电容式液位传感器，所述第一液位检测装置贴附于所述湿化室的外侧壁上；和/或，所述第二液位检测装置为电容式液位传感器，所述第二液位检测装置贴附于所述储液室的外侧壁上。

可选的是，所述第一液位检测装置为光电传感器，所述第一液位检测装置固定安装在所述湿化室的透光区域的外侧壁上；和/或，所述第二液位检测装置为光电传感器，所述第二液位检测装置固定安装在对应储液室的透光区域的外侧壁上。

可选的是，所述第一液位检测装置为磁浮球液位传感器，所述第一液位检测装置的管道与所述湿化室形成连通器结构；和/或，所述第二液位检测装置为磁浮球液位传感器，所述第二液位检测装置的管道与对应储液室形成连通器结构。

可选的是，所述第一液位检测装置为红外光电传感器、超声波传感器或者雷达传感器，且所述第一液位检测装置安装在所述湿化室的顶壁上；和/或，所述第二液位检测装置为红外光电传感器、超声波传感器或者雷达传感器，且所述第二液位检测装置安装在对应储液室的顶壁上。

基于上述技术问题，根据本实用新型的第二方面，提供了一种呼吸机，其包括根据本实用新型第一方面所述的加湿器。

本实用新型的一个有益效果在于，本实用新型的加湿器设置有安装在湿化室上的、用于检测液位的第一液位检测装置，因此，该第一液位检测装置能够输出表征液位的电信号至控制装置，这样，控制装置便可根据该电信号得到实时液位，并通过提示装置进行液位低的报警提示。在此，由于第一液位检测装置是根据液位实时输出电信号，因此相对根据加热板的温度变化速率计算液位的方式明显能够提高检测精度和检测实时性。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且连同其说明一起用于解释本实用新型的原理。

图1为根据本实用新型加湿器的一种实施方式的结构示意图；

图2为图1所示加湿器的一种实施例的结构示意图；

图3为图1所示加湿器的另一种实施例的结构示意图；

图4为图1中加湿器的第三种实施例的结构示意图；

图5为图1中加湿器的第四种实施例的结构示意图；

图6为对应图2所示实施例的测量曲线；

图7为根据本实用新型呼吸机的一种实施方式的方框原理图。

附图标记说明：

100-加湿器； 101-加湿器本体；

102-湿化室； 103-第一液位检测装置；

104-汽化装置； 1021-湿化室的侧壁；

1023-湿化室的顶壁； 201-具有ITO涂层的长条形薄膜；

301a-发光器件； 301b-光敏器件；

401-浮球； 402-管道；

501-波发射装置； 502-波接收装置；

Vin-电源； U101-处理器；

U103-模数转换单元； U102-信号采集单元；

300-呼吸管路； U4-提示装置；

400-面罩； U5-电源控制单元；

GND-接地端子； VDD-电源端子。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本实用新型为了解决了根据加热板的温度变化速率进行水位检测的结构存在无法保证检测精度及检测实时性的问题，提供了一种用于呼吸机的、经改进的加湿器结构。

图1是该种加湿器的一种实施方式的结构示意图。

根据图1所示，本实用新型的加湿器100包括湿化室102、控制装置U1、提示装置U4、及设置在湿化室102上的用于检测湿化室102内液位的第一液位检测装置103，其中，第一液位检测装置103和提示装置U4均与控制装置U1电连接。

该第一液位检测装置103能够根据湿化室内的液位输出电信号至控制装置U1，由于该电信号能够反映液位高低，因此，控制装置U1便可根据该电信号计算得到实时液位。

为了实现对第一液位检测装置103输出的电信号的采集，该控制装置U1可以包括处理器U101、信号采集单元U102和模数转换单元U103，其中，信号采集单元U102被设置为采集第一液位检测装置103输出的电信号提供给模数转换单元U103；模数转换单元U103被设置为将接收到的电信号转换为数字信号提供给处理器U101；处理器U101被设置为根据接收到的数字信号计算液位，其可以是单片机、MCU等具有处理能力的芯片。在此，处理器U101和模数转换单元U103也可以是集成在一起的器件。

这样，处理器U101便可在计算得到的液位不满足使用要求时触发报警信号至提示装置U4，进而使得提示装置U4根据报警信号进行报警提示。

该提示装置U4例如包括蜂鸣器、指示灯、语音提示电路、振动提示电路中的至少一种。此处的液位不满足使用要求包括两种情况，即液位低于设定的下限值或者液位高于设定的上限值，以防止在当前液位超过设定的上限值时，湿化室102内的液体被气体喷出，进而避免出现患者呛水的风险，并防止在当前液位低于设定的下限值时，湿化室102被干烧，进而避免出现烫伤患者呼吸道的风险。

