CN105496413A - 一种肺活量计肺活量获取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种肺活量计肺活量获取方法，包括用带有A/D转换的微处理器直接读取肺活量计的吹气信号，用肺活量计旋转涡轮额定转速2倍以上整数倍的采集频率，采集一个吹气时间周期内的连续波形，依据基准值线以及叶片正转时电压一个周期内波形最大幅值点接近波形起始端的特征，用最大值拐点的个数，获取一个吹气有效时间段内的脉冲波个数M，通过波形分析获得肺活量；本发明将经涡轮模块转化的脉冲波形直接接入微处理器单片机，省去中间的模拟信号处理电路，节约电路设计成本，降低硬件电路风险，减少元器件频率限制及环境引入的干扰。采用高频高速ADC转化处理，数字滤波，以及后续算法处理，精准而且易维护，通过本方法可以读取任意时刻的吹气速度。

Description

一种肺活量计肺活量获取方法
技术领域
本发明属于医疗设备领域，特别涉及一种肺活量计肺活量获取方法。
背景技术
通常，肺活量计测试测量进入和离开肺和气道的空气，且经常作用于评估病人的肺和气道的健康状况的初步测试以及用于定期地跟踪疾病治疗进程和用药效果的手段。肺活量计测量的参数主要有呼吸容量测试和呼吸速度测试，分别以升和升/秒为单位。
在进行肺活量测试测量时，现有技术通常采用模拟电路处理的方法，将采集的脉冲信号分别经过滤波、放大、比较，然后再根据滤波、放大、比较的结果进行肺活量相关参数的计算。然而，采用模拟电路处理的方法，需要设置滤波电路、放大电路、比较电路的各分立元器件，这样不仅增加了电路设计成本，增加硬件调试风险，而且模拟信号在处理的过程中容易受到电子元器件本身频率界限的影响，同时还易受到外界环境的干扰，采集波形也会发生衰减或者形变，造成误判。
发明内容
本发明的目的是提出一种肺活量计及肺活量计算方法，通过该方法将经接收管接收的脉冲波形直接接入微处理器单片机，省去中间的模拟信号处理电路，节约电路设计成本，减少元器件及环境引入的干扰，直接进行高频高速ADC转化处理，数字滤波，后续编程算法处理，精准而且易维护，得到精准的肺活量参数，特别是可以获得任意时刻的吹气速度。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种肺活量计肺活量获取方法，包括用带有A/D转换的微处理器直接读取肺活量计的吹气信号，所述吹气信号是由红外发射接收传感器从肺活量计气动涡轮旋转叶片转动角度变化获取的电压脉冲波形信号，吹气时叶片正转，叶片正转时电压一个周期内波形最大幅值点接近波形起始端，吸气时叶片反转，叶片反转时电压一个周期内波形最大幅值点接近波形末端；其中，所述肺活量获取方法是：
a,用肺活量计旋转涡轮额定转速2倍以上整数倍的采集频率，采集一个吹气时间周期内的连续脉冲波形；
b,获取连续脉冲波形每一个脉冲波周期内波形平均值作为连续波形基准值线；
c,依据基准值线以及叶片正转时电压一个周期内波形最大幅值点接近波形起始端的特征，统计叶片正转连续脉冲波形最大值拐点的个数，拐点的个数就是一个吹气有效时间段内的叶片正转脉冲波个数M；
d,根据公式：T=一个脉冲波周期内采样点数/采样频率，获取每个脉冲的周期时长T1、T2……Tn；由公式：L=M×α获得肺活量，系数α是肺活量计标称的每转对应的容量；由公式：获得第n个脉冲波周期的吹气速度以及一个吹气周期的平均速度。
方案进一步是：所述一个吹气有效时间段是：从第一个吹气有效脉冲波起为“0”时刻至最后一个有效脉冲波时间止的时间段内。
方案进一步是：所述最后一个有效脉冲波的判定方法是：当获取的电压值在一个设定的时间内连续不变或变化率小于最大值的一个设定值时的前一个脉冲波为最后一个有效脉冲波。
方案进一步是：所述一个设定的时间内是0.5秒至1秒，所述一个设定值是1%。
方案进一步是：所述连续脉冲波形是连续的符合叶片正转时电压一个周期内波形最大幅值点接近波形起始端的特征的波形，当波形中出现不属于此类特征的波形时、并且此类波形频率大于设定的允许值时，将会去除此类波形，或认为采集失败，发出重新采集的命令。
