FR2593299A1 - Programmable fluid flow rate control system and its use in respirator systems - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention est relative à un système de commande de débit de fluide programmable et à son utilisation dans les systèmes respiratoires. The present invention relates to a programmable fluid flow control system and its use in respiratory systems.
Les systèmes de commande de débit de fluide et notamment de gaz de respiration tels que l'air, l'air enrichi en oxygène, l'oxygène ou autresactuellement utilisés permettent à un utilisateur d'effectuer une respiration à la demande, c'est-à-dire selon le rythme physiologique propre de l'utilisateur en fonction des circonstances et/ou de l'état physiologique de celui-ci. Fluid flow control systems and especially breathing gas systems such as air, oxygen enriched air, oxygen or other currently used allow a user to perform a breath on demand, that is, that is, according to the user's own physiological rhythm according to the circumstances and / or the physiological state of the user.
Ces systèmes, tels que représentés en figure 1 à titre d'art antérieur, sont le plus souvent de type purement pneumatique et à commande mécanique. These systems, as represented in FIG. 1 as prior art, are most often of purely pneumatic and mechanically controlled type.
Ils comprennent essentiellement, ainsi que représenté en figure 1, un corps de régulateur alimenté en surpression en oxygène P.A. par rapport à l'atmosphère environnante. Une prise d'entrée d'air C.E.A. permet par un conduit abouchant au niveau de l'alimentation
P.A. d'obtenir une distribution du gaz de respiration par l'intermédiaire d'un clapet de distribution C.D.They essentially comprise, as represented in FIG. 1, a regulator body supplied with oxygen PA overpressure with respect to the surrounding atmosphere. A CEA air intake allows a ducting at the feed
PA to obtain a distribution of breathing gas via a CD dispensing valve
Une membrane de demande M.D. permet de commander l'ouverture du clapet de distribution C.D. par l'intermédiaire d'un système came-levier C.L. sur dépression provoquée dans le circuit d'utilisation C.U. par l'utilisateur lors de l'aspiration du gaz de respiration. En outre, en vue de tenir compte de la pression du milieu d'environnement de l'utilisateur et du circuit d'utilisation C.U. une capsule de surpression
C.A. permet en fait d'effectuer un décalage de la pression statique existant sensiblement au niveau du circuit d'utilisation C.U. avant chaque inspiration de l'utilisateur.A demand membrane MD makes it possible to control the opening of the distribution valve CD via a cam-lever system CL on depression caused in the user circuit CU by the user during the suction of the gas. breathing. In addition, in order to take into account the pressure of the environment of the environment of the user and the circuit of use CU an overpressure capsule
CA actually makes it possible to make a shift of the static pressure existing substantially in the circuit of use CU before each inspiration of the user.
Le système précédemment décrit donne de bons résultats pour des utilisations dans le domaine de l'aéronautique. The system described above gives good results for uses in the field of aeronautics.
Cependant, ce type de système nécessite la mise en oeuvre d'une pluralité d'éléments mécaniques dont l'agencement relatif est complexe et pouvant nécessiter une maintenance importante en vue d'assurer un fonctionnement de grande fiabilité et d'un temps moyen de défaillance très faible. However, this type of system requires the implementation of a plurality of mechanical elements whose relative arrangement is complex and may require significant maintenance to ensure a reliable operation and a mean time of failure very weak.
En outre, compte tenu des normes de plus en plus sévères imposées, notamment en matière d'aéronautique,en raison des performances de plus en plus élevées des aéronefs, normes nécessaires en vue d'assurer la sécurité des personnels et des matériels, ce type de système apparait limité de par sa conception en ce qui concerne la souplesse d'emploi et le temps de réponse. In addition, in view of the increasingly stringent standards imposed, particularly in the aeronautical field, because of the increasingly high performance of aircraft, standards necessary to ensure the safety of personnel and equipment, this type This system appears to be limited by design in terms of flexibility and response time.
En particulier, ce type de système ne permet en aucun cas d'assurer un débit de consommation moyen programmé selon un programme,ou loi,préétabli en fonction de paramètres de réglage autres que la pression du milieu d'environnement du circuit d'utilisation ou de l'utilisateur. In particular, this type of system does not allow in any case to ensure an average consumption rate programmed according to a program, or law, pre-established according to adjustment parameters other than the pressure of the environmental medium of the circuit of use or of the user.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités par la mise en oeuvre d'un système de commande de débit de fluide programmable. The present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks by the implementation of a programmable fluid flow control system.
Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un système de commande de débit de fluide électronique de conception mécanique simple et donc à haute fiabilité
Un autre objet de la présente invention est également un système de commande de débit de fluide programmable en fonction de tout paramètre physique de l'environnement du circuit utilisateur et de l'utilisateur ainsi que de tout paramètre physiologique de ce dernier.Another object of the present invention is the implementation of an electronic fluid flow control system of simple mechanical design and therefore with high reliability.
Another object of the present invention is also a programmable fluid flow control system according to any physical parameter of the environment of the user circuit and the user as well as any physiological parameter of the latter.
Le système de commande de débit de fluide programmable pour circuit d'utilisation à débit de consommation discontinu sensiblement est remarquable en ce qu'il comprend une pluralité de moyens de distribution de fluide à débit déterminé, chacun des moyens de distribution étant d'une part alimenté en fluide sous pression déterminée et d'autre part relié au circuit d'utilisation commun. Des moyens de commande électronique de chacun des moyens de distribution permettent la commande d'ouverture et/ou de fermeture de chacun des moyens de distribution selon un programme,ou loi,préétabli en fonction des paramètres de réglage de débit. Des moyens transducteurs permettent d'engendrer un signal représentatif d'au moins l'un des paramètres de réglage de débit. The programmable flow rate control system for use circuit with a discontinuous consumption rate is remarkable in that it comprises a plurality of flow rate fluid distribution means, each of the distribution means being on the one hand supplied with pressure fluid determined and secondly connected to the common use circuit. Electronic control means of each of the distribution means allow control opening and / or closing of each of the distribution means according to a program, or law, preset according to the flow control parameters. Transducer means make it possible to generate a signal representative of at least one of the flow control parameters.
