一种基于双波长背景气体扣除法的呼吸分析仪的制作方法

本发明涉及生物医学技术领域，具体为一种基于双波长背景气体扣除法的呼吸分析仪。

背景技术：

crds技术具有灵敏度高，响应快等特点，国内外关于crds的研究也较为广泛。科罗拉多大学的robertj.wild等人于2014年利用crds技术实现了空气中活性氮分子的检测，包括no及no2，no2的中心波长选择为405nm，对no的检测是通过将no氧化为no2来实现的，系统在1s响应时间下的检测限小于30ppt，测量误差小于5%，但样气中的水汽容易导致高反镜降解。科克大学的marcgoulette等人于2016年进行了机载crds实验，检测成分包括对流层顶平流层底的no及no2，中心波长选择为662nm，系统检测限可达25ppt。英国国家物理实验室的nicholasa.martin等人利用crds技术研究了水汽碰撞展宽对位于6548.6cm^-1及6548.8cm^-1处nh3谱线的影响，为该谱线处nh3的精确测量奠定基础。目前国外比较成熟的crds仪器可以测量的组分繁多包括温室气体、nox、co2同位素、n2o同位素、ch4同位素等，然而都应用于空运检测、大气轮廓线测量、天然食品中同位素检测及气体通量检测等，并未有应用于肺癌患者呼吸标志物的检测。

目前，肺癌早诊人工智能呼吸气味嗅觉系统可以用于一口气诊断肺癌，通过采集就诊人员的一口气的呼吸谱来快速诊断肺癌，但系统的光路调试复杂，要通过三个微调螺钉对反光镜的输出角度进行调节，这样一来，反光镜角度调节时，需要分别对三个微调螺钉进行转动，在调节时高反窗片易受污染。而且系统对衰荡腔的恒温真空要求高，且长期的环境变化造成的机械结构变形同样会造成系统性能的下降。为此，我们提出一种基于双波长背景气体扣除法的呼吸分析仪。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于双波长背景气体扣除法的呼吸分析仪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于双波长背景气体扣除法的呼吸分析仪的反光镜调节结构，包括气体样品室、支柱、安装板、反光镜和调节装置，所述气体样品室的底部通过支柱与安装板固定，所述气体样品室内部的两端对称设有两个反光镜，且两个反光镜分别通过调节装置与气体样品室固定，所述调节装置包括安装块、球状垫片、波纹垫片、支撑件、环形挡板、密封筒、密封盖、o型圈、驱动件和连接件，所述安装块位于气体样品室的内侧，且安装块的直径小于气体样品室的内径，所述安装块的中部设有通孔，且安装块内侧设有与通孔相通的环形卡槽，所述反光镜位于环形卡槽的内侧，且反光镜的两侧分别通过球状垫片和波纹垫片与环形卡槽的侧壁固定，所述安装块的一侧通过支撑件与环形挡板固定，所述环形挡板与气体样品室的内壁固定；

所述密封盖套接在气体样品室端口处的外侧，且密封盖通过连接件与气体样品室的外壁转动连接，所述密封盖的中部固定有光学窗口，且密封盖内侧与光学窗口对应的位置固定有密封筒，所述密封筒的外侧固定有o型圈，所述o型圈与气体样品室的内壁相抵，所述驱动件贯穿密封盖，且与密封盖固定连接，所述驱动件的输出端与安装块相抵。

优选的，所述支撑件设有多个，且多个支撑件等角度分布在安装块与环形挡板之间。

优选的，所述支撑件包括支撑块、复位弹簧、活塞、支撑杆和支撑滚珠，所述支撑块的一端与环形挡板固定，所述支撑块的另一端设有装置槽，所述复位弹簧的一端与装置槽的底部固定，且复位弹簧的另一端与活塞固定，所述活塞与装置槽的侧壁滑动配合，所述支撑杆的一端与活塞远离复位弹簧的一侧固定，另一端与支撑滚珠固定，所述安装块的一侧与支撑滚珠对应的位置设有滚珠槽，所述支撑滚珠滑动配合在滚珠槽内。

优选的，所述连接件包括连接轴承、连接筒和固定螺栓，所述连接轴承的内圈固定在气体样品室端口处的外侧，且连接轴承的外圈与连接筒的内壁固定，所述密封盖的内壁与连接筒配合，且密封盖与连接筒上均设有螺纹孔，所述密封盖与连接筒通过固定螺栓螺纹连接螺纹孔固定。

优选的，所述o型圈设有多个，且多个o型圈等距固定在密封筒的外侧。

优选的，所述驱动件包括螺纹筒、丝杆、旋钮、固定块和驱动滚珠，所述螺纹筒贯穿密封盖，且与密封盖固定连接，所述丝杆贯穿螺纹筒，且与螺纹筒螺纹连接，所述丝杆远离安装块的一端与旋钮固定，另一端与固定块固定，所述固定块远离丝杆的一侧设有凹槽，所述驱动滚珠滑动配合在凹槽内，且驱动滚珠的外侧与安装块滑动连接。

