CN105241835A - 一种主流式减小水汽影响的二氧化碳浓度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主流式减小水分影响的二氧化碳浓度检测方法，其采用的三通道热释电传感器一个通道是二氧化碳测量通道，另一个通道是参考通道，第三个水汽测量通道，包括：根据三个通道采集的数据确定各个端口的峰值和谷值；提取水汽测量通道电压的峰峰值和参考通道电压的峰峰值，对两者数据相减的波形进行标定，得到在不同水汽浓度的对应的电压峰峰值；提取二氧化碳浓度测量通道电压的峰峰值和参考通道电压的峰峰值，对两者数据相减的波形进行标定，得到不同二氧化碳浓度含水汽影响下对应的电压峰峰值；得到不同二氧化碳浓度不含水汽影响下对应的电压峰峰值的拟合曲线；进行实时测量。本发明可以提高二氧化碳测量的精度。

Description

一种主流式减小水汽影响的二氧化碳浓度检测方法

技术领域

本发明属于生物医学工程领域，为一种人呼吸末二氧化碳浓度精确监测方法。

背景技术

在临床等医疗监测中人呼吸中二氧化碳浓度实时监测越来越受到重视，尤其呼气末二氧化碳分压成为六个基本生命特征。当前基于非分光红外原理的呼吸末二氧化碳浓度监测***测量主要可分为两种：直接测量的主流式监测和通过抽取呼吸气体测量的旁流式监测。

旁流式监测可以对引出气体除湿、稳压使得测量精度较高，，但由于抽取气流的延时使显示波形有明显的失真而且设备比较繁琐。而主流式监测大多可分为热电堆传感器监测和热释电传感器监测，虽然热电堆传感器监测可以使电路电源稳定，但由于呼吸气流的干扰使监测结果误差较大，而且在长时间连续监测时波形还易出现漂移问题。热释电传感器出现使得监测性能得到极大的提升，其具有感应波长范围宽，响应速度快，性能稳定等优点，但也存在着输出信号弱，易受电路噪声干扰等问题。

虽然当前主流式二氧化碳监测技术相应快，性能稳定，但当前主流式二氧化碳监测技术容易受到人呼吸水汽吸收红外光造成的精度不高的影响。

发明内容

本发明创新目的是：克服当前主流式二氧化碳监测技术容易受到人呼出气体中水汽的影响，提供一种人呼吸末二氧化碳浓度精确监测方法。本发明的技术方案如下：

一种主流式减小水分影响的二氧化碳浓度检测方法，所采用的红外光模块和传感器检测模块分别置于管道适配器的两端，三通道热释电传感器一个通道是二氧化碳测量通道，另一个通道是参考通道，第三个水汽测量通道；在每个通道口处均安装滤光片，其中二氧化碳测量通道的滤光片为4.26μm,水汽测量通道的滤光片为1.37μm,参考通道的滤光片为3.95μm；控制红外光模块周期性亮闪进行信号检测，方法如下：

1)在进行标定时，根据三个通道采集的数据确定各个端口的峰值和谷值；

2)提取水汽测量通道电压的峰峰值和参考通道电压的峰峰值，对两者数据相减的波形进行标定，得到在不同水汽浓度的对应的电压峰峰值；

3)提取二氧化碳浓度测量通道电压的峰峰值和参考通道电压的峰峰值，对两者数据相减的波形进行标定，得到不同二氧化碳浓度含水汽影响下对应的电压峰峰值；

4)结合步骤(3)和(4)，根据朗伯比尔定律，得到不同二氧化碳浓度不含水汽影响下对应的电压峰峰值的拟合曲线；

5)在进行实时测量时，根据三个通道采集的数据确定各个端口的峰值和谷值，根据各个端口输出的波形得到对应的二氧化碳的浓度值及此时的水汽浓度。

依照非红外分光原理可知，水汽可吸收一部分红外光，对二氧化碳吸收红外光强度会产生影响，导致二氧化碳浓度测量有偏差。而本发明可测得每次人呼出水汽的含量，进而根据以往的标的实验确认影响二氧化碳浓度的量，进而为当前二氧化碳浓度测量进行补偿，获得准确的二氧化碳浓度值。

附图说明

图1人呼出末CO₂监测模块。

具体实施方式

本发明的二氧化碳浓度监测方法针对主流式气体监测而提出，下面给出本发明适用的监测***组成。

该主流式呼吸二氧化碳浓度监测***由上位机和监测模块组成。上位机为通用计算机或监护仪。监测模块如图1所示，1表示光源模块，2表示传感器模块，3为透明的玻璃片，4为气体通路。其中3和4构成管道适配器，可以直接安装在人呼出气体官道上。而光源模块分立在管道适配器的两边。传感器模块具有三个通道，在每个通道口处均安装滤光片，其中CO2通道的滤光片为4.26μm,水汽通道的滤光片为1.37μm,参考通道的滤光片为3.95μm.其操作过程为：

(1)上电自检，在无管道无气流通过时，打开电源，检查传感器三个通道波形是否正常。

(2)在波形正常情况下管道通气流，此时在传感器三个通道会产生波形，等待波形稳定启动模数转换，将波形数据传输到上位机，上位机根据采集到的数据采用滑动滤波的方法确定各端口的峰值和谷值。

(3)首先处理模块发出方波信号控制光源模块间歇性亮闪，在通入一定量的CO2浓度时，在传感器模块三组通道就会输出三组正弦信号，对三个通道的正弦信号各进行峰峰值进行采样，采样连续的16组峰峰值信号。

(4)对CO2测量端采集到的峰峰值信号排序，去掉最小3组数据和最大的3组数据共6组数据，对剩下的10组数据取平均的到最后的平均值D_c。

(5)对水汽测量端采集到的峰峰值信号排序，去掉最小3组数据和最大的3组数据共6组数据，对剩下的10组数据取平均的到最后的平均值D_h。

(6)对参考端采集到的峰峰值信号排序，去掉最小3组数据和最大的3组数据共6组数据，对剩下的10组数据取平均的到最后的平均值D_ref。

(7)根据朗伯比尔定律可知，排除水汽影响后的CO2的浓度C_CO2有同理可知，水汽的浓度C_H2O有 $C_{H2O}=c\·In\left(\frac{D_H}{D_{ref}}\right)+d$

(8)通过标定实验可求得常数a,b,c,d的值，可画出拟合曲线，根据拟合曲线可知由传感器输出的波形可对应CO2的浓度值及此时的水汽浓度。

Claims (1)

1.一种主流式减小水分影响的二氧化碳浓度检测方法，所采用的红外光模块和传感器检测模块分别置于管道适配器的两端，三通道热释电传感器一个通道是二氧化碳测量通道，另一个通道是参考通道，第三个水汽测量通道；在每个通道口处均安装滤光片，其中二氧化碳测量通道的滤光片为4.26μm,水汽测量通道的滤光片为1.37μm,参考通道的滤光片为3.95μm；控制红外光模块周期性亮闪进行信号检测，方法如下：

1)在进行标定时，根据三个通道采集的数据确定各个端口的峰值和谷值；

2)提取水汽测量通道电压的峰峰值和参考通道电压的峰峰值，对两者数据相减的波形进行标定，得到在不同水汽浓度的对应的电压峰峰值；

3)提取二氧化碳浓度测量通道电压的峰峰值和参考通道电压的峰峰值，对两者数据相减的波形进行标定，得到不同二氧化碳浓度含水汽影响下对应的电压峰峰值；

4)结合步骤(3)和(4)，根据朗伯比尔定律，得到不同二氧化碳浓度不含水汽影响下对应的电压峰峰值的拟合曲线；

5)在进行实时测量时，根据三个通道采集的数据确定各个端口的峰值和谷值，根据各个端口输出的波形得到对应的二氧化碳的浓度值及此时的水汽浓度。