L'inventicntrouve application aux systèmes respirateurs utilisés, notamment, en aéronautique, en plongée sous-marine, en réanimation ou en anesthésie. The invention is applicable to respirator systems used, in particular, in aeronautics, scuba diving, resuscitation or anesthesia.
Elle sera mieux comprise à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-après dans lesquels, outre la figure 1 relative à l'art antérieur, la figure 2 représente un schéma synoptique du système objet de l'invention,
- la figure 3 représente un détail de réalisation d'un élément particulier du système représenté en figure 2,
- les figures 4a et 4b représentent les caractéristiques des signaux délivrés par des moyens transducteurs utilisés dans le système tel que représente en figure 2,
- la figure 5 représente un mode de réalisation particulier non limitatif des moyens de commande électronique,
- la figure 6 représente une variante de réalisation non limitative des moyens de commande électronique.It will be better understood from reading the description and from the following drawings in which, in addition to FIG. 1 relating to the prior art, FIG. 2 represents a block diagram of the system which is the subject of the invention.
FIG. 3 represents an embodiment detail of a particular element of the system represented in FIG. 2,
FIGS. 4a and 4b show the characteristics of the signals delivered by transducer means used in the system as represented in FIG.
FIG. 5 represents a particular non-limiting embodiment of the electronic control means,
- Figure 6 shows a non-limiting embodiment of the electronic control means.
L'invention sera tout d'abord décrite en liaison avec la figure 2. The invention will first be described with reference to FIG.
Conformément à cette figure, le système de commande de débit de fluide programmable pour circuit d'utilisation 1 à débit de consommation sensiblement discontinu comprend une pluralité de moyens de distribution,notés 20 à 2n,de fluide à débit déterminé. Dans la présente description, le moyen de distribution courant décrit sera noté 2.. Chacun des moyens de distribution est d'une part alimenté en fluide sous pression détermin#, à partir d'une canalisation d'alimentation référencée P.A. Chaque moyen de distribution 2. est en outre relié au circuit d'utilisation commun 1.Par circuit d'utilisation 1, à débit de consommation sensiblement discontinu, on entend circuit d'utilisation dans lequel un appel de fluide est effectué périodiquement ou non comme par exemple l'appel de gaz respiré par 1' utilisateur d'un appareil respirateur ou analogue. According to this figure, the programmable fluid flow control system for use circuit 1 with a substantially discontinuous consumption rate comprises a plurality of dispensing means, denoted 20 to 2n, of a flow rate fluid. In the present description, the current dispensing means described will be denoted 2. Each of the dispensing means is firstly supplied with fluid under determinate pressure, from a feed pipe referenced PA. Each dispensing means 2 It is furthermore connected to the common utilization circuit 1.By utilization circuit 1, with a substantially discontinuous consumption rate, is meant use circuit in which a fluid call is made periodically or not, for example the call gas breathed by the user of a respirator or the like.
Conformément à l'invention, le système de commande de débit de fluide programmable comprend en outre des moyens 3 de commande électronique de chacun des moyens de distribution 2. précités. Les moyens 3 de commande électronique permettent la commande d'ouverture et/ou de fermeture de chacun des moyens de distribution 2i selon un programme ou selon une loi préétablis,en fonction de paramètres de réglage de débit. Des moyens transducteurs notés 40' 41 permettent d'engendrer un signal représentatif d'au moins l'un des paramètres de réglage de débit du circuit d'utilisation. According to the invention, the programmable fluid flow control system further comprises means 3 for electronically controlling each of the aforementioned distribution means 2. The electronic control means 3 make it possible to control the opening and / or closing of each of the distribution means 2i according to a program or according to a preset law, as a function of flow control parameters. Transducer means denoted 40 '41 make it possible to generate a signal representative of at least one of the flow control parameters of the utilization circuit.
Conformément à l'invention, et de manière avantageuse, les moyens transducteurs 40 41 comprennent une pluralité de transducteurs distincts, l'un au moins des transducteurs, le transducteur 41 par exemple, permettant d'engendrer un signal représentatif de la pression Satique du fluide dans le circuit d'utilisation 1. According to the invention, and advantageously, the transducer means 40 comprises a plurality of separate transducers, at least one of the transducers, the transducer 41 for example, for generating a signal representative of the fluid Satique pressure. in the usage circuit 1.
