专利名称：在呼吸器中使用非接触感测的自动配合检测和流量校准的制作方法
技术领域：
本发明涉及空气净化器，更具体地涉及控制用电空气净化呼吸器的气流的方法。
背景技术：
用电空气净化呼吸器(PAPR)已广为人知，其利用用电机构(例如电池供电的吹风 机)使周围的空气通过(一个或多个)空气净化元件，其中，(一个或多个)空气净化元件 将污染物从周围空气中去除。PAPR被设计来在具有其中浓度也满足一定的安全标准的固体或液体污染物(例 如，灰尘、雾气等)、气体和/或蒸汽(例如烟雾)的气氛中提供呼吸防护。在这种情况下， 所述标准要求浓度不能立即危及生命或健康，并且所述气氛含有足够的氧气以支持生命。用电空气净化呼吸器有各种不同的类型。例如，用电空气净化呼吸器可以配备有 紧配合面罩或松配合面罩。在这点上，紧配合呼吸器可以配备有盖住使用者的鼻子和嘴的 半面具或从发际至下巴下面盖住使用者的面部的全面具。相反，松配合呼吸器包括具有完 全覆盖使用者的头部的头罩或头盔的面具。不同类型的面罩需要不同量的气流。例如，紧配合面具的构造使空气直接被推进 使用者的鼻道(和肺)。这样，紧配合面具需要较低的气流而同时仍旧为使用者提供良好的 保护。相反，松配合面具在使用者面部上提供净化的空气，净化的空气还会冷却使用者 的头部。相应地，松配合面具需要更大的气流。由于PAPR的重要性，因此需要一种更好的 对于使用的面具的类型而校准气流的方法。
发明内容
本发明一方面提供一种用电空气净化呼吸器，包括空气面具；气泵；将所述面具连接到所述气泵的软管；置于啮合在所述气泵的外壳上的软管的一部分上的磁致动器；和基于来自所述致动器的磁通量而提供由所述泵到所述面具的预定的气流的控制器。本发明另一方面提供一种用电空气净化呼吸器，包括气泵；将空气面具连接到气泵的软管；置于啮合在气泵的外壳上的软管的一部分上的磁铁；位于所述外壳内的检测磁通量的传感器；和耦合到所述传感器的、基于检测到的磁通量而提供由所述泵到所述面具的预定的 气流的控制器。
本发明再一方面提供一种方法，包括将用电空气净化呼吸器的软管耦合到气泵；读取由软管上的磁铁耦合到气泵上的传感器的磁通量；从所述通量确定气流。
图IA-B描述了根据本发明所示实施例的用于PAPR的自动气流控制系统；图2描述了可以与图1的系统配合使用的软管耦合系统；图3描述了图1的系统的控制原理图；图4描述了图3的系统的流程图；图5描述了图2的软管耦合系统的其它细节；图6描述了图2和图5的传感器的电压读数；和图7描述了图2和图5的传感器的高斯读数。
具体实施例方式图IA-B描述了大体根据本发明的所示实施例的用电空气净化呼吸器(PAPR)IO。 图IA显示的是具有紧配合面具12的PAPR 10，图IB显示的是具有松配合面具14的PAPR 10。图IA-B还显示了气泵16。该气泵16通常由耦合到涡轮(离心式)吹风机的直流 (dc)电机构成。空气净化元件或过滤器耦合到气泵16的入口。还如图IA所示，第一个软管18将紧配合面具12耦合到气泵16上，第二个软管20 将松配合面具14耦合到气泵16上。通常，软管18、20的每个或者永久性地附接到相应面 具12、14上，或者专门为了这些面具制作(不同的颜色和构造)。图3是PAPR 10的控制原理图。在本发明的一个示出实施例中，处理器102可选 地通过开关式电源(SMPQ 104将电机114与电池110连接。电机114的速度(以及输送到 面具12、14的空气体积)由处理器102根据由磁铁108提供的并且通过磁传感器106感测 到的磁通量自动确定。图2A和2B显示了软管18、20、磁铁108和传感器106的细节。软管18、20的第一 端沈永久性地连接到面具12、14上，软管18、20的第二远端可拆卸地连接到气泵16上。磁铁108通过合适的技术(例如，胶、螺丝等)附接到软管18、20的远端22的外 表面上。端22的外径尺寸小于附接在气泵16壳上的耦合器观的内径。当软管18、20的远端22插入耦合器28中时，就将磁铁108带入传感器106的范 围内。在这种情况下，远端22外表面上的肋可以与耦合器观内部的凹槽啮合，这样，除非 磁铁108与传感器106相对齐，否则端22将不能插入耦合器28中。传感器106可以在许多不同的形式下工作。例如，传感器106可以是霍耳效应传 感器，其提供可变电压输出，其中该电压取决于冲击到传感器106上的磁通量。另外，传感 器106可以是磁阻(MR)传感器、各向异性磁阻(AMR)传感器或巨磁阻(AMR)传感器。通常，使用磁铁108相对于传感器106的取向和位置来确定由气泵16至面具12、 14的气流。