专利名称：膜片泵及气体分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗呼吸监护领域，具体涉及一种用于流体采样的膜片泵及气体分析仪。
背景技术：
膜片泵因其结构简单紧凑、密封性好，而被广泛应用于仪器仪表、生化分析领域，其主要作用是采集流体样本以供仪器分析。在医疗呼吸监护领域中，通常气体测量模块需要使用膜片泵将病人呼吸回路的气体抽取到模块中进行分析，以便实时监测病人呼吸中各气体成分，掌握病人状态。目前，气体分析模块的设计趋于向小型化、高可靠性和低功耗的方向发展，因此对膜片泵的设计尺寸、设计寿命及能量损耗提出了更高的要求。同时，由于气体测量模块在监护病人呼吸时，针对不同病人类型需要采集不同流量的呼吸气体以便用于测量，因此还要求膜片泵能方便地调节流量大小，有时需要膜片泵采集很小流量的气体供检测。目前，膜片泵的惯常设计是将传统有刷或无刷旋转电机的转动，通过一定的传动机构转化为直线运动或摆动来推动膜片完成抽气或打气动作的。
发明内容
本发明提供一种新型的膜片泵，实现膜片泵的抽打功能。本发明还提供一种气体分析仪，采用这种新型的膜片泵对气体进行检测。在本发明一实施例中，提供一种膜片泵，包括:至少一个流体进道和至少一个流体出道；至少一个具有凹腔的泵室；至少一个膜片，所述膜片与泵室凹腔的开口端贴合，在膜片和泵室之间形成密封室，所述流体进道和流体出道与密封室连通；至少一个微型直线往复驱动装置，所述微型直线往复驱动装置的动力输出端与膜片连接，所述微型直线往复驱动装置的动力输出端在工作时做直线往复运动，带动膜片做直线往复运动。在本发明另一实施例中，提供一种膜片泵，包括:至少一个流体进道和至少一个流体出道；至少一个具有凹腔的泵室；至少一个膜片，所述膜片与泵室凹腔的开口端贴合，在膜片和泵室之间形成密封室，所述流体进道和流体出道与密封室连通；至少一个音圈直线电机，所述音圈直线电机包括定子和动子，所述定子产生包含气隙的磁场回路，所述动子位于该气隙中并可与膜片连接，所述动子的动力输出端在工作时做直线往复运动，推动膜片压缩/拉伸密封室。在本发明又一实施例中，提供一种气体分析仪，包括:
上述的膜片泵，所述膜片泵用于抽气或打气；气体测量模块，用于检测被测气体的成分和/或浓度；控制器，其控制膜片泵抽取被测气体并将被测气体提供给气体测量模块检测。
图1为本发明膜片泵一种实施例的分解图；图2为一种实施例中泵头与泵室结构示意图；图3为一种实施例中导电片的结构示意图；图4为一种实施例中线圈支架的结构示意图；图5为一种实施例的剖视图；图6为一种实施例的立体图。
具体实施例方式下面通过具体实施方式
结合附图对本发明作进一步详细说明。在本申请实施例中，膜片泵包括至少一个具有凹腔的泵室、与泵室配合形成密封室的至少一个膜片、驱动膜片往复运动的驱动装置、以及至少一个流体进道和至少一个流体出道，所述膜片与泵室凹腔的开口端贴合，在膜片和泵室之间形成密封室，所述流体进道和流体出道与密封室连通。在本发明实施例中采用微型直线往复驱动装置直接带动膜片做直线往复运动，所述微型直线往复驱动装置的动力输出端与膜片连接，所述微型直线往复驱动装置的动力输出端在工作时做直线往复运动，从而推动膜片压缩密封室，以实现密封室内的流体的输入和输出。微型直线往复驱动装置为一类可直接输出往复直线运动且体积小巧的驱动装置，其动力输出端在工作时做直线往复运动，例如音圈电机、直线电机、微型气缸或微型液压缸等。此类驱动装置本身体积小巧，而且可直接驱动膜片做功，无需设置传动机构转换运动，从而使得膜片泵在设计时不需要考虑传动机构的容纳空间，有利于设计结构紧凑的膜片泵，并且由于省去了运动的转换，因而能够避免运动转换过程中损耗的能量。在本发明实施例中，一个膜片泵可以包括一个或多个泵室和膜片，并形成一个或多个的密封室，每个密封室中可以有一个或多个流体进道和流体出道。一个密封室对应一个微型直线往复驱动装置，在微型直线往复驱动装置的驱动下，密封室可抽取流体或压出流体。所述流体包括液体、气体或气液混合物。以下以微型直线往复驱动装置为音圈直线电机、流体为气体为例对膜片泵进行进一步说明。当流体为气体时，流体进道为进气管，流体出道为出气管。请参考图1-6，在一种实施例中，膜片泵包括泵体、膜片3、膜片架4和微型驱动装置。该泵体包括泵头1、泵室2和泵架13,该泵头I上设有流体进道101和流体出道102,显然，流体进道101和流体出道102位置也可以互换。泵头I外侧设有两个分别与流体进道101和流体出道102连通的两个气嘴17，分别为进气嘴和出气嘴，其分别与呼吸回路和外部检测仪器连通。泵室2与泵头I利用螺钉锁紧，泵室2背离泵头I的一侧的中部设有凹腔201，在泵室2的内部也设有流体进道和流体出道，且均与所述凹腔201连通。其中，泵室2与泵头I各自的流体进道和流体出道一一对应连通，且在各自连接处分别设有密封圈15和单向阀16，该单向阀16用于控制流体进道和流体出道的开闭。泵架13包括一个侧壁和自侧壁伸出的四个支脚，该四个支脚分别与泵头I的四角锁紧，使得泵架13和泵头I形成一个腔体，泵室2、膜片3、膜片架4和微型驱动装置都安装在该腔体内。膜片架4固定安装在泵架13上，其将膜片3牢固压在泵室2开有凹腔201的一面，且膜片3与凹腔201围合成一个密封室。本实施例中，微型直线往复驱动装置为音圈直线电机。在一种具体实例中，音圈直线电机可采用圆筒型音圈直线电机。该音圈直线电机包括定子、动子和导电片5、6，所述定子可形成包含空气间隙的磁回路，空气间隙可称为气隙，动子则位于定子所形成的这个气隙中。定子为音圈直线电机的磁路系统，该磁路系统固定安装在泵体上，在磁路系统中形成一环形气隙18。动子包括线圈8和线圈支架7。该线圈8固定安装在线圈支架7上，且置于气隙18内，所述线圈支架7的一端部连接所述膜片3。在一种具体实例中，请参考图1,磁路系统包括电机磁杯11、永磁铁10和导磁靴9。该电机磁杯11呈杯形(附图对应的实例中呈圆柱杯形)，其底部内侧朝杯内凸起并在底部外侧形成相应的凹陷，其底部围绕凹陷的外圆周和凹陷的中部均开有通孔，泵架13的侧壁与电机磁杯11通过其外圆周附近的通孔锁紧。导磁靴9和永磁铁10依次层叠安装在电机磁杯11的杯体内，并与杯体内壁之间形成气隙18。在一种具体实例中，线圈8为环形柱体结构，固定于线圈支架7上，并置于气隙18之中，即线圈8收容于电机磁杯11内并环绕于导磁靴9和永磁铁10之外。为了尽可能提高气隙18磁场的利用率，有利于减少泵的结构尺寸，在一种实施例中，线圈8为无骨架线圈，其采用自粘线相互缠绕而成，这样设计可以充分利用气隙18的有限空间，有利于设计结构尺寸更小的膜片泵，使得气隙18内尽可能分布足够长的有效的线圈8，保证磁推力。请参考图4，线圈支架7具有头部701、杆部703以及线圈安装架702，线圈安装架702为碟形，头部701位于线圈安装架702的一侧，杆部703的一端固定在线圈安装架702的另一侧，线圈8固定安装在碟形线圈安装架702的边缘。线圈支架7的头部701的顶端具有一个凸台，膜片3对应凸台设有凹槽，利用该凸台与凹槽配合使线圈支架7与膜片3连接，当线圈支架7移动时以驱动膜片3运动，对密封室内流体做功。线圈支架7的杆部703依次穿过导磁靴
