CN103893881B - 一种流量阀的流量控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流量阀的流量控制方法及实现该方法的装置，其方法的步骤包括先进行流量阀标校，生成流速‑步进数据表，将流速‑步进数据表中的流速值v_n及与流速值v_n对应的步进值f_n储存至存储器中，再依据设定的目标流速值v_target查询流速‑步进数据表，找出流速‑步进数据表中与目标流速值v_target绝对差值最小的流速值v_min及与流速值v_min对应的步进值f_min，然后以步进值f_min驱动步进电机调节针阀的开度，使得流经所述针阀的实际流速值v＝v_min，最后采用闭环控制方式对实际流速值v逐次逼近，使得实际流速值v＝v_target。本方法能大幅缩短实际流速达到目标流速时间，且在初始阶段即为患者提供合适的潮气量，降低了损坏患者肺泡风险。

Description

一种流量阀的流量控制方法及装置

技术领域

本发明涉及流量控制领域，尤其涉及一种流量阀的流量控制方法及装置。

背景技术

麻醉机是通过机械回路将***/剂送入患者的肺泡，形成麻醉气体分压的设备，麻醉剂弥散血液后，对中枢神经***直接发生抑制作用，从而产生麻醉的效果。呼吸回路是指麻醉机与患者相连接的联合气路装置，为患者输入***混合气体，输回患者呼出气体，实现患者麻醉的同时，满足患者正常呼吸所需的气体交换。

在呼吸回路流速控制过程中，通常先设定目标流速，驱动步进电机调节流量阀开度，然后通过与流量阀处于同一呼吸通道的流量传感器反馈气体的流速值信号，控制单元将反馈的实际流速值与目标流速值进行比较，通过反馈的实际流速值与目标流速值之间的差值判断流经流量阀的流速是偏大还是偏小，根据判断结果修正步进电机转向和步进值，即采用后馈信号构成一个闭环控制，如采用PID控制，通过多次反馈，逐次逼近的方式使得实际流速值与目标流速值一致。

上述流速控制过程中，由于需要多次反馈，逐次逼近，故这种控制方法具有流量阀的实际流速值达到与目标流速一致流速值的耗时长，流速控制的初始阶段误差较大，易出现供气不足或过量供气等缺陷。此外，由于初始阶段难以为患者提供合适的潮气量，具有损坏患者肺泡的风险。

发明内容

为了克服现有流量阀流速控制中达到目标流速的耗时长，流量控制初始阶 段误差大，具有损坏患者肺泡风险等缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种流量阀的流量控制方法及装置，能大幅缩短达到目标流速时间，且在初始阶段即为患者提供合适的潮气量，降低损坏患者肺泡的风险。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种流量阀的流量控制方法，按如下步骤实施：

S0：麻醉机进入参数设定模式,所述麻醉机内的控制单元发出标校控制指令对流量阀组件进行流量阀标校，生成流速-步进数据表；

S1：所述控制单元将所述流速-步进数据表中的流速值v_n及与流速值v_n对应的步进值f_n储存至存储器中，所述麻醉机结束所述参数设定模式；

S2：所述麻醉机进入转速控制模式，所述控制单元依据设定的目标流速值v_target查询流速-步进数据表，找出流速-步进数据表中与目标流速值v_target绝对差值最小的流速值v_min及与流速值v_min对应的步进值f_min；

S3：所述控制单元以步进值f_min驱动步进电机，所述步进电机调节与之相连的针阀的开度，使得流经所述针阀的实际流速值v等于最小流速值v_min；

S4：所述控制单元采用闭环控制方式对实际流速值v进行逐次调整，使得实际流速值v达到目标流速值v_target。

进一步的，步骤S0至S1中，所述流量阀标校步骤如下：

S00：所述控制单元驱动所述步进电机逐渐增大所述针阀的开度，直至呼吸n₁次流经所述针阀的平均流速≥第一设定阈值；

S10：所述控制单元驱动所述步进电机逐渐减少所述针阀的开度，直至呼吸n₂次流经所述针阀的平均流速≤第二设定阈值时，所述控制单元将步进值f₀＝0及与步进值f₀对应的流速值v₀储存至存储器中；

S20:所述控制单元驱动所述步进电机从步进值f₀＝0开始，以n₃步为公 差，逐渐增大所述针阀的开度，所述控制单元将所有步进值f_n及与步进值f_n对应的流速值v_n储存至存储器中，直至位置电位器检测到所述针阀已打开至最大开度；

