专利名称:测量肺通气量的流量计——肺通气量计的制作方法
本发明为一种可测量人体肺通气量的流量计。它即可用于医学卫生领域中测量人的平均肺呼气量，又可作为通用的测量中等流量气体的流量计，用于采暖通风、空气调节、化工或其它有关领域。
目前测量人体肺通气量是采用称为肺活量计的仪器，它是用一换能器将呼吸气体量转换为电信号测量。换能器主体为一可转动的叶轮，通过光敏器件将叶轮转数计数下来並通过微处理机将结果得出。这方面技术的报导如美国专利1 United States Patent A61B5/08 4282883 Aug.11.19812 United States Patent A61B5/08 3605729 Sept.20.1971这种肺活量计使用时，它对呼、吸气体都有响应，因而叶轮的惰性转动等会引起误差。並且数据处理部分较复杂，不便于携带。
本发明的任务是提供一种轻便、可携带、可自动记录並能连续使用的肺通气量计。
本发明的肺通气量计，主要分为两部分肺通气量计换能器部分和电路部分。
权项1的肺通气量计换能器特征部分给出的结构特征，解决了这个任务的主要部分。通过在上、下支架板安装发光二极管和光电三极管、在叶轮上设置对称的孔和相应的脉冲计数电路以记录叶轮转数的方式，可以减少通常使用的机械或磁力传动记录方式而产生的阻力。但应注意，叶轮上的孔必须与发光二极管和光电三极管严格地在同一直线上。工作时当气流吹动叶轮转动，叶轮上小孔转到与二极管和三极管在同一直线上时，二极管发射的光线通过小孔射到三极管上，使三极管有高电平输出。当小孔转过去不在直线上时，光线被遮住，三极管输出低电平，因而高低电平组成的脉冲被计数器记录下来。由流体力学原理，气体流量与叶轮转数呈线性相关，因而通过转数可以得出气体流量。为了加强叶轮强度，在轮叶的水平部分的径向上压出凸起的加强筋，轮叶根部呈园弧状(权项5的特征)，分流管起到疏导气流和有效的组织气流以提高流量计换能器的效率。分流管安放的位置是很关键的，本发明中分流管的安放是采用交错排开方式(权项2的特征)，因而使叶轮在任何位置上都受到最佳气流组织。分流管上的喷咀口呈斜面与叶轮园周相切(权项4的特征)，喷咀口中心与轮叶中心在同一水平面上(权项8的特征)，因而可以更好地改善气流组织，提高换能器的效率和灵敏度。改变喷咀直径可以改变灵敏度。由于采用以上的结构特征，使得①叶轮只在单向气流作用下旋转，反向气流对其作用很小;②流量计在相同气流量情况下结构尺寸可以减小，因而使得流量计体积缩小便于携带。
与通常的叶轮流量计换能器不同的另一点是，在肺通气量计出口处装置有一单向阀控制的光电开关。单向阀由铝合金箔或薄塑料做成，朝向出口的一面粘有一层橡皮薄膜(权项9的特征)，以便阀体将流量计出口关闭得严密。单向阀背向出口的一面垂直凸出-凹形框(权项11的特征)，在凹形框两侧的流量计外壳上，安装一对发光二极管和光电三极管组成的光电开关。在工作时，当没有气流或气流反方向流动时，单向阀被安置在其下面的弹簧关闭，堵住出口，气体不能倒流，此时凹形框的下框边遮住发光二极管射出的光线，光电三极管输出低电平，通过电路使叶轮转数计数器停止计数。当人呼出气体时，肺通气量计有正向气流流过吹动单向阀打开，凹形框移动使得发光二极管光线通过凹形框中间的孔射至光电三极管，光电三极管输出高电平，使叶轮转数计数器计数，並传至微处理机。因此每当人呼出气体时，叶轮转动，单向阀打开，计数器连续记录叶轮转数。当呼气停止或吸气时，单向阀关闭，此时即使叶轮由于惯性继续转动，计数器也仍然停止计数，因而防止了由于叶轮惰性转动而产生的多余计数。在电路里还装置有定时器，在预定的时间间隔后，可自动停止计数，这样便可得出在一定时间内叶轮的转数，从而得出肺通气量。当在电路中清除前一次的读数后(使读数复零)，即可开始进行下一次测量。
本发明不仅解决了任务所要求的目的，而且它还可做为中等流量的通用气体流量计。
为了能更好地了解本发明並付诸实践，这里籍助于一个带有付图的实施例来详细说明。
图1表示了本发明的肺通气量计的基本部件。
图2为携带使用情况一例。
图3为肺通气量计换能器部分沿纵轴方向的断面图。
图4为换能器A向剖面图。
图5为换能器的B向视图。
图6为换能器叶轮的F-F剖面图。
图7为轴承部分K的局部视图。
图8为分流管位置安排示意图。
图9为肺通气量计电路示意框图。
图1表示本发明的肺通气量计的基本部分，它包括叶轮换能器部分(1)，线路部分(2)，连接导线(3)，电源(4)，进气管(5)，显示器及开关面板(6)。上述几部分在携带使用时都安置在外壳(7)内。外壳的底部一侧有一定数量的排气孔(8)。进气管(5)通过一定口径及适当长度的罗纹橡胶管(9)连接到戴在人面部的口罩(10)的出气口上。呼气时进气口内的橡皮膜(11)堵住进气口起到单向阀的作用。从肺部呼出的气体通过口罩(10)的出气口、橡皮管(9)、进气管(5)送入肺通气量计的换能器(1)中。吸气时则进气口橡皮膜(11)打开。换能器本体和外壳(7)全都用轻质材料如铝合金或塑料制成。当被人携带使用时，可将外壳(7)装入一有皮带(12)的皮匣(13)中，系在被测试人的身上，即可在人活动时使用(见图2)。
图3表示换能器(1)的详细结构。肺通气量计换能器由上壳体(14)、下壳体(15)、进气管(5)、出气口单向阀控制的光电开关和中心部分(16)等几部分组成。本实施例中上下壳体(14)(15)及进气管(5)用表面阳极氧化处理的铝合金或塑料制作。上、下壳体间可用螺钉或其它方法连接，在本实施例中是用螺钉(17)连接的。连接方法要便于换能器的拆卸清洗。进气管(5)的一端有螺丝和与下壳体(15)的一端连接。下壳体(15)的另一端的肺通气量计出口处装有一单向阀(18)控制的光电开关，这部分将在以后详细说明。中心部分(16)包括叶轮、上、下支架板、分流管、支撑柱等组成。叶轮为换能器的关键部分，它是一有多个轮叶(17)的可转动的叶轮，轮叶折向下垂成直角。叶轮由薄的轻质材料制作，如铝合金箔或塑料。叶轮重量越小越好，它直接关系到换能器的灵敏度。为了增加轮叶的强度，轮叶根部呈园弧形，沿每个轮叶水平部分的径向上压出一条加强筋(20)，见图6叶轮的F-F剖面。轴(21)可采用钟轴-淬火钢轴，外面镀镍或不锈钢轴，可增加耐腐蚀性。轴的两端呈瓶颈状，轴尖部分要压光，以减少摩擦，轴上有一园环(22)，园环用加压迫合方式套在轴中间部位。园环可用轻金属或塑料制作。采用化学粘合剂将叶轮粘接在园环上，粘接时调整好叶轮的平衡。叶轮上有几对与轴相对称的小孔(23)。叶轮置于上、下两支架板(24)(25)的两个轴承(26)之间，轴承同样采用钟轴承，如图7。外面为一个铜套，上面有螺纹，中间为一玻璃或宝石轴座(28)。它不仅耐磨，而且摩擦阻力小，因而能够测得较低的流量，在一个实施例中最低流量可测到0.7升/分钟。轴承上的罗纹使得可少许调节轴承上、下的位置，以调节叶轮位置和轴(21)的夹紧程度。上、下两支架板由轻质的铝合金制作，支架板间由支撑柱(29)及螺钉(30)支撑固定。下支架板上装有多个分流管(31)。分流管安排的位置采用交错排开的最佳方式。见图8所示意。分流管中心排列在以叶轮轴为中心的一园周上。将相邻两轮叶间的夹角四等分，则在分角线AO、BO、CO、DO的延线与园周交点即为分流管心位置。在具体安排时可按照此种规律均匀安排在园周上。当四个分流管的流量满足不了要求时，可按此种方法均匀递加五、六……个分流管。在本实施例中采用了5个分流管。分流管的侧面装有喷咀(32)。喷咀口呈斜面，旋转分流管可使喷咀口斜面与叶轮外园周相切。在安装时应调节叶轮(19)的上下位置使喷咀口中心与轮叶中心调节在同一水平面F-F上。分流管和喷咀采用轻质材料制作，如铝合金或塑料。当用金属制作时可用涨管法涨紧在下支架板上，用塑料制作时可在分流管下端做出螺丝扣，用螺母固定在下支架板上。分流管上端做出方槽，以便用搬手转动，调节喷咀方向。在上、下支架板上分别装有发光二极管(33)和光电三极管(34)。两管安装调准在一直线上，当叶轮被气流吹动旋转时，叶轮上的小孔(23)每转到与两管同一直线上时，由发光二极管发射的光线通过小孔射到光电三极管上，光电三极管输出高电平。当小孔转过去后，光线被叶轮阻断，三极管输出低电平。因此高低电平组成一个脉冲串，此脉冲串通过导线(3)传至计数器。这里需要注意的是，发光二极管(33)光电三极管(34)和叶轮上的小孔(23)要求严格对准在一直线上。下壳体(15)的中空部分的上边缘有一边槽(39)，边槽中放置一个橡皮圈(35)，下支架板即放在橡皮圈上，橡皮圈厚度与下支架板厚度之和稍大于边槽高度。上、下壳体(14)(15)之间垫有橡皮薄板(36)。上壳体中空部分及橡皮薄板的中空部分尺寸小于下支架板中空部分的轮廓尺寸，因而上壳体通过橡皮薄板压在下支架板上，再压在橡皮圈上，由于橡皮圈及下支架板的总厚度大于下壳体中空部分的边槽高度，使得上壳体与下壳体未压紧之前，上下壳体之间被橡皮圈涨起一定缝隙，压紧之后，上壳体将下支架板严密挤压在下壳体边槽内，並与下壳体紧密接合，保证了没有漏气的可能。
在下壳体上的肺通气量计出口处装有一单向阀控制的光电开关，如图5所示。单向阀为一铝合金箔片，在箔片中间适当位置处刻出一中空的凹形框，然后将断开的一端撬起，与铝箔片成垂直，有垂直箔片的一面背向出口，其作用后面将详述。在铝箔片朝向出口的一面装有一块比肺通气量计出口尺寸稍大一些橡皮膜(38)，橡皮膜的作用是使单向阀关闭的更严密。铝箔片的一端悬空，另一端固定在一可自由转动的轴套(39)上，轴套可用金属或塑料制成。轴套在一个直径合适的不锈钢做成的轴(40)上，轴穿在支座(41)上的孔内，由支座架住。支座下面有长园形制品，由螺钉(42)固定在下壳体上，並可少许调节支座的位置。在支座上由压片(43)螺钉(44)固定二个由簧片做成的弹簧(45)，弹簧一端压在铝箔片上。弹簧可用钟表上的游丝制作。由于单向阀重量很小，並且要求阀门开启阻力越小越好，所以弹簧的弹力不要求很大。在单向阀旁边肺通气量计下壳体上装有一光敏器件支座(46)，支座由两个螺钉(47)固定在下壳体上，支座上的螺孔为长园形，可以少量调节支座位置，支座上分别安装一对发光二极管(48)和光电三极管(49)，两管对准在同一直线上。安装时单向阀撬起的凹形框正好位于两管之间。当气流正向通过肺通气量计时，单向阀打开，带动凹形框移动，使发光二极管射出的光线从凹形框中间的孔通过，光电三极管输出高电平信号，使叶轮转数计数器工作。当气流停止或反向流动时，单向阀被弹簧关闭，凹形框的下框边阻断光线，光电三极管输出低电平，使叶轮转数计数器停止工作。
图8表示了肺通气量计的电路框图。叶轮转数光电三极管(34)的输出及单向阀光电三极管(49)的输出分别经整形器(50)(51)整形后输入到具有三输入端的与门(52)中。与门的另一输入端接到定时器(53)的输出端。亦即只有气流吹动单向阀打开光电三极管输出高电平，同时时间定时器开始计时而输出高电平时，叶轮转数光电三极管输出的脉冲信号才能通过与门(52)进入叶轮转数计数器(54)进行计数。当气流停止或反向流动时，单向阀关闭，光电三极管(49)输出低电平，使得与门关闭，计数器停止工作。或当达到预定时间后，定时器输出低电平，而将与门关闭，计数器也停止工作。每进行一次测量后，计数器将计数结果送入微处理机(55)进行数据处理，然后根据需要，在显示器(56)中显示各种结果。在做第二次测量时，只需按动复位开关(57)，则线路复零，待时间定时器开始计时后，计数器又重新从零开始计数，进行下一次测量。
权利要求
1.测量肺通气量的流量计的换能器，它具有一外壳，主体为一可转动的叶轮，空气经入口进入吹动叶轮旋转，叶轮轴被安放在支架上，由光敏器件将叶轮的转数转变为电脉冲，本发明的特征是肺通气量计换能器一端有一可拆卸的进气管，它与换能器一起可被拿起放在口边或连结于橡皮管、口罩等载在人面部，在人工作时使用，气流经由多个分流管和喷咀吹动一具有多个垂直向下的轮叶的叶轮旋转，叶轮上有多个小孔，当小孔旋转到与分别安放在上、下支架板上的发光管和光电管同一直线上时，光线通过小孔使光电管输出脉冲，传至计数器电路，叶轮轴安放在上下支架板上的轴承内，在出口处装有单向阀控制的光电开关，单向阀背向出口的一面有一凸起的凹形框，单向阀打开时位于凹形框两侧的发光管和光电管之间的光线通过凹形框中间的孔，而输出信号使叶轮计数器工作，单向阀关闭时，凹形框的下框边阻断光线，光电管输出信号使叶轮计数器停止工作。
2.根据权项1的肺通气量计的换能器，其特征是分流管的安放位置采用交错排列，即将相邻轮叶夹角分为数等分，则分流管按此等分序列依次安排，当按等分数所安放的分流管不能满足空气流量要求时，可增加分流管数，但其位置仍按上述位置顺序增加，分流管在下支架板上应安排均匀。
3.根据权项1和权项2的肺通气量计的换能器，其特征是分流管上端做出方槽，以便用搬手使其转动。
4.根据权项1的肺通气量计的换能器，其特征是喷咀口呈斜面，转动分流管可使喷咀口斜面与叶轮外园周相切。
5.根据权项1的肺通气量计的换能器，其特征是叶轮具有多个垂直向下的轮叶，轮叶的根部呈园弧状，并在每个轮叶的水平部分的径向上压出一条凸起的加强筋。
6.根据权项1的肺通气量计的换能器，其特征是叶轮轴两端呈瓶颈状，轴尖要求机械压光，以减少磨擦。
7.根据权项1的肺通气量计的换能器，其特征是叶轮轴承由金属制作，外面有螺纹，顶端接触轴承部分为一镶入的中间有凹穴的低摩擦阻力的玻璃或宝石座，凹穴部分刚好装入轴尖，并在其内转动。
8.根据权项1和权项7的肺通气量计换能器，其特征是叶轮轴承可上下调节，以使轮叶中心与喷咀口中心同在一平面上。
9.根据权项1的肺通气量计的换能器，其特征是出口处的单向阀可用铝合金箔或薄塑料制作，面向出口的一面安放一橡皮薄膜。
10.根据权项1或权项6的肺通气量计的换能器，其特征是单向阀背向出口的一面凸起的凹形框，可直接在铝合金箔或塑料的阀体上冲压而成。
专利摘要
本发明为一种可测量肺通气量的流量计——肺通气量计。其主体为一可转动的叶轮，由光电计数器记录叶轮转数。出口处安装有单向阀控制的光电开关，当正向气流通过时，阀门打开光电开关接通使计数器工作，当正向气流停止或反向时，阀门关闭，光电开关被切断，计数器停止工作。因而防止了由于叶轮惰性转动而产生的多余计数，保证了流量计测量的准确度。
文档编号A61B5/08GK86100679SQ86100679
公开日1987年5月27日 申请日期1986年1月23日
发明者周冠雄 申请人:中国预防医学科学院环境卫生与卫生工程研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan