基于柔性压力传感器进行压力反馈控制的电动吸乳器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电动吸乳器，尤其是涉及一种基于柔性压力传感器进行压力反馈控制的电动吸乳器。
【背景技术】
[0002]母乳喂养是一种国际公认的健康哺乳方式，而孕期妇女一般都是职业女性，哺乳时间有限，当决定母乳喂养之后便需要借助专业设备挤出母乳并储藏。目前国际知名的吸乳器厂商有美德乐、飞利浦等，它们生产的吸乳器分为电动型与手动型。针对电动吸乳器，均使用开环控制，在刺激泌乳阶段，利用微控制器控制高频率PWM波，使得真空栗的负压变化频率高，幅度小；在吸乳阶段，利用控制器控制低频率PWM波，使得真空栗的负压变化频率低，幅度大。
[0003]然而电动吸乳器开环设计的明显缺陷是在电压突变、电机故障或者误操作按键的情况下导致吸乳真空力度的突然变化超出用户乳房组织承受的压力，造成用户乳腺及乳房组织受到伤害；此外部分用户由于对痛觉不敏感，因在使用吸乳器时，较长期使用不合适的吸乳压力，也导致乳房的乳腺或乳房组织受伤。
[0004]中国专利CN 103182103 A公布了一种具有负压调节机构的电动吸乳器，其包括机体、机罩、负压生成机构、负压调节机构和压力显示机构，以及通过软管与负压生成机构相连的吸乳集乳机构。负压生成机构包括步进电机和气缸。负压调节机构包括负压调节橡皮圈、指令器和接收器，负压调节橡皮圈活动套装在气缸上可径向转动，指令器的外端固定套装在负压调节橡皮圈上可带动负压调节橡皮圈转动，接收器嵌套在指令器的内与气缸之间并与气缸固定连接。通过选用步进电机，设置负压调节机构，能够生成稳定负压，通过步进电机控制活塞频率，更加贴近婴儿吮吸频率，提高吸乳时的舒适度；压力显示机构能够让使用者更加直观的调节负压的大小，但是上述反馈装置采用步进气缸来调节气缸吸力大小，导致反应不够灵敏，准确性较差，此外，该专利电动吸乳器结构设置较为复杂。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于柔性压力传感器进行压力反馈控制的电动吸乳器。
[0006]根据人体的体表组织受外力产生的形变变化可由胡克定律近似表示的假设，设所检测的体表组织受压时产生的形变量X = S*h(S为所检测的体表组织受压部分的表面积，h为体表组织受压产生的形变位移)与所产生的形变压力P之间的关系可以近似为P = K*X，其中Κ为体表组织的形变系数，设Κ。为乳房组织的形变系数值，该值可以通过实验测得。因此，在对应的形变位移区间h中，总会对应一个形变压力P，由于乳房组织的体积和形变位移h是有限的，当吸乳器施加的压力P过大，使得K = P/ (S*h)增大到大于乳房组织的形变系数值K。时便有可能对乳腺造成伤害。
[0007]为了克服现有电动吸乳器开环设计可能造成的乳腺伤害，本发明引入柔性压力传感器，通过该柔性压力传感器对乳房体表组织所承受的负压进行实时检测反馈，并对吸乳器的负压实时进行闭环控制，防止开环控制存在的由于装置故障或电压波动造成压力失控进而给乳腺造成伤害的问题，将吸乳器的最大真空负压控制在安全的范围内，确保用户乳腺的安全。
[0008]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0009]一种基于柔性压力传感器进行压力反馈控制的电动吸乳器，包括吸乳护罩、主体、吸气管、真空栗及控制主机，所述的吸乳护罩与主体连接，所述的主体通过吸气管与真空栗连接，所述的真空栗设置在控制主机内，所述的主体下端用于连接接收容器，还设置有压电薄膜传感器与反馈单元，所述的压电薄膜传感器设置在吸乳护罩的内侧，所述的反馈单元设置在控制主机内部，所述的压电薄膜传感器与反馈单元连接，所述的压电薄膜传感器检测乳房体表组织所承受的负压，并传递给反馈单元，反馈单元根据反馈信息控制真空栗的吸力大小。
