本發(fā)明涉及電子設(shè)備領(lǐng)域,尤其是一種便攜式慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備的校準(zhǔn)裝置及方法。
背景技術(shù):
目前國(guó)內(nèi)哮喘病、慢性阻塞性肺疾病等慢性呼吸疾病,是一種常見(jiàn)病,主要病變?cè)跉夤堋⒅夤?、肺部和胸腔。?dāng)前由于國(guó)內(nèi)環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重,呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病率不斷上升。據(jù)《中國(guó)居民營(yíng)養(yǎng)與慢性病狀況報(bào)告(2015年)》顯示,2015年慢性呼吸系統(tǒng)疾病死亡率為68/10萬(wàn),為中國(guó)居民第三位慢性病死因。40歲以上人群慢性阻塞性肺病患病率為9.9%。而此前的調(diào)查數(shù)據(jù)也顯示,中國(guó)的哮喘患者人數(shù)超過(guò)3000萬(wàn)。呼吸系統(tǒng)疾病對(duì)健康的危害巨大,但公眾對(duì)其知之甚少,疾病控制率也較低。因此便攜式的個(gè)人家用的慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備具有廣闊的應(yīng)用前景和迅猛的發(fā)展勢(shì)頭。
然而,對(duì)于此類監(jiān)測(cè)設(shè)備,如何確保監(jiān)測(cè)精度,是人們首要關(guān)注問(wèn)題,也是核心的技術(shù)難點(diǎn)。而校準(zhǔn)方法的可靠性也是實(shí)現(xiàn)該類監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)精度可靠的重要保障。目前市面上有美國(guó)、瑞典等國(guó)家生產(chǎn)的模擬肺系統(tǒng)提供了此類設(shè)備的校準(zhǔn)方案,但是這些模擬肺系統(tǒng)主要面向醫(yī)用,價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜。用于便攜式的慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備的校準(zhǔn)性價(jià)比低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為解決上述問(wèn)題,本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,且減少成本的一種便攜式慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)儀校準(zhǔn)裝置。
本發(fā)明另一個(gè)目的是:提供一種便攜式慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是。
一種便攜式慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)裝置,包括空壓機(jī)、減壓閥、通道選擇器、中央控制器和流量控制器組,所述空壓機(jī)的輸出端通過(guò)減壓閥連接至通道選擇器的輸入端,所述通道選擇器的輸出端與流量控制器組的輸入端連接,所述中央控制器分別與通道選擇器和流量控制器組相連接。
進(jìn)一步改進(jìn)的,所述流量控制器組包括第一流量控制器、第二流量控制器、第三流量控制器和第四流量控制器,所述通道選擇器的第一輸出端連接至第一流量控制器的輸入端,所述通道選擇器的第二輸出端連接至第二流量控制器的輸入端,所述通道選擇器的第三輸出端連接至第三流量控制器的輸入端,所述通道選擇器的第四輸出端連接至第四流量控制器的輸入端,所述第一流量控制器、第二流量控制器、第三流量控制器和第四流量控制器均與中央控制器連接。
進(jìn)一步改進(jìn)的,所述中央控制器包括單片機(jī)電路和信號(hào)發(fā)生器,所述單片機(jī)電路分別與信號(hào)發(fā)生器、通道選擇器、第一流量控制器、第二流量控制器、第三流量控制器和第四流量控制器相連接。
進(jìn)一步改進(jìn)的,所述空壓機(jī)采用大功率、大流量輸出的空氣壓縮機(jī),流量輸出范圍為0~800LPM。
進(jìn)一步改進(jìn)的,所述第一流量控制器的量程為0~100LPM,所述第二流量控制器的量程為0~200LPM,所述第三流量控制器的量程為0~500LPM,所述第四流量控制器的量程為0~800LPM。
進(jìn)一步改進(jìn)的,所述第一流量控制器、第二流量控制器、第三流量控制器和第四流量控制器均采用日本山武CMQ-V系列的流量控制器。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的另一技術(shù)方案是。
