CN111973189A - 一种肺活量计及其涡轮装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种涡轮装置，包括涡轮筒体、设置于所述涡轮筒体的一端并用于使进气流沿预设方向旋转的第一导流槽、设置于所述涡轮筒体的另一端并用于将出气流沿预设方向导出的第二导流槽，以及可旋转地连接于所述第一导流槽与所述第二导流槽之间、用于在形成旋向后的进气流的驱动下旋转的叶片。本发明利用第一导流槽的作用将平行风的进气流流向改变为旋流，以提高对叶片表面的推动效果，同时利用第二导流槽的作用将推动叶片做功后的出气流按照其流动方向导出外界，避免出气流在第二导流槽处产生气壁碰撞、气流散射现象，进而防止出气流对叶片的旋转造成干扰，进而提高测量精度。本发明还公开一种肺活量计，其有益效果如上所述。

Description

一种肺活量计及其涡轮装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种涡轮装置。本发明还涉及一种包括上述涡轮装置的肺活量计。

背景技术

随着医疗水平的提高，越来越多的医疗器械已得到广泛使用。

肺活量(vital capacity)是指在最大吸气后尽力呼气的气量，包括潮气量、补吸气量和补呼气量三部分，并且存在较大的个体差异，受年龄、性别、身材、呼吸肌强弱及肺和胸廓弹性等因素的影响，常用作评价人体素质的指标。肺活量计就是一种测量由肺部吸气和呼气的空气量的医疗器械，是用于基本肺功能测试(PFT)的主要设备，并且通常还用于查找呼吸短促的原因，评估污染物对肺功能的影响、药物的效果以及疾病治疗的进展等。

肺活量计测量的参数主要包括呼吸容量和呼吸流速等，通常使用涡轮装置来进行空气流量和流速等的测量。现有技术中的涡轮装置，核心部件包括进气管、出气管和叶片等，其附加的结构件众多，比如紧固件、调节螺栓、轴承、垫片等，装配比较复杂、繁琐，由于安装结构多、安装环节多，容易造成安装误差积累，导致测量精度较低。并且，用户在使用时，从进气管中进入到气腔中的气体一般为平行风，平行风撞击到叶片上时容易存在角度偏差，对叶片的推动作用不完全，存在风量耗散情况，导致检测值比实际值低的情况。而进气流在推动叶片之后从出气管流出，由于出气管与进气管一般并非完全对应，导致进气流在出气管处出现散射现象，部分气流无法立即排出，会形成回溯现象对叶片的旋转造成干扰，同样影响肺活量的检测精度。

因此，如何精简涡轮装置的结构，同时提高测量精度，是本领域技术人员所面临的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种涡轮装置，能够精简涡轮装置的结构，同时提高测量精度。本发明的另一目的是提供一种肺活量计。

为解决上述技术问题，本发明提供一种涡轮装置，包括涡轮筒体、设置于所述涡轮筒体的一端并用于使进气流沿预设方向旋转的第一导流槽、设置于所述涡轮筒体的另一端并用于将出气流沿预设方向导出的第二导流槽，以及可旋转地连接于所述第一导流槽与所述第二导流槽之间、用于在形成旋向后的进气流的驱动下旋转的叶片。

优选地，所述叶片包括转轴和设置于所述转轴周向上的若干块翼片，各块所述翼片以所述转轴为轴中心对称，且所述转轴的两端分别与所述第一导流槽和所述第二导流槽转动连接。

优选地，各块所述翼片的厚度自其与所述转轴的连接端至其末端渐薄。

优选地，所述转轴的两端均呈锥状，且所述第一导流槽与所述第二导流槽的中心位置处均开设有用于与所述转轴的端部配合的锥孔。

优选地，所述锥孔的锥角为83～89°，且所述转轴两端的锥角为45～51°。

优选地，所述第一导流槽及所述第二导流槽均可拆卸地设置于所述涡轮筒体内，且所述第一导流槽与所述第二导流槽的周向外壁上均设置有用于增加与所述涡轮筒体内壁的摩擦力的螺纹。

优选地，所述涡轮筒体的侧壁上对应于所述叶片的安装区域的部分为透光的透明材料层。

本发明还提供一种肺活量计，包括涡轮装置、用于通过所述涡轮装置进行肺活量测量的计量模块、与所述计量模块信号连接的主控模块，其中，所述涡轮装置具体为上述任一项所述的涡轮装置。

本发明所提供的涡轮装置，主要包括涡轮筒体、第一导流槽、第二导流槽和叶片。其中，涡轮筒体为涡轮装置的主体结构，主要用于安装和容纳其余零部件，同时也是用于测量肺活量的主要场所。第一导流槽和第二导流槽分别设置在涡轮筒体的两端，一般的，第一导流槽设置在涡轮筒体的进气端，而第二导流槽设置在涡轮筒体的出气端。其中，第一导流槽的作用主要是承接用户向涡轮筒体内吹入的进气流，并改变进气流的流向，使其沿预设方向旋转形成旋向，即旋流。叶片连接在第一导流槽与第二导流槽之间，自然状态下，三者在涡轮筒体内垂向并列设置，进气流的进气方向平行于叶片，但是在经过第一导流槽对进气流的旋转作用形成旋流后，进气流的旋向将垂直于叶片的表面，对叶片形成力矩作用，从而在进气流经过叶片时，对叶片产生沿周向的推力，推动叶片进行旋转，而叶片的旋转参数即是肺活量测量的主要技术参数。第二导流槽位于涡轮筒体的出气端，在进气流形成旋流并对叶片做功后将从第二导流槽处流出至外界，即为出气流，而第二导流槽主要的作用在于将出气流沿着预设方向导出至外界，该预设方向与第一导流槽对进气流的旋向改变相关，即进气流如何在第一导流槽处进行旋向改变的，那么也在第二导流槽处以同样的旋向前进方式导出至外界。如此，本发明所提供的涡轮装置，利用第一导流槽的作用将平行风的进气流流向改变为旋流，以提高对叶片表面的推动效果，同时利用第二导流槽的作用将推动叶片做功后的出气流按照其流动方向导致出外界，避免出气流在第二导流槽处产生气壁碰撞、气流散射现象，进而防止出气流对叶片的旋转造成干扰。相比于现有技术，本发明所提供的涡轮装置结构简单，装配方便，造价成本低，并且能够有效提高对肺活量的测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

图2为图1中所示的第一导流槽和/或第二导流槽的具体结构示意图。

图3为图2的纵剖视图。

图4为图1中所示的叶片的具体结构示意图。

图5为主控模块的结构示意图。

图6为主控模块根据检测信号计算肺活量的流程图。

其中，图1—图4中：

涡轮筒体—1，透明材料层—101，第一导流槽—2，第二导流槽—3，叶片—4，转轴—401，翼片—402，锥孔—5，螺纹—6。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，涡轮装置主要包括涡轮筒体1、第一导流槽2、第二导流槽3和叶片4。

其中，涡轮筒体1为涡轮装置的主体结构，主要用于安装和容纳其余零部件，同时也是用于测量肺活量的主要场所。一般的，该涡轮筒体1可呈两端略扩口的圆筒状，其内沿着轴向可划分为三段，即用于安装第一导流槽2的安装槽、用于供叶片4旋转和气流通过的空腔、用于安装第二导流槽3的安装槽。

第一导流槽2和第二导流槽3分别设置在涡轮筒体1的两端，一般的，第一导流槽2设置在涡轮筒体1的进气端，而第二导流槽3设置在涡轮筒体1的出气端。其中，第一导流槽2的作用主要是承接用户向涡轮筒体1内吹入的进气流，并改变进气流的流向，使其沿预设方向旋转形成旋向，即旋流。

叶片4连接在第一导流槽2与第二导流槽3之间，自然状态下，三者在涡轮筒体1内垂向并列设置，进气流的进气方向平行于叶片4，但是在经过第一导流槽2对进气流的旋转作用形成旋流后，进气流的旋向将垂直于叶片4的表面，对叶片4形成力矩作用，从而在进气流经过叶片4时，对叶片4产生沿周向的推力，推动叶片4进行旋转，而叶片4的旋转参数即是肺活量测量的主要技术参数。

第二导流槽3位于涡轮筒体1的出气端，在进气流形成旋流并对叶片4做功后将从第二导流槽3处流出至外界，即为出气流，而第二导流槽3主要的作用在于将出气流沿着预设方向导出至外界，该预设方向与第一导流槽2对进气流的旋向改变相关，即进气流如何在第一导流槽2处进行旋向改变的，那么也在第二导流槽3处以同样的旋向前进方式导出至外界。比如，第一导流槽2将进气流改变为斜向45°的旋流，那么第二导流槽3也同样可以将出气流约束成斜向45°的旋流，仅存在相位的区别。

如此，本实施例所提供的涡轮装置，利用第一导流槽2的作用将平行风的进气流流向改变为旋流，以提高对叶片4表面的推动效果，同时利用第二导流槽3的作用将推动叶片4做功后的出气流按照其流动方向导出外界，避免出气流在第二导流槽3处产生气壁碰撞、气流散射现象，进而防止出气流对叶片4的旋转造成干扰。相比于现有技术，本实施例所提供的涡轮装置结构简单，装配方便，造价成本低，并且能够有效提高对肺活量的测量精度。

如图4所示，图4为图1中所示的叶片的具体结构示意图。

在关于叶片4的一种优选实施方式中，该叶片4主要包括转轴401和翼片402。其中，各块翼片402可均匀地设置在转轴401的周向上，并且各块翼片402以转轴401为中心呈中心对称结构。各块翼片402具有较大表面积，可方便进气流进行推动。比如，转轴401上可设置2片翼片402，且分列转轴401的径向两端位置。当然，3片、4片以及更多数量的翼片402均是可取的。其中，当翼片402为偶数片时，可将径向相对的两片翼片402拼接形成一体。同时，翼片402的本身形状可为普通的平直板，也可以改进为沿一定弧度弯曲的弧形板。转轴401的两端分别与第一导流槽2和第二导流槽3转动连接，在稳定连接的基础上保证叶片4的顺畅旋转。

进一步的，各块翼片402的厚度呈不均匀分布。具体的，各块翼片402的厚度自其余转轴401的连接端开始，至各块翼片402的末端逐渐变薄，也就是各块翼片402的内端最厚，而外端最薄。如此设置，不仅能够减轻叶片4整体的重量，并且能够使旋转起动风量达到最小，提高了测量精密程度。

如图2和图3所示，图2为图1中所示的第一导流槽和/或第二导流槽的具体结构示意图，图3为图2的纵剖视图。

在关于第一导流槽2和第二导流槽3的一种优选实施方式中，该第一导流槽2和第二导流槽3具体可呈盘状，其中设置有若干块螺旋分布的导流板，可逐渐引导气流改变流向。在第一导流槽2和第二导流槽3的中心位置处均开设有锥孔5，该锥孔5主要用于与叶片4的转轴401相配合。相应的，叶片4的转轴401的两端也均呈锥状，可分别插设在第一导流槽2和第二导流槽3上的锥孔5中，保证旋转自由度。此处优选地，锥孔5的锥角可为83～89°，而转轴401两端的锥角可为45～51°，比如锥孔5的锥角为86°，而转轴401两端的锥角为48°等。有限次试验证明，当锥孔5和转轴401两端的锥角分别处于上述角度范围内时，转轴401旋转时受到的来自锥孔5的摩擦力最低，并且叶片4旋转过程中的摆动幅度最小。

为方便涡轮装置的装配与拆卸，第一导流槽2和第二导流槽3均可拆卸地设置在涡轮筒体1内。具体的，第一导流槽2可通过卡接的方式安装在涡轮筒体1的进气端，且第二导流槽3也可通过卡接的方式安装在涡轮筒体1的出气端。当然，为方便生产制造，也可以将第一导流槽2或第二导流槽3嵌设安装在涡轮筒体1上，形成一体化结构。

进一步的，考虑到在搬运或使用过程中，涡轮装置可能会受到外界的机械振动或撞击等影响，为提高第一导流槽2和/或第二导流槽3与涡轮筒体1的连接稳定性，防止出现组装松动，本实施例在第一导流槽2和/或第二导流槽3的周向外壁上均设置了螺纹6。该螺纹6较浅，其主要作用并非与涡轮筒体1的内壁形成螺纹6连接，而是利用螺纹6与涡轮筒体1内壁间的旋紧作用提高静摩擦力，从而加强连接。

另外，涡轮装置中的各个零部件的组成材料也对检测精度具有一定影响。本实施例中，涡轮筒体1、第一导流槽2、第二导流槽3和叶片4可为注塑件。其中，第一导流槽2和/或第二导流槽3的胶位较薄，可采用ABS材质加工而成，防止全PC材料造成的注塑压力大、易粘前模等问题。叶片4可采用ABS与PC的复合材料，由于PC材料抗冲击性能较为突出，韧性很高，但难以注塑饱满，而ABS材料的流动性较好，因此可采用两者的复合材料，同时具有两者的优点。至于涡轮筒体1，可采用透明PC材料制成，方便计量模块对叶片4的旋转参数进行计量，尤其是涡轮筒体1的侧壁上对应叶片4的安装区域部分，可均采用透光的透明材料层101制作。

本实施例还提供一种肺活量计，主要包括涡轮装置、用于通过该涡轮装置进行肺活量测量的计量模块和与该计量模块信号连接的主控模块，其中，该涡轮装置的主要内容与上述相关内容相同，此处不再赘述。

在关于计量模块的一种优选实施方式中，该计量模块具体可包括光发射管和光接收管，两者分别设置在涡轮装置中的涡轮筒体1的两侧，通过红外光的发射和接收检测涡轮筒体1中的叶片4旋转情况，从而将其转化为气流量等参数，具体的测量原理为本领域公知常识，此处不再赘述。

如图5所示，图5为主控模块的结构示意图。

在关于主控模块的一种优选实施方式中，该主控模块主要包括单片机、显示模块、通信模块、实时时钟模块、存储模块、蜂鸣器模块、供电模块、按键模块、充电模块、指示灯等。主控模块具有数据的采集、处理、存储功能、显示、按键输入、指示灯功能、供电、电池充电等功能。其中，供电模块输入为电池，输出恒定电压，为各个模块提供电源，单片机是整个主控板的控制核心，控制各个模块的正常工作，进行信号分析和运算，控制屏幕显示，处理按键信号，与通信模块进行数据收发，向时钟芯片读取、写入时间，向存储芯片读取写入数据，控制蜂鸣器鸣响，从充电芯片采集充电状态等工作。主控模块对计量模块的采集数据的具体处理流程如图6所示。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种涡轮装置，其特征在于，包括涡轮筒体(1)、设置于所述涡轮筒体(1)的一端并用于使进气流沿预设方向旋转的第一导流槽(2)、设置于所述涡轮筒体(1)的另一端并用于将出气流沿预设方向导出的第二导流槽(3)，以及可旋转地连接于所述第一导流槽(2)与所述第二导流槽(3)之间、用于在形成旋向后的进气流的驱动下旋转的叶片(4)。

2.根据权利要求1所述的涡轮装置，其特征在于，所述叶片(4)包括转轴(401)和设置于所述转轴(401)周向上的若干块翼片(402)，各块所述翼片(402)以所述转轴(401)为轴中心对称，且所述转轴(401)的两端分别与所述第一导流槽(2)和所述第二导流槽(3)转动连接。

3.根据权利要求2所述的涡轮装置，其特征在于，各块所述翼片(402)的厚度自其与所述转轴(401)的连接端至其末端渐薄。

4.根据权利要求3所述的涡轮装置，其特征在于，所述转轴(401)的两端均呈锥状，且所述第一导流槽(2)与所述第二导流槽(3)的中心位置处均开设有用于与所述转轴(401)的端部配合的锥孔(5)。

5.根据权利要求4所述的涡轮装置，其特征在于，所述锥孔(5)的锥角为83～89°，且所述转轴(401)两端的锥角为45～51°。

6.根据权利要求1-5任一项所述的涡轮装置，其特征在于，所述第一导流槽(2)及所述第二导流槽(3)均可拆卸地设置于所述涡轮筒体(1)内，且所述第一导流槽(2)与所述第二导流槽(3)的周向外壁上均设置有用于增加与所述涡轮筒体(1)内壁的摩擦力的螺纹(6)。

7.根据权利要求1所述的涡轮装置，其特征在于，所述涡轮筒体(1)的侧壁上对应于所述叶片(4)的安装区域的部分为透光的透明材料层(101)。

8.一种肺活量计，包括涡轮装置、用于通过所述涡轮装置进行肺活量测量的计量模块、与所述计量模块信号连接的主控模块，其特征在于，所述涡轮装置具体为权利要求1-7任一项所述的涡轮装置。

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