一种头罩式间接能量测试方法及装置制造方法及图纸

技术编号:18242892 阅读:40 留言:0更新日期:2018-06-20 00:20
本发明专利技术公开了一种头罩式间接能量测试方法及装置,可用于对人体能量代谢率的简单、准确测量。本发明专利技术中运用负压头罩收集分析人体呼出气体,使得计算能量代谢率时无需考虑面罩和生理死腔误差修正,无需考虑流速与浓度间延迟校对,简化了测试数据分析计算复杂度,提高了测量的精度;通过设计负压头罩的结构和对应的自适应抽气速度调整算法,减少浓度稀释比例;同时还采用了一种泄压装置,平衡标定气和测量气间压力差,提高了测量结果准确性。本发明专利技术可用于人体静息能量消耗测量,具有舒适、安全、测量精度高的优点。

A method and device for measuring indirect energy of head cover type

The invention discloses a head type indirect energy test method and device, which can be used for simple and accurate measurement of energy metabolism rate of human body. In the invention, the negative pressure head cover is used to collect and analyze the human exhaled gas, which makes the calculation of the energy metabolism rate without considering the correction of the mask and the physiological dead cavity error, without considering the delay between the velocity and the concentration, simplifies the complexity of the analysis and calculation of the test data, and improves the accuracy of the measurement. The adaptive gas velocity adjustment algorithm should be used to reduce the concentration dilution ratio; at the same time, a kind of pressure relief device is adopted to balance the calibration gas and measure the pressure difference between the gas and improve the accuracy of the measurement results. The invention can be used for measuring the resting energy consumption of the human body, and has the advantages of comfort, safety and high measuring accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种头罩式间接能量测试方法及装置
本专利技术涉及气体样本采集分析领域,具体涉及一种头罩式间接能量测试方法及装置。
技术介绍
气体代谢分析仪器通过测试一定时间内氧消耗量、二氧化碳产生量计算出人体的能量消耗,以及三大营养物质(碳水化合物、脂肪和蛋白质)在能量消耗中的构成,用于营养代谢评估。另外该装置还可与跑步机、功率车等负载设备配合,测试人体在不同运动负荷下的摄氧量、二氧化碳排出量,用于评估人体心肺耐力测试与心肺循环系统疾病无创诊断。因此气体代谢测试在营养膳食指导、疾病诊断与康复领域具有重要的应用价值。早期的气体代谢测试比较简单,一般采用道格拉斯气袋法。测试过程中将所有呼出气体全部收集到气袋中,整个测试过程需要几十个气袋。测试完成后,先测量呼出气体的体积,再使用化学分析方法分析气袋中氧气和二氧化碳的浓度,整个过程缓慢而且繁琐。由于道格拉斯气袋法不能做到数据的实时分析,同时设备庞大,通气管路是封闭式的,呼气阻力很大。微型混合室方法采集微量人体呼出气体进行分析,微型混合室与道格拉斯气袋法相比,其最大的优点是可以在开放式呼吸模式下进行测量,但受采样误差和呼吸死腔影响,其准确度仍有待提高。头罩式间接能量测试方法是一种开放式能量代谢测试方法,相对于闭合式能量代谢测试,测试过程受试者可以自由呼吸环境空气,没有管道阻力,因此测试过程更加舒适,更加人性化;头罩式能量代谢测试采样负压头罩收集人体呼出气体,利用氮气平衡分析计算,不需要相关通气死腔的误差修正,另外与人体呼出气体流速实时变化不同,头罩抽气速度恒定,头罩中的气体浓度分析不需要与流速关联,即不需要修正流速、浓度传感器的反映延迟,因此测量结果更加准确可靠。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过提出一种新型头罩式间接能量测试方法及装置,提高了测试者在测试过程中的舒适度和安全性。实现了对人体呼出气体更加精确的测量。为了达到上述目的,本专利技术所采用的方案为:一种头罩式间接能量测试装置,该装置由头罩、流量传感器、阻尼器、第一抽气泵组成的气体采集混合部分实现了人体呼出气体和空气组成混合气体的采集与混合,其中第一抽气泵、阻尼器、流量传感器、头罩抽气口依此通过气管连接,第一抽气泵经该通路抽取头罩中人体呼出气体,最后排除到空气中,阻尼器用于稳定抽气气流,流量传感器用于抽气流速测量;由第一气瓶、第二气瓶、四通阀、氧传感器、二氧化碳传感器、第二抽气泵组成的气体浓度分析部分实现了气体浓度分析,其中四通阀B端连接阻尼器与流量传感器间的气管,用于抽取气管中的气体,四通阀A端连通环境空气,用于抽取环境气体,第一气瓶中高浓度标定气由导管依此经第一双级减压阀、第一电磁阀连接到溢出接口,第二气瓶中低浓度标定气由导管依此经第二双级减压阀、第二电磁阀连接到溢出接口一端,溢出口另一端经稳压阀连接到四通阀D端,四通阀可选择打开A-C、B-C、D-C任一通路,第二抽气泵连接缓冲装置,同时经氧传感器和二氧化碳传感器抽取四通阀C端气体;由控制单元负责检测装置中泵和阀的控制、数据的采集与上传;人机交互设备用于数据处理、分析和显示。其中,通过一个部分开放的透明头罩收集人体呼出气体,该面罩通过包含一个用于密封的软质围边、一个空气进气口和一个抽气口,测试抽气时,头罩内部形成负压,进气口与出气口之间形成对流,将人呼出气体抽入风机管路中。其中,在对氧传感器和二氧化碳传感器进行标定时,先将气瓶中的高压标定气体通过溢出接口进行压力释放,再通过第二抽气泵将标定气体抽入氧传感器和二氧化碳传感器进行浓度标定。一种头罩式间接能量测试方法,在测试开始时,分析头罩中二氧化碳的浓度来自适应调整第一抽气泵的抽气速度,第一抽气泵的速度分成若干档位,起始时根据体重预设第一抽气泵的抽气速度档位,其后每隔50秒分析该呼吸周期中头罩内二氧化碳浓度的最小值与最大值,并与预设的阈值比较,调整风机档位,当阈值条件满足后,抽气速度档位保持恒定。一种头罩式间接能量测试方法,步骤如下:步骤一:在受试者测试之前打开四通阀D-C方向的阀门,关闭四通阀其余方向的阀门,先进行传感器高浓度部分的标定,打开第一气瓶和第一双级减压阀的阀门,其中第一气瓶为高浓度气瓶,第二抽气泵以恒定的速度抽取气体,第一气瓶中标定气体通过溢出接口,一部分通过稳压阀进入氧传感器和二氧化碳传感器,对氧传感器和二氧化碳传感器进行标定,另一部分排向空气中,一段时间后,氧传感器和二氧化碳传感器高浓度部分标定结束,关闭第一电磁阀,接下来进行传感器低浓度部分的标定,打开第二气瓶和第二双级减压阀的阀门,第二气瓶为低浓度气瓶,第二抽气泵以恒定的速度抽取气体,第二气瓶中标定气体通过溢出接口,一部分通过稳压阀进入氧传感器和二氧化碳传感器,对氧传感器和二氧化碳传感器进行标定,另一部分排向空气中,一段时间后,氧传感器和二氧化碳传感器低浓度部分标定结束,关闭第二电磁阀;步骤二:打开四通阀A-C方向的阀门,关闭四通阀其余方向的阀门,第二抽气泵以恒定速度将测试环境中的空气抽送到氧传感器和二氧化碳传感器,氧传感器和二氧化碳传感器测量出一段时间内空气中平均氧气浓度和平均二氧化碳浓度;步骤三:受试者在人机交互设备上进行信息注册,完成注册后,测试人员帮助受试者带上头罩并告知受试者测量过程中的注意事项,让受试者休息半个小时左右以便进入静息状态;步骤四:打开四通阀B-C方向的阀门,关闭四通阀其余方向的阀门,点击开始按钮,测量开始风机根据预算速度开始抽气,头罩中形成负压,吸入头罩的环境气体与人体呼出的代谢气体被一同吸入抽气管路中,此时根据二氧化碳浓度,每隔50秒风机的抽气速度会自适应调整,当达到设定的二氧化碳浓度要求后,第一抽气泵以恒定档位速度抽取气体,抽出的混合气体进入流量传感器,流量传感器测量混合气体的流量,控制单元通过流量传感器采集气体流量数据,第二抽气泵以恒定速度对管路中的气体取样,取样的一部分混合气体进入气体浓度分析部分,气体浓度分析部分获取管路中气体实时浓度数据;步骤五:人机交互设备根据控制单元采集上传的数据,推算出一段时间内摄氧量、二氧化碳排出量,推算过程如下:排出头罩的混合气体体积:排出头罩的混合气体中氮气浓度:FEN2=1-FECO2–FEO2环境空气中氮气浓度:FIN2=1-FICO2–FIO2抽入头罩中空气体积:Vin=Vout×FEN2/FIN2摄氧量:VO2=Vin×FEO2-Vout×FIO2二氧化碳排出量:VCO2=Vout×FICO2-Vin×FECO2其中:v(t)为抽气管路中混合气体瞬时流速;t1为采样开始的时间点;t2为采样结束的时间点;FECO2为排出头罩的混合气体中平均二氧化碳浓度;FEO2为排出头罩的混合气体中平均氧气浓度;FIO2为抽入空气中平均氧气浓度;FICO2为抽入空气中平均二氧化碳浓度。本专利技术取得的有益效果:1、本专利技术一种头罩式间接能量测试方法,测试过程受试者不需要佩戴面罩,呼出气体不会泄露,同时不需要面罩相关的死腔修正,另测试过程可自由呼吸新鲜空气,因此是一种简单便捷、准确的间接能量代谢测试方法。2、本专利技术一种头罩式间接能量测试方法,开始测试时,每隔50秒调整一次风机速度,当二氧化碳浓度达到预设浓度范围时,抽气速度档位不再变化,即在后续测试过程风机抽气速度保持恒定,因此计算人体摄氧量和二氧化本文档来自技高网
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一种头罩式间接能量测试方法及装置

【技术保护点】
1.一种头罩式间接能量测试装置,其特征在于:该装置由头罩(18)、流量传感器(17)、阻尼器(15)、第一抽气泵(14)组成的气体采集混合部分实现了人体呼出气体和空气组成混合气体的采集与混合,其中第一抽气泵(14)、阻尼器(15)、流量传感器(17)、头罩(18)抽气口依此通过气管连接,第一抽气泵(14)经该通路抽取头罩中人体呼出气体,最后排除到空气中,阻尼器(15)用于稳定抽气气流,流量传感器(17)用于抽气流速测量;由第一气瓶(1)、第二气瓶(2)、四通阀(9)、氧传感器(10)、二氧化碳传感器(11)、第二抽气泵(13)组成的气体浓度分析部分实现了气体浓度分析,其中四通阀(9)B端连接阻尼器(15)与流量传感器(17)间的气管,用于抽取气管中的气体,四通阀(9)A端连通环境空气,用于抽取环境气体,第一气瓶(1)中高浓度标定气由导管依此经第一双级减压阀(3)、第一电磁阀(5)连接到溢出接口(7),第二气瓶(2)中低浓度标定气由导管依此经第二双级减压阀(4)、第二电磁阀(6)连接到溢出接口(7)一端,溢出口另一端经稳压阀(8)连接到四通阀(9)D端,四通阀(9)可选择打开A‑C、B‑C、D‑C任一通路,第二抽气泵(13)连接缓冲装置(12),同时经氧传感器(10)和二氧化碳传感器(11)抽取四通阀(9)C端气体;由控制单元负责检测装置中泵和阀的控制、数据的采集与上传;人机交互设备用于数据处理、分析和显示。...

【技术特征摘要】
1.一种头罩式间接能量测试装置,其特征在于:该装置由头罩(18)、流量传感器(17)、阻尼器(15)、第一抽气泵(14)组成的气体采集混合部分实现了人体呼出气体和空气组成混合气体的采集与混合,其中第一抽气泵(14)、阻尼器(15)、流量传感器(17)、头罩(18)抽气口依此通过气管连接,第一抽气泵(14)经该通路抽取头罩中人体呼出气体,最后排除到空气中,阻尼器(15)用于稳定抽气气流,流量传感器(17)用于抽气流速测量;由第一气瓶(1)、第二气瓶(2)、四通阀(9)、氧传感器(10)、二氧化碳传感器(11)、第二抽气泵(13)组成的气体浓度分析部分实现了气体浓度分析,其中四通阀(9)B端连接阻尼器(15)与流量传感器(17)间的气管,用于抽取气管中的气体,四通阀(9)A端连通环境空气,用于抽取环境气体,第一气瓶(1)中高浓度标定气由导管依此经第一双级减压阀(3)、第一电磁阀(5)连接到溢出接口(7),第二气瓶(2)中低浓度标定气由导管依此经第二双级减压阀(4)、第二电磁阀(6)连接到溢出接口(7)一端,溢出口另一端经稳压阀(8)连接到四通阀(9)D端,四通阀(9)可选择打开A-C、B-C、D-C任一通路,第二抽气泵(13)连接缓冲装置(12),同时经氧传感器(10)和二氧化碳传感器(11)抽取四通阀(9)C端气体;由控制单元负责检测装置中泵和阀的控制、数据的采集与上传;人机交互设备用于数据处理、分析和显示。2.根据权利要求1所述的一种头罩式间接能量测试装置,其特征在于:通过一个部分开放的透明头罩(18)收集人体呼出气体,该面罩通过包含一个用于密封的软质围边、一个空气进气口和一个抽气口,测试抽气时,头罩内部形成负压,进气口与出气口之间形成对流,将人呼出气体抽入风机管路(16)中。3.根据权利要求1所述的一种头罩式间接能量测试装置,其特征在于:在对氧传感器(10)和二氧化碳传感器(11)进行标定时,先将气瓶中的高压标定气体通过溢出接口进行压力释放,再通过第二抽气泵(13)将标定气体抽入氧传感器(10)和二氧化碳传感器(11)进行浓度标定。4.一种头罩式间接能量测试方法,其特征在于:在测试开始时,分析头罩中二氧化碳的浓度来自适应调整第一抽气泵(14)的抽气速度,第一抽气泵(14)的速度分成若干档位,起始时根据体重预设第一抽气泵(14)的抽气速度档位,其后每隔50秒分析该呼吸周期中头罩(18)内二氧化碳浓度的最小值与最大值,并与预设的阈值比较,调整风机档位,当阈值条件满足后,抽气速度档位保持恒定。5.一种头罩式间接能量测试方法,其特征在于:步骤如下:步骤一:在受试者测试之前打开四通阀(9)D-C方向的阀门,关闭四通阀(9)其余方向的阀门,先进行传感器高浓度部分的标定,打开第一气瓶(1)和第一双级减压阀(3)的阀门,其中第一气瓶(1)为高浓度气瓶,第二抽气泵(13)以恒定的速度抽取气体,...

【专利技术属性】
技术研发人员:王远汪锡张弦高理升张文杰何子军曹庆庆许金林孙怡宁马祖长陈焱焱周旭杨先军
申请(专利权)人:中国科学院合肥物质科学研究院
类型:发明
国别省市:安徽,34

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