Le fonctionnement général du système de commande de débit de fluide, objet de l'invention, tel que représenté en figure 2, peut être décrit de la manière suivante
- les moyens de distribution 21 sont alimentés par exemple en un gaz,tel qu'un gaz de respiration, constitué par de l'air enrichi en oxygène ou ozcvgène pur obtenu à partir d'un générateur à tamis moléculaire, une bouteille de gaz comprimé ou analogue. La pression d'alimentation des moyens de distribution est choisie sensiblement supérieure à la pression du milieu environnant du circuit d'utilisation 1 et de l'utilisateur. Elle peut par exemple être de l'ordre de quelques bars. La pression délivrée par chacun des moyens de distribution 2. est bien entendu légèrement supérieure à la pression du milieu d'environnement du circuit de l'utilisation 1 et de l'utilisateur.Cette pression exprimée sous forme de pression réduite par rapport à la pression du milieu d'environnement peut être prise égale à quelques millibars, 5 millibars par exemple. Le circuit d'utilisation 1, dans lequel du point de vue fonctionnel l'utilisateur est lui-même compris, est normalement étanche et en l'absence de débit dans le circuit d'utilisation 1, c'est-à-dire en l'absence de consommation dans le circuit d'utilisation 1, l'équilibre des pressions s'établit, le transducteur délivrant le signal représentatif de la pression statique du fluide dans le circuit d'utilisation 1 au moyen de commande électronique 3. Pour la valeur correspondante de cette pression statique, les moyens de commande électronique 3 sont agencés de facon à maintenir l'ensemble des moyens distributeurs 2i fermés sensiblement, ou tout au plus à assurer un débit très faible.Lors d'une consommati'on instantanée au niveau du circuit d'utilisation 1, la dépression provoquée par l'appel de fluide, ou de gaz de respiration sur inspiration de l'utilisateur, permet au transducteur 41 d'engendrer un signal de valeur différente représentative de la nouvelle pression statique dans le circuit d'utilisation 1, et la commande par l'intermédiaire des moyens électroniques 3 de l'ouverture d'un ou plusieurs des moyens de distribution 2.The general operation of the fluid flow control system, object of the invention, as shown in FIG. 2, can be described as follows
the dispensing means 21 are supplied for example with a gas, such as a breathing gas, consisting of air enriched with oxygen or pure ozcygen obtained from a molecular sieve generator, a bottle of compressed gas or the like. The supply pressure of the dispensing means is chosen substantially greater than the pressure of the environment surrounding the use circuit 1 and the user. It can for example be of the order of a few bars. The pressure delivered by each of the distribution means 2 is, of course, slightly greater than the pressure of the environment medium of the use circuit 1 and the user. This pressure expressed in the form of a reduced pressure with respect to the pressure environmental environment can be taken equal to a few millibars, 5 millibars for example. The utilization circuit 1, in which from the functional point of view the user is himself understood, is normally sealed and in the absence of flow in the use circuit 1, that is to say in the Absence of consumption in the use circuit 1, the pressure equilibrium is established, the transducer delivering the signal representative of the static pressure of the fluid in the use circuit 1 by means of electronic control 3. For the value corresponding to this static pressure, the electronic control means 3 are arranged to maintain all the distributor means 2i substantially closed, or at most to ensure a very low flow. During an instant consumption at the level of use circuit 1, the depression caused by the call of fluid, or breathing gas on inspiration of the user, allows the transducer 41 to generate a signal of different value representative of the new pressure and in the utilization circuit 1, and the control via the electronic means 3 of the opening of one or more of the distribution means 2.
selon une loi de débit correspondant à la nouvelle valeur de pression au niveau du circuit d'utilisation. according to a flow law corresponding to the new pressure value at the level of the use circuit.
Sur la figure 2, on notera que la connexion des moyens de distribution 2. au circuit d'utilisation 1, est effectuée par l'intermédiaire d'un réservoir intégrateur 5, lequel permet, à titre d'exemple et de manière avantageuse mais non limitative, d'obtenir un effet d'intégration et donc de diminution des variations de pression instantanée autour de la valeur moyenne lors de la commutation d'un ou plusieurs des moyens de distribution 2i. Ce réservoir noté 5, peut avantageusement être de faible capacité, quelques centimètres cubes,en fonction de l'application envisagée. In FIG. 2, it will be noted that the connection of the distribution means 2 to the utilization circuit 1 is effected via an integrating tank 5, which allows, by way of example and advantageously but not limitingly, to obtain an integration effect and therefore a decrease in instantaneous pressure variations around the average value when switching one or more of the distribution means 2i. This tank noted 5, can advantageously be of low capacity, a few cubic centimeters, depending on the intended application.
Ainsi qu'il est décrit plus en détail en figure 3 notamment, chacun des moyens de distribution 2i est constitué par une électrovanne notée 2i1, connectée en cascade avec un filtre de débit calibré déterminé noté 2i2 Les électrovannes utilisées 2i1 peuvent avantageusement être constituées par des électrovannes fonctionnant par tout ou rien, normalement disponibles dans le commerce. Les filtres de débit calibré déterminé 2i2 peuvent être constitués par tout dispositif permettant d'établir des débits calibrés tels que par exemple des filtres comprenant de la laine de verre comprimée dans le cas ou le débit correspondant est faible, des tubes pincés ou, de manière avantageuse,des dispositifs comportant un saphir percé lorsque les débits correspondants à assurer sont plus importants. As is described in more detail in FIG. 3 in particular, each of the distribution means 2i is constituted by a solenoid valve denoted 2i1, connected in cascade with a determined calibrated flow rate filter 2i2. The solenoid valves used 2i1 can advantageously be constituted by all-or-nothing solenoid valves normally available commercially. The calibrated flow rate filters 2i2 may be constituted by any device making it possible to establish calibrated flow rates such as, for example, filters comprising compressed glass wool in the case where the corresponding flow rate is low, pinched tubes or, in a manner such as advantageously, devices comprising a pierced sapphire when the corresponding flow rates to ensure are greater.
De manière avantageuse, et conformément à l'objet de l'invention, chacun des filtres 2i2 de débit calibré permet la distribution du fluide avec une valeur de débit remarquable déterminée en liaison avec le débit moyen de consommation dans le circuit d'utilisation 1. Advantageously, and in accordance with the subject of the invention, each of the calibrated flow rate filters 2i2 allows the distribution of the fluid with a remarkable flow rate value determined in connection with the average consumption rate in the use circuit 1.
A titre d'exemple non limitatif, et dans le cas d'une utilisation ou application à un respirateur utilisable dans le domaine de l'aéronautique, les moyens de distribution 2. ont été choisis égaux à quatre, chacun des filtres de débit calibré correspondant 2i2 étant par commodité noté A,B,C,D et ayant de manière avantageuse un débit correspondant respectif de 5 1/mon, 10 1/mon, 20 1/mon et 30 1/mon. By way of non-limiting example, and in the case of a use or application to a respirator usable in the field of aeronautics, the distribution means 2. have been chosen equal to four, each corresponding calibrated flow filters 2i2 being conveniently denoted A, B, C, D and advantageously having a respective flow rate of 5 1 / mon, 10 1 / mon, 20 1 / mon and 30 1 / mon.
La commande séquentielle de l'ouverture d'une ou plusieurs des électrovannes 2i1 commandant chacun des filtres de débit calibré A, B, C, D permet d'obtenir toute combinaison de débit comprise entre
O 1/mon pour la fermeture de toutes les vannes à 65 1/mon pour l'ouverture de toutes les vannes, selon toute loi linéaire ou non déterminée.The sequential control of the opening of one or more solenoid valves 2i1 controlling each of the calibrated flow rate filters A, B, C, D makes it possible to obtain any combination of flow rates between
O 1 / mon for the closing of all the valves at 65 1 / mon for the opening of all the valves, according to any linear law or not determined.