利用上述裝置的便攜式慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)方法,包括建立用于便攜性慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)的有限狀態(tài)機(jī),所述建立的有限狀態(tài)機(jī)包括系統(tǒng)初始化狀態(tài)、通道選擇狀態(tài)、流量控制狀態(tài);所述的系統(tǒng)初始化狀態(tài),執(zhí)行系統(tǒng)上電初始化,默認(rèn)啟動(dòng)第一流量控制器,關(guān)閉其他通道;所述的通道選擇狀態(tài),執(zhí)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流量控制器的實(shí)際測(cè)量值,當(dāng)流量滿量程時(shí),執(zhí)行啟動(dòng)下一流量控制通道,同時(shí)關(guān)閉其他通道;所述的流量控制狀態(tài),執(zhí)行具體流量大小控制,設(shè)定步進(jìn)長(zhǎng)度為各流量控制器控制精度的一半,在0~100LPM范圍內(nèi),啟動(dòng)第一流量控制器,氣流以1.25LPM步進(jìn)遞增輸出,在100~200LPM范圍內(nèi),啟動(dòng)第二流量控制器,氣流以2.5LPM步進(jìn)遞增輸出,在200~500LPM范圍內(nèi),啟動(dòng)第三流量控制器,氣流以6.25LPM步進(jìn)遞增輸出,在500~800LPM范圍內(nèi),啟動(dòng)第四流量控制器,氣流以10LPM步進(jìn)遞增輸出,通過(guò)依次采用第一、第二、第三、第四流量控制器完成慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備0~800LPM范圍內(nèi)的氣流校準(zhǔn)。
進(jìn)一步的,本發(fā)明所述的流量控制狀態(tài),由單片機(jī)電路產(chǎn)生步進(jìn)信號(hào)給信號(hào)發(fā)生器,信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)控制信號(hào)調(diào)節(jié)流量控制器電磁閥開(kāi)度,從而流量控制器輸出我們需要的氣流。將此氣流輸送到監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn),分別記錄流量值與電壓值。針對(duì)不同流量控制器反復(fù)進(jìn)行上述操作,完成0~800LPM氣流標(biāo)定,監(jiān)測(cè)設(shè)備根據(jù)氣流產(chǎn)生壓差再轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),每一個(gè)氣體流量值對(duì)應(yīng)一個(gè)電壓值。根據(jù)這種一一對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合處理,建立電壓與氣流函數(shù)關(guān)系模型,該模型即可應(yīng)用于監(jiān)測(cè)設(shè)備的校準(zhǔn)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的裝置有益效果是:
本發(fā)明的裝置一種便攜式慢性呼吸疾病檢測(cè)儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便,并且成本較低,其通過(guò)大功率空壓機(jī)產(chǎn)生穩(wěn)定的氣源,然后根據(jù)氣流的大小進(jìn)行分級(jí),采用通道選擇器在流量控制器組中選擇合適的流量控制器,由流量控制器精確控制并輸出穩(wěn)定的氣流,氣流大小滿足模擬人體用力呼氣量從最小值到最大值的過(guò)程。本發(fā)明通過(guò)采用分級(jí)校準(zhǔn)的方式,采用相適應(yīng)量程的流量控制器對(duì)氣流進(jìn)行測(cè)量,從而能有效降低相對(duì)誤差,使得校準(zhǔn)更為準(zhǔn)確、可靠。
本發(fā)明采用流量分級(jí)控制及測(cè)量方法,流量控制器本身具有固有的測(cè)量誤差,量程越大誤差就越大,采用分級(jí)測(cè)量目的在于用小量程來(lái)代替大量程,使測(cè)量誤差盡可能小,測(cè)量值盡可能接近真實(shí)值,從而使流量值與電壓值映射關(guān)系更為真實(shí)可靠。利用所述方法,可以將氣流與電壓建立一一映射關(guān)系,根據(jù)這種映射關(guān)系,采用積分運(yùn)算以及相關(guān)數(shù)學(xué)算法可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)慢性呼吸疾病,例如:哮喘病、慢性阻塞性肺疾病的PEF、FEV1和FEV1%三個(gè)與哮喘病病情波動(dòng)最為相關(guān)的參數(shù)。該方法流程簡(jiǎn)單,操作靈活,且成本低,性能穩(wěn)定,具有可靠的校準(zhǔn)精度。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明一種便攜性慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)圖;
圖2為本發(fā)明一種便攜式慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)方法工作流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步說(shuō)明,但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)不限于此,以下若有未特別詳細(xì)說(shuō)明之處,均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。
參照?qǐng)D1,一種便攜性慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)裝置,包括:
空壓機(jī),用于產(chǎn)生穩(wěn)定的氣源,模擬人體用力呼氣所需要的氣流;
減壓閥,用于降低空壓機(jī)所產(chǎn)生氣流的壓力,將壓力限定在后續(xù)設(shè)備耐壓范圍內(nèi);
通道選擇器,用于控制各個(gè)流量控制通道的開(kāi)閉,選擇合適的通道供校準(zhǔn)裝置使用;
中央控制器,用于控制流量控制器的電磁閥開(kāi)度以及通道選擇器的通道開(kāi)閉;
第一流量控制器,量程為0~100LPM,精度為±2.5%滿量程(±2.5LPM),用于控制流量值位于100LPM以下的氣流;
第二流量控制器,量程為0~200LPM,精度為±2.5%滿量程(±5LPM),用于控制流量值位于100~200LPM范圍內(nèi)的氣流;
第三流量控制器,量程為0~500LPM,精度為±2.5%滿量程(±12.5LPM),用于控制流量值位于200~500LPM范圍內(nèi)的氣流;
第四流量控制器,量程為0~800LPM,精度為±2.5%滿量程(±20LPM),用于控制流量值位于500~800LPM范圍內(nèi)的氣流。
所述空壓機(jī)的輸出端通過(guò)減壓閥連接至通道選擇器的輸入端,所述通道選擇器的輸出端與流量控制器組的輸入端連接,所述中央控制器分別與通道選擇器和流量控制器組相連接。
其中,中央控制器由單片機(jī)電路以及信號(hào)發(fā)生器組成,連接流量控制器的控制端和流量信號(hào)輸出端,同時(shí)連接通道選擇器控制端,形成反饋回路。
參照?qǐng)D2,一種便攜性慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)方法,包括:建立用于便攜性慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)的有限狀態(tài)機(jī),所述建立的有限狀態(tài)機(jī)包括系統(tǒng)初始化狀態(tài)、通道選擇狀態(tài)、流量控制狀態(tài);
所述的系統(tǒng)初始化狀態(tài),執(zhí)行系統(tǒng)上電初始化,默認(rèn)啟動(dòng)第一流量控制器,關(guān)閉其他通道;所述的通道選擇狀態(tài),執(zhí)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流量控制器的實(shí)際測(cè)量值,當(dāng)流量控制器滿量程時(shí),執(zhí)行啟動(dòng)下一流量控制通道,同時(shí)關(guān)閉其他通道;所述的流量控制狀態(tài),執(zhí)行具體的流量大小控制,設(shè)定步進(jìn)長(zhǎng)度為各流量控制器控制精度的一半,在0~100LPM范圍內(nèi),啟動(dòng)第一流量控制器,氣流以1.25LPM步進(jìn)遞增輸出,在100~200LPM范圍內(nèi),啟動(dòng)第二流量控制器,氣流以2.5LPM步進(jìn)遞增輸出,在200~500LPM范圍內(nèi),啟動(dòng)第三流量控制器,氣流以6.25LPM步進(jìn)遞增輸出,在500~800LPM范圍內(nèi),啟動(dòng)第四流量控制器,氣流以10LPM步進(jìn)遞增輸出,通過(guò)依次采用第一、第二、第三、第四流量控制器完成慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備0~800LPM范圍內(nèi)的氣流校準(zhǔn)。
實(shí)施例一
參照?qǐng)D1,本發(fā)明的第一實(shí)施例:
本實(shí)施例的一種便攜性慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)裝置由空氣壓縮機(jī)、減壓閥、通道選擇器、中央控制器、第一流量控制、第二流量控制器、第三流量控制器、第四流量控制器以及慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備構(gòu)成。
其中,空壓機(jī),用于產(chǎn)生穩(wěn)定的氣源,模擬人體用力呼氣所需要的氣流,氣流輸送到減壓閥。減壓閥,用于降低空壓機(jī)所產(chǎn)生氣流的壓力,將壓力限定在后續(xù)設(shè)備耐壓范圍內(nèi)。通道選擇器初始化狀態(tài)時(shí)默認(rèn)打開(kāi)第一流量控制器,其他通道全部關(guān)閉,由中央控制器控制開(kāi)閉,形成反饋回路,根據(jù)判斷氣流是否超量程,選擇合適的流量控制器供監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)使用。中央控制器,由單片機(jī)電路以及信號(hào)發(fā)生器組成,單片機(jī)電路作為中央總控一方面用于設(shè)置步進(jìn),調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)大小,另一方面根據(jù)流量控制器反饋完成邏輯判斷,控制通道選擇器。第一流量控制器,量程為0~100LPM,精度為±2.5%滿量程(±2.5LPM),用于控制流量值位于100LPM以下的氣流。第二流量控制器,量程為0~200LPM,精度為±2.5%滿量程(±5LPM),用于控制流量值位于100~200LPM范圍內(nèi)的氣流。第三流量控制器,量程為0~500LPM,精度為±2.5%滿量程(±12.5LPM),用于控制流量值位于200~500LPM范圍內(nèi)的氣流。第四流量控制器,量程為0~800LPM,精度為±2.5%滿量程(±20LPM),用于控制流量值位于500~800LPM范圍內(nèi)的氣流。這些控制器組成流量控制器組,分別由中央控制器控制,各流量控制器切換完全自適應(yīng),將合適的流量輸出通道連接待校準(zhǔn)設(shè)備即可建立流量與電壓信號(hào)的映射模型,該模型即可用于慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備的校準(zhǔn)。
本實(shí)施例的中央控制器擔(dān)任核心的中央總控,完成整個(gè)工作流程的自動(dòng)化控制。
本實(shí)施例一種便攜性慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)裝置的工作原理為:
采用的大功率空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生穩(wěn)定的氣源,通過(guò)減壓閥進(jìn)行減壓,根據(jù)氣流大小采用通道選擇器選擇合適的流量控制器,流量控制器由控制器精確控制并測(cè)量流量的大小,同時(shí)實(shí)時(shí)顯示,氣流滿足模擬人體用力呼氣量從最小值到最大值的過(guò)程。在0~800LPM的校準(zhǔn)范圍內(nèi)采用分級(jí)校準(zhǔn)的方式,采用第一流量控制器:量程0~100LPM、第二流量控制器:量程0~200LPM、第三流量控制器:量程0~500LPM、第四流量控制器:量程0~800LPM量程的四臺(tái)流量控制器完成相應(yīng)氣流的控制與測(cè)量,通道選擇采用單片機(jī)電路自動(dòng)控制。由于流量控制器本身固有的測(cè)量誤差,四臺(tái)流量控制器精度都為±2.5%滿量程,通過(guò)采用合適量程測(cè)量流量可有效降低相對(duì)誤差,設(shè)定步進(jìn)長(zhǎng)度為各流量控制器控制精度的一半,具體實(shí)現(xiàn)方法:在0~100LPM內(nèi)使用第一流量控制器,氣流以步進(jìn)1.25LPM遞增輸出,100~200LPM內(nèi)使用第二流量控制器,氣流以步進(jìn)2.5LPM遞增輸出,200~500LPM內(nèi)使用第三流量控制器,氣流以步進(jìn)6.25LPM遞增輸出,500~800LPM內(nèi)使用第四流量控制器,氣流以步進(jìn)10LPM遞增輸出。經(jīng)過(guò)流量控制器測(cè)量的氣流輸送至慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備,確定的氣流會(huì)產(chǎn)生確定的電壓信號(hào),不同氣流與不同電壓形成一一映射,同時(shí)可通過(guò)上述校準(zhǔn)裝置修改步進(jìn),測(cè)量更多的氣流量值,激勵(lì)監(jiān)測(cè)設(shè)備產(chǎn)生更多的電壓信號(hào),基于大量數(shù)據(jù)分析與處理使氣流與電壓的映射關(guān)系更為準(zhǔn)確、可靠,這種映射關(guān)系即可用于便攜式慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備的校準(zhǔn),由監(jiān)測(cè)設(shè)備的電壓信號(hào)反向映射成已經(jīng)標(biāo)定的氣流,如此完成監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)。校準(zhǔn)的映射關(guān)系通過(guò)積分運(yùn)算以及相關(guān)數(shù)學(xué)算法可實(shí)時(shí)測(cè)量慢性呼吸疾病,例如:哮喘病、慢性阻塞性肺疾病的PEF、FEV1和FEV1%等參數(shù)。
實(shí)施例二
參照?qǐng)D2,本發(fā)明的第二實(shí)施例:
本實(shí)施例的一種便攜性慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)方法的有限狀態(tài)機(jī)包括:系統(tǒng)初始化狀態(tài)、通道選擇狀態(tài)、流量控制狀態(tài)。
參照?qǐng)D2,本發(fā)明工作流程如下:
(1)開(kāi)機(jī),系統(tǒng)自動(dòng)初始化,默認(rèn)開(kāi)啟第一流量控制器,其他通道關(guān)閉;
(2)系統(tǒng)初始化完成后,第一流量控制器開(kāi)始工作,中央控制器產(chǎn)生1.25LPM的步進(jìn)信號(hào)輸送到第一流量控制器,同時(shí)將穩(wěn)定的氣流輸送到待校準(zhǔn)監(jiān)測(cè)設(shè)備,記錄流量值與監(jiān)測(cè)設(shè)備產(chǎn)生的電壓信號(hào),建立一一映射關(guān)系;
(3)中央控制器內(nèi)的邏輯電路實(shí)時(shí)判斷第一流量控制器內(nèi)的氣流是否超量程,如果沒(méi)有超量程則繼續(xù)執(zhí)行按設(shè)定步進(jìn)遞增輸出氣流,如果超量程,此時(shí)中央控制器選擇打開(kāi)第二流量控制器,同時(shí)關(guān)閉第一流量控制器,氣流經(jīng)由第二流量控制器進(jìn)行精確控制;
(4)選定第二流量控制器后,中央控制器產(chǎn)生2.5LPM步進(jìn)的控制信號(hào),將穩(wěn)定的氣流輸送到待校準(zhǔn)監(jiān)測(cè)設(shè)備,記錄流量值與待校準(zhǔn)設(shè)備電壓信號(hào),建立一一映射關(guān)系,同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控該控制器內(nèi)氣流是否超量程,一旦超量程,中央控制器關(guān)閉第二流量控制器,同時(shí)打開(kāi)第三流量控制器;
(5)選定第三流量控制器后,中央控制器產(chǎn)生6.25LPM步進(jìn)的控制信號(hào),將穩(wěn)定的氣流輸送到待校準(zhǔn)監(jiān)測(cè)設(shè)備,記錄流量值與待校準(zhǔn)設(shè)備電壓信號(hào),建立一一映射關(guān)系,同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控該控制器內(nèi)氣流是否超量程,一旦超量程,中央控制器關(guān)閉第三流量控制器,同時(shí)打開(kāi)第四流量控制器;
(6)選定第四流量控制器后,中央控制器產(chǎn)生10LPM步進(jìn)的控制信號(hào),將穩(wěn)定的氣流輸送到待校準(zhǔn)設(shè)備,記錄流量值與待校準(zhǔn)設(shè)備電壓信號(hào),建立一一映射關(guān)系;
(7)完成第(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)步,將0~800LPM內(nèi)所有標(biāo)定的數(shù)值整理分析,建立準(zhǔn)確的映射關(guān)系模型,用于便攜式慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)。
本實(shí)施例的校準(zhǔn)方法的工作原理如下:
a)系統(tǒng)初始化狀態(tài):執(zhí)行系統(tǒng)上電初始化,默認(rèn)開(kāi)啟第一流量控制器,關(guān)閉其他通道;
b)通道選擇狀態(tài):執(zhí)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流量控制器的實(shí)際測(cè)量值,當(dāng)流量控制器滿量程時(shí),執(zhí)行啟動(dòng)下一量程流量控制通道,同時(shí)關(guān)閉其他通道;
c)流量控制狀態(tài):執(zhí)行具體流量大小控制,設(shè)定步進(jìn)長(zhǎng)度為各流量控制器控制精度的一半,在0~100LPM范圍內(nèi),啟動(dòng)第一流量控制器,氣流以1.25LPM步進(jìn)遞增輸出,在100~200LPM范圍內(nèi),啟動(dòng)第二流量控制器,氣流以2.5LPM步進(jìn)遞增輸出,在200~500LPM范圍內(nèi),啟動(dòng)第三流量控制器, 氣流以6.25LPM步進(jìn)遞增輸出,在500~800LPM范圍內(nèi),啟動(dòng)第四流量控制器, 氣流以10LPM步進(jìn)遞增輸出,通過(guò)依次采用第一、第二、第三、第四流量控制器完成慢性呼吸疾病監(jiān)測(cè)設(shè)備0~800LPM范圍內(nèi)的氣流校準(zhǔn)。
以上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說(shuō)明,但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例,熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換,這些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。