优选的，所述安装块远离支撑滚珠一侧与驱动滚珠对应的位置设有弧形滑槽，所述驱动滚珠滑动连接在弧形滑槽内。

优选的，所述旋钮的外侧固定有防滑凸起。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过调节装置可快速对反光镜的角度进行调节，改变了传统的调节方式，提高呼吸气体检测的效率，在对反光镜的输出角度进行调节时，通过对旋钮进行转动可带动丝杆的转动，丝杆通过螺纹与螺纹筒活动连接，使丝杆的转动可带动驱动滚珠靠近安装块运动，通过驱动滚珠对安装块施加压力，使与驱动滚珠对应位置的复位弹簧收缩，从而使反光镜的位置发生倾斜，此时，通过对密封盖进行转动，可带动驱动滚珠做圆周运动，从而可实现反光镜在各个方向上的调节，根据不同角度的需求，可通过改变驱动滚珠的伸出距离对反光镜的输出角度进行控制。

2、本发明o型圈设有多个，且多个o型圈等距固定在密封筒的外侧，为背景气体扣除法对密封性的要求提供了保障，安装块远离支撑滚珠一侧与驱动滚珠对应的位置设有弧形滑槽，驱动滚珠滑动连接在弧形滑槽内，使驱动滚珠的运动更加稳定，旋钮的外侧固定有防滑凸起，便于旋钮进行转动。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明局部剖面图；

图3为本发明密封筒剖面图；

图4为本发明驱动件结构示意图；

图5为本发明安装块与支撑件剖面图；

图6为图2中a区域放大图；

图7为图3中b区域放大图；

图8为图4中c区域放大图；

图9为图5中d区域放大图；

图10为图5中e区域放大图；

图11为呼吸气体、no和混合呼吸气体吸收光谱。

图中：1-气体样品室；2-支柱；3-安装板；4-反光镜；5-调节装置；6-安装块；7-球状垫片；8-波纹垫片；9-支撑件；10-环形挡板；11-密封筒；12-密封盖；13-o型圈；14-驱动件；15-连接件；16-通孔；17-环形卡槽；18-支撑块；19-复位弹簧；20-活塞；21-支撑杆；22-支撑滚珠；23-装置槽；24-滚珠槽；25-连接轴承；26-连接筒；27-固定螺栓；28-螺纹孔；29-螺纹筒；30-丝杆；31-旋钮；32-固定块；33-驱动滚珠；34-凹槽；35-弧形滑槽；36-防滑凸起；37-光学窗口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-11，本发明提供一种技术方案：一种基于双波长背景气体扣除法的呼吸分析仪的反光镜调节结构，包括气体样品室1、支柱2、安装板3、反光镜4和调节装置5，所述气体样品室1的底部通过支柱2与安装板3固定，所述气体样品室1内部的两端对称设有两个反光镜4，且两个反光镜4分别通过调节装置5与气体样品室1固定，所述调节装置5包括安装块6、球状垫片7、波纹垫片8、支撑件9、环形挡板10、密封筒11、密封盖12、o型圈13、驱动件14和连接件15，所述安装块6位于气体样品室1的内侧，且安装块6的直径小于气体样品室1的内径，所述安装块6的中部设有通孔16，且安装块6内侧设有与通孔16相通的环形卡槽17，所述反光镜4位于环形卡槽17的内侧，且反光镜4的两侧分别通过球状垫片7和波纹垫片8与环形卡槽17的侧壁固定，所述安装块6的一侧通过支撑件9与环形挡板10固定，所述环形挡板10与气体样品室1的内壁固定；

所述密封盖12套接在气体样品室1端口处的外侧，且密封盖12通过连接件15与气体样品室1的外壁转动连接，所述密封盖12的中部固定有光学窗口37，且密封盖12内侧与光学窗口37对应的位置固定有密封筒11，所述密封筒11的外侧固定有o型圈13，所述o型圈13与气体样品室1的内壁相抵，所述驱动件14贯穿密封盖12，且与密封盖12固定连接，所述驱动件14的输出端与安装块6相抵。

所述支撑件9设有多个，且多个支撑件9等角度分布在安装块6与环形挡板10之间，使反光镜4倾斜使位置更加稳定。

所述支撑件9包括支撑块18、复位弹簧19、活塞20、支撑杆21和支撑滚珠22，所述支撑块18的一端与环形挡板10固定，所述支撑块18的另一端设有装置槽23，所述复位弹簧19的一端与装置槽23的底部固定，且复位弹簧19的另一端与活塞20固定，所述活塞20与装置槽23的侧壁滑动配合，所述支撑杆21的一端与活塞20远离复位弹簧19的一侧固定，另一端与支撑滚珠22固定，所述安装块6的一侧与支撑滚珠22对应的位置设有滚珠槽24，所述支撑滚珠22滑动配合在滚珠槽24内，通过支撑件9对安装块6起到支撑作用，并使安装块6的角度可变。