A titre d'exemple non limitatif, ainsi que représenté en figure 4a, la commande de l'ouverture des vannes 2il, et en définitive des filtres de débit calibré A, B, C, D peut être réalisée à partir de la caractéristique d'un capteur de presssion linéaire ou transducteur 41 délivrant,si nécessaire après amplification, un signal de caractéristique tensionpression linéaire, comprise entre -5 volts et + 5 volts pour une variation de pression relative, due à l'appel de fluide au niveau du circuit d'utilisation 1, comprise entre - 5 millibars et + 5 millibars par rapport à une position d'équilibre.Les débits correspondants peuvent être obtenus pour des valeurs de variation de tension de commande, sensiblement identiques, conformément au tableau ci-après
<tb> <SEP> CDE <SEP> ELECTROVANNES <SEP> ET <SEP> FILTRES <SEP> DEBIT
<tb> <SEP> EN <SEP> COMMANDES
<tb> VOLT <SEP> L/MIN
<tb> <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> - <SEP> 0,385 <SEP> A <SEP> 5
<tb> - <SEP> 0,769 <SEP> B <SEP> 10
<tb> - <SEP> 1,154 <SEP> A <SEP> B <SEP> 15
<tb> - <SEP> 1,538 <SEP> C <SEP> 20
<tb> - <SEP> 1,923 <SEP> A <SEP> <SEP> <SEP> C <SEP> <SEP> <SEP> 25
<tb> - <SEP> 2,308 <SEP> B <SEP> C <SEP> 30
<tb> - <SEP> 2,692 <SEP> A <SEP> B <SEP> C <SEP> 35
<tb> - <SEP> 3,077 <SEP> B <SEP> D <SEP> 40
<tb> - <SEP> 3,462 <SEP> A <SEP> B <SEP> D <SEP> 45
<tb> - <SEP> 3,846 <SEP> C <SEP> D <SEP> 50
<tb>
Le transducteur 41 peut avantageusement être constitué par un capteur de pression à jauges de contrainte compensé thermiquement. Par exemple, lors du cycle respiratoirede l'utilisateur, une inspiration de celui-ci provoque une dépression ou pression négative de - 5 millibars, le capteur étant agencé de façon à délivrer un signal de commande d'amplitude -5 volts, lequel déclenche par l'ouverture de l'ensemble des vannes un débit maximum de 65 1/mon. Ce débit maximum assure la ventilation pulmonaire de l'utilisateur, la dépression s'annulant en fin d'aspiration, et la tension délivrée par le capteur retombant à zéro a pour effet d'arrêter la distribution.<tb><SEP> CDE <SEP> SOLENOID <SEP> AND <SEP> FILTERS <SEP> FLOW
<tb><SEP> EN <SEP> ORDERS
<tb> VOLT <SEP> L / MIN
<tb><SEP> 0 <SEP> 0
<tb> - <SEP> 0.385 <SEP> A <SEP> 5
<tb> - <SEP> 0.769 <SEP> B <SEP> 10
<tb> - <SEP> 1,154 <SEP> A <SEP> B <SEP> 15
<tb> - <SEP> 1,538 <SEP> C <SEP> 20
<tb> - <SEP> 1,923 <SEP><SEP><SEP><SEP><SEP><SEP><SEP> 25
<tb> - <SEP> 2.308 <SEP> B <SEP> C <SEP> 30
<tb> - <SEP> 2,692 <SEP> A <SEP> B <SEP> C <SEP> 35
<tb> - <SEP> 3.077 <SEP> B <SEP> D <SEP> 40
<tb> - <SEP> 3,462 <SEP> A <SEP> B <SEP> D <SEP> 45
<tb> - <SEP> 3,846 <SEP> C <SEP> D <SEP> 50
<Tb>
The transducer 41 may advantageously be constituted by a thermally compensated strain gauge pressure sensor. For example, during the breathing cycle of the user, an inspiration from it causes a depression or negative pressure of -5 millibars, the sensor being arranged to deliver an amplitude control signal -5 volts, which triggers by the opening of all the valves a maximum flow of 65 1 / mon. This maximum flow ensures pulmonary ventilation of the user, the depression being canceled at the end of aspiration, and the voltage delivered by the sensor falling to zero has the effect of stopping the distribution.
L'exemple précédemment décrit n'est bien entendu pas limitatif. Ainsi, il peut être avantageux d'utiliser un nombre différent de moyens de distribution 2i, chacun de ces derniers étant en outre adapté à délivrer un débit calibré de valeurs judicieusement choisies. The example described above is of course not limiting. Thus, it may be advantageous to use a different number of distribution means 2i, each of these being further adapted to deliver a calibrated flow of carefully chosen values.
Selon un autre mode de réalisation avantageux non limitatif du dispositif objet de l'invention, les différentes valeurs de débit calibré peuvent être choisies de façon a constituer une progression géométrique de rapport deux, de façon à permettre un débit total moyen d'alimentation de l'utilisateur compris entre deux fois le débit calibré maximum du moyen de distribution 2. considéré à la valeur du débit calibré minimum près. Selon un exemple particulier de réalisation, le système objet de l'invention peut ainsi comprendre cinq électrovannes ou moyens de distribution 2i, lesquelles permettent d'assurer des débits respectifs calibrés de 2 1/mon, 4 1/mon, 8 1/mon, 16 1/mon et 32 1/mon. Le choix des valeurs précitées permet d'assurer une alimentation en fluide dans des conditions sensiblement comparables à celles de l'exemple précédemment décrit. Toutefois, il présente par rapport à celui-ci, l'avantage d'autoriser une variation du débit autour du débit moyen, variation due à la commutation des électrovannes, au plus égale à la valeur du débit calibré minimum.Ainsi, dans l'exemple précité, cette variation est au plus égale à deux litres par minutes réduisant en celà le volume nécessaire du réservoir intégrateur 5. According to another advantageous non-limiting embodiment of the device which is the subject of the invention, the different calibrated flow rate values may be chosen so as to constitute a geometric progression of ratio two, so as to allow a total average feed rate of the feedstock. between two times the maximum calibrated flow rate of the distribution means 2. considered at the value of the minimum calibrated flow rate. According to a particular embodiment, the system which is the subject of the invention can thus comprise five solenoid valves or distribution means 2i, which make it possible to ensure respective calibrated flow rates of 2 1 / mon, 4 1 / mon, 8 1 / mon, 16 1 / my and 32 1 / my. The choice of the aforementioned values makes it possible to ensure a supply of fluid under conditions substantially comparable to those of the example previously described. However, it has compared with this one, the advantage of allowing a variation of the flow around the average flow rate, variation due to the switching of the solenoid valves, at most equal to the value of the minimum calibrated flow. Thus, in the As mentioned above, this variation is at most equal to two liters per minute, thereby reducing the necessary volume of the integrator tank 5.