处理器U101可以在两种情况下触发相同的报警信号，这需要用户在接收到报警提示后，主动判断报警发生的原因；处理器U101也可以在两种情况下触发不同的报警信号，以使提示装置U4针对两种情况输出不同的报警提示，以蜂鸣器提示电路为例，可以针对两种情况输出不同发声频率的报警提示，以指示灯提示电路为例，可以针对两种情况输出不同闪烁频率的报警提示，以语音提示电路为例，可以针对两种情况输出对应的语音播报，又以振动提示电路为例，可以针对两种情况输出不同振感的振动提示。该种提示可以设置为在工作期间实时进行，以保证整个使用过程的安全性，也可以设置为仅在注入液体的初始状态下进行，即仅进行液体注入是否合适的提示。

对于本实用新型的加湿器100而言，由于第一液位检测装置103是根据液位实时输出电信号，因此，本实用新型加湿器100将不存在因采用根据加热板的温度变化速率计算液位而带来的无法保证检测精度和检测实时性的问题，进而能够提高检测精度和检测实时性，在此，模数转换单元U103的采样率及处理器U101的处理速度相对于将液体加热到一个可以识别的温度范围的时间而言基本可以忽略不计，而且还使得本实用新型加湿器100能够采用其他类型的汽化装置，而不限制为加热板。

该湿化室102应当设置有进气口，以使湿化室102通过自身的进气口与呼吸机主机的出气口连通，进而使得主机产生的气体能够进入湿化室102内进行湿化处理或者温、湿化处理。该湿化室102还应该设置有出气口，以使湿化室通过自身的出气口与呼吸机的呼吸管路连通，进而使得经过湿化或者温、湿化的气体能够经由呼吸管路到达面罩。

除此之外，该加湿器100还可以包括加湿器本体101、及设置在加湿器本体101中的汽化装置104。

上述湿化室102可以与加湿器本体101一体成型或者通过紧固件可拆卸地安装在加湿器本体101上，对于该种设置结构，可以通过量杯向湿化室102中注入液体。该湿化室102也可以直接适配安装在加湿器本体101上，对此，加湿器本体101可以设置有槽式底座，而湿化室102的底部具有与槽式底座适配的定位结构，该种结构有利于进行湿化室102的快速拆装，以使用户能够方便地将湿化室102从加湿器本体101上取下进行液体注入，并将完成液体注入的湿化室102快速的定位安装在加湿器本体101上。

该汽化装置104被设置为使得湿化室102内的液体汽化，以通过汽化的液体，例如水蒸气，对进入的气体进行湿化或者温、湿化处理。该汽化装置104可以但不局限于是热蒸发式汽化装置(例如加热板)、浸入电极式汽化装置、或者超声式汽化装置等。

上述第一液位检测装置103可以是电容式液位传感器，图2示出了电容式液位传感器的一种实施结构。

根据图2所示，电容式液位传感器为具有ITO涂层的长条形薄膜201，该长条形薄膜201沿湿化室102的高度方向(也即加湿器100的高度方向)粘贴在湿化室102的侧壁1021的外表面(即湿化室102的外侧壁)上，例如通过光学胶(OCA)粘贴在侧壁1021上，且与侧壁1021组成电容式触摸屏，因此，该侧壁1021可以是电容式触摸屏中较为常用的玻璃、PET、PMMA等材质，这样，在液位不同时将输出不同的电信号。

该种电容式液位传感器的工作原理与电容式触摸屏相同，具体为：该长条形薄膜201由一块多层复合材料加工而成，与侧壁1021贴合的表面和内部具有ITO(纳米铟锡金属氧化物)涂层，中间的ITO涂层作为工作面，其四角各引出一个电极，最外侧的ITO涂层为屏蔽层，以保证良好的工作环境。当导电液体与侧壁1021接触时，便在导电液体与电容式触摸屏表面形成一个耦合电容，对于高频电流来讲，电容是直接导体，于是导电液体从接触点吸走一个很小的电流，这个电流分别从薄膜201的四个电极中流出，并且流经各电极的电流与导电液体到四角的距离成正比，这样，处理器U101通过对各个电极上流过电流的比例精准计算出液面的位置。