方案进一步是：当此类特征的波形连续出现时，认为采集失败，发出重新采集的命令。
一种实现上述方法的肺活量计，包括带有A/D转换的微处理器和涡轮式吹气传感器，围绕微处理器连接设置有显示模块、通信模块、时钟模块、存储模块、蜂鸣器模块以及按键模块，其中，所述涡轮式吹气传感器的电压模拟信号直接连接至微处理器的A/D转换输入口。
本发明的有益效果是：
本发明将经涡轮模块转化的脉冲波形直接接入微处理器单片机，省去中间的模拟信号处理电路，节约电路设计成本，降低硬件电路风险，减少元器件频率限制及环境引入的干扰。
本发明采用高频高速ADC转化处理，数字滤波，以及后续算法处理，精准而且易维护，通过本方法可以读取任意时刻的吹气速度。
下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
附图说明
图1为涡轮吹气传感器工作原理示意图；
图2为涡轮吹气传感器叶片反转示意图；
图3为涡轮吹气传感器叶片正转示意图；
图4为对应图2的叶片反转电压波形示意图；
图5为对应图3的叶片正转电压波形示意图；
图6为实际的吹气电压波形示意图；
图7为肺活量计控制电路示意图。
具体实施方式
实施例1：
一种肺活量计肺活量获取方法，包括用带有A/D转换的微处理器直接读取肺活量计的吹气信号，如图1所示：图的右侧是红外线收发装置，包括发射管5和接收管6，该装置可以发射和接收红外线信号。进行测试时，涡轮的叶7旋转。如图2所示，当反向旋转时，叶片位置从1→2的方向，叶片切入红外线装置区域，叶片继续旋转，红外线接收装置开始接收到不同强度的红外线，转换为电压信号。叶片依次通过B、C、D、E最后回到L位置。信号波形描述见图4中相应的位置点。此处的信号是一个连续电压信号，其大小由红外线收发装置的***电路控制，红外线接收装置开始接收到不同强度的红外线，并将其转换为连续的电压信号，根据红外线发射装置的角度设置，当信号强度达到最大后，随着涡轮的继续旋转，信号强度会迅速降低，因此红外线接收装置会产生出如图4所示的模拟信号波形，电压值大小在单片机可接受范围之内。红外线接收装置输出的连续电压信号通过单片机的AD采样存储到单片机内，进行进一步的处理；当正向旋转时，如图3所示，当叶片按照3→4的方向进行旋转时，如图3箭头指示方向，由L位置移动到A位置，开始切入到红外线区域，叶片继续旋转，依次通过B、C、D、E最后回到L位置。信号波形描述见图5中相应的位置点。当信号强度达到最大后，随着涡轮的继续旋转，信号强度降低相对缓慢，红外线接收装置收到如图5所示的模拟波形；因此，对于涡轮转动方向的判断总结为：在一个脉冲周期内，根据最大值点距离该脉冲周期的起始点和终点的距离，判断涡轮转动方向的正反，如果最大值点距离起始点比较近（即采样点数少于距离终点的采样点数），则判断涡轮为正向转动，相反地，如果最大值点距离起始点比较远（即采样点数大于距离终点的采样点数），则判断涡轮为反向转动。如图6所示，其实际的波形是不规则的。依据上述原理，因此：所述吹气信号是由红外发射接收传感器从肺活量计气动涡轮旋转叶片转动角度变化获取的电压脉冲波形信号，吹气时叶片正转，叶片正转时电压一个周期内波形最大幅值点接近波形起始端，吸气时叶片反转，叶片反转时电压一个周期内波形最大幅值点接近波形起末端；其中，所述肺活量获取方法是：
a,用肺活量计旋转涡轮额定转速2倍以上整数倍的采集频率，采集一个吹气时间周期内的连续脉冲波形，连续脉冲波形是由多个采集点形成；
b,获取连续脉冲波形每一个脉冲波周期内波形平均值作为连续波形基准值线，所述平均值是最大值和最小值的平均值；
c,依据基准值线以及叶片正转时电压一个周期内波形最大幅值点接近波形起始端的特征，获取一个吹气有效时间段内的脉冲波个数M，是通过统计叶片正转连续脉冲波形最大值拐点的数量获得；
d,根据公式：T=一个脉冲波周期内采样点数/采样频率，获取每个脉冲的周期时长T1、T2……Tn；由公式：L=M×α获得肺活量，系数α是肺活量计标称的每转对应的容量（是一个已知数）；由公式：获得第n个脉冲波周期的吹气速度以及一个吹气周期的平均速度（通过获取每一个周期的速度，然后取平均获取）。
实施例中：所述一个吹气有效时间段是：从第一个吹气有效脉冲波起为“0”时刻至最后一个有效脉冲波时间止的时间段内。
实施例中：所述最后一个有效脉冲波的判定方法是：当获取的电压值在一个设定的时间内连续不变或变化率小于最大值的一个设定值时的前一个脉冲波为最后一个有效脉冲波。其中：所述一个设定的时间内是0.5秒至1秒，所述一个设定值是1%。
实施例中：所述连续脉冲波形是连续的符合叶片正传时电压一个周期内波形最大幅值点接近波形起始端的特征的波形，当波形中出现不属于此类特征的波形时（例如：采到的数据频率比采样频率的限制倍数还要高时的波形）、并且此类波形频率大于设定的允许值时，将会去除此类波形，或认为采集失败，发出重新采集的命令。
实施例中：当所述此类特征的波形连续出现时，认为采集失败，发出重新采集的命令。
实施例2：
本实施例是一种实现实施例1所述方法的肺活量计，如图7所示，包括带有A/D（ADC）转换的微处理器单片机和涡轮式吹气传感器，围绕微处理器连接设置有显示模块、通信模块、时钟模块、存储模块、蜂鸣器模块以及按键模块，所述涡轮式吹气传感器的电压模拟信号直接连接至微处理器的A/D转换输入口。

Claims (7)

1.一种肺活量计肺活量获取方法，包括用带有A/D转换的微处理器直接读取肺活量计的吹气信号，所述吹气信号是由红外发射接收传感器从肺活量计气动涡轮旋转叶片转动角度变化获取的电压脉冲波形信号，吹气时叶片正转，叶片正转时电压一个周期内波形最大幅值点接近波形起始端，吸气时叶片反转，叶片反转时电压一个周期内波形最大幅值点接近波形末端；其特征在于，所述肺活量获取方法是：
a,用肺活量计旋转涡轮额定转速2倍以上整数倍的采集频率，采集一个吹气时间周期内的连续脉冲波形；
b,获取连续脉冲波形每一个脉冲波周期内波形平均值，作为连续波形基准值线；
c,依据基准值线以及叶片正转时电压一个周期内波形最大幅值点接近波形起始端的特征，统计叶片正转连续脉冲波形最大值拐点的个数，拐点的个数就是一个吹气有效时间段内的叶片正转脉冲波个数M；
d,根据公式：T=一个脉冲波周期内采样点数/采样频率，获取每个脉冲的周期时长T1、T2……Tn；由公式：L=M×α获得肺活量，系数α是肺活量计标称的每转对应的容量；由公式：获得第n个脉冲波周期的吹气速度以及一个吹气周期的平均速度。
2.根据权利要求1所述的肺活量获取方法，其特征在于，所述一个吹气有效时间段是：从第一个吹气有效脉冲波起为“0”时刻至最后一个有效脉冲波时间止的时间段内。
3.根据权利要求2所述的肺活量获取方法，其特征在于，所述最后一个有效脉冲波的判定方法是：当获取的电压值在一个设定的时间内连续不变或变化率小于最大值的一个设定值时的前一个脉冲波为最后一个有效脉冲波。
4.根据权利要求3所述的肺活量获取方法，其特征在于，所述一个设定的时间内是0.5秒至1秒，所述一个设定值是1%。
5.根据权利要求1所述的肺活量获取方法，其特征在于，所述连续脉冲波形是连续的符合叶片正转时电压一个周期内波形最大幅值点接近波形起始端的特征的波形，当波形中出现不属于此类特征的波形时、并且此类波形频率大于设定的允许值时，将会去除此类波形，或认为采集失败，发出重新采集的命令。
6.根据权利要求5所述的肺活量获取方法，其特征在于，当此类特征的波形连续出现时，认为采集失败，发出重新采集的命令。
7.一种实现权利要求1所述方法的肺活量计，包括带有A/D转换的微处理器和涡轮式吹气传感器，围绕微处理器连接设置有显示模块、通信模块、时钟模块、存储模块、蜂鸣器模块以及按键模块，其特征在于，所述涡轮式吹气传感器的电压模拟信号直接连接至微处理器的A/D转换输入口。
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