一种涡轮传感器的制作方法

1.本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种涡轮传感器。


背景技术：

2.目前用于肺功能仪上的气体流量传感器一般分为以下几类：热丝式流量传感器、压差式流量传感器、超声流量传感器和涡轮流量传感器，其中涡轮流量传感器原理是：气体流经涡轮流量传感器，通过获取叶片的旋转角速度，来间接测量气体流量；传统的涡轮传感器在气体流速过大之后，由于叶片所受摩擦力的影响，气体流速的较大增加才能引起叶片转速的较小变化，使得气体流速测量精度降低。也就是说，现有涡轮传感器的气体流速监测结果会受到叶片所受摩擦力影响的问题。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是现有涡轮传感器的气体流速监测结果会受到叶片所受摩擦力影响的问题。
4.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种涡轮传感器，包括通气管道，所述通气管道的内部设有伸缩装置，所述伸缩装置包括管体，所述管体的一端固定连接有固定块，所述固定块的侧壁固定连接有第一红外避障传感器，所述管体的侧壁固定连接有多个固定杆，与所述通气管道的内壁滑动连接的第一滑块通过一固定杆与所述管体连接，与所述通气管道的内壁滑动连接的第二滑块通过另一固定杆与所述管体连接，第一滑块上设置有第一红外传感器模块的发射端，第二滑块上设置有所述第一红外传感器模块的接收端，其中，所述固定块的一端转动连接有连接杆，所述连接杆固定连接有叶片，其中，所述第一红外传感器模块的发射端和接收端被配置为感测叶片的叶片转速，第一红外避障传感器被配置为感测垂直于通气管道的轴线的截面的截面半径，所述第一红外传感器模块的发射端和接收端所感测到的叶片转速以及第一红外避障传感器所感测到的截面半径被用于计算气体流速。
5.可选的，所述通气管道的内部侧壁开设有第一凹槽和第二凹槽，第一滑块和第二滑块分别通过第一凹槽和第二凹槽与所述通气管道的内壁滑动连接。
6.可选的，所述伸缩装置还包括支撑杆，所述支撑杆的一端延伸到所述管体的内部，并且所述支撑杆的所述一端与所述固定块之间设置有弹簧。
7.可选的，所述通气管道的内部固定连接有固定架，所述固定架与所述支撑杆的另一端固定连接。
8.可选的，所述发射端和所述接收端位于与所述通气管道的轴线垂直的截面上，所述发射端和所述接收端所位于的截面随着所述管体与所述通气管道之间的相对位置的不同而不同。
9.可选的，气体流速根据如下公式来计算：
[0010][0011]
其中，v2是第二位置处的气体流速，r2是第二位置处的截面半径，n1是第一位置处的叶片转速，r1是第一位置处的截面半径，k是预先设定的系数。
[0012]
可选的，第一位置处的气体流速小于或等于800升每分钟。
[0013]
可选的，在与所述通气管道的内壁滑动连接的另外的两个滑块上，分别设置有第二红外传感器模块的发射端和接收端，第二红外传感器模块的发射端和接收端与管体共同移动；第二红外传感器模块的发射端和接收端被配置为感测叶片的叶片转速；当通过第一红外传感器模块感测到的叶片转速和通过第二红外传感器模块感测到的叶片转速之间的差值小于转速阈值时，第一红外传感器模块感测到的叶片转速和通过第二红外传感器模块感测到的叶片转速的平均值被用于气体流速的计算。
[0014]
可选的，所述固定块的侧壁固定连接有第二红外避障传感器，第一红外避障传感器和第二红外避障传感器被配置为感测相同截面的截面半径；当通过第一红外避障传感器感测到的截面半径和通过第二红外避障传感器感测到的截面半径之间的差值小于半径阈值时，第一红外避障传感器感测到的截面半径和第二红外避障传感器感测到的截面半径的平均值被用于气体流速的计算。
[0015]
本发明的有益效果如下：
[0016]