[0010]所述的反馈单元包括电荷放大器、低通滤波器、比例放大器及微控制器，所述的压电薄膜传感器两个电极通过导线依次与电荷放大器、低通滤波器、比例放大器及微控制器连接，所述的微控制器还与真空栗连接，所述的真空栗产生负压，压电薄膜传感器检测乳房体表组织所承受的负压，并产生电压输出，电信号顺序传输给电荷放大器、低通滤波器、比例放大器及微控制器，电荷放大器对信号进行放大，由于吸乳操作的频率接近1HZ，因此采用低通滤波器对信号进行低通滤波，然后比例放大器对信号进行比例放大后，输送给微控制器，微控制器对信号进行非线性标定校正后，将真空栗产生的负压与压电薄膜传感器输出的电压对应成比例关系，根据压电薄膜传感器输出的电压即可判断真空栗产生的负压是否超过阈值，据此动态调节输出电压占空比，从而自动调节真空栗产生的负压大小。在吸乳过程中，微控制器实时监控乳房与吸乳护罩之间的压力变化，当压力过大时，微控制器降低占空比，动态减小真空栗的真空吸力，使其不会超过乳房承受压力的最大阈值。
[0011]其中导线与吸气管绑定在一起。
[0012]1)乳房承受压力动态模型的在线辨识:
[0013]所述的微控制器内装有相应的乳房受压变化动态数学模型，即P(u) (k)=Σ a;P (u) (k~i) + Σbsu (k_j)，
[0014]其中u为微控制器给出的控制电压信号，量纲为伏特，k为采样时间，单位为毫秒，P为乳房承受的压力，量纲为帕斯卡，P可由柔性压力传感器实时测得，Σ表示求和运算，&1和bj为加权系数，i和j分别是加权系数a b j的序号指标。
[0015]在开始吸乳时，由微控制器控制真空栗发出一组随机试探控制电压，使得乳房承受随机变化的负压压力，其峰值压力p/p。，PD即经过大量统计试验获得的使乳房产生形变的安全压力的平均值，根据这组测得的压力和控制电压，微控制器采用递推最小二乘法辨识出动态数学模型中的加权系数ajp b jo
[0016]2)乳房吸乳负压给定曲线的自动生成
[0017]所述的微控制器内装有多种吸乳负压变化的波形模式，包括正弦波、变幅正弦波、变频正弦波、变频和变幅正弦波，用户根据匕压力上限的约束，可选择任一种波形模式，P D即经过大量统计试验获得的使乳房产生形变的安全压力的平均值，微控制器根据客户选择的波形模式而生成吸乳负压变化给定曲线，并控制真空栗按照吸乳负压变化给定曲线提供负压。
[0018]3)自动吸乳负压反馈控制
[0019]所述的微控制器根据压电薄膜传感器实时测量到的乳房承受压力P与吸乳负压变化给定曲线不同时刻的给定负压匕，按下式实时计算出微控制器的输出电压值u (k)，其中α >0，α为调节控制稳定度的系数:
[0020]u(k) = (P r (k+1) - Σ a;P (u) (k_i+l) + Σ j 矣山# (k-j+1)) t^/(bA α )
[0021]其中u为微控制器给出的控制电压信号，量纲为伏特，k为采样时间，单位为毫秒，P为乳房承受的压力，量纲为帕斯卡，Σ表示求和运算，&1和b ,为加权系数，i和j分别是加权系数ajP b j的序号指标。
[0022]4)特殊情况和故障自动处理
[0023]在吸乳时，微控制器实时监控乳房与吸乳护罩之间的压力变化，当压力过大时，即P>P。或P = P。时，微控制器会降低PWM波的占空比，动态减小真