具有光学活性呼气阀的呼吸器的制造方法_5

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射阱。根据柔性阀瓣和观察者周围的环境(例如,安装和照明)条件,由观察者感知的颜 色可以是反射颜色或互补的透射颜色。因此,透射测量和反射测量两者都可以用来表征柔 性阀瓣的光学行为。对于谱带特性包括随角度的谱带偏移(即,颜色偏移),任一测量类型都 是适当的。由于取决于照明条件,观察者在一些角度下感知到柔性阀瓣的强镜面反射,而在 其它视角不存在强镜面反射,所以通常发生"闪烁"。反射率的镜面分量的测量可以表征"闪 烁"的能力。"闪烁",即来自柔性阀瓣表面的光强度随视角增大而快速增大,随着柔性阀瓣 的镜面反射量而增大。当表面远离光源而倾斜时,大部分漫反射表面多半将表现出颜色变 深。在低镜面反射水平(例如,反射率的镜面分量为约5%_10%)下可见非常低水平的闪烁, 但是可以优选至少20%的镜面反射率来实现适度的或更好的闪烁。对于强闪烁,可以优选 至少40 %、还更优选至少60 %的镜面反射率。在所有这些情况下,镜面反射率应存在于可见 谱带的至少一部分中(即,在400nm-750nm范围的一部分中)。
[0082] ^lJ
[0083] 闪烁测试
[0084] 在珀金埃尔默公司(Perkin-Elmer)(马赛诸塞州沃尔瑟姆(Waltham,MA))的 Lambda 950分光光度计中使用具有符合AST、DIN和CIE准则的150mm积分球的0/D几何结构 测量反射光谱和透视光谱两者。对于透射测量,将柔性阀瓣样品放置于积分球的开孔前面。 在进行透射测量之前,在样品未在适当位置时针对100%透射对设备进行校准,并且在光束 被阻挡情况下针对0%透射再次进行校准。对于近入射角(即,8度)的反射测量,将样品放置 在积分球的背面端口处,其中塞被取下。在反射测量之前,采用安装在背面端口处样品位置 中的抛光铝反射NIST标准物(NBS 2024-第二表面反射镜镜面光谱反射)校准设备,并且另 外在阻挡光束下实施第二校准。从而测得总反射率。然后针对从样品反射的镜面光束,通过 取下端口来在相同样品上完成第二测量。由此,通过替代+/-6°光阱的此排除镜面的几何结 构测得了关于8°反射角的镜面光束的漫射反射率分量。将光谱上反射率的镜面分量取作为 这些总测量值和漫射分量测量值之间的差值。
[0085] 谱带偏移测试
[0086] 可以通过配备有通用反射附件(Universal Reflectance AccessoryWtl?金埃尔 默公司(马赛诸塞州沃尔瑟姆)的Lambda 950分光光度计实现偏离垂直的镜面反射测量。该 绝对反射率技术允许在不同入射角下的可再现测量,该入射角偏离垂直高达约60度,而不 需对分光光度计光学器件或样品位置进行任何手动调节。
[0087] 在阀瓣处于运动状态时也可以进行谱带偏移测量。可以利用具有旋转样品镜台的 定制系统来将柔性阀瓣以各种角度保持在光源和检测器之间。定制系统配备有作为光源的 石英卤钨灯以使用D/0几何形状来测量样本透射率,该石英卤钨灯由稳定光源供电并且具 有定制的4英寸Spectralon?球(新罕布什尔州北萨顿市的蓝菲光学有限公司(Labsphere, Inc. ,North Sutton NH))。使用了两个检测器,即用于可见光和近红外光(NIR)的娃电荷親 合设备(CCD)和用于NIR的其余部分的铟镓砷(InGaAs)二极管阵列。使用具有车尔尼特纳 (Czerny-Turner)光路和单光栅的简单光谱仪在每个检测器上布光。这允许在380nm至 1700nm的波长范围内以0度和60度之间变化的入射测量角对阀瓣样品进行光学透射测量。 使用格兰汤普森(Glan-Thompson)偏振片来获得沿特定的柔性阀瓣取向方向的s偏振测量 和P偏振测量。将柔性阀瓣膜安装成使得拉伸的主方向(所谓的"X"和"y"方向)沿旋转轴对 齐(〇度)以及垂直于此轴(90度)。以此方式,沿膜的y方向测量穿过柔性阀瓣膜的s偏振光的 透射率,并且沿膜的X方向测量穿过柔性阀瓣膜的p偏振光的透射率。实例中的柔性阀瓣膜 在平面内为近乎各向同性的,所以各种测量值通常表示穿过柔性阀瓣膜的s偏振透射率和P 偏振透射率。同样,这些结果的平均值将提供穿过膜的非偏振光的透射率,非偏振光通常是 在正常环境条件下由典型的观察者所观察到的。
