，建立相应的低阻通道，使栅电容可以快速充放电。
[0036]电池是一块3.6V，容量为1500mAh的手机锂电池，充满电时用户可使用约72h，并配有充电器。电源管理模块由USB接口、充电管理及供电切换电路组成。通常单片微处理器由内部锂电池供电；当有外电源接入USB接口时，一方面外电源经电源管理模块为锂电池充电；另一方面，单片微处理器自动切换至外接电源供电。
[0037]键盘显示模块由专用键盘和显示器构成，主要用于灵敏度、流量、定时等输入参数设定及供氧状态、时间等的显不。
[0038]单片微处理器将低噪声高增益放大模块输出的信号进行采样，得到该信号的前沿时刻，再对采样信号进行卡尔曼滤波以消除采样过程中出现的零点漂移和杂波干扰，使得信噪比的分贝数由负变正。单片微处理器根据采样得到的信号前沿时刻以及键盘显示模块输入的流量信息，形成具有一定宽度的脉冲信号，其脉冲上升沿对应电信号的前沿时刻，脉冲宽度与键盘输入的供氧流量对应，其下降沿对应此次供氧流量的结束时刻，改变供氧流量档位则脉冲宽度随之改变。
[0039]图4为本发明的低噪声高增益放大模块电路结构示意图；本发明低噪声高增益放大模块采用两级级联，第一级为仪表放大器，增益约45dB，第二级为具有低通滤波的减法放大器，增益约25dB。第一级输出分两条支路，一路经低通滤波送至第二级减法放大器的负端；另一路送至单片微处理器的ADl端，经专用软件线程对其采样、数字滤波、分析，计算出第二级放大器的直流偏置值，并通过DA端口经隔离放大器缓冲送至第二级减法放大器的正端；第二级减法放大器将信号放大得到增益达70dB的呼吸电压波形并输出送至单片微处理器的AD2端口。
[0040]低成本的压力传感器灵敏度低，低成本的仪表放大器噪声高、温漂大。而可靠地感知人体呼吸变化，需高增益的放大器配合实现，噪声、温漂又严重地制约着增益的提高。本发明在单片微处理器前加入了低噪声高增益放大环路，自动消除各种因素引起的直流偏置和干扰，确保了本控制器在各种环境可靠运行。
[0041]人体在吸气时不同时间对氧的利用率是不同的，在由呼气刚转为吸气的约0.5S的时间供氧最有效。只有吸气时刻的准确判定，才能实现吸气时同步地、及时地给氧。本控制器根据吸气瞬间气压变化剧烈的特点而采用了 dv/dt判定法，即实时采样呼吸电压波形，并计算出单位时间的电压变化，与给定的阈值比较，从而判定吸气时刻。但该法必须解决如下问题:
[0042]a、在二位三通电磁阀不动作时，压力传感器与人体的呼吸管路相通，感知的是人体的呼吸气压；但是二位三通电磁阀开启后，此时压力传感器通过阻流器与大气相连，感知的是大气气压。这样二位三通电磁阀动作前后，因压力传感器所感应的对象不同，极易发生气压突变，此时用dv/dt判别，会误判为吸气时刻。
[0043]b、在低温下，因热胀冷缩的影响，再加上二位三通电磁阀管路密封材料弹性减弱，试验证明，静态时二位三通电磁阀无论开启或关闭，气密性不存在问题；但是在动作过程中，有的二位三通电磁阀存在微漏气，这时微量高压氧气会通过二位三通电磁阀进入压力传感器，尽管有阻流器阻尼、泄放，与呼吸的微气压相比，其气压依然很高。二位三通电磁阀关闭后，该气压须经一段时间的泄放才能恢复正常，此时用dv/dt判别，也会造成吸气时刻误判。
[0044]无论是上述哪种情形的误判，均会造成单片微处理器自激。
[0045]本发明解决的办法是将一个完整的供氧周期分为三种工作状态，即呼吸感知状态、供氧状态和延时保护状态。工作过程是:在呼吸感知状态，不断地对压力波形进行采样、滤波、运算，当判别为吸气时刻，则启动二位三通电磁阀，并转入供氧状态；当满足停止供氧的条件后，关闭二位三通电磁阀，并进入延时保护状态；约0.5S的延时后，自动返回呼吸感知状态。通过三种状态的不断转移，准确可靠地实现同步供氧。
[0046]本同步呼吸供氧控制器选用了各种微型气动元件；电子元器件全部采用了微封装，电路板采用了多层板工艺，所有电气元件均采用表贴封装，板间用柔性电缆互连，这样使电子组件结构紧凑，实现了微型化；外壳采用了注塑工艺，壳内为气动元件、气动管路预注了卡槽，进氧口和出氧口均预埋了密封结构的螺孔；压力传感器、低噪声高增益放大模块和单片微处理器均为独立的电路模块，并用环氧树脂密封胶塑型封装，防潮防尘防沙；电子模块中对环境因素敏感的元、部件进行了塑封处理，软件中也对环境变化带来的影响进行了消除处理，确保了各种苛刻环境条件下的使用要求。
