CN101757710A - 气体流速调节装置及控制呼吸机中气体流速的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体流速调节装置，包括：阀体(4)；阀芯(5)，设于阀体(4)中并可相对于阀体(4)转动；以及步进电机(3)，步进电机(3)的输出轴与阀芯(5)固定连接，步进电机(3)的壳体与阀体(4)固定连接，步进电机(3)可驱动阀芯(5)转动以改变气体流速调节装置的开度。本发明还提供一种控制呼吸机中气体流速的方法，该呼吸机中具有前述的气体流速调节装置，该方法包括：呼吸机的控制器控制CPU输出与步进电机(3)的转角相对应的时钟脉冲数；步进电机(3)响应输出的时钟脉冲，以转动流速调节装置的阀芯(5)改变气体流速调节装置的开度，以控制气体流速。本发明的成本低，且在较低压力下压力损耗小。

Description

气体流速调节装置及控制呼吸机中气体流速的方法

技术领域

本发明涉及一种气体流速调节装置，以及控制呼吸机中气体流速的方法。

背景技术

目前常采用的流速调节装置是电磁阀，但电磁阀的成本和应用技术难度较高，且电磁阀常用于气体压力较高的场合下，在较低气体压力下，由于电磁阀的通径受阀体体积所限，其截面普遍较小，气体流经电磁阀时压力损耗相对较大，本专利是从硬件结构和软件方面实现低压力下的气体流速调节，且该方案简单易实现。

发明内容

本发明正是致力于克服现有技术的上述缺陷而作出的。本发明的目的在于提出一种气体流速调节装置及控制呼吸机中气体流速的方法，本发明的成本低，且在较低压力下压力损耗小。

为解决上述技术问题，本发明提供一种气体流速调节装置，，包括：阀体；阀芯，设于阀体中并可相对于阀体转动；以及步进电机，步进电机的输出轴与阀芯固定连接，步进电机的壳体与阀体固定连接，步进电机可驱动阀芯转动以改变气体流速调节装置的开度。

优选地，步进电机具有双输出轴，其中一个输出轴与阀芯固定连接，另一输出轴固定有可与阀芯同步转动的遮光片，步进电机的壳体上设有与遮光片配合的光电耦合器。

本发明还提供一种控制呼吸机中气体流速的方法，该呼吸机中具有上述的气体流速调节装置，该方法包括：呼吸机的控制器控制CPU输出与步进电机的转角相对应的时钟脉冲数；步进电机响应输出的时钟脉冲，以转动流速调节装置的阀芯改变气体流速调节装置的开度，以控制气体流速。

优选地，当气体流速与设定值之间的差值大于容许值时，呼吸机的控制器调整用以控制步进电机的时钟脉冲数，以改变气体流速控制装置的开度，进而调整气体流速。

本发明的有益效果是简单易实现，具有很高的经济实用性，其稳定性和可靠性都容易保证，能够有效节省在呼吸机制造方面的经济成本，且气体流速的调节精度容易实现，控制方式简单易行。

应该理解，以上的一般性描述和以下的详细描述都是列举和说明性质的，目的是为了对要求保护的本发明提供进一步的说明。

附图说明

附图组成本说明书的一部分，用来帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的一些实施例，并可与说明书一起用来说明本发明的原理。附图中：

图1是示出了两相步进电机在驱动器采用8细分时得到的流速与时钟脉冲数的关系的曲线图；

图2是本发明的用以控制呼吸机中气体流速的控制方法的流程图；

图3是本发明的气体流速调节装置的立体图1；

图4是本发明的气体流速调节装置的立体图2；

图5和图6是针对不同流速调节阀开度大小，而测量的流速波形图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。在附图中相同的部件用相同的标号表示。

参照图3和图4描述本发明的气体流速调节装置，其包括：阀体4、设于阀体4中的阀芯5、步进电机3，其中，阀体4与阀芯5构成了阀件，本发明中步进电机3为具有双输出轴的步进电机，该步进电机3的一个输出轴与阀芯5固定连接，另一输出轴固定有遮光片2，在步进电机3的驱动下遮光片2可与阀芯5同步转动，阀体4套设于阀芯5上并与步进电机3的壳体固定连接，当步进电机3驱动阀芯5相对于阀体4转动时可以改变气体流速调节装置的开度(即改变阀件的开度)。并且，在步进电机3的对应于遮光片2的一端安装有光电耦合器1，当步进电机3带动遮光片2旋转时能够可选择地遮挡光电耦合器1中发光二极管发出的光线，从而遮光片2通过设于步进电机3的壳体上的光电耦合器1，可将步进电机的转角信号反馈给该气体流速调节装置的控制器。

本发明的气体流速调节装置的控制气体流速原理如下：由于气体流速调节装置开度的大小取决于步进电机3的转角大小，步进电机3的转角大小又取决于时钟脉冲的个数多少，因此通过控制时钟脉冲的数量可控制气体流速。具体地，当气体从阀体4的进气端流入阀腔时，此时气体流速调节装置处于关闭状态(即，阀体4与阀芯5构成的阀件处于关闭状态)，此时驱动步进电机3旋转，步进电机3带动阀芯5和遮光片2同步转动，当遮光片2旋转到使光电耦合器1的信号发生变化时，规定此位置为步进电机3的起始点。当步进电机3旋转到某一角度时，气体流速调节装置的阀体处于打开和关闭的临界点，当再继续驱动步进电机3时，气体流速调节装置的开度(即，阀体的开度)开始逐渐增大，直到开度达到规定要求后停止不动，这样使得气体流速达到目标值，从而实现气体流速调节。

本发明还提供一种用于控制呼吸机中气体流速的方法，其中，该呼吸机具有本发明前述的气体流速调节装置，结合图2至图4描述本发明的控制呼吸机中气体流速的方法：设定气体流速值；查表确定要输出的时钟脉冲数，呼吸机的控制器控制CPU处理器输出相应的时钟脉冲数给步进电机驱动器，驱动器驱动步进电机3旋转阀芯5以改变气体流速调节装置中阀体的开度，使该阀体达到预定开度以实现所需的气体流速。对于气体流速是否满足要求可通过判断气体的采集流速与其设定流速的差值是否小于等于允许值来进行，如果小于等于允许值则气体流速满足要求，即气体流速调节结束，如果大于允许值，则调整脉冲个数，并返回查表步骤，如此往复直到实现所需气体流速。其中，所述查表步骤中的表为气体流速与时钟脉冲数的对应关系表，该表格中的对应关系的实现是利用已经测量出的患者的肺的顺应性和阻力等参数，并按照所计算出在规定压力上升时间内压力达到目标压力时所需的气体初始流速，进而计算出阀体的开度和所需的时钟脉冲数。

另外，由于步进电机驱动器具有细分功能，因此步进电机驱动器每接收一个时钟脉冲，步进电机转动的角度为θ/n，如果步进电机从起始点起共接收到m个时钟脉冲信号，则步进电机旋转的角度为m×θ/n，θ为步进电机的步距角，n为驱动器的细分数。通过这种方式可以控制步进电机的转角，使阀体达到预定开度，达到流量调节的目的。而当阀体需要关闭时，步进电机只要反向旋转m×θ/n，便可将阀体处于完全关闭状态。阀体的开度大小完全取决于发送给驱动器的时钟脉冲数。图1是两相步进电机在驱动器采用8细分时得到的流速与时钟脉冲数的关系，其中，CLK表示时钟脉冲，L/Min表示流速：升/分钟。将图1中的流速和时钟脉冲信号的关系输入到处理器中，如要进行流速调节，则采用查表等方式找到所需的时钟信号的个数，并将其发送到驱动器，以达到设定流速。

图5为设定流速为50L/Min时的流速波形，图6为设定流速为25L/Min时的流速波形。其中，LPM表示流速单位：升/分钟。

尽管本发明已经参照附图和优选实施例进行了说明，但显然，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明作出各种更改和变化。本发明的各种更改、变化由所附的权利要求书及其等同物的内容涵盖。

Claims (4)

1.一种气体流速调节装置，其特征在于，包括：

阀体(4)；

阀芯(5)，设于所述阀体(4)中并可相对于所述阀体(4)转动；以及

步进电机(3)，所述步进电机(3)的输出轴与所述阀芯(5)固定连接，所述步进电机(3)的壳体与所述阀体(4)固定连接，所述步进电机(3)可驱动所述阀芯(5)转动以改变所述气体流速调节装置的开度。

2.根据权利要求1所述的气体流速调节装置，其特征在于，所述步进电机(3)具有双输出轴，其中一个输出轴与所述阀芯(5)固定连接，另一输出轴固定有可与所述阀芯(5)同步转动的遮光片(2)，所述步进电机(3)的壳体上设有与所述遮光片(2)配合的光电耦合器(1)。

3.一种控制呼吸机中气体流速的方法，其特征在于，所述呼吸机中具有上述任一项权利要求所述的气体流速调节装置，所述方法包括：

呼吸机的控制器控制CPU输出与步进电机(3)的转角相对应的时钟脉冲数；

所述步进电机(3)响应所述输出的时钟脉冲，以转动流速调节装置的阀芯(5)改变所述气体流速调节装置的开度，以控制气体流速。

4.根据权利要求3所述的控制呼吸机中气体流速的方法，其特征在于，当气体流速与设定值之间的差值大于容许值时，所述呼吸机的控制器调整用以控制所述步进电机(3)的时钟脉冲数，以改变所述气体流速控制装置的开度，进而调整气体流速。

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