CN109675259B - 一种电磁式气流震荡呼吸训练检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁式气流震荡呼吸训练检测装置,由呼吸气道、气压检测模块、电磁震荡频率调节模块、阻抗调节模块构成。其中呼吸气道采用三段式分叉设计,可防止电子元器件与气流接触,中段采用渐开线流道,倾斜角由12°逐渐增加到45°,使气道过度平滑,同时可使湍流不稳定高流速气流转换为相对平流低流速气流,便于传感器对数值的检测。通过手动调节阻抗间隙可使不同用户根据自身情况进行训练。该装置具备电磁震荡功能,可使用户体内产生一定频率的正负压变化,有助于用户呼吸功能的训练。检测和训练模式的切换,可实时的检测呼吸的压力。本发明装置采用便携式设计,操作简单,能在多种场合使用,适用于呼吸疾病进行训练和检测的用户。
Description
技术领域
本发明属于便携式医疗监测设备领域,具体涉及一种呼吸疾病患者康复检测训练装置。
背景技术
呼吸道疾病,常见症状为长期、反复、逐渐加重的咳嗽、喘息和胸闷,并常常伴有咳痰现象。患者在呼吸过程中气流受阻,这种情况是不能完全逆转的,严重影响人体健康。
随着对呼吸疾病的研究和医疗条件的提高,针对呼吸疾病患者康复训练的医疗设备也在进一步的完善。市面上现有的产品按原理主要分为两类,一类为悬浮球式,在竖直圆柱内设置一定重量的球体,通过患者外接气管向内吹气使球体悬浮,起到训练呼吸的作用,但其不具备吸气能力,且只能训练呼气,无法使气道内产生正压,无法检测患者呼气的压力值;另一类为水平直管,在出口设置可以开合的挡片,患者呼气时可使挡片反复开合,此类产品可在呼气过程中在气道内产生正负压力的交替,有助于呼吸的训练,但挡片的开合不能随患者的情况进行调整,同样也无法检测压力,流道的形状也会使出口处的气流能量损耗大,不易于挡片的开闭。
发明内容
本发明的目的是克服上述产品结构设计和功能的不足,提供了一种便携式的呼吸训练检测装置,通过电磁震荡的形式调节出口开闭的频率,并且可利用底部的旋钮调整流道间隙的大小,实现对不同情况患者的呼吸训练,同时具有检测和训练模式的切换,实现呼气压力的准确检测。
为了实现上述目标,本发明采用的技术方案为:
一种电磁式气流震荡呼吸训练检测装置,其特征在于:包括呼吸气道、气压检测模块、电磁震荡频率调节模块、阻抗调节模块;其中呼吸气道包括进气嘴(1)、第一段气道(2)、第二段气道(6)、第三段气道(19)、导气口(9)、排气口(10)和进气口(11);气压检测模块包括气管(7)、差压式压力微传感器(5)、电源(3)、微处理器(4)和显示屏(20);电磁震荡调节机构包括磁体塞(14)、上电磁铁(8)、下电磁铁(17)和导轨槽(13);所述呼吸气道按照2:1:1的比例分为三段式设计:第一段气道(2)为截面为圆形直线段;第二段气道(6)为上升斜坡,截面为圆形,轴线为渐开线曲线,切线与水平线的夹角α由12°逐渐增大到45°,上弧形与下弧形高度比a:b为1:1.5至1:2,长度比L1:L2为1:2至1:3;第三段气道(19)分为主气道和副气道;主气道(21)轴线为直线,截面形状上下为水平直线左右对称两侧为圆弧,末端设置带有单向流通的挡片(23)的进气口,同时在长度1/2处设置导气口(9)并延伸出排气副气道(22),截面形状为圆形,出口接通至壳体外部。
为更加体现呼吸训练的功能,将气流流道设计为低进高出形状,在整个流道长度的1/2处设置第二段气道(6),α角由12°逐渐增大到45°,且与上下水平直段平滑连接,通过在外壳设置定位沟槽将整个气流道安装定位。
第一段气道(2)采用水平直道,阻力小,有助于气流的进入;在中部采用角度逐渐增大的平滑渐开线斜坡,可使气流由湍流变为平流,也使流速下降,有利于差压式压力微传感器(5)采集压力数值;气流的竖直提升可使患者体内气道产生更大的负压,进一步扩张了气道的容积,有助于患者的训练;第三段气道(19)采用水平直道,在1/2处的上端设置导气口,将气道内的气流排出。所述磁体塞导轨槽(13),上部为空心圆柱,高度为流道的3/5,内径大于磁体塞外径1~1.5毫米,使磁体塞顶部朝上安置在槽内;下部为矩形平板,与间隙调整块(18)通过螺栓相连接。所述呼吸气道的第三段主气道(21)末端设有进气口,包含挡板(24)、挡块(25)、挡片(23);挡板(24)位于挡片(23)后端,呼气时使挡片(23)平铺在挡板(24)上,截面外形轮廓与第三段主气道相同,内部为网格状,孔隙面积占截面总面积的50%~70%;挡块(25)位于挡片(23)前端,吸气时使挡片(23)四周打开而中心部分压住,截面形状为交叉十字式,水平长度为气道宽度的1/3,竖直高度为气道高度的1/2;挡片(23)形状大小与气道截面形状相同;挡板(24)、挡块(25)、挡片(23)在中心处采用螺栓连接。
气压检测模块的数值采集模块包括气管(7)、差压式压力微传感器(5)和信号处理电路。通过在导气口(9)的前端和后端设置两个检测位置,一个位于第三段气道(19)的主气道(21)上方,导气口(9)的前端,距导气口(9)距离为导气口(9)大径的1~1.5倍;另一个位于第三段气道(19)的副气道(22)上方,距出口5~8毫米;差压式压力微传感器(5)相较于绝压式传感器具有更高的精度和灵敏度,采用标准医用软管将检测位置与差压式压力微传感器(5)连通,通过比较前端和后端的压力差,使差压式压力微传感器(5)内的气膜产生形变,输出相应的差分电压信号,经过信号处理电路进行滤波和A/D转换传输至微处理器(4),通过显示屏(20)实时显示压力数值。
阻抗调节模块的间隙调整杆(16)具有外螺纹,在下磁铁(17)中心处的壳体下端设置一段具有内螺纹的空心圆柱,高度为下壳体与气体流道竖直高度的1/3至1/2,间隙调整杆(16)与空心圆柱螺纹相配合,起到定位间隙调整杆(16)的作用;间隙调整杆(16)长度为下电磁铁(17)距壳体下端竖直高度的1~1.2倍,顶端旋入螺帽中,具有止退作用,底端安装旋钮(15),旋钮(15)位于壳体的外部,通过旋转旋钮(15)可调节壳体内部间隙调整杆(16)的长度,进而调节柔性材料(12)与导气口(9)的距离,使气流流道的间隙产生变化。
其中呼吸气道采用拼接方式连接,导气口(9)位于第三段气道(19)主气道(21)中段顶部,与副气道(22)相接;差压式压力微传感器(5)的数据采集口分别设置在第三段气道(19)主气道(21)顶部和副气道(22)顶端;上电磁铁(8)位于导气口(9)上方,高于副气道(22);下电磁铁(17)位于导气口(9)下方,低于主气道(21);差压式压力微传感器(5)、电源(3)、微处理器(4)和显示屏(20)通过电路板安装在装置前端,第一段气道(2)上方。
电磁震荡调节装置中的的磁体塞(14),磁体塞(14)外形为圆柱圆锥组合体,内部铁芯为圆柱,通过螺纹旋入组合体内,组合体采用高分子材料,防止水分侵蚀;磁体塞(14)高度为流道高度的1/2,截面直径为流道宽度的1/3。上电磁铁(8)采用条形电磁铁,通过支撑架与壳体相连接,下电磁铁(17)采用圆形电磁铁,与阻抗调节模块相配合;
间隙调节块(18),与磁体塞导轨槽(13)通过螺栓相连接,中间夹有高分子柔性材料(12);间隙调节块(18)分为上下两部分结构;上部为矩形平板,螺栓连接处具有内螺纹结构;下部为空心圆柱体,高度与下电磁铁(17)高度相同,内径大于下电磁铁(17)直径2~3毫米,可使下磁铁(17)安置在空心圆柱体内;间隙调整杆(16)顶端通过螺纹与下电磁铁(17)连接,中部与壳体的内螺纹相配合,底部安装有旋钮(15);调整杆可通过螺旋方式使间隙调整块(18)在导轨内上下移动,调整5毫米范围内的竖直高度。
电源模块(3)通过封装电路为微处理器供电(4),且同时具备USB接口,可对电池进行充电,电路板通过螺栓安装在壳体内;显示屏(20)通过排线与电路板连接;用户可通过按钮切换训练与检测模式;通过数据存储模块将检测的数值存储。
电磁震荡频率调节中的上电磁铁(8)、下电磁铁(17)通过电线与电路板相连,微处理器(4)可控制上电磁铁(8)、下电磁铁(17)的通断电频率;***开机时,上电磁铁(8)通电1~2秒使磁体塞(14)就位,处于训练模式呼气时,差压式压力微传感器(5)检测压力为正值,上电磁铁(8)、下电磁铁(17)交替通电,使磁体塞(14)上下活动,以一定的频率使导气口(9)开闭,差压式压力微传感器(5)检测的数值较为模糊;当处于检测模式呼气时,差压式压力微传感器(5)检测压力为正值,上电磁铁(8)断电,下电磁铁(17)通电,磁体塞(14)始终处于气流道底端,导气口(9)始终处于打开状态,差压式压力微传感器(5)检测的数值较为精确;两种模式的吸气时,差压式压力微传感器(5)检测压力为负值,上电磁铁(8)通电,下电磁铁(17)断电,磁体塞(14)始终位于气流道顶端,导气口(9)始终处于关闭状态,整个气流道内压力小于大气压力,进气口(11)的挡片(23)打开,空气进入。
电磁震荡调节模块中的上电磁铁(8)外部设有橡胶外壳,防止呼吸过程中的水分对电磁铁和电路产生腐蚀和干扰。
附图说明
图1是本发明的内部结构示意图
图2是本发明的外观示意图
图3是呼吸气道及第二段气道尺寸示意图
图4是进气口示意图
图5是导轨槽外形及间隙示意图
图6是阻抗调节模块调节位置图
图7是装置***功能模块图
具体实施方式
本发明是一种便携式的呼吸训练检测装置,可以使患者在康复过程中随时随地的训练呼吸功能,同时具有检测功能,以便观察康复的进展情况。
实施例1
用户打开装置开关,电源模块(3)向微处理器(4)供电,启动开机程序,上电磁铁(8)通电,磁吸塞(14)被上电磁铁吸引,将导气口(9)紧密闭合。
用户通过按钮选择训练模式,启动训练程序,用户通过气嘴(1)向装置内缓缓呼气,差压式压力微传感器(5)检测到气流压力,将信号传输至微处理器(4),微处理器(4)经运算得到用户压力值相匹配的震荡频率,根据频率值使上电磁铁(8)、下电磁铁(17)交替通断电,磁体塞(14)以一定的频率上下运动,导气口(9)闭合时会在人体内气道产生负压,打开时会产生正压,在正负压的交替作用下会使用户气道得到训练,加速痰液与气道壁的分离,起到训练作用。
用户处于训练模式时,差压式微传感器(5)会实时检测压力值,呼气时压力值为正值,磁体塞(14)产生震荡以起到训练作用;吸气时压力值为负值,微处理器(4)启动吸气程序,上电磁铁(8)通电,下电磁铁(17)断电,导气口(9)闭合,进气口(11)在大气压的作用下将挡片(23)推开,气流进入气道。
用户通过按钮选择检测模式,启动检测程序,上电磁铁(8)断电,下电磁铁(17)通电,磁体塞(14)被下电磁铁(17)吸引至气流道底部,导气口(9)处于打开状态,差压式压力微传感器(5)读取数值,显示在显示屏(20)上。
用户处于检测模式时,差压式微传感器(5)会实时检测压力值,呼气时压力值为正值,磁体塞(14)始终位于气流道底部;吸气时压力值为负值,微处理器(4)启动吸气程序,上电磁铁(8)通电,下电磁铁(17)断电,导气口(9)闭合,进气口(11)在大气压的作用下将挡片(23)推开,气流进入气道。
用户在使用时根据自身情况,通过旋转底部的旋钮(15)调整所需的阻力大小,逆时针旋转可使气流道间隙变小,阻力增大,顺时针旋转可使间隙变大,阻力减小。
用户在使用完毕后关闭开关,电源模块(3)断电,***关闭。
Claims (7)
1.一种电磁式气流震荡呼吸训练检测装置,其特征在于:包括呼吸气道、气压检测模块、电磁震荡频率调节模块、阻抗调节模块;其中呼吸气道包括进气嘴(1)、第一段气道(2)、第二段气道(6)、第三段气道(19)、导气口(9)、排气口(10)和进气口(11);气压检测模块包括气管(7)、差压式压力微传感器(5)、电源(3)、微处理器(4)和显示屏(20);电磁震荡频率调节模块包括磁体塞(14)、上电磁铁(8)、下电磁铁(17)和磁体塞导轨槽(13);
所述呼吸气道按照2:1:1的比例分为三段式设计:第一段气道(2)为截面为圆形直线段;第二段气道(6)为上升斜坡,截面为圆形,轴线为渐开线曲线,切线与水平线的夹角α由12°逐渐增大到45°,上弧形与下弧形高度比a:b为1:1.5至1:2,长度比L1:L2为1:2至1:3;第三段气道(19)分为主气道和副气道;主气道(21)轴线为直线,截面形状上下为水平直线左右对称两侧为圆弧,末端设置带有单向流通的挡片(23)的进气口,同时在长度1/2处设置导气口(9)并延伸出副气道(22),截面形状为圆形,出口接通至壳体外部。
2.根据权利要求1所述装置,其特征在于:其中呼吸气道采用拼接方式连接,导气口(9)位于第三段气道(19)主气道(21)中段顶部,与副气道(22)相接;差压式压力微传感器(5)的数据采集口分别设置在第三段气道(19)主气道(21)顶部和副气道(22)顶端;上电磁铁(8)位于导气口(9)上方,高于副气道(22);下电磁铁(17)位于导气口(9)下方,低于主气道(21);差压式压力微传感器(5)、电源(3)、微处理器(4)和显示屏(20)通过电路板安装在装置前端,第一段气道(2)上方。
3.根据权利要求1所述装置,其特征在于:所述电磁震荡频率调节模块中,上电磁铁(8)采用条形电磁铁,通过支撑架与壳体相连接,下电磁铁(17)采用圆柱形电磁铁,与阻抗调节模块相配合;磁体塞(14)外形为圆柱圆锥组合体,内部铁芯为圆柱,通过螺纹旋入柱体圆锥内,磁体塞(14)高度为流道高度的1/2,截面直径为流道宽度的1/3。
4.根据权利要求1所述装置,其特征在于,所述磁体塞导轨槽(13),上部为空心圆柱,高度为流道的3/5,内径大于磁体塞外径1~1.5毫米,使磁体塞顶部朝上安置在槽内;下部为矩形平板,与间隙调整块(18)通过螺栓相连接。
5.根据权利要求1所述装置,其特征在于气压检测模块采用差压式压力微传感器(5),具有两个信号检测位置,一个位于气道第三段的主气道上方,排气口的前端,距排气口距离为排气口大径的1~1.5倍;另一个位于气道第三段的副气道上方,距出口5~8毫米。
6.根据权利要求1所述装置,其特征在于:所述呼吸气道的第三段主气道(21)末端设有进气口,包含挡板(24)、挡块(25)、挡片(23);挡板(24)位于挡片(23)后端,呼气时使挡片(23)平铺在挡板(24)上,截面外形轮廓与第三段主气道相同,内部为网格状,孔隙面积占截面总面积的50%~70%;挡块(25)位于挡片(23)前端,吸气时使挡片(23)四周打开而中心部分压住,截面形状为交叉十字式,水平长度为气道宽度的1/3,竖直高度为气道高度的1/2;挡片(23)形状大小与气道截面形状相同;挡板(24)、挡块(25)、挡片(23)在中心处采用螺栓连接。
7.根据权利要求1所述装置,其特征在于:阻抗调节模块包括柔性材料(12)、间隙调整块(18)、间隙调整杆(16)和旋钮(15);所述间隙调整块(18),与磁体塞导轨槽(13)通过螺栓相连接,中间夹有柔性材料;间隙调整块(18)分为上下两部分结构;上部为平板,下部为空心圆柱体,高度与下电磁铁(17)高度相同,下电磁铁(17)安置在空心圆柱体内;间隙调整杆(16)顶端旋入螺帽中,中部与壳体的内螺纹相配合,底部安装有旋钮(15);调整杆通过螺旋方式使间隙调整块(18)在导轨内上下移动,调整5毫米以内竖直高度。
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