[0047]本发明的工作原理:
[0048]从高压氧瓶输出的氧气，压力通常在0.4?0.8MPa，经稳压阀稳压输出至二位三通电磁阀的P端口。二位三通电磁阀未加驱动时，二位三通电磁阀A-R单向导通，此时构成感知呼吸气路，用氧者的呼、吸造成联通管道内的气压变化，通过A-R通道、阻流器传至压力传感器；压力传感器随时监测气路中的压力变化情况，一旦感知到因用氧者呼吸而产生的负压，则输出电信号，经放大后进入单片微处理器进行采样、滤波，得到上升沿与呼吸时刻对应的驱动脉冲信号，经功率放大后输入二位三通电磁阀的控制端，此时切换气路为供氧状态；氧气经A-P通道送至用氧者，并在驱动脉冲信号下降沿时关闭，完成一次供氧。
【主权项】
1.一种同步呼吸供氧控制器，其特征在于:包括二位三通电磁阀、阻流器、压力传感器和单片微处理器，二位三通电磁阀的第一通气口(P)为进氧口，第二通气口(A)为出氧口，第三通气口(R)为检测口 ；阻流器的一端与检测口相连接，阻流器的另一端与压力传感器的压力输入端相连接；压力传感器将感知的气压变化转换为电信号并由压力信号输出端输出至单片微处理器；单片微处理器对压力信号进行采样滤波形成脉冲电压信号并由电磁阀控制信号输出端输出至二位三通电磁阀的驱动控制端。
2.根据权利要求1所述的同步呼吸供氧控制器，其特征在于:所述阻流器为硬质中空管，硬质中空管的管壁上开设有泄压孔。
3.根据权利要求1所述的同步呼吸供氧控制器，其特征在于:还包括低噪声高增益放大模块，压力传感器将感知的气压变化转换为电信号并输出至低噪声高增益放大模块；低噪声高增益放大模块将收到的电信号经两级放大输出至单片微处理器。
4.根据权利要求1所述的同步呼吸供氧控制器，其特征在于:还包括电磁阀驱动模块，单片微处理器输出脉冲电压信号至电磁阀驱动模块；电磁阀驱动模块将收到的脉冲电压信号进行功率放大后输出至二位三通电磁阀的驱动控制端。
5.根据权利要求3所述的同步呼吸供氧控制器，其特征在于:所述的低噪声高增益放大模块包括仪表放大器、低通滤波器、隔离放大器和减法放大器，仪表放大器将压力传感器输出的电压差值进行差动放大处理后分别输出至低通滤波器的输入端和单片微处理器第一 AD输入端(ADl);单片微处理器对第一 AD输入端收到的信号进行采样、滤波处理和计算，得到直流偏置电压值并由DA输出端输出至隔离放大器的输入端；隔离放大器将收到的直流偏置电压值进行缓冲处理后输出至减法放大器的同相输入端；低通滤波器对仪表放大器输出的信号进行滤波处理后输出至减法放大器的反相输入端；减法放大器对输入的两路信号进行相减放大处理后输出至单片微处理器的第二 AD输入端(AD2)。
6.根据权利要求1所述的同步呼吸供氧控制器，其特征在于:还包括稳压阀，稳压阀的输入端接收外部输入的氧气，稳压阀的输出端连接二位三通电磁阀的进氧口。
7.根据权利要求1所述的同步呼吸供氧控制器，其特征在于:所述的二位三通电磁阀的阀芯为柱塞式结构，阀体为高纯度聚四氟乙烯材料。
8.根据权利要求6所述的同步呼吸供氧控制器，其特征在于:所述的稳压阀的最大输入压力大于IMPa，稳压阀的压力输出为0.3MPa。
9.根据权利要求1或3所述的同步呼吸供氧控制器，其特征在于:所述的压力传感器、低噪声高增益放大模块和单片微处理器均为独立的电路模块，并用环氧树脂密封胶塑型封装。
【专利摘要】本发明公开了一种同步呼吸机供氧控制器，涉及移动供氧领域。它包括稳压阀、二位三通电磁阀、阻流器、压力传感器、低噪声高增益放大模块、电磁阀驱动模块和单片微处理器。本发明在二位三通电磁阀进氧口与高压氧瓶之间加入了稳压阀，确保了供氧量的稳定；在二位三通电磁阀检测口与压力传感器之间加入了阻流器，阻尼电磁阀闭合过程中的瞬间高压气流，确保压力传感器的安全；二位三通电磁阀通过呼吸感知状态、供氧状态和延时保护三种状态的不断转移准确可靠的实现了同步供氧。本发明能够高灵敏度采集用氧者吸气时刻，对外界环境温度变化及干扰电平也进行了抑制；解决了现有技术中持续供氧氧源浪费量大，脉冲式供氧灵敏度低的问题。
【IPC分类】A61M16-00
【公开号】CN104645474
【申请号】CN201510127408
【发明人】刘斌, 石守胜
【申请人】刘斌, 石守胜
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年3月23日