S30：所述控制单元驱动所述步进电机逐渐减少所述针阀的开度，直至呼吸n₂次流经所述针阀的平均流速≤第三设定阈值时，结束所述流量阀标校。

进一步的，步骤S3及步骤S00至S30中，所述控制单元通过与所述控制单元相连电机驱动电路驱动所述步进电机调节所述针阀的开度。

进一步的，步骤S1及步骤S20中，所述流速值v_n为呼吸n₂次流经所述针阀的平均流速。

进一步的，所述流量阀标校在出厂前、长途运输后、每次机器维修后实施。

进一步的，步骤S2中，所述流速值v_min的计算公式如下：

v_min＝min|v_target-v_n|

一种用于实现权利要求1中方法的流量控制装置，包括：

控制单元，控制与所述控制单元相连接的电机驱动电路、放大电路及电磁阀驱动电路；

流量传感器，与所述放大电路相连，用于检测流经所述针阀的流速值信号；

吸气阀及呼气阀，与所述电磁阀驱动电路相连，用于控制呼吸回路中气体的吸入与呼出；

流量阀组件，与所述放大电路及电机驱动电路相连，用于调节所述针阀的开度及反馈所述针阀的开度的位置信号。

进一步的，所述流量阀组件包括：

针阀，用于控制呼吸回路的气体流速，设于呼吸回路上；

步进电机，与所述电机驱动电路相连，用于调节所述针阀的开度；

位置电位器，与所述放大电路相连，用于检测所述针阀开度的位置信号。

进一步的，所述流量传感器与所述针阀处于同一气体通道上，实时检测流经所述针阀的流速值信号。

本发明的有益效果为：该方法通过查询流量阀的先期校准过程中生成的流速-步进数据表，在流速控制的初始阶段即用较为接近目标流速的步进值调节流量阀开度，使得流经流量阀的实际流速接近目标流速，再通过闭环控制逐次逼近，使得实际流速快速达到目标流速，既能大幅缩短达到目标流速时间，又能在初始阶段为患者提供合适的潮气量，降低损坏患者肺泡的风险。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的一种流量阀的流量控制方法的流程图；

图2是本发明具体实施方式提供的一种流量阀的流量控制装置的结构图；

图3是本发明具体实施方式提供的一种流量阀的流量控制方法中流量阀标校的流程图。

图中：

1、控制单元；2、针阀；3、步进电机；4、流量传感器；5、位置电位器；6、电机驱动电路；7、放大电路；8、放大电路；9、电磁阀驱动电路；10、吸气阀及呼气阀。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1是本发明具体实施方式提供的一种流量阀的流量控制方法的流程图。

一种流量阀的流量控制方法，按如下步骤实施：

S0步骤：麻醉机进入参数设定模式,麻醉机内的控制单元1发出标校控制指令对流量阀组件进行流量阀标校，生成流速-步进数据表。其中，控制单元1为单片机，型号为ATMEGA128。

S1步骤：单片机将流速-步进数据表中的流速值v_n及与流速值v_n对应的步进值f_n储存至存储器中，流速值v_n为呼吸四次流经针阀2的平均流速，麻醉机结束所述参数设定模式。

S2步骤：所述麻醉机进入转速控制模式，单片机依据设定的目标流速值v_target查询流速-步进数据表，找出流速-步进数据表中与目标流速值v_target绝对差值最小的流速值v_min及与流速值v_min对应的步进值f_min。

其中，流速值v_min的计算公式如下：

v_min＝min|v_target-v_n|

S3步骤：单片机通过与单片机相连的电机驱动电路6以步进值f_min驱动步进电机3，步进电机3调节与之相连的针阀2的开度，实际流速值v等于最小流速值v_min。

由于目标流速值v_target与实际流速值v极为接近，故在流速控制的初始阶段保证了为患者提供合适的潮气量，降低损坏患者肺泡的风险。

S4步骤：采用闭环控制方式对实际流速值v进行修正，经过逐次逼近后，使得实际流速值v等于目标流速值v_target。

由于目标流速值v_target与实际流速值v极为接近，闭环控制方式对实际流速值v逐次逼近的过程中，是从目标流速值v_target的近似流速值v_min变到目标流速值v_target，故大幅缩短实际流速值v达到目标流速v_target时间。

图2是本发明具体实施方式提供的一种流量阀的流量控制装置的结构图。

一种用于实现上述方法的流量控制装置，包括：

单片机，用于控制与单片机相连接的电机驱动电路6、放大电路及电磁阀驱动电路9。其中，电磁阀驱动电路9由驱动芯片A3977SLP等元器件组成，用于驱动步进电机3旋转。

流量传感器4，型号为SDP1108-W，与针阀2处于同一气体通道上。流量传感器4与放大电路7相连，实时检测流经针阀2的流速值信号，流速值信号经过放大电路7放大后传送至单片机中。其中，放大电路7中的运算放大器型号为OPA2277UA。

吸气阀及呼气阀10，与所述电磁阀驱动电路9相连，用于控制呼吸回路中气体的吸入与呼出，完成吸气和呼气动作。电磁阀驱动电路9中包括用于驱动电磁阀的光耦芯片TLP521和三极管2SD2098等元器件，吸气阀型号为SY114-6G，呼气阀KX23D-1。

流量阀组件，与放大电路8及电机驱动电路6相连，用于调节针阀2的开度及反馈针阀2的开度的位置信号。流量阀组件包括：

针阀2，用于控制呼吸回路的气体流速，设于呼吸回路上，通过旋转动作调节回路流量的大小。

步进电机3，型号为17HS001，与电机驱动电路6相连，通过旋转运动带动针阀动作，改变针阀2的开度。其中，电机驱动电路6中的电机驱动芯片型号为A3977SLP。

位置电位器5，与放大电路8相连，用于检测针阀2开度的位置信号。针阀的旋转带动位置电位器5旋转，从而反馈针阀2开度的位置信号，位置信号经过放大电路8放大后，传送至单片机中。其中，放大电路8中的运算放大器型号为LM358。

具体使用时，单片机通过电机驱动电路6驱动步进电机3，控制步进电机3转速及转向，步进电机3旋转时带动针阀2动作，改变针阀2的开度，从而实现单片机对针阀2开度的控制。针阀2动作时带动位置电位器5动作，位置电位器5反馈针阀2开度的位置信号，位置信号经过放大电路8放大后，传送至单片机中，供单片机决策针阀的开度是否达到最大开度。流量传感器4与针阀2处于同一气体通道上，流量传感器实时检测流经针阀2的流速值信号，流速值信号经过放大电路7放大后传送至单片机中，供单片机决策流经针阀2的流速值是否达到目标流速值v_target。

图3是本发明具体实施方式提供的一种流量阀的流量控制方法中流量阀标校的流程图。

步骤S0和S2中，所述流量阀标校步骤如下：

S00步骤：为呼吸回路提供基础流。单片机驱动步进电机3逐渐增大针阀2的开度，直至呼吸n₁次流经所述针阀2的平均流速≥第一设定阈值。其中n₁＝2，第一设定阈值为20L/min，以保证气体回路中充满气体。若流量传感器4检测到呼吸2次流经所述针阀2的平均流速＜20L/min，则步进电机3旋转n₃步，增大针阀2的开度。其中n₃＝100，由流量阀的开度变化精度与步进电机3步进值的之间关系确定。

S10：步进值归零。单片机驱动步进电机3逐渐减少针阀2的开度，直至呼吸n₂次流经针阀2的平均流速≤第二设定阈值时，单片机将步进值f₀＝0及与步进值f₀对应的流速值v₀写入存储器中。其中n₂＝4，第二设定阈值为1L/min，由于实际使用中，流速值难以达到零点，故认为平均流速≤1L/min时，流速值已经达到零点。若流量传感器4检测到呼吸四次流经针阀2的平均流速＞1L/min 时，则步进电机3反向旋转，减少针阀2的开度，随着流量逐渐变小，步进电机3步进数也越小。

S20:生成流速-步进数据表，单片机驱动步进电机3从步进值f₀＝0开始调节针阀2的开度，以n₃步为公差逐渐增大，单片机将所有步进值f_n及与步进值f_n对应的流速值v_n写入存储器中，直至位置电位器5检测到针阀2已打开至最大开度。其中，流速值v_n为呼吸四次流经所述针阀2的平均流速。

S30：关阀。单片机驱动步进电机3逐渐减少针阀2的开度，直至呼吸n₂次流经针阀2的平均流速≤第三设定阈值，结束流量阀标校。其中，第三设定阈值为10L/min，第三设阀定值作用类似于阀门的复位，避免流量阀处于最大开度或者最小开度位置时，驱动电机转向错误时，破坏流量阀。

