专利名称：一种呼吸机换能器的制作方法
技术领域：
本实用新型提供了一种呼吸机换能器，属于医疗设备技术领域。
背景技术：
呼吸机是常用的抢救和治疗设备之一，它可以完全替代人体的通气功能，抢救无 自主呼吸功能患者的生命，对呼吸功能不全的患者起到辅助呼吸的作用，直到患者完全恢 复自主呼吸，因此呼吸机可应用于CCU、 ICU等重症监护室、手术麻醉、急救复苏以及呼吸治疗等。 换能器(transducer)是一类应用在生物医学领域的传感器，是能将机械能、化学 能、光能等非电量形式的能量转换为电能的器件或装置。在生物医学上，换能器能将人体及 动物机体各系统、器官、组织直至细胞水平及分子水平的生理功能或病理变化所产生的如 体温、血压、血流量、呼吸流量、脉搏、生物电、渗透压、血气含量等非电量转换为电量，然后 送至电子测量仪器进行测量、显示和记录。 呼吸机换能器，顾名思义是指安装在呼吸机中的换能器，它将人的呼吸参数转换 成电信号，使呼吸机的主处理器能获得并感知人体呼吸的重要参数，以产生帮助人体呼吸 的各项控制信号，是呼吸机的核心部件之一。人体在呼吸时会产生微小的气流量和压力以 及呼吸的变换信号，来与大气交换能量以获得人体中最最关键的空气营养。而人体在生存 中重要的呼吸参数的感知与获得成为研究生命科学和治疗呼吸疾病以及抢救危重病人所 必须的重要参数。因此研究呼吸换能器是一项与人类生命息息相关的一个重要课题。 呼吸机换能器主要分为压力换能器和流量换能器，分别负责将呼吸道气体压力和 气体流量转换成电信号。 一体化换能器是将上述两者融为一体的多功能换能器，它的重要 功能有感知微弱气流信号、感知微弱压力信号、感知微弱呼吸转换信号、实现稳定性补偿。 其组成包括传感器部件和电子部件。其中根据传感器工作原理的不同可分为压差式、热敏 式、叶轮式和涡轮式。 压差式传感器包括两部分流速传感器(将流量信号转变为压差信号)和压差传 感器(将压差信号转变为电信号)。具体而言，前者实现气体流速与压差的一次变换，即根 据流经该变换器的气流速度大小不同变换器两端敏感出相应的压力差，即压差信号；而后 者将与流量成一定比例关系的压差信号转换成一定的电信号，经处理后以数字或曲线图形 显示。此类的流速传感器上多有一筛状隔网，气流通过该网时受网的阻力而流速下降，结果 使网眼的另一端的压力轻微下降。网眼两端形成压降差。压差传感器可据此压差感应而产 生电信号。流速越快，压降越大，则产生压差电信号越强。但此种传感器保持准确的前提是 气流应尽可能是层流，为了提供此种气流方式，隔网多设计为锥形体的保护网及毛细网，另 需要附加加热器以加温毛细网，避免呼出的饱和水蒸汽在筛状隔网上冷凝沉积、阻塞网眼。 改隔网清洁消毒较为困难，且在高流量测定时误差偏大。 热敏式传感器依据热量传导与气体流量相关的原理设计。核心部分为温度依赖性 电阻元件，热线(hot wire)或热珠(thermistor bead)。接通电源时该元件加温，当气流通过热敏件时可使其温度下降，并改变电阻(热珠温度下降时电阻增加，热线温度下降时电
阻减少)。维持热线温度的电流的变化与气体流速成正比。热线式传感器的缺点易受外
环境因素影响，如气压的改变、海拔高度、气体密度(如呼出气氧浓度不同)等。在环境温
度、压力与标定温度、压力相差较多时其流速(或容量)测定值可发生偏差，应对测量值进
行标化补偿，温度、压力修正。此外该传感器在低流量测定时线性反应稍差。
叶轮式和涡轮式传感器依据转动部件(叶轮或涡轮)的转动速度与流体速度成正
比的特性进行测量。气流通过时推动叶轮或涡轮转动，叶轮式采用光电调调制原理，通过光
电效应，涡轮式采用磁电调制原理，通过磁电效应，把叶轮或涡轮的机械转动信号转换成电
信号输出。由于叶轮的运动惯性和转轴与轴承间摩擦力矩等因素，会影响传感器的精度。
此种误差部分可通过电子线路予以补偿。但气流停止通过时涡轮仍可有惯性转动而发生误
差，且不能内定标是其缺点。
发明内容本实用新型的目的是提供一种体积纤小、结构紧凑、性能可靠稳定的呼吸机换能 器。 为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供一种呼吸机换能器，其特征在 于，包括压力信号转换电路和差压信号与呼吸同步信号转换电路； 其中，所述的压力信号转换电路包括第一扩散硅电桥，第一扩散硅电桥连接第一 运算放大器，第一运算放大器分别连接第一温度漂移补偿器和第一多功能信号处理器，第 一多功能信号处理器连接第一电压信号接收器； 所述的差压信号与呼吸同步信号转换电路包括节流装置，节流装置连接第二扩散
硅电桥，第二扩散硅电桥连接第二运算放大器，第二运算放大器分别连接第二温度漂移补
偿器、第二多功能信号处理器以及信号比较器，第二多功能信号处理器连接第二电压信号
接收器，信号比较器分别连接信号灵敏度调节器以及第三多功能信号处理器，信号灵敏度