9、永磁铁10和电机磁杯11，其穿出的另一端利用支承件可移动地安装在电机磁杯11上。该支承件主要用于支承线圈支架7，并保证其可移动。在一种实施例中，支承件可以为轴承，线圈支架7的杆部安装在轴承上。当然，支承件也可以为其他结构，如在另一种实施例中，该支承件为一个弹性簧片12，该弹性簧片12具有可拉伸和缩回的弹力，例如采用螺旋迂回的结构设计。弹性簧片不但对线圈支架具有支撑的作用，而且在轴向可减少线圈支架7工作时的阻力。线圈支架7工作时，弹性簧片12随之一起运动，无相对运动摩擦，与传统滑动轴承相比，本实施例无轴承磨损失效带来的气泵寿命问题，也消除了轴承与轴之间的摩擦或碰撞带来的噪声。弹性簧片12的外边缘抵顶住电机磁杯11，并夹紧在泵架13的侧壁与电机磁杯11之间，以固定住弹性簧片12。弹性簧片12的中心与线圈支架7的杆部对准，并利用固定销14锁紧，以支承线圈支架7。为了给弹性簧片12提供轴向往复运动空间，以便使气泵结构更加小巧紧凑，在一个具体实例中，如图5所示，弹性簧片12为锥形，电机磁杯11底部外侧的凹陷也为锥形，与弹性簧片的锥形方向一致，使得电机磁杯11轴向横截面大致呈倒立的M形。导磁靴9与永磁铁10之间的接触面以及永磁铁10与电机磁杯11之间的接触面均为锥面，该锥面的角度可与电机磁杯面向弹性簧片的一面的锥面的角度相同。锥形的导磁靴和永磁铁增加了导磁靴9侧面的面积，这种结构使得气隙18内的磁场在径向和轴向分布更为均匀，以便线圈8在气隙18内工作时，能尽可能的利用气隙磁场。在此需要说明的是，弹性簧片12在完成安装之前，SP作为独立元件存在的时候，可以是平片结构而非锥形结构，安装时受力变形才成为锥形。在一种具体实例中，导电片5、6 —端固定于线圈支架7上,分别与线圈8的两个线头电连接，用于为线圈8提供电流信号。导电片5、6具有弹性，其另一端为悬臂端，悬臂末端在相距一定距离的两个位置分别向同一方向折弯(例如弯折90° )，形成U型结构的触点式接头501、601，如图3所示。该触点式接头501、601均固定在泵室2上的伸出结构202上且伸出泵体外，为膜片泵的电气输入提供触点式外部接口。这种设计可为泵的电气输入提供接触式输入方式，方便泵的拆装，并且省去了外接连接线或连接器，节约了物料成本。上述实施例中，膜片泵3的工作原理为:线圈8位于导磁靴9、永磁铁10和磁杯组合形成的气隙18磁场中，当通过导电片5、6向该线圈8输入一个反向的交变电流信号时，将在线圈8上产生一个交变的安培力，该交变的安培力经由线圈支架7驱动膜片3做往复直线运动，从而使泵室2上的密封室内的气体20产生一个循环的正负压力，当密封室内为负压时从泵的进气嘴吸入气体，当密封室内为正压时从泵的出气口排除气体，从而实现泵的正常抽打气功能。上述实施例中采用体积小巧的音圈直线电机来驱动膜片直线运动，并且省去了转换运动的传动机构，从而减小了膜片泵的体积，使得膜片泵的体积小巧紧凑。由于音圈直线电机本身没有容易磨损或疲劳时效的结构件，因此不会对泵的工作寿命造成不良影响。音圈直线电机输出的直线运动不需要经过运动转换，可直接推动膜片工作，没有中间能耗。音圈直线电机在推动膜片运动时不存在启动力矩问题，因此即使在较小的驱动电压或电流时也可输出力或位移，能够获得采集到较小流量的气体。音圈直线电机通过控制电流换向的频率来控制电机往复运动的频率，通过控制电流大小控制电机往复运动的幅度，因此可方便地调节采集的流量大小。上述实施例中的膜片泵可运用到气体分析仪中，气体分析仪包括膜片泵、用于检测被测气体的成分和/或浓度的气体测量模块和控制器，将膜片泵的进气孔与患者呼吸回路连通，将膜片泵的出气孔与气体测量模块连通，控制器控制膜片泵从呼吸回路抽取被测气体并将被测气体提供给气体测量模块进行检测。以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种膜片泵，其特征在于，包括: 至少一个流体进道和至少一个流体出道； 至少一个具有凹腔的泵室； 至少一个膜片，所述膜片与泵室凹腔的开口端贴合，在膜片和泵室之间形成密封室，所述流体进道和流体出道与密封室连通； 至少一个音圈直线电机，所述音圈直线电机包括定子和动子，所述定子产生包含气隙的磁场回路，所述动子位于该气隙中并可与膜片连接而带动膜片做直线往复运动。
2.如权利要求1所述的膜片泵，其特征在于，所述音圈直线电机为圆筒型音圈直线电机。
3.如权利要求1或2所述的膜片泵，其特征在于，所述动子包括: 线圈，可移动地置于所述气隙内； 线圈支架，用于安装线圈，所述线圈支架的一端部连接所述膜片。
4.如权利要求3所述的膜片泵，其特征在于，所述线圈为无骨架线圈。
5.如权利要求4所述的膜片泵，其特征在于，所述线圈采用自粘线相互缠绕而成。
6.如权利要求3-5中任一项所述的膜片泵，其特征在于，所述音圈直线电机还包括用于固定所述线圈支架的支撑件。
7.如权利要求6所述的膜片泵，其特征在于，所述支撑件为弹性簧片，所述弹性簧片的中心与线圈支架固定连接，外边缘与所述定子固定连接。
8.如权利要求7所述的膜片泵，其特征在于，所述定子包括导磁靴、永磁铁和电机磁杯，所述导磁靴和永磁铁依次层叠安装在电机磁杯内；所述线圈支架包括: 线圈安装架，所述线圈安装架为碟形，所述线圈安装在线圈安装架的边缘； 头部，其位于线圈安装架的一侧，所述头部与膜片连接； 杆部，其一端固定在线圈安装架的另一侧，所述杆部贯穿导磁靴、永磁铁和电机磁杯围合的圆环，且穿出的另一端与所述弹性簧片的中心固定； 所述弹性簧片的外边缘与所述电机磁杯固定连接。
9.如权利要求8所述的膜片泵，其特征在于，所述弹性簧片为锥形。
10.如权利要求9所述的膜片泵，其特征在于，所述电机磁杯面向弹性簧片的一面为与弹性簧片的锥形方向一致的锥面。
11.如权利要求10所述的膜片泵，其特征在于，所述导磁靴与永磁铁之间的接触面以及永磁铁与电机磁杯之间的接触面均为与电机磁杯面向弹性簧片的一面的锥面为同一角度的锥面。
12.如权利要求1或2所述的膜片泵，其特征在于，所述定子包括导磁靴、永磁铁和电机磁杯，所述导磁靴和永磁铁依次层叠安装在电机磁杯内，所述导磁靴与永磁铁之间的接触面、永磁铁与电机磁杯之间的接触面均为锥面。
13.如权利要求1或2所述的膜片泵，其特征在于，所述音圈直线电机还包括两个导电片，所述导电片与线圈电连接，每个所述导电片都具有一个位于所述膜片泵外侧的触点式接头。
14.一种膜片泵，其特征在于，包括: 至少一个流体进道和至少一个流体出道；至少一个具有凹腔的泵室； 至少一个膜片，所述膜片与泵室凹腔的开口端贴合，在膜片和泵室之间形成密封室，所述流体进道和流体出道与密封室连通； 至少一个微型直线往复驱动装置，所述微型直线往复驱动装置的动力输出端与膜片连接，所述微型直线往复驱动装置的动力输出端在工作时做直线往复运动，推动膜片压缩/拉伸密封室。
15.—种气体分析仪,其特征在于,包括: 权利要求1-14中任一项所述的膜片泵，所述膜片泵用于抽气或打气； 气体测量模块，用于检测被测气体的成分和/或浓度； 控制器，控制膜片泵抽取被测气体并将被测气体提供给气体测量模块检测。
全文摘要
本发明具体涉及一种用于流体采样的膜片泵及气体分析仪。该膜片泵和气体分析仪采用微型直线往复驱动装置直接带动膜片做直线往复运动，实现膜片泵的抽打功能，一方面，能够减小了膜片泵的体积，使得膜片泵的体积小巧紧凑，另一方面，该微型直线往复驱动装置直接输出直线往复运动，不仅没有中间耗能，可提高能量的利用率，而且该驱动装置无需启动力矩即可带动膜片做功，实现抽入或压出流体的目的。
文档编号F04B45/04GK103216432SQ20121001761
公开日2013年7月24日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者周卫东, 刘中华, 刘云峰, 岑建, 谢勐吉, 黄光齐, 约肯姆·盖布里埃尔松, 约翰·韦纳 申请人:深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司