此外，流量阀标校在出厂前、长途运输后、每次机器维修后实施。

本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种流量阀的流量控制方法，其特征在于，按如下步骤实施：

S0：麻醉机进入参数设定模式,所述麻醉机内的控制单元(1)发出标校控制指令对流量阀组件进行流量阀标校，生成流速-步进数据表；

S1：所述控制单元(1)将所述流速-步进数据表中的流速值v_n及与流速值v_n对应的步进值f_n储存至存储器中，所述麻醉机结束所述参数设定模式；

S2：所述麻醉机进入转速控制模式，所述控制单元(1)依据设定的目标流速值v_target查询流速-步进数据表，找出流速-步进数据表中与目标流速值v_target绝对差值最小的流速值v_min及与流速值v_min对应的步进值f_min；

S3：所述控制单元以步进值f_min驱动步进电机(3)，所述步进电机(3)调节与之相连的针阀(2)的开度，使得流经所述针阀(2)的实际流速值v等于最小流速值v_min；

S4：所述控制单元(1)采用闭环控制方式对实际流速值v进行逐次调整，使得实际流速值v达到目标流速值v_target；

步骤S0至S1中，所述流量阀标校步骤如下：

S00：所述控制单元(1)驱动所述步进电机(3)逐渐增大所述针阀(2)的开度，直至呼吸n₁次流经所述针阀(2)的平均流速≥第一设定阈值；

S10：所述控制单元(1)驱动所述步进电机(3)逐渐减少所述针阀(2)的开度，直至呼吸n₂次流经所述针阀(2)的平均流速≤第二设定阈值时，所述控制单元(1)将步进值f₀＝0及与步进值f₀对应的流速值v₀储存至存储器中；

S20:所述控制单元(1)驱动所述步进电机(3)从步进值f₀＝0开始，以n₃步为公差，逐渐增大所述针阀(2)的开度，所述控制单元(1)将所有步进值f_n及与步进值f_n对应的流速值v_n储存至存储器中，直至位置电位器(5)检测到所述针阀(2)已打开至最大开度；

S30：所述控制单元(1)驱动所述步进电机(3)逐渐减少所述针阀(2)的开度，直至呼吸n₂次流经所述针阀(2)的平均流速≤第三设定阈值时，结束所述流量阀标校。

2.根据权利要求1所述的流量阀的流量控制方法，其特征在于，步骤S3及步骤S00至S30中，所述控制单元(1)通过与所述控制单元(1)相连电机驱动电路(6)驱动所述步进电机(3)调节所述针阀(2)的开度。

3.根据权利要求1所述的流量阀的流量控制方法，其特征在于，步骤S1及步骤S20中，所述流速值v_n为呼吸n₂次流经所述针阀(2)的平均流速。

4.根据权利要求1所述的流量阀的流量控制方法，其特征在于，所述流量阀标校在出厂前、长途运输后、每次机器维修后实施。

5.根据权利要求1所述的流量阀的流量控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述流速值v_min的计算公式如下：

v_min＝min|v_target-v_n|。

6.一种用于实现权利要求1中方法的流量控制装置，包括：

控制单元(1)，控制与所述控制单元相连接的电机驱动电路、第一放大电路和第二放大电路及电磁阀驱动电路；

流量传感器(4)，与第一放大电路(7)相连，用于检测流经所述针阀(2)的流速值信号；

吸气阀及呼气阀(10)，与所述电磁阀驱动电路(9)相连，用于控制呼吸回路中气体的吸入与呼出；

流量阀组件，与第二放大电路(8)及电机驱动电路(6)相连，用于调节所述针阀(2)的开度及反馈所述针阀(2)的开度的位置信号。

7.根据权利要求6所述的流量控制装置，其特征在于，所述流量阀组件包括：

针阀(2)，用于控制呼吸回路的气体流速，设于呼吸回路上；

步进电机(3)，与所述电机驱动电路(6)相连，用于调节所述针阀(2)的开度；

位置电位器(5)，与所述第二放大电路(8)相连，用于检测所述针阀(2)开度的位置信号。

8.根据权利要求6或7所述的流量控制装置，其特征在于，所述流量传感器(4)与所述针阀(2)处于同一气体通道上，实时检测流经所述针阀(2)的流速值信号。