该种薄膜201的优点在于能够通过粘合剂来适应湿化室102的形状，包括光滑曲面，进而能够轻易地安装在侧壁1021的外表面上，而且采用固态电容技术，不带有运动部件，消除了随时间发生的机械磨损问题，大大延长了液位检测装置103的使用寿命。

图6示出了基于该种电容式液位传感器的测量曲线，其中，图6中的横坐标为液位H，纵坐标为电容值C。

根据图6所示，该种电容式液位传感器的检测原理为：预先设置对应湿化室103的零液位的电容值C0和对应湿化室103的最大液位Hm的电容值Cm；在上电后，模数转换单元U103便将电容式液位传感器输出的电信号转换为数字信号提供给处理器U101，处理器U101便可根据该数字信号计算得到当前电容值Cx，并根据当前电容值Cx计算出湿化室103的当前液位Hx。

另外，电容式液位传感器也可以采用传统的由两个同轴金属圆筒组成的结构，该种结构是基于液位变化时、两圆筒电极的介电常数发生变化进而引起电容量发生变化的原理进行液位检测的。

图3是第一液位检测装置103的第二种实施例的实施结构。

根据图3所示，该第一液位检测装置103为光电传感器，该光电传感器固定安装在湿化室102的透光区域的外侧壁上。

该光电传感器可以包括至少一组光收发装置，各组光收发装置固定安装在湿化室102的侧壁1021的外表面上，且在湿化室102的高度方向上顺次排列。

每组光收发装置包括发光器件301a和光敏器件301b，同一组的发光器件301a和光敏器件301b在湿化室102上的高度相同，即图3所示的实施例中设置有两组光收发装置，一组对应最低液位的检测，另一组对应最高液位的检测，以进一步提高检测精度。

每一发光器件301a和每一光敏器件301b位于透光区域的外侧壁上，且透光区域在湿化室102的高度方向上的尺寸大于液面厚度，在此，由于受液体表面张力的作用，液面LF呈凹形，因此，该液面厚度即为液面LF的最大高度差。

该透光区域可以但不局限于是长边与湿化室102的高度方向一致的方形，例如长方形，或者是长轴与湿化室102的高度方向一致的椭圆形，又或者是圆形等。

该发光器件301a例如可以是发光二极管，而光敏器件301b则可以是光敏二极管或者光敏三极管等。

该种光电传感器的检测原理为：发光器件301a发射的光线入射至湿化室102内，最后被光敏器件301b接收，入射光线的入射角随着液面LF的液位的上升逐渐增大，当入射角增大到一定角度时将发生全反射现象，入射光在透光区域处发生全反射区域的面积达到最大时，光敏器件301b所能接收到光线的强度达到最小，这样，通过计算光敏器件301b接收到的光线的强度便可计算出所对应的液位。

图4是第一液位检测装置103的第三种实施例的实施结构。

根据图4所示，该第一液位检测装置103为磁浮球液位传感器，磁浮球液位传感器包括磁感应装置和位于自身管道402内的浮球401，磁浮球液位传感器设置在湿化室102中，且管道402与湿化室102形成连通器结构。

该种磁浮球液位传感器的检测原理为：磁浮球液位传感器是基于浮力和静磁场原理设计出来的，带有磁体的浮球401在液体中的位置受浮力作用影响，液位的变化导致浮球401位置的变化。浮球401中的磁体与磁感应装置作用，使磁感应装置中电路参数发生变化，进而通过检测电路参数的变化来反映湿化室102内液位的情况。

该磁感应装置可以基于霍尔片进行浮球401位置的检测，霍尔片在湿化室102的高度方向上等间隔排列，这样，在浮球401处在某个位置时，浮球401内的磁体就会触发等高度的霍尔片输出一个电信号，进而根据输出电信号的霍尔片的排序便可确定相应的液位。

图5是第一液位检测装置103的第四种实施例的实施结构。

根据图5所示，该第一液位检测装置103可以是红外光电传感器、超声波传感器或者雷达传感器，且液位检测装置103安装在湿化室102的顶壁1023上，可以是顶壁1023的外表面，也可以是顶壁1023的内表面。

这些传感器的共同点在于均是根据波的传播时间和传播速度计算液位，因此，这些传感器均包括波发射装置501和波接收装置502，波发射装置501发射检测波，检测波被液面LF反射回来后被波接收装置502接收，因此，根据检测波的传播时间(即接收到检测波与发射检测波之间的时间差)和检测波的传播速度，便可计算得到对应的液位。以红外光电传感器为例，波发射装置501为红外光源，波接收装置502为红外接收管。