本发明的叶片与通气管道之间的位置不是相对固定的，而是将叶片固定于伸缩装置的一端，伸缩装置可沿着通气管道的轴线进行伸缩运动；叶片的最大半径与截面半径之间距离尽可能小，能够尽可能测量到流经通气管道的气体，选取叶片长度与截面半径之间的最小间距为2mm至3mm；当气体流量过大后，通过测量伸缩装置位移量从而进行转化以求得气体流量；采用可移动的第一红外传感器模块的发射端、第一红外传感器模块的接收端与第一红外避障传感器，并将固定截面改变为可变截面；利用叶片转速和伸缩装置的截面半径来共同来测量气体流速，进而可求得气体体积；从一定程度上减小了因气体流速过大使得转轴摩擦力对叶片转速造成影响；本发明可以提高气体流速以及相应的气体体积的测量精度；实现双精度测量，从而提高涡轮传感器测量的准确度。
附图说明
[0017]
图1为本发明的立体结构图；
[0018]
图2为本发明的内部结构图；
[0019]
图3为本发明的正视图；
[0020]
图4为本发明的后视图；
[0021]
图5为叶片转速与呼气流速关系图。
[0022]
图中：1、通气管道；2、固定架；3、支撑杆；4、弹簧；5、管体；6、固定块；7、固定杆；8、第一滑块；9、第二滑块；10、第一凹槽；11、第二凹槽；12、第一红外避障传感器；13、连接杆；14、叶片、15、第二红外避障传感器。
具体实施方式
[0023]
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能
更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0024]
请参阅图1至图4，一种涡轮传感器，包括通气管道1，所述通气管道1的内部设有伸缩装置，所述伸缩装置包括管体5，所述管体5的一端固定连接有固定块6，所述固定块6的侧壁固定连接有第一红外避障传感器12，所述管体5的侧壁固定连接有多个固定杆7，与所述通气管道1的内壁滑动连接的第一滑块8通过一固定杆7与所述管体5连接，与所述通气管道1的内壁滑动连接的第二滑块9通过另一固定杆7与所述管体5连接，第一滑块8上设置有第一红外传感器模块的发射端，第二滑块9上设置有所述第一红外传感器模块的接收端，其中，所述固定块6的一端转动连接有连接杆13，所述连接杆13固定连接有叶片14，其中，所述第一红外传感器模块的发射端和接收端被配置为感测叶片14的叶片转速，第一红外避障传感器12被配置为感测垂直于通气管道1的轴线的截面的截面半径，所述第一红外传感器模块的发射端和接收端所感测到的叶片转速以及第一红外避障传感器12所感测到的截面半径被用于计算气体流速。
[0025]
作为示例，截面是指通气管道1的垂直于通气管道1的轴线的截面。通过红外线收发频率等可感测到叶片转速。通过红线先收发，可感测截面半径。
[0026]
在示例性实施例中，所述通气管道1的内部侧壁开设有第一凹槽10和第二凹槽11，第一滑块8和第二滑块9分别通过第一凹槽10和第二凹槽11与所述通气管道1的内壁滑动连接。
[0027]
在示例性实施例中，所述伸缩装置还包括支撑杆3，所述支撑杆3的一端延伸到所述管体5的内部，并且所述支撑杆3的所述一端与所述固定块6之间设置有弹簧4。
[0028]
在示例性实施例中，所述通气管道1的内部固定连接有固定架2，所述固定架2与所述支撑杆3的另一端固定连接。
[0029]
在示例性实施例中，所述发射端和所述接收端位于与所述通气管道1的轴线垂直的截面上，所述发射端和所述接收端所位于的截面随着所述管体5与所述通气管道1之间的相对位置的不同而不同。
[0030]
在示例性实施例中，气体流速根据如下公式来计算：
[0031][0032]
其中，v2是第二位置处的气体流速，r2是第二位置处的截面半径，n1是第一位置处的叶片转速，r1是第一位置处的截面半径，k是预先设定的系数。
[0033]
在示例性实施例中，第一位置处的气体流速小于或等于800升每分钟。在可选的实施例中，800升每分钟可替换为700升每分钟至900升每分钟。
[0034]
在示例性实施例中，在与所述通气管道1的内壁滑动连接的另外的两个滑块上，分别设置有第二红外传感器模块的发射端和接收端，第二红外传感器模块的发射端和接收端与管体5共同移动；第二红外传感器模块的发射端和接收端被配置为感测叶片14的叶片转速；当通过第一红外传感器模块感测到的叶片转速和通过第二红外传感器模块感测到的叶片转速之间的差值小于转速阈值时，第一红外传感器模块感测到的叶片转速和通过第二红外传感器模块感测到的叶片转速的平均值被用于气体流速的计算。
[0035]
通过两次感测，可提高感测结果的精度，并且可通过转速阈值的比较来排除误差过大的叶片转速，并通过平均值获得更准确的转速值。
[0036]
在示例性实施例中，所述固定块6的侧壁固定连接有第二红外避障传感器15，第一红外避障传感器12和第二红外避障传感器15被配置为感测相同截面的截面半径；当通过第一红外避障传感器12感测到的截面半径和通过第二红外避障传感器15感测到的截面半径之间的差值小于半径阈值时，第一红外避障传感器12感测到的截面半径和第二红外避障传感器15感测到的截面半径的平均值被用于气体流速的计算。
[0037]
通过两次感测，可提高感测结果的精度，并且可通过半径阈值的比较来排除误差过大的截面半径，并通过平均值获得更准确的半径值。
[0038]
如图5所示，在气体流过涡轮传感器的过程中，曲线图可分为两段，即线性段和非线性段。线性段约为整个过程的2/3，在此线性段(即图中a至b段)，转速和流速近似可看成正比，即
[0039]
v＝kn
[0040]
其中，v为t时刻的气体流速(气体流速可体现呼气流速)，n为t时刻的叶片转速，k为涡轮特性系数，可由相应设备测得或进行预先设定。
[0041]
人体在测量呼气峰值流量(pef)和第一秒肺活量(fev1)时需要用力呼气，呼气流速在100l/min至800l/min之间，pef与fev1呈高度直线相关。此时就处于图5中的线性段，即叶片的叶片转速和呼气流速成线性关系；
[0042]
在非线性段，气体流速受轴承摩擦力影响较大，此时叶片轴承的摩擦力不能忽略不计。并且在非线性段，流速极大时才会引起叶片转速微弱的变化，由于δn(叶片状速变化值)减小，导致了整个的测量精度减小。这样在非线性段测量的气体体积的精度就降低。本发明至少可解决如上问题，当流速超过例如800l/min后，即在非线性段，不再测量叶片转速，而是感测截面半径。测试步骤如下：
[0043]
①
先测得图5中线性段，例如在b点所对应位置处，即在涡轮传感器所在位置x1处，所对应的截面半径r1,可求得该位置x1的截面积为s1＝πr
12
[0044]
②
再测得伸缩装置位移到的另一位置x2(图5中呼气流速比b大的值所对应的位置)，该位置对应的截面半径为r2,则对应的横截面积为s2＝πr
22
，
[0045]
③
根据流体力学中连续性方程可得：
[0046]
s1v1＝s2v2[0047]
其中，v1表示流经横截面积s1所对应截面时的流速，v2表示流经横截面积s2所对应截面时的流速；而v1可根据线性段计算公式二测得为v1＝kn1，由此可推算出截面s2时的气体流速：
[0048][0049]
其中，n1和r1分别为位置x1处所对应的叶片转速和截面半径，r2为位置x2处所对应的截面半径，k是预先设定的系数。这样就弥补了气体流速过大导致摩擦力增大，对测量精度的影响。
[0050]
本发明在使用时，测量叶片14转速的第一红外传感器模块安装于通气管道1壁面的滑块上，通气管道1壁面开四处凹槽，对应两组红外传感器模块；可将第一红外传感器模块的发射端、第一红外传感器模块的接收端分别设置与在第一滑块8和第二滑块9；第一滑块8与第二滑块9分别在第一凹槽10、第二凹槽11内；类似的设置另一组外传感器模块；用四
根固定杆7一端分别与四个凹槽内的设置传感器模块的滑块连接，固定杆7另一端与伸缩装置相连；叶片14随着气流移动多少距离，对应的传感器模块也可以移动多少距离，这样就可以随时测量叶片14转速。在固定块6安装有第一红外避障传感器12和/或第二红外避障传感器15，向壁面发射信号，就可以随时测得截面半径。
[0051]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。