[0088]将谱带偏移记录为可见光谱中谱带边缘的变化百分比。通常,若要人感知清楚的 色移,在一些可利用视角下,可见光谱中谱带边缘的至少4%的相对偏移是需要的。例如,如 果谱带边缘在垂直观察下为561nm并且在30度观察下为532nm,那么在此30度视角变化下相 对偏移为5.1 %。在一些情况下,根据谱带形状、谱带深度(相比基线颜色谱带的透射%变化 或反射%变化)或可见光谱中谱带边缘的位置,在一些可利用的视角(例如,45度或60度)下 10%或甚至15%的相对偏移是所期望的。
[0089] 阀呼吸效率测试
[0090] 呼气阀效率在呼吸器使用者所体验的舒适度中起着关键作用。在正弦呼吸周期期 间穿过阀的总空气流量的百分比是此效率的量度。
[0091] 从测量阀处于闭合时的3M?8511呼吸器的压降性能来开始测量,从而产生流速作 为压降的函数的曲线图。利用此数据,使用13.97厘米(cm)直径、暴露区域HD-2583玻璃纤维 过滤器来产生压降的代用指标(proxy),该过滤器可购自马萨诸塞州东威尔泊市的华盛顿 街道112号(邮编02022)的贺林斯渥与佛斯公司(!1〇11;[1^8¥01'1:11&¥086,112¥3811;[1^1:011 St.,E.Walpole,MA 02022),并且其被放置于直径为13.97cm且深3.81cm的垂直取向的室的 保持器中。与此室同心的是长8.9cm、内径为3.81cm的管,该内径管通过T形交叉物将此室气 动式地连接到高7.62cm且直径为10.16cm的第二室。此第二室的顶部表面与地面平齐,并且 在盘中心具有21mm直径的端,从而形成了第二室的顶部表面。第二室的基部同心连接到长 13.34cm且内径为5.08cm的管。在该管长度内为六边形铝网片,该网片具有3mm的六边形侧 到侧距离和5cm的长度。当气流进入第二室时,六边形网片使穿过该管的气流准直。此空气 入口管的顶部位于5cm以下,并且与平齐的顶部平面上的21mm直径的口同心。该测试方法针 对完全相同的过滤介质来测试每个阀,使得测试变量仅限于该阀。
[0092] 将阀安装到21mm的口处,并且密封基部以使得在阀基部周围没有泄露发生。经准 直的空气穿过入口管,并且穿过阀和/或过滤介质离开。通过设定压降(AP)以及测量穿过 系统的所得空气流量(Q)OVmin)来进行测量。对于单独的过滤介质来说在任何给定压降下 的空气流量(Qf)是已知的:Qf = 15.333x+l. 263,其中X为H2O的压降(mm)。针对阀和过滤系统 测量在任何给定压降下的空气流量(Qt),并且两种测量值之间的差值允许测定在给定压降 下的穿过阀的总百分比空气流量(Q v) =Qv = QT-Qf。穿过阀的空气总体积的百分比可如下方 式测定:
[0093] 利用对夹具上的阀采集的数据,产生了包括流速(L/min)和在此流速下穿过阀的 空气%的表。由EPA、PA/600/R-06/129F在2009年5月在第4-3和4-4页制作的记录呈现了关 于男性和女性的平均每日换气速率的数据。就年龄为41岁至〈51岁的男性而言,来自此组数 据的最大平均每日值为14.54L/min。在此数据组中,所有其它平均值记录了较低的值。针对 比较分析,将此平均值四舍五入达到15L/min。使用由Gupta,J.K、Lin,C.-H.和Chen, Q.2010, "Characterizing exhaled airflow from breathing and talking(对由呼吸和 说话呼出的气流进行表征)," Indoor Air(室内空气),20,31-39公布的基准,测出在15升/ 分钟(L/min)下呼吸速率为19次呼吸/分钟。利用15L/min和19次呼吸/分钟,针对在15L/min 下呼吸的男性,使用以下方程来产生作为时间函数的流速:
其中47.12389为峰值流速=JT X呼吸率(15L/ min)并且t为时间(s)。产生作为时间函数的流速的表,使用0.01s步阶,达到0.79s时的正弦 曲线的峰值。将作为流速的函数的空气百分比拟合到多项式方程中,并且通过将对应于正 弦方程的每0.01秒时间间隔的流速输入到作为流速的函数的空气百分比多项式中进而使 用此方程来计算穿过阀的作为时间的函数的空气百分比。现在时间和流经阀的空气百分比 之间存在一一对应。在每时间间隔即〇. 〇 I s时,由正弦方程得出的总空气流量乘以穿过阀的 空气百分比,得到穿过阀的空气体积(L/min)。作为时间的函数的空气的1/2正弦曲线的积 分X2,得出在一个呼气周期过程中穿过系统的空气总体积(Qt)。时间对穿过阀的空气流量 的积分X 2,产生在此相同呼吸周期中穿过阀的空气的总体积(Qv)。由此,使用
可以测定穿过阀的空气的总体积百分比。
[0094] 实例1和IC
[0095]实例1和IC使用在授予Japuntich等人的美国专利5,325,892中所述的相同阀主体 来测试两种不同的柔性阀瓣。实例1中的柔性阀瓣为35.6微米(μπι)多层光学膜,该光学膜由 112个PET和coPMMA的层对组成。在这35.6μπι的厚度中,两个相等厚度的PET表层各自构成 6. Ιμπι,而膜中包含的224个光学层构成23.4μπι。比较例IC使用常规的异戊二烯柔性阀瓣,该 柔性阀瓣厚457μπι,与' 892专利中报道的材料相同。针对实例1和实例IC,都使用阀呼吸效率 测试来测定穿过阀的空气百分比。还针对闪烁和谱带偏移对阀进行测试。结果记录于以下 表1中。
[0098]使用配备有通用反射附件的珀金埃尔默公司(马赛诸塞州沃尔瑟姆)的Lambda 950分光光度计进行偏离垂直的镜面反射测量。在8度的近垂直入射角度下,实例1的柔性阀 瓣在54 %镜面反射情况下分别具有在599nm处的短波长谱带边缘和在697nm处的长波长谱 带边缘。在这些谱带边缘之间,镜面反射率增加到高达97%镜面反射。在该谱带之外,镜面 反射率降至约10%。两种谱带边缘都随着偏离垂直的角度增加而向低处偏移。短波长谱带 边缘在30°、45°和60°下分别下降到561nm、524nm和489nm。因此,在30°、45°和60°下所得的 谱带边缘的相对下降率分别为6.3%、12.5%和18.3%。对于比较例IC的柔性阀瓣,在可见 光范围内的镜面反射在2%之下,因此也不存在镜面反射中的可识别的谱带边缘。
[0099] 实例2
[0100] 使用具有如在授予Martin等人的美国专利7,188,622中描述的弹性体密封表面的 呼气阀。密封表面的硬度为30肖氏硬度A。当从侧面观察时,阀座具有由花键弯曲产生的稍 微弯曲的密封表面形状,这导致在密封表面的远边缘即离安装平台最远的边缘和离安装平 台最近的边缘之间产生254μπι的高度差,离安装平台最近的边缘与安装平台处于相同的高 度。阀使用了用于阀瓣的58.42μπι厚的多层光学膜,并且具有如美国专利8,365,771和D676, 527S中描述的阀盖。针对闪烁、谱带偏移和呼吸效率对阀进行测试。表2呈
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