所述连接件15包括连接轴承25、连接筒26和固定螺栓27，所述连接轴承25的内圈固定在气体样品室1端口处的外侧，且连接轴承25的外圈与连接筒26的内壁固定，所述密封盖12的内壁与连接筒26配合，且密封盖12与连接筒26上均设有螺纹孔28，所述密封盖12与连接筒26通过固定螺栓27螺纹连接螺纹孔28固定，通过连接件15可使密封盖12相对与气体样品室1本体转动，并对密封盖12起到固定作用。

所述o型圈13设有多个，且多个o型圈13等距固定在密封筒11的外侧，增强了密封筒11对气体样品室1的密封性。

所述驱动件14包括螺纹筒29、丝杆30、旋钮31、固定块32和驱动滚珠33，所述螺纹筒29贯穿密封盖12，且与密封盖12固定连接，所述丝杆30贯穿螺纹筒29，且与螺纹筒29螺纹连接，所述丝杆30远离安装块6的一端与旋钮31固定，另一端与固定块32固定，所述固定块32远离丝杆30的一侧设有凹槽34，所述驱动滚珠33滑动配合在凹槽34内，且驱动滚珠33的外侧与安装块6滑动连接，通过驱动件14对反光镜4的倾斜角度进行调节。

所述安装块6远离支撑滚珠22一侧与驱动滚珠33对应的位置设有弧形滑槽35，所述驱动滚珠33滑动连接在弧形滑槽35内，使驱动滚珠33的运动更加稳定。

所述旋钮31的外侧固定有防滑凸起36，便于旋钮31进行转动。

工作原理：通过调节装置5可快速对反光镜4的角度进行调节，改变了传统的调节方式，提高呼吸气体检测的效率，在对反光镜4的输出角度进行调节时，通过对旋钮31进行转动可带动丝杆30的转动，丝杆30通过螺纹与螺纹筒29活动连接，使丝杆30的转动可带动驱动滚珠33靠近安装块6运动，通过驱动滚珠33对安装块6施加压力，使与驱动滚珠33对应位置的复位弹簧19收缩，从而使反光镜4的位置发生倾斜，此时，通过对密封盖12进行转动，可带动驱动滚珠33做圆周运动，从而可实现反光镜4在各个方向上的调节，根据不同角度的需求，可通过改变驱动滚珠33的伸出距离对反光镜4的输出角度进行控制。

测量方法：

检测所采用的方式是通过背景气体扣除方法对呼吸气体的肺癌标记物浓度进行计算，选用no作为背景气体时，在波长226.255nm和226.870nm处no吸收光谱达到上限，参见图11，图中虚线的峰表示的单纯no的吸收光谱，混合呼吸气体指的是同一吸收气体与100ppb的no混合，公式里面a表示吸收强度，n表示的no的绝对浓度，d表示的测试腔的长度，σ(226.255nm)和σ(226.290nm)分别表示no在226.255nm和226.290nm下的吸收截面，图11中no在226.255nm处吸收光谱达到上限，并且在226.290nm处呼吸气体和呼吸混合气体的吸收光谱重合一点，选择这两个波长，根据公式进行计算，好处在于将no恰好在作为背景气体，双波长公式中减掉了的恰好是背景气体no：

a(no)＝a(226.255nm)-a(226.290nm)＝nσ(226.255nm)d……[2]

其中，腔长d＝50cm,光速c＝3×10⁸m/s,

实验结果数据：波长为226.255时，真空下停机时间(ringdowntimeτ0)＝380.00ns，标准no气体(体积分数：1ppm)下停机时间(ringdowntimeτb)＝120.00ns，可计算在226.255nm条件下的吸收强度

根据已知no的浓度推算吸收截面：

其中1ppm为体积分数，将其转化成粒子数密度n，空气的粒子数密度na及理想气体状态方程:

……………………………………………………………………[3]

…………………………………………………………………[4]

其中为阿伏伽德罗常数（6.032×10²³），n为物质的量，v为气体体积，p和t分别为压强和温度。r是理想气体常数8.31j·mol^-1·k^-1。在标准大气压及室温条件298k下，计算得到na为2.46×10¹⁹cm^-3。由于使用标准no气体体积分数1ppm，所以no气体浓度:

n=1(ppm)·na=1×10^-6·2.46×10¹⁹=2.46×10¹³cm^-3。

根据1式得。

呼吸气体实验结果数据：

波长为226.255nm时，真空下停机时间（ringdowntimeτ0）=380.00ns，呼气下停机时间（ringdowntimeτb）=190.00ns，

波长为226.290nm时，真空下停机时间（ringdowntimeτ0^’）=377.00ns，呼气下停机时间（ringdowntimeτb^’）=224.00ns。

根据[1]式计算得到a(226.255nm)=4.39×10⁴,a(226.290nm)=3.02×10^-4，

代入[2]得a(no)=a(226.255nm)-a(226.290nm)=0.22×10^-4=，

，

即得呼吸气体的肺癌标记物浓度==1.44ppb。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。