为了解决因湿化室102的体积过大而导致汽化速度较慢的问题，在本实用新型的一个具体实施例中，本实用新型加湿器100还可以包括至少一个储液室(图中未示出)，每一储液室同样可以设置在加湿器本体101上，且每一储液室通过连通装置(图中未示出)与湿化室102相通，以向湿化室102补充液体，这样，湿化室102便可以具有相对较小的体积。对于该种结构，可以仅在储液室上设置注液口，由于储液室未连接在气体通路上，因此，储液室上的注液口可以带封闭盖，也可以是敞开式的。

参照上述说明的湿化室102与加湿器本体101之间的连接结构，储液室与加湿器本体101之间的连接结构也可以是固定式连接或者非固定式的适配安装。

该连通装置例如可以是连通管路，连通管路的一端与对应储液室连接、另一端与湿化室102连接，以形成连通器结构，进而实现对湿化室102的液体的补充。

该连通装置例如还可以包括压力阀，以通过储液室和湿化室102内压力的变化控制压力阀的导通和截止，进而控制液体的补充。

该连通装置还可以包括连通管路及控制连通管路通断的电磁阀，且电磁阀的通断状态受控于控制装置U1，即控制装置U1控制电磁阀的供电回路的通断，这可以是通过控制装置U1为电磁阀供电，也可以是通过控制装置U1控制连接在电磁阀的供电回路上的可控开关。这样，控制装置U1便可以根据设定条件打开或者关闭连通管路，进而控制液体的补充。

本实用新型加湿器100还可以包括设置在储液室上的用于检测对应储液室内液位的第二液位检测装置，以实现对储液室内液位的监控，进而保证湿化室102内液体的可靠供给。其中，储液室与第二液位检测装置一一对应配置，每一第二液位检测装置与控制装置U1电连接，以将第二液位检测装置产生的反映对应储液室液位的电信号输出至控制装置U1进行处理。为此，上述设定条件例如是对应储液室内的液位达到设定低位时控制电磁阀关闭连通管路。

该控制装置U1可以设置对应每一第二液位检测装置的信号采集单元和模数转换单元，且每一模数转换单元输出的数字信号均输出至处理器U101中。

为了能够最大程度地保证湿化室102内液体的供给，在本实用新型的一个具体实施例中，该加湿器100还包括延时继电器(图中未示出)，控制装置U1经由该延时继电器控制电磁阀的通断状态。这样，在控制装置U1输出控制电磁阀的控制信号时，该控制信号将在延时继电器的延时作用下使得电磁阀在设定的延时时间后再关闭连通管路，这样，一是可以增加供给，二是留出供用户向储液室中补充液体、以使得储液室内液位再次达到设定低位以上的时间，进而保证持续供给。

为实现上述延时控制，例如可将延时继电器的常闭触点连接在电磁阀的供电回路上，并通过控制装置U1控制延时继电器的线圈的得电状态。这样，只要控制装置U1控制延时继电器的线圈得电，则其常闭触点便会在设定的延时时间后断开电磁阀的供电回路，实现连通管路的关闭。

同样是为了能够最大程度地保证湿化室102内液体的供给，该连通装置还可以包括设置在连通管路上的单向阀，单向阀的导通方向被设置为是从储液室至湿化室102，以防止湿化室102内液体溢出至储液室。

以上提供的第一液位检测装置103的各种类型同样适用于第二液位检测装置，该第二液位检测装置参照上述说明设置在对应的储液室上。

另外，该第二液位检测装置与第一液位检测装置103可以是相同类型，也可以是不同类型。

在上述加湿器100的基础上，本实用新型还提供了一种呼吸机，图7是该呼吸机的一种实施结构的方框原理图。

根据图7所示，该呼吸机包括主机(图中未示出)、加湿器100、呼吸管路300和面罩400，主机的出气口与加湿器100的湿化室102的进气口连通，湿化室102的出气口与呼吸管路300连通，呼吸管路300与面罩400连通。

另外，与现有呼吸机一样，该呼吸机还应该设置有电源控制单元U5，以使处理器U101能够通过电源控制单元U5控制供电开关的通断，进而控制电源Vin是否向汽化装置104输出功率，在此，汽化装置104通过电源端子VDD和接地端子GND接在电源Vin的供电回路上。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分相互参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，而且各个实施例可以根据需要单独使用或者相互结合使用。

虽然已经通过例子对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。