调节器连接电符卫Vcc记录仪，第三多功能信号处理器连接脉冲信号记录仪。 本实用新型的原理是利用在一定形状和截面积的流通管道中气流的压力降落与
流速的依从关系可以测定流量。首先根据流经节流装置的气流速度大小不同节流装置两端
反映出相应的压力差，即压差信号；而压差传感器将与流量成一定比例关系的压差信号转
换成相应的电信号，经处理后以数字或曲线图形显示。本实用新型的主要用途是将人的呼
吸参数转换成电信号，使呼吸机的主处理器能获得并感知人体呼吸的重要参数，以产生帮
助人体呼吸的各项控制信号。 本实用新型的优点是 1、结构一体化将压力检测与放大、差压检测与放大、呼吸同步信号集成组装在直 径28mm，高度为24mm的圆柱型模块内。 2、体积小，所述圆柱型模块的底面直径为28mm，高为24mm。 3、多功能a、压力信号输出0. 1-2. 5V(0-4kpa) b、差压信号输出0. 1-2. 5V(-100—200pa) c、呼吸同步信号"LT 4、性能稳定环境温度变化0-50°C，零点变化小于5Pa。[0021] 5、互换性强同类型呼吸机中的呼吸换能器可互换，方便维修，简化调试。
图1为压力信号转换电路组成框图； 图2为差压信号与呼吸同步信号转换电路。
具体实施方式
以下结合附图和实施对本实用新型作进一步说明。 实施例 —种呼吸机换能器由压力信号转换电路和差压信号与呼吸同步信号转换电路组 成； 其中，如图l所示，为压力信号转换电路组成框图，所述的压力信号转换电路包 括第一扩散硅电桥，第一扩散硅电桥连接第一运算放大器，第一运算放大器分别连接第一 温度漂移补偿器和第一多功能信号处理器，第一多功能信号处理器连接第一电压信号接收 器； 如图2所示，为差压信号与呼吸同步信号转换电路，所述的差压信号与呼吸同步 信号转换电路包括节流装置，节流装置连接第二扩散硅电桥，第二扩散硅电桥连接第二运 算放大器，第二运算放大器分别连接第二温度漂移补偿器、第二多功能信号处理器以及信 号比较器，第二多功能信号处理器连接第二电压信号接收器，信号比较器分别连接信号灵 敏度调节器以及第三多功能信号处理器，信号灵敏度调节器连接电符卫Vcc记录仪，第三 多功能信号处理器连接脉冲信号记录仪。 第一扩散硅电桥连接，将非电量信号压力转换成电量信号，然后被送入到第一运 算放大器，电量信号被放大后，经第一温度漂移补偿器补偿后进入第一多功能信号处理器， 经标准压力电量转化信号输出，成为输出的0. 1-2. 5V电压信号。 非电量信号经节流装置(孔板)进入第二扩散硅电桥，将非电量信号差压转换成
电量信号，然后被送入到第二运算放大器，电量信号被放大后，经温度漂移补偿后进入第二
多功能信号处理器，经标准差压电量转化信号输出，成为输出的0. 1-2. 5V电压信号。 电量信号经第二运算放大器放大，进入信号比较器，调节信号灵敏度，转化电符卫
Vcc记录，另一方面经信号比较器输出的处理后的信号，进入第三多功能信号处理器将呼吸
信号变成同步信号，最终形成输出脉冲信号。
权利要求一种呼吸机换能器，其特征在于，包括压力信号转换电路和差压信号与呼吸同步信号转换电路；其中，所述的压力信号转换电路包括第一扩散硅电桥，第一扩散硅电桥连接第一运算放大器，第一运算放大器分别连接第一温度漂移补偿器和第一多功能信号处理器，第一多功能信号处理器连接第一电压信号接收器；所述的差压信号与呼吸同步信号转换电路包括节流装置，节流装置连接第二扩散硅电桥，第二扩散硅电桥连接第二运算放大器，第二运算放大器分别连接第二温度漂移补偿器、第二多功能信号处理器以及信号比较器，第二多功能信号处理器连接第二电压信号接收器，信号比较器分别连接信号灵敏度调节器以及第三多功能信号处理器，信号灵敏度调节器连接电符卫Vcc记录仪，第三多功能信号处理器连接脉冲信号记录仪。
专利摘要本实用新型提供了一种呼吸机换能器，其特征在于，包括压力信号转换电路和差压信号与呼吸同步信号转换电路；压力信号转换电路包括第一扩散硅电桥，第一扩散硅电桥连接第一运算放大器，第一运算放大器连接第一多功能信号处理器，第一多功能信号处理器连接第一电压信号接收器；差压信号与呼吸同步信号转换电路包括节流装置，节流装置连接第二扩散硅电桥，第二扩散硅电桥连接第二运算放大器，第二运算放大器连接第二多功能信号处理器以及信号比较器，第二多功能信号处理器连接第二电压信号接收器，信号比较器连接第三多功能信号处理器，第三多功能信号处理器连接脉冲信号记录仪。本实用新型的优点是结构一体化、体积小、功能多、性能稳定、互换性强。
文档编号A61H31/00GK201453611SQ20092007802
公开日2010年5月12日 申请日期2009年7月9日 优先权日2009年7月9日
发明者印洁, 宋元林, 宋军, 王向东, 白春学, 虞明, 虞玮, 钮善福 申请人:复旦大学附属中山医院;上海明涛电子科技有限公司