例如，图5显示了软管18、20插入耦合器28的情形，其中磁铁108与传感器106之间隔开一距离D。这样，距离D可用作控制耦合到传感器106并被传感器106检测的磁通 量的手段。图6显示了传感器106的电压输出(例如，模拟信号或数字信号)与距离D之间的 关系，D为将磁铁108和传感器106分开的距离。在第一实施例中，气流(电机速度)取决 于磁铁108相对于传感器106的取向。如图6所示，如果软管18、20具有朝北的磁铁(即 磁铁108的北极朝向传感器106)，则传感器106的电压输出从8. 5毫米时的约2. 8伏特至 5毫米时的高的3. 5伏特，而朝南的磁铁将提供8. 5毫米时的约2. 2伏特和5毫米时的1. 4 伏特的输出。在此实施例中，如图IA所示的紧配合面具12可配备有朝向传感器106的磁 铁108的南极，并且松配合面具14配备有朝向传感器106的磁铁108的北极。在此实施例中，处理器102读取传感器的输出(模拟或数字输出)，并根据传感器 电压确定将被使用的面具12或14的类型。在这种情况下，沿曲线34的电压表明正在使用 紧配合面具12，而沿曲线32的电压则表明正在使用松配合面具14。如果处理器102将自动确定在系统10中使用紧配合面具12，则处理器102可以选 择第一气流(例如，根据NIOSH要求的中等工作速率的115升/分或高等工作速率的170 升/分)。类似地，如果处理器102确定使用松配合面具14，则处理器102可以选择第二气 流(例如，低工作速率的115升/分、中等工作速率的170升/分或高等工作速率的235升 /分)。系统10可以配备第一 0N/0FF开关或可以通过将软管18、20插入气泵16来启动。 类似地，气泵16可配备第二开关，用于选择中等工作速率或高工作速率。一旦启动，系统10就会如图4所示运行。在这点上，如果电源接通202，则处理器 102可以收集来传感器106的读数，以检测204是否有磁铁在传感器106的附近。如果传感 器的输出接近中性值(即传感器输出对应于零磁通量密度)，表明没有软管存在206，然后 处理器102可以读取216电源关断按钮，并使停止218按钮启动。否则，处理器102可以通 过包括步骤204、206、216的回路循环。或者，处理器102可以经由一些最小的电压读数检测204磁铁108在传感器106 的附近。如此，处理器可以读取208来自传感器106的通量密度。根据通量密度，处理器102可以前进以检测210朝向传感器106的磁铁108的极。 处理器102可以借助于包含曲线32、34的读数的查阅表118来执行此步骤。在这点上，处 理器102可以使用比较器来比较通量读数和曲线32和曲线34中的值。或者，如果传感器 106是霍尔传感器，那么磁铁108的极性可以通过传感器106输出的极性确定。在读数与南 极或北极匹配后，处理器102可以检索212、214电机速度(气流速度)，并向SMPS 104发出 指令(包括确定的电机速度)。SMPS 104将接收指令并使电机114在需要的速度下工作。需要指出的是，在这种情况下查阅表118中的电机速度是与检测到的磁铁108相 匹配的。例如，如果南极标识紧配合面具12，则查阅表118内的电机速度值可能已经针对所 涉及的紧配合面具12的具体类型或使用的特定面具12来通过实验确定。类似地，如果北 极标识松配合面具14，则查阅表118内的电机速度值可以通过类似的方法针对松配合面具 14而被确定。在另一个实施例中，可以用所述距离D和磁铁108的取向来限定沿图6的椭圆形 30的可能的位置轨迹。在这种情况下，沿着椭圆30的每个位置可以与查阅表118上相应的气流匹配。在此实施例中，处理器102首先会确定磁铁108是否在传感器106的附近204。如 果是，处理器会首先读取208通量密度的大小。根据该通量密度，处理器102将确定或检测 210朝向传感器106的磁铁108的极。一旦极确定，处理器102可以利用比较器116和查阅表118来确定合适的气流 212、214。在此情形下，查阅表118可以包括两个表，包括对于朝南极的一个和朝北极的一 个，其中每个读取通量值对应于具体的预先设定的气流速度。在另一个实施例中，磁铁与传感器106之间的距离D被使用来独自确定气流。在 这种情况下，改变距离D以限定任意数量的气流速度。例如，图7显示了单位为高斯的传感 器读数与距离之间的关系。另外，磁场强度(高斯为单位)可以通过改变磁铁108的类型 和强度而改变。如上，处理器102可以首先根据传感器的输出(模拟/数字)确定朝向传感器106 的磁铁108的极210。或者，用于紧配合和松配合面具12、14的气流可以直接根据如图4所 示的高斯读数来确定。在此情况下，气流可以通过合适地选择距离D(如图4所示)或者根 据磁铁108的强度进行选择。如上，高斯读数可以由处理器102检索，并且检索到的高斯读 数可以在比较器116和查阅表118中使用以使用高斯读数来检索对应于所述高斯读数的气 流而从查阅表118确定合适的气流。系统10相对于传统的PAI3R提供许多优势。例如，不再需要为配合使用不同的面 具12、14而购买不同的气泵16。这相比于传统技术节省了费用，因为对所需气流的自动检 测考虑了 PAPR的标准化和使用可互换的面具12、14。此外，装置10会更安全。通常，认为手动/人为干涉校准或调整PAI^R的气流要求 是危险的。在要求权利的本发明中，不熟练的使用者可以简单地检索对他们来说最舒适的 面具12或14，而不需要考虑面具12、14或要与面具12、14配合使用的特定的气泵16。为了阐述本发明制造和使用的方式，上文描述了自动气流控制系统的具体实施 例。应当理解的是，对本发明实施的其他变形、修改以及本发明的不同方面对本领域技术人 员来说是显而易见的，并且本发明并不限于上述具体的实施方式。因此，意图于覆盖本发明 以及落入本文公开并要求权利的基础原理的真实精神和范围内的任何核全部修改、变型或 等价方式。
权利要求
1.一种用电空气净化呼吸器，包括空气面具； 气泵；将所述面具连接到所述气泵的软管；置于啮合在所述气泵的外壳上的软管的一部分上的磁致动器；和基于来自所述致动器的磁通量而提供由所述泵到所述面具的预定的气流的控制器。
2.如权利要求1所述的呼吸器，其进一步包括耦合于所述控制器的磁通量检测器。
3.如权利要求2所述的呼吸器，其进一步包括所述控制器在所述通量检测器检测到磁 致动器的南极时选择第一预定气流并且在检测到磁致动器的北极时选择第二预定气流。
4.如权利要求3所述的呼吸器，其进一步包括在所述控制器内的测量所述磁致动器的 磁通量的通量测量处理器。
5.如权利要求4所述的呼吸器，其进一步包括查阅表，其将测量到的磁通量与预定的 气流速率相关联。
6.如权利要求5所述的呼吸器，其进一步包括比较器，其比较测量到的磁通量与查阅 表中的一套通量值并选择与测量到的通量值基本匹配的气流。
7.一种用电空气净化呼吸器，包括 气泵；将空气面具连接到气泵的软管； 置于啮合在气泵的外壳上的软管的一部分上的磁铁； 位于所述外壳内的检测磁通量的传感器；和耦合到所述传感器的、基于检测到的磁通量而提供由所述泵到所述面具的预定的气流 的控制器。
8.如权利要求7所述的呼吸器，其中所述的传感器进一步包括霍尔效应传感器。
9.如权利要求7所述的呼吸器，其中所述的传感器进一步包括磁阻传感器。
10.如权利要求7所述的呼吸器，其中所述的传感器进一步包括各向异性磁阻传感器。
11.如权利要求7所述的呼吸器，其中所述的传感器进一步包括巨磁阻传感器。
12.如权利要求7所述的呼吸器，其进一步包括查阅表，用于从测量到的通量确定气流。
13.如权利要求12所述的呼吸器，其中所述的查阅表进一步包括对于磁铁的北极的第 一套读数和对于磁铁的南极的第二套读数。
14.如权利要求12所述的呼吸器，其进一步包括比较器，其比较通量读数与查阅表中 的条目。
15.如权利要求7所述的呼吸器，其进一步包括开关模式电源，所述电源控制气泵的速度。
16.如权利要求7所述的呼吸器，其进一步包括电池。
17.一种方法，包括将用电空气净化呼吸器的软管耦合到气泵； 读取由软管上的磁铁耦合到气泵上的传感器的磁通量； 从所述通量确定气流。
18.如权利要求17所述的方法，其进一步包括识别朝向传感器的磁铁的极。
19.如权利要求17所述的方法，其进一步包括匹配通量读数与查阅表内的气流。
20.如权利要求19所述的方法，其进一步包括基于匹配的读数设定气泵的电机速度。
全文摘要
本发明涉及在呼吸器中使用非接触感测的自动配合检测和流量校准。一种用于操作用电空气净化呼吸器的方法和装置。该装置包括空气面具、气泵，将面具连接到气泵的软管、置于啮合气泵的外壳的软管的一部分上的磁致动器和基于来自所述致动器的磁通量而提供由泵到面具的预定的气流的控制器。
文档编号A61M16/00GK102058923SQ201010610800
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月15日 优先权日2009年11月16日
发明者N·H·易卜拉欣, P·K·帕拉查拉, S·G·帕蒂尔 申请人:霍尼韦尔国际公司