En outre, les moyens transducteurs peuvent comprendre avantageusement un transducteur 40 permettant d'engendrer un signal représentatif de la pression du milieu d'environnement du circuit d'utilisation 1. Ce transducteur peut être constitué par un capteur de pression, et, dans le cas d'une utilisation dans le domaine aéronautique, par un capteur de pression altimétrique. Ce capteur supplémentaire permet en fonction de l'altitude du circuit d'utilisation et bien entendu de l'utilisateur, d'engendrer un signal de correction ou de décalage de la pression d'alimentation et du débit moyen délivré, afin notamment d'assurer un meilleur échange physiologique respiratoire en fonction de l'altitude à laquelle se trouve effectivement l'utilisateur. In addition, the transducer means may advantageously comprise a transducer 40 making it possible to generate a signal representative of the pressure of the environment medium of the use circuit 1. This transducer may consist of a pressure sensor, and in the case of use in the aeronautical field, by an altimetric pressure sensor. This additional sensor makes it possible, as a function of the altitude of the use circuit and of course of the user, to generate a signal for correcting or shifting the supply pressure and the average flow rate delivered, in particular to ensure a better respiratory physiological exchange depending on the altitude at which the user actually is.
De manière avantageuse ainsi qu'il apparaît en outre enfigure 4b, le capteur de pression 40 peut être adapté de façon à présenter une caractéristique tension/pression ou tension/altitude, variant linéairement entre zéro lorsque le système se trouve au sol, et -5 volts lorsque le système embarqué à bord d'un aéronef se trouve à une altitude de 10 000 mètres par exemple.Le signal correspondant engendré par le transducteur ou capteur 41 est également envoyé à l'entrée de commande des moyens de commande électroniques 3 et permet ainsi, par superposition des états d'équilibre physique au niveau du système objet de l'invention, toute combinaison intermédiaire de commande correspondant aux trois cas particuliers ci-après, le signal de commande délivré par le capteur 41 étant noté b et le signal de commande délivré par le capteur 40 étant noté c
- altitude zéro,en l'absence de demande respiratoire, b égale zéro et c égale zéro débit de gaz de respiration égal zéro, toutes les vannes sont fermées,
- altitude zéro, demande respiratoire dépression moins de 2,3 millibars, b égaS - 2,3 volts, c égale zéro ::débit de gaz de respiration égale 30 1/mon. Ce cas correspond à un utilisateur tel qu'un pilote qui utilise le système respirateur au sol,
- altitude 10 000 mètres, demande respiratoire zéro, b égale zéro, c égale -5 volts :débit de gaz de respiration 65 1/mon. Dans ce cas, étant donné qu'il n'y a pas de demande respiratoire, le débit de gaz de respiration va tendre à appliquer une pression statique sur le capteur 41 ce dernier délivrant alors une tension positive, conformément à la figure 4a. Lorsque la surpression atteint 5 millibars, le capteur 41 délivre une tension de + 5 volts, laquelle permet de compenser la tension de commande de -5 volts délivrée par le capteur 40 délivrant le signal représentatif de la pression du milieu d'environnement du circuit d'utilisation 1.Globalement, le signal de commande appliqué au moyen de commande électronique 3 est nul avec pour effet l'arrêt du débit, en surpression relative de 5 millibars au niveau du circuit d'utilisation 1.Advantageously, as shown in FIG. 4b, the pressure sensor 40 may be adapted to have a voltage / pressure or voltage / altitude characteristic, varying linearly between zero when the system is on the ground, and -5 volts when the system on board an aircraft is at an altitude of 10,000 meters for example.The corresponding signal generated by the transducer or sensor 41 is also sent to the control input of the electronic control means 3 and allows thus, by superposition of the states of physical equilibrium at the level of the system which is the subject of the invention, any intermediate combination of control corresponding to the three particular cases below, the control signal delivered by the sensor 41 being denoted b and the signal of command issued by the sensor 40 being noted c
zero altitude, in the absence of respiratory demand, b equals zero and c equals zero breathing gas flow rate equal to zero, all the valves are closed,
- zero altitude, respiratory demand depression less than 2.3 millibars, b equals - 2.3 volts, c equals zero :: flow rate of breathing gas equal to 30 1 / mon. This case corresponds to a user such as a pilot who uses the ground-based respirator system,
altitude 10,000 meters, breathing demand zero, b equals zero, c equals -5 volts: flow rate of breathing gas 65 1 / mon. In this case, since there is no breathing demand, the flow of breathing gas will tend to apply a static pressure on the sensor 41, the latter then delivering a positive voltage, in accordance with Figure 4a. When the overpressure reaches 5 millibars, the sensor 41 delivers a voltage of + 5 volts, which makes it possible to compensate the control voltage of -5 volts delivered by the sensor 40 delivering the signal representative of the pressure of the environmental medium of the circuit. 1.Overall use, the control signal applied to the electronic control means 3 is zero with the effect of stopping the flow rate, a relative overpressure of 5 millibars at the level of the use circuit 1.
Toute demande respiratoire dans la situation précitée a pour effet une baisse de pression et donc une diminution du signal délivré par le capteur 41. Any breathing demand in the aforementioned situation has the effect of a pressure drop and therefore a decrease of the signal delivered by the sensor 41.
Cette diminution a pour effet de déclencher l'ouverture des vannes, laquelle fait remonter la surpression à 5 millibars, et le retour dans la configuration précédente en fin de demande respiratoire.This decrease has the effect of triggering the opening of the valves, which raises the overpressure to 5 millibars, and the return to the previous configuration at the end of respiratory demand.
Dans le cas par exemple où à une altitude de 10 000 mètres où la demande respiratoire correspond à une dépression de 2,3 millibars, soit à un signal de -2,3 volts, b égale-2,3 volts et c égale -5 volts, le signal de commande global provoque une saturation en tension du système, lequel entraîne l'ouverture de toutes les vannes et une alimentation sous un débit maximum de 65 1/mon. Cette alimentation a pour effet d'assurer la ventilation de demande à 30 1/mon et donc de tendre à annuler le signal b, de façon à revenir au cas précédemment décrit en fin de cycle d'inspiration. In the case for example where at an altitude of 10 000 meters where the respiratory demand corresponds to a depression of 2.3 millibars, that is to a signal of -2,3 volts, b equal-2,3 volts and c equals -5 volts, the global control signal causes a voltage saturation of the system, which causes the opening of all valves and a power supply at a maximum rate of 65 1 / mon. This supply has the effect of providing demand ventilation at 30 1 / mon and thus tend to cancel the signal b, so as to return to the case described above at the end of the inspiration cycle.
Le système tel que décrit précédemment permet pour toute valeur du signal de commande des mcyens de commande électronique 3, d'assurer l'alimentation selon un débit déterminé. En particulier, d'autres transducteurs ou même systèmes générateur de signaux particuliers, peuvent être connectés à l'entrée des moyens de commande électronique 3, de façon à assurer le déclenchement d'un débit de secours indépendant du débit de demande respiratoire et/ou un signal correspondant à un débit de surpression programmé destiné à une protection de l'utilisateur contre les accélérations, situations extérieures qui nécessitent une suralimentation particulière en oxygène de celuici. The system as described above allows for any value of the control signal electronic control mcyens 3, to provide power at a specific rate. In particular, other transducers or even particular signal generator systems may be connected to the input of the electronic control means 3, so as to ensure the triggering of an emergency flow rate independent of the respiratory demand flow rate and / or a signal corresponding to a programmed overpressure flow rate intended to protect the user against accelerations, external situations which require a particular oxygen supercharging of the latter.
Les valeurs de surpression et d'altitude précédemment décrites ne sont pas limitatives, elles peuvent être adpatées soit au programme de vol de l'aéronef dans lequel,le système objet de l'invention est utilisé, soit si nécessaire, à l'état physiologique de l'utilisateur, en fonction de l'application considérée. The above-described overpressure and altitude values are not limiting; they can be adapted either to the flight program of the aircraft in which the system which is the subject of the invention is used or, if necessary, to the physiological state. of the user, depending on the application considered.
Un exemple de réalisation non limitative des moyens de commande électroniques 3 du système de commande de débit de fluide programmable, objet de l'invention, sera maintenant décrit en liaison avec la figure 5. An exemplary non-limiting embodiment of the electronic control means 3 of the programmable fluid flow control system, which is the subject of the invention, will now be described with reference to FIG. 5.
Selon la figure précitée, les moyens de commande électronique 3 comprennent des moyens 31 de conversion analogique-numérique, recevant sur leur entrée de conversion analogique le signal représentatif d'au moins un des paramètres de réglage de débit engendré par les transducteurs. Le convertisseur analogique-numérique 31 peut être constitué par tout convertisseur de type classique sur huit ou douze bits. Des moyens processeurs 32 reçoivent en outre les valeurs numérisées délivrées par les moyens de conversion analogique-numérique 31. Les moyens processeurs 32 peuvent avantageusement être constitués par un microprocesseur 8 bits normalement disponible dans le commerce. Bien entendu, au moyen processeur 32 sont associés des moyens 33 de mémorisation d'un programme de commande d'ouverture et/ou de fermeture de chacun des moyens de distribution en enfonction de paramètres relatifs à l'environnement de l'utilisateur et/ou de parametresphysiologiques de ce dernier. De plus, des moyens d'interface processeur moyens de distribution, notés 341, 351 sur la figure 5, sont reliés par une liaison de type BUS d'adresses au processeur 32. Les moyens d'interface permettent d'assurer la commutation de l'entrée de commande des moyens distributeurs 2 sur détection de l'adresse correspondante émise par le processeur 32.A titre d'exemple non limitatif, le BUS d'adresses peut être réalisé si nécessaire par une liaison du type boucle de courant, les moyens d'interface 34i pouvant consister en une interface série à laquelle est associé un circuit détecteur d'adresse et un circuit logique à deux états, capables de commander un circuit de commutation 35. représenté symboliquement sur la figure 5. Bien entendu, le circuit de commutation 105i peut être constitué par un circuit transistorisé capable de délivrer une alimentation en tension ou en courant convenable à l'électrovanne 2i1 considérée. According to the aforementioned figure, the electronic control means 3 comprise means 31 for analog-to-digital conversion, receiving on their analog conversion input the signal representative of at least one of the flow rate adjustment parameters generated by the transducers. The analog-digital converter 31 may be constituted by any converter of conventional type over eight or twelve bits. Processor means 32 furthermore receive the digitized values delivered by the analog-to-digital converter means 31. The processor means 32 can advantageously be constituted by a 8-bit microprocessor normally available commercially. Of course, the processor means 32 are associated with means 33 for storing a control program for opening and / or closing each of the distribution means in accordance with parameters relating to the environment of the user and / or ofphysiological parameters of the latter. In addition, processor means means of distribution, denoted 341, 351 in FIG. 5, are connected by an address BUS link to the processor 32. The interface means make it possible to switch control input 2 of the distributor means on detection of the corresponding address issued by the processor 32.A by way of non-limiting example, the address BUS can be made if necessary by a connection of the current loop type, the means interface 34i may consist of a serial interface with which is associated an address detector circuit and a two-state logic circuit, capable of controlling a switching circuit 35. shown symbolically in Figure 5. Of course, the circuit of switching 105i may be constituted by a transistor circuit capable of delivering a supply of voltage or current suitable for the solenoid valve 2i1 considered.
Sur transmission correspondante de l'adresse par le microprocesseur 32, la détection de cette adresse par le circuit détecteur d'adresse associé, permet la commutation du circuit de commutation 35i. Bien entendu, à la mise sous tension du dispositif, un système de mise à zéro est prévu, permettant par exemple la mise en position de commande de fermeture des vannes 2i considérées. La transmission correspondante de l'adresse ou des adresses sur le BUS par le microprocesseur 32 a pour effet de provoquer ltou- verture et/ou la fermeture des vannes 2i1, conformément au programme préétabli, mémorisé dans les moyens de mémorisation 33.On corresponding transmission of the address by the microprocessor 32, the detection of this address by the associated address detector circuit, allows switching of the switching circuit 35i. Of course, when the device is turned on, a zeroing system is provided, allowing, for example, the closing control position of the valves 2i considered. The corresponding transmission of the address or addresses on the BUS by the microprocessor 32 has the effect of causing the opening and / or closing of the valves 2i1, in accordance with the preset program, stored in the storage means 33.
Ainsi qu'il apparaît en outre, de manière non limitative en figure 5, les moyens 31 de conversion analogique-numérique peuvent recevoir le signal représentatif d'au moins un des paramètres de réglage de débit par l'intermédiaire d'un sommateur 30, dont les différentes entrées E1, Ei, E sont reliées
n respectivement aux différents transducteurs, tels que 40, 41* Avantageusement, le circuit sommateur 30 peut être réalisé par un amplificateur opérationnel, dont l'entrée positive est connectée aux différentes entrées E1, Ei, En précitées. Bien entendu, le sommateur 30 permet d'engendrer ainsi le signal représentatif d'au moins un des paramètres de réglage, signal tel que représenté en figure 4a et 4b, ou combinaison de ces signaux.As it also appears, in a nonlimiting manner in FIG. 5, the analog-digital conversion means 31 can receive the signal representative of at least one of the flow control parameters via an adder 30. whose different inputs E1, E1, E are connected
n respectively to the different transducers, such as 40, 41 * Advantageously, the summing circuit 30 may be realized by an operational amplifier, the positive input of which is connected to the different inputs E1, Ei, en mentioned above. Of course, the adder 30 makes it possible to generate the signal representative of at least one of the adjustment parameters, signal as represented in FIGS. 4a and 4b, or a combination of these signals.
Bien entendu, le mode de réalisation tel que représenté en figure 5, n'est pas limitatif. En particulier, et de façon à assurer une souplesse d'utilisation du système objet de l'invention, notamment en fonction de l'utilisation envisagée, le convertisseur analogique-numérique 31 peut être constitué avantageusement par un convertisseur multivoies, par exemple un convertisseur à seize voies normalement disponible dans le commerce.Un transducteur peut etre connecté directement à l'une des voies de conversion, une pluralité de transducteurs pouvant ainsi permettre de piloter le débit effectivement délivré, en fonction de paramètres les plus divers, tels que paramètres directement liés au milieu de l'environnement de l'utilisateur, tels que pression du milieu d'environnement, température de celui-ci, ou même paramètres directement liés à l'état physiologique de l'utilisateur, paramètres tels que pression artérielle, état de veille ou de sommeil ou analogue. Une lecture séquentielle périodique des sorties numériques correspondantes du convertisseur analogique-numérique 31 est pilotée par le processeur 32, les données numérisées relatives aux paramètres de réglage du débit étant mémorisées séquentiellement et réactualisées à chaque période de lecture.Un programme de commande d'ouverture et/ou de fermeture des moyens de distribution 2i est implanté dans les moyens de mémorisation 33. Ce programme permet bien entendu, selon l'utilisation envisagée du système de commande de débit objet de l'invention, de commander l'ouverture des électrovannes 2i1 appropriées en fonction des paramètres correspondants. Of course, the embodiment as shown in Figure 5, is not limiting. In particular, and so as to ensure flexibility of use of the system which is the subject of the invention, in particular as a function of the use envisaged, the analog-digital converter 31 may advantageously be constituted by a multi-channel converter, for example a converter with Sixteen channels normally available commercially.A transducer can be connected directly to one of the conversion channels, a plurality of transducers can thus allow to control the actually delivered rate, according to the most diverse parameters, such as parameters directly related in the middle of the user's environment, such as environmental environment pressure, temperature of the environment, or even parameters directly related to the user's physiological state, such as blood pressure, sleep status or sleep or the like. A periodic sequential reading of the corresponding digital outputs of the analog-to-digital converter 31 is controlled by the processor 32, the digitized data relating to the flow control parameters being sequentially stored and updated each reading period. A control program for opening and / or closure of the distribution means 2i is implanted in the storage means 33. This program allows of course, depending on the intended use of the flow control system object of the invention, to control the opening of solenoid valves 2i1 appropriate according to the corresponding parameters.
Le mode de réalisation précité apparaît particulièrement adapté à une utilisation du système de commande de débit objet de l'invention, dans des dispositifs respirateurs d'anesthésie, de réanimation ou même de plongée sous-marine. Dans ce dernier cas, le programme précité est bien entendu adaptépour commander le débit de gaz de respiration en fonction du temps de décompression nécessaire lors de la remontée en surface de l'utilisateur. The aforementioned embodiment appears particularly suitable for use of the flow control system object of the invention, in breathing devices anesthesia, resuscitation or even scuba diving. In the latter case, the aforesaid program is of course adapted to control the flow of breathing gas as a function of the decompression time required during the ascent to the surface of the user.
