校正呼吸器系统空气流的方法和系统的制作方法

专利名称：校正呼吸器系统空气流的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及风机基呼吸器的空气流控制，并更特别涉及在这些装置的校正期间建立设定点的方法。
背景技术：
已知防毒呼吸系统，特别是风机基式呼吸装置用于防止人员呼吸事故。这些呼吸器通常使用电池驱动马达来驱动风机，给使用者提供空气，并通常称为电动空气净化呼吸器(PAPR)。PAPR系统广泛地用在工业环境，以保护佩带者免受各种类型的危害，例如微粒，煤气，或蒸汽，可能遭遇到混合危害。
PAPR系统常常设计成包含许多元件。这些元件通常能够现场调换并允许使用者配置该系统，以满足特殊应用的需要。PAPR元件能分为两种类型使用者佩带的元件和输送空气的元件。由使用者佩带的元件包括hood(？)，面罩(mask)，或防护头罩(shield helmet)，而空气输送元件通常包括，例如，过滤器组，电池驱动风机马达组，空气输送软管，和软管附件。
任何PAPR系统配置的中心元件是风机马达组。虽然系统中的其他元件可以改变或按某种方式变化，风机马达组通常设计为不能重新配置的。然而，风机马达必须不管PAPR的配置，能够提供流过该系统适当的空气流。PAPR的空气流输送取决于至少两个因素。第一个空气流输送因素起因于系统配置本身的结果。因为每种元件具有相关的压降。PAPR系统上累积的压降随系统元件的改变或变化而变化。一种系统配置和另一种系统配置上压降的变化将改变风机马达装置的空气流输送能力。第二个空气流输送因素包括PAPR的超时(over time)运行。影响到空气输送的时间基运行因素包括过滤器负载和阻塞，马达和风机驱动元件磨损和摩擦力的增加，及电池的功率损耗。引起空气流变化的系统和运行流动输送因素的组合要求可以调节马达风机组的空气输送速率，以适应这种变化。为了便利于风机空气流输送的调节，PAPR通常配备有手动或自动风机马达控制系统。已知完善的控制系统合并有反馈响应功能，将风机操作维持在某种预定条件内。
通过校正协定建立设定点在任何反馈控制系统中是重要的。设定点是控制变量期望值的替代名，控制变量例如为马达转速或供给马达的电压值。在闭环系统或反馈中，控制变量的测量值返回或反馈给称作为比较器的装置。在该比较器中，该控制变量与所期望值或设定点进行比较。如果在测量的变量和设定点存在差异，就产生一个错误。这个错误进入控制器，控制器依次调节最后的控制元件，以将该控制变量返回到设定点。校正协定的目的是建立用于控制的设定点。
一种校正系统的方法是通过使用微处理器。微处理器基控制系统的一般特点是在校正期间，通过在工厂编入微处理器的逻辑建立这些设定点。在装置的现场校正期间，调用这种通用化逻辑来建立用于控制的设定点。这种类型的校正称为推理校正，在这种校正中，设定点是依据推理逻辑而不是依据在校正期间准确测量的流动速率。该逻辑是依据为特定风机设计建立的通用化性能数据，服从于已知的流动限制。为了现场校正这样一种装置，将风机放在用于建立校正逻辑的仿真条件下(例如使用压缩板强使形成一种已知的流动限制)。在这种仿真的条件下，该控制逻辑然后能重新够建立用于控制的设定点。
在这种推理校正中的主要限制是在现场校正期间，不可能观察到准确流动性能的测量。更正确地，仅能建立所需流动的推理。如果推理不精确，不可能得到合适的校正，那么将导致PAPR装置潜在的不期望的运行情况。例如在美国专利申请5,671,730中，依据风机的电流和旋转速度调节风机的电力。微处理器依靠调节马达的电力响应风机马达的反馈。电子线路通过调节风机马达上有效的电压脉冲宽度率来维持恒定的空气率。在所述的控制方案中，校正和相关的设定点都维持在微处理器的控制逻辑内。一旦工厂建立的数据储存在微处理器的非易失只读存储器内，那么用控制装置通过用特殊的孔板校正PAPR，风机达到与某一特定风机正确流动相一致的旋转速度。
美国专利申请5,413,097描述了一种风机支撑式防毒面罩和呼吸装置，带有控制风扇输出的微处理器，这种呼吸装置使用一种推理校正协定。依据所用的过滤器类型，调节风扇马达，以使能自动地将风扇的输送输出量和检测传感器调节到必须的过滤器性能。在这种控制方案中，由控制器通过例如电气接触检测过滤器。然后风机控制从预先建立的工厂提供的数据中确定设定点，这些数据储存在微处理器内。伴同转让(Co-assigned)的美国专利申请5,303,701披露了类似的操作方案，但描述了一种集成的面罩，风机，和过滤器组件。
第二个校正协定，可以称为“准确校正”，包括依靠测量的流动率调节PAPR空气流，该测量的流动率是由流量测量仪指明的。当控制系统处于校正模式并且涡轮附加到该流量测量仪时，通过调节调节风机马达实现准确校正协定。通过手动地改变电位计进行调节，直到达到合适的空气流为止。用于调节电位计的逻辑适合于(resides with)技术员实行这种校正。这种情况下的电位计是“哑的”装置，需要有关方向，灵敏度，及所需调节度的部分技术知识。因为没有提供调节的参考结构，不用复杂的电位计操作就很难适当地调节该装置，以建立正确的设定点。这种调节常常需要用工具和元件进行校正，例如特殊按键或螺丝刀等工具。也不例外，由于电位计元件的易碎性，必须至少部分地分解PAPR，以允许接近调节元件。即使不分解，小型调节元件的操作能使校正过程更麻烦。如可以预期的，经常要进行现场调节的工业环境一般不适合于进行精确的设备调节。PAPR通常所用的粗糙设置(例如许多工厂或重工业制造业的设置)能够进一步地增加校正难度。
典型的调节过程可能包括技术员触发控制设备，以将它设置为校正模式。借助于外部施加的装置，例如固定在风机外壳的磁铁进行触发。一旦处于校正模式，技术员通过转动转盘或施钮手动地调节电位计。当达到合适的流动速率时，发信号给控制器，建立设定点，并结束校正周期。
本发明指向准确现场校正过程的新颖集成，以及来自校正过程的设定点值的电子通信。用简单的开关装置便于实现与微处理器的通信，该微处理器调节校正期间的风机转速。
发明概要本发明涉及PAPR流量校正方法和装置。该方法通过简单地触发控制器的微处理器，提供建立准确校正协定中的控制设定点。简单触发器可能是由微处理器监视的一个开关。当启动触发器时，微处理器着手并提供校正周期的控制逻辑。校正周期一直进行到第二个触发结束该处理并建立控制设定点为止。该方法的校正序列仅依据一个启动和结束触发，该触发方便由集成到该装置的元件实行。这种校正方法减轻了用户的复杂性并减少先前已知电位计基的校正系统所需的知识。
本发明的装置不需要辅助工具或调节元件就可进行校正。一个简单的机械开关或电子门给微处理器提供触发信号，开始和结束校正周期。只有用户提供的逻辑或输入表明何时开始，以及在那点结束该校正。在一个实施例中，在流动指示装置和触发元件之间可能提供电子连接，以终止自动方式的校正。校正过程的简单性与准确校正协定的模糊性结合在一起给用户提供最可靠保证将建立和维持PAPR合适的流量控制。
在本发明的一个方面，提供PAPR校正方法，其中一种装置，独立于控制系统，用于指示校正周期内的流动速率。在校正期间，监视该装置的流动速率，同时使风机(blower mower？)变到所期望的流动速率的一点上。马达转速从预先建立的转速变到所需速率是通过微处理器实现，并通过一个触发器启动和终止。一旦获得合适的马达转速，就建立设定点并完成校正序列。流量检测装置可以是浮标型流量计，使用管子中的一个浮标。在这种情况，将配置应用的PAPR固定到流量计。个人进行校正时，例如通过压下并压住开关，触发校正序列，直到马达转速增加并达到所期望的流量为止。一旦确定了合适流量，就释放该开关，在微处理器内建立控制设定点并终止校正序列。
可以按多种方式操纵一个启动开关，触发微处理器。例如，该开关可以激励两次，第一次激励表示校正周期，而第二次激励触发该校正周期的结束。
在本发明另一个实施例中，流量测量仪和触发器之间的电子接口可以用于自动进行该校正过程。在这种情况，单个或遥控制信号可以触发微处理器，启动校正序列。从流量测量仪送出的一个随后的信号将指明结束该校正序列，在这那点，微处理将确定控制设定点，并结束校正周期。可以通过射频(RF)型设备，例如用在RF识别系统中的设备，便于实现遥控触发。或许用于自动校正过程的电子流量监视装置可能是一个流量传感器，例如热敏电阻。
一旦完成了校正序列并建立了合适的设定点，许多控制方案可以用于维持PAPR在使用期间的适当功能。
本发明的另一个方面，提供一种呼吸器，其中该呼吸器包括佩带者接口元件，例如头罩，防护罩或面罩，该接口供给从输送系统来的空气，该输送系统包括流动线，风机单元，挡板和过滤器。输送系统使用微处理器基的风机控制装置，用一个流量测量仪经过一个精确流量途径能够校正该风机控制装置。用带有电子接口的微处理器建立相对于流量输出的校正设定点。
附图简述将参考附图进一步阐明本发明，其中附图中由相似的数字表示相似的结构，并其中

图1是本发明呼吸系统的透视图；图2是本发明风机外壳的透视图；图3是原理框图，表示构成本发明实施例的硬件部件；图4是原理框图，表示该实施例执行过程中的计算步骤。
较佳实施例的详细描述参考附图，如图1中装置10，简要地说明本发明的电动空气净化呼吸器(PAPR)。装置10可以用于给用户输送净化空气。不管元件配置，系统运行条件，或该装置所处环境中的变化，该装置10较佳地以一般恒定的流动速率输送一定量的空气。装置10包括空气输送系统。空气输送系统中含有过滤器组22，用于在特定环境中滤掉空气中有害的特定物质或煤气。通过从过滤器组到风机外壳14的连接导管26上的固件(fitting)24将过滤器组22安装到风机部件13上。马达16驱动涡轮17旋转，汲取经过过滤器组22的空气，并经过软导管20将空气输送给由使用者穿戴的构件12。经过控制器19，由电池18经过控制器19给马达提供电压。该控制器19响应从集成在该控制器内的微处理器输入的控制信号，调节供给马达的电能。微处理器监视开关36，以确定是否将电能供给控制器和马达。
图2示出带有附加的过滤器组22的风机部件13的一种配置。安装在风机外壳14顶部上的是一个开关36和一组风机状态提示灯34。风机13的风机出口32配备有在呼吸器一般使用期间或校正期间所需的软导管附件，流量测量仪。由开关36轻易地实现一般运行和校正期间的风机单元的运行。例如一般运行时，通过简单地按下开关36上一个按键，打开风机，在打开后，指示灯34显示风机在正常界限内运行。要关掉风机，简单地再按该开关，在按开关后，关掉马达的电源，而指示灯不再激活。
为了校正按照本发明一个实施例的风机，如图3所示，将流量测量仪42附加到风机出口32。在校正过程中，由操作员观察44该测量仪42。测量仪42可以是许多设计中的一种。在所述的实施例中，显示了管式浮子(ball-in-tube)型流量测量仪。为了启动校正周期，激活或按下开关36，并一直按下直到微处理器46将来自该激活开关的信号解释为第一次触发为止，这样启动了该校正周期。紧接在采样到该触发后，微处理器命令控制器将风机马达设置为第一个或基线转速。然后，可以由连续闪亮的批示灯表示校正过程。在一个典型的例子中，将基线转速设置为低于PAPR正常运行期间可能遇到的转速，并形成约110升/分的风机输出。继续地激活该开关36，如同微处理器指定的，控制器自动地加速风机马达。又在一个例子中，加速该马达，以使风机输送量以3.2升/秒的速率增加。较佳地，应以恒定速率加速。
在校正周期期间，操作员继续使开关36激活，同时观察流量指示装置42。当作出已达到合适的流动速率时，操作员释放该开关。例如，当流量计中的浮标达到校正线时，可能发生这种情况。微处理器将开关释放解释为校正周期中的第二个触发。当检测到第二个触发时，微处理器捕获到控制设定点。微处理器从由传感器49指示的输入电流(I)和电压(V)中捕获该设定点。当由微处理器46采样到第二个触发时，传感器49测量马达16的运行条件，由此，微处理器确定系统的控制设定点。在由微处理器捕获该设定点后，然后微处理器完成该校正周期，并将风机控制转移到正常运行。由可听见的声音指示该校正周期已经完成。
虽然上面的描述考虑马达的基线转速为相对较低的转速，随后加速达到所期望的结果，也考虑到马达基线转速为相对较高的转速，并随后减速达到所期望的结果。在任何一种情况中，较佳地是马达转速应以恒定速率变化。
又参考图4的流程图，其中的逻辑和计算步骤进一步描述了本发明校正方法。由马达控制器用储存在微处理器内的这些步骤逻辑来实现这些步骤。步骤50确定第一个校正序列触发是否激活。微处理器通过采样触发信号，并且评估是否已经达到某个周期启动标准，确定激活状态。如果达到周期启动标准，例如开关已激活一段所指定的时间周期，就开始进行校正。应当注意，用于通知微处理器及建立触发标准的装置可以使用许多格式。可以由各种机械开关装置，例如触发器，施转开关，触摸垫，继电器，或类似元件建立该触发信号。有可能进一步使用一个传输信号来建立微处理器触发。也可以使用能执行声音识别命令的声波接收器和音频接收器或磁场检测器。如果第一个触发是激活的，并且满足步骤50的条件，在步骤52，控制器将风机马达设置成基线转速，该转速将低于正常运行期间遇到的转速。在步骤50，如果第一个触发不是激活的，微处理器将继续监视触发的激活状态。
随后到步骤52，建立基线转速。在步骤54，微处理器确定第二个触发信号是否是激活的。如果微处理器未采样到第二个触发信号，在步骤56，控制器通过一个编程增量逐步地加速马达转速。反复执行环路组合步骤54和56，直到微处理器采样到第二个触发已经激活为止。当满足步骤54的触发时，不给风机马达再加速。满足步骤54时，微处理器将由控制传感器49提供的运行参数值保留在存储器内。当第二个触发启动时，保留在微处理存储器内的运行参数值变为反馈控制的控制设定点。在按这种方式捕获设定点后，微处理器通知结束该校正周期，将控制器回复到正常运行状态。重要地应注意，在例子中描述的马达参数值为电压和电流，但是，许多参数值也可以应用于该目的。例如，风机转速，马达扭矩，或来自流量传感器的传感器信号都可以用作控制参数的主要成分。这是本发明的一个主要方面，不管所用的控制方案，所描述的方法仍维持可行的。
现已参考几个实施例描述了本发明。已经给出的前面的详细描述仅仅是为了更清楚地理解，而不应当理解为是必须的限制。那些技术熟练人员应当理解，在所述的实施例中可以做许多改变，而不背离本发明的范畴。本发明的范畴不应限制于这里所述的方法和装置，而仅受到由权利要求所描述的方法和装置及等价的方法和装置的限制。
权利要求
1.一种校正呼吸器系统内空气流的方法，其特征在于，所述呼吸器系统包括带有马达的风机和带有微处理器的控制器，所述方法包括步骤给所述微处理器提供第一个触发信号，启动校正周期；用第一个触发信号，通过所述控制器将所述马达设置为第一个转速；由所述控制器改变所述马达转速；及给所述微处理器提供第二个触发信号，结束所述校正周期，并建立一个控制设定点。
2.按照权利要求1的所述方法，其特征在于，所述呼吸器系统包括一个电动空气净化呼吸器。
3.按照权利要求1的所述方法，其特征在于，所述建立一个控制设定点包括测量和储存与所述马达控制相关的一组测量参数中的至少一个参数。
4.按照权利要求3的所述方法，其特征在于，所述测量参数包括经过所述马达的所述电流，所述马达上的电压，所述马达转速及空气流量中的至少一个参数。
5.按照权利要求1的所述方法，其特征在于，所述第一个和第二个触发信号是由机械开关提供的。
6.按照权利要求1的所述方法，其特征在于，所述第一个和第二个触发信号是由电子门提供的。
7.按照权利要求1的所述方法，其特征在于，进一步包括在所述校正周期监视空气流的所述步骤。
8.按照权利要求7的所述方法，其特征在于，用一个流量计进行所述流动速率监视。
9.按照权利要求1的所述方法，其特征在于，所述改变所述马达转速的步骤包括加速所述马达转速。
10.按照权利要求1的所述方法，其特征在于，所述改变所述马达转速的步骤包括减速所述马达转速。
11.按照权利要求1的所述方法，其特征在于，所述改变马达转速的步骤包括以恒定速率改变所述马达转速。
12.一种在呼吸器系统的反馈控制系统的校正过程中捕获一个控制设定点的方法，其特征在于，所述方法包括步骤提供一种呼吸器系统，所述呼吸器系统含有带有一台马达的风机和带有一片微处理器的控制器；触发所述微处理器，启动一个校正周期；由所述控制器建立第一个马达转速；由所述控制器加速所述马达转速；及触发所述微处理器，捕获所述控制设定点并结束所述校正周期。
13.一种用于给用户提供空气的呼吸器系统，其特征在于，所述呼吸器系统包括带有一台马达的风机和带有一片微处理器的控制器，其中，通过下列步骤校正给所述用户的所述空气流给所述微处理器提供第一个触发信号，启动校正周期；由所述控制器用所述第一个触发信号将所述马达设置为第一个转速；由所述控制器改变所述马达转速；以及给所述微处理器提供第二个触发信号，结束所述校正周期并建立一个控制设定点。
全文摘要
提供一种用于校正呼吸器系统内空气流的方法和装置。所述方法通过简单触发控制器的所述微处理器，提供建立准确校正协定中的控制设定点。当启动触发时，所述微处理器着手并提供所述校正周期的逻辑。连续进行所述校正周期，一直到第二个触发终止所述处理并建立所述控制设定点。所述方法的校正序列仅依据一个启动触发和一个结束触发，这两个触发信号是由集成到所述装置的元件产生的。
文档编号A62B17/00GK1491127SQ01822745
公开日2004年4月21日 申请日期2001年7月2日 优先权日2001年2月20日
发明者M·R·贝内特, D·库克, M R 贝内特 申请人:3M创新有限公司