Afin d'assurer une très grande souplesse d'emploi du dispositif, objet de l'invention, les moyens de mémorisation 33 peuvent être réalisés par exemple soit par une mémoire auxiliaire de type mémoire magnétique ou de préférence par une mémoire morte de type EPROM, dans laquelle le programme de commande d'ouverture et/ou de fermeture des électrovannes 2i1 est implanté. Bien sûr, il suffit alors d'échanger le seul circuit mémoire au niveau du système objet de l'invention, en fonction de l'utilisation envisagée. In order to ensure a very great flexibility of use of the device, object of the invention, the storage means 33 can be made for example either by an auxiliary memory of the magnetic memory type or preferably by a read-only memory of EPROM type, in which the control program for opening and / or closing solenoid valves 2i1 is implanted. Of course, it is then sufficient to exchange the only memory circuit at the object of the invention, depending on the intended use.
Un mode de réalisation des moyens de commande électronique 3, selon une configuration de type analogique, sera en outre décrit en liaison avec la figure 6. Ce mode de réalisation plus spécifique peut être utilisé pour des applications plus particulières du système de commande de débit, objet de l'invention. An embodiment of the electronic control means 3, according to an analog type configuration, will be further described in connection with FIG. 6. This more specific embodiment can be used for more specific applications of the flow control system, object of the invention.
Conformément à cette figure, les moyens de commande électronique 3 de chacun des moyens de distribution 2i comprennent une pluralité de comparateurs notés Qi recevant en parallèle sur une première entrée de comparaison le signal représentatif d'au moins l'un des paramètres de réglage de débit. Sur la figure 6, ce signal est noté Vc, il peut être délivré, à titre d'exemple non limitatif, par le sommateur 30 de la figure 5. Chaque comparateur reçoit en outre sur une deuxième entrée de comparaison une tension de référence de valeur V. déterminée correspondant à une valeur de seuil de déclenchement. Avantageusement, mais de manière non limitative, les valeurs de seuil précitées peuvent être constituées par les valeurs déjà décrites en relation avec les figures 4a et 4b et données dans la colonne CDE EN VOLTSdu tableau précédemment mentionné dans la description. According to this figure, the electronic control means 3 of each of the distribution means 2i comprise a plurality of comparators denoted Qi receiving in parallel on a first comparison input the signal representative of at least one of the flow control parameters. . In FIG. 6, this signal is denoted by Vc, it can be delivered, by way of nonlimiting example, by the adder 30 of FIG. 5. Each comparator also receives on a second comparison input a reference value value. Determined V. corresponding to a trigger threshold value. Advantageously, but in a nonlimiting manner, the aforementioned threshold values may be constituted by the values already described in relation to FIGS. 4a and 4b and given in the CDE IN VOLTS column of the table previously mentioned in the description.
En outre, les moyens de commande électronique 3, comprennent une logique de commande 300 constituée par une mémoire morte PROM recevant sur ses entrées de commande notées A1 à AN les sorties des comparateurs Q1 à QN La logique de commande 300 comprend un nombre déterminé de voies de sortie correspondant au nombre d'électrovannes à commander. In addition, the electronic control means 3 comprise a control logic 300 constituted by a read-only memory PROM receiving on its control inputs denoted A1 to AN the outputs of the comparators Q1 to QN. The control logic 300 comprises a determined number of channels. output corresponding to the number of solenoid valves to be controlled.
La mémoire PROM peut avantageusement être constituée par une mémoire de type CMOS en raison des qualités de faible consommation en énergie électrique de ces derniers.The PROM memory can advantageously be constituted by a CMOS-type memory because of the low power consumption qualities of the latter.
Un circuit de puissance comportant en cascade un circuit amplificateur noté 301A à D et un étage de commutation de puissance noté 302A à D est prévu pourchacune des électrovannes 2i1, chaque étage de commutation de puissance étant connecté respectivement à l'électrovanne correspondante. A power circuit comprising in cascade an amplifier circuit noted 301A to D and a power switching stage noted 302A to D is provided for each solenoid valves 2i1, each power switching stage being respectively connected to the corresponding solenoid valve.
Sur la figure 6, on s'est bien entendu limité au cas où le système de commande de débit, objet de l'invention, comprend simplement quatre électrovannes.In Figure 6, it was of course limited to the case where the flow control system, object of the invention, simply comprises four solenoid valves.
En fonctionnement, pour des tensions croissantes de la tension de commande Vc, les comparateurs #î# #i' Q n sont déclenchés successivement et la logique de commande ou mémoire PROM 300 peut par exemple être programmée selon un tableau de vérité, donnant la valeur des sorties correspondantes, conformément au tableau précédemment décrit en liaison avec les figures 4a et 4b. In operation, for increasing voltages of the control voltage Vc, the comparators ## EQU1 ## are triggered successively and the control logic or PROM memory 300 may for example be programmed according to a truth table, giving the value corresponding outputs, according to the table previously described in connection with Figures 4a and 4b.
La commande de puissance par les circuits 302, peut être effectuée avantageusement par des circuits analogiques de type VMOS.The power control by the circuits 302 can advantageously be performed by analog circuits of the VMOS type.
On a ainsi décrit un système de commande de débit de fluide programmable, pour circuit d'utilisation à débit de consommation sensiblement discontinu. Ce type de système peut avantageusement être utilisé dans des appareils respirateurs pour le pilotage d'aéronefs, pour la plongée sous-marine, pour la réanimation ou pour l'anesthésie. L'utilisation de ce type ou système de commande n'est pas limitée à la commande de débits de fluides gazeux mais peut bien entendu être adaptée sans difficulté à la commande de débit de fluide liquide à débit de consommation sensiblement discontinu, telsque par exemple les régimes d'écoulement pulsés utilisés soit dans le secteur industriel, soit dans le domaine médical, en particulier dans le cadre de simulateurs cardiaques. A programmable fluid flow control system has thus been described for use circuit with a substantially discontinuous consumption rate. This type of system can advantageously be used in respirator apparatus for the piloting of aircraft, for scuba diving, for resuscitation or for anesthesia. The use of this type or control system is not limited to the control of flow rates of gaseous fluids but can of course be adapted without difficulty to the liquid flow rate control with a substantially discontinuous consumption rate, such as for example the pulsed flow regimes used either in the industrial sector or in the medical field, particularly in the context of cardiac simulators.
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|---|---|
| FR2593299B1 (en) | 1994-04-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |