基于面罩的呼吸装置和控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种辅助呼吸面罩。在一个方面，由风扇马达产生的信号被检测和用于开启风扇，该信号由风扇关闭时用户的呼吸引起的风扇的机械运动所产生。在另一个方面，实现一种压力监测系统。使用风扇的转速来导出联接至风扇的面罩空气腔中的压力或检测联接至风扇的面罩空气腔中的压力变化。这避免了需要单独的压力传感器，并且使用跨越面罩的压力来确定面罩是否被佩戴。

【技术实现步骤摘要】
基于面罩的呼吸装置和控制方法
本专利技术涉及一种面罩形式的呼吸装置，用于给呼吸装置的佩戴者提供经过滤的空气，其中风扇辅助气流流动。
技术介绍
世界卫生组织(WHO)估计每年有400万人死于空气污染。这个问题的一部分就是城市的户外空气质量。其中最糟糕的是像德里这样的印度城市，其每年污染水平超过建议水平的10倍。众所周知，北京的年平均污染水平是建议安全水平的8.5倍。但是，即使在像伦敦、巴黎和柏林这样的欧洲城市，该水平也高于WHO建议的水平。由于这个问题在短时间内不会得到显著改善，所以解决这个问题的唯一方法是佩戴能够通过过滤来提供更清洁的空气的面罩。为了提升舒适性和效果，可以在面罩上添加一个或两个风扇。这些风扇在使用期间被开启，并且通常在恒定电压下使用。出于效率和寿命原因，这些风扇通常是电换向无刷直流风扇。佩戴者使用动力面罩的益处在于，减轻了肺部承受的由于克服常规非动力面罩中的过滤器的阻力吸气所引起的轻微压力。此外，在常规无动力面罩中，吸气还在面罩内引起轻微的负压，导致污染物泄漏进面罩中，如果这些污染物是有毒物质则能够证明该泄漏是危险的。动力面罩向面部输送稳定的空气流，并且可以例如提供轻微的正压，该正压可以由呼出阀的阻力来确定，以确保任何泄漏是向外的而不是向内的。如果调节风扇运转或速度，则有若干个优点。这可以用于在吸气和呼气过程期间通过更合适的通风来提升舒适性，或者可以用于提升电效率。后者转化成更长的电池寿命或增加的通风。在当前的设计中，这两方面都需要改进。为了调节风扇速度，可以测量面罩内的压力，并且压力和压力变化均可用于控制风扇。例如，GB2032284公开了一种呼吸器，其中面罩内的压力由压力传感器测量并且风扇速度根据传感器测量值变化。压力传感器的成本很高，因此期望提供一种监测面罩内压力的替代方法。这种压力信息可以用于控制动力呼吸器内的风扇，但是也可以用作其中需要压力信息的任何其它基于风扇的系统的一部分。风扇操作的面罩(Fan-operatedmasks)是电池供电的装置，因此期望将功耗降至最低以及保持成本最低。一个问题是，当面罩没有被佩戴时风扇可能保持开启，并且这导致不必要的功耗。提供专用于检测面罩何时被佩戴的传感器是可能的，但这会增加呼吸面罩的成本。当戴上面罩时，用户通常会启动开关来开启风扇。该开关增加面罩成本、占用空间，并且开启是不方便的。自动电子开启功能将避免缺点。然而，这通常这也需要一个专用传感器来感测面罩的使用。因此，期望找到一种检测到面罩被佩戴的成本更低的解决方案，以便能够检测到从被佩戴到未被佩戴的转换和/或从未被佩戴到被佩戴的转换。
技术实现思路
本专利技术由权利要求限定。根据以本专利技术的一个方面为依据的示例，提供一种面罩，该面罩包括：空气腔；过滤器；风扇，其用于将空气从空气腔外部吸入空气腔中和/或将空气从空气腔内部抽到空气腔外部；检测电路，其用于检测当风扇未被电驱动时由风扇的旋转引起的感应电流或电压尖峰；以及启动电路，其用于响应于来自检测电路的输出启动风扇的电驱动。该面罩设计通过检测由风扇的人为旋转导致的电尖峰来实现当面罩被佩戴时启动风扇。例如，当风扇没有被电驱动时，该旋转是由用户佩戴面罩并通过风扇呼吸引起的。随后这些运动被检测，以便自动开启风扇。这种方法不需要主动感测面罩被佩戴，而是用户的呼吸为感测功能提供能量。感测功能可以低成本和低功耗地集成到风扇电路中。风扇例如包括马达和风扇叶片装置。马达的旋转引起感应电流，其中该马达起发电机的作用。马达例如包括无刷直流马达。检测电路例如连接到马达的定子端子。当转子转动时，能够检测到感应电流在定子线圈中流动。检测电路例如包括高通滤波器和用于存储由电流或电压尖峰产生的电荷的电容器。电荷在电容器上积聚，直到存在足够的电荷来执行激活功能以开启风扇马达。启动电路例如包括晶体管电路，当电容器上存储的电荷达到阈值时激活晶体管电路，从而激活马达的驱动。也可以提供关断电路，用于通过使电容器放电停止风扇的电驱动。因此，面罩可以自动检测从摘下面罩到戴上面罩的转换以及从戴上面罩到摘下面罩的转换。当面罩被摘下时，可以使用关断电路。该面罩可以进一步包括：用于确定风扇的转速的装置；以及控制器，其适用于：根据风扇的转速导出空气腔内的压力或检测空气腔内的压力变化；并且基于导出的压力或压力变化来确定面罩是否被佩戴。这起到压力监测装置的作用，当风扇运行时这是可操作的。以此方式，风扇速度被用作压力测量的替代(proxy)。可以使用风扇本身来测量风扇速度，因此不需要额外的传感器。在正常使用情况下，空气腔可以是封闭的，因此气体腔中的压力波动会影响风扇的负载状态，并且从而改变风扇的电特性。类似地，风扇的电特性可以确定空气腔的特性，例如空气腔的体积以及它是开放体积还是封闭体积。通过确定面罩是否被佩戴，该面罩设计在不需要任何附加传感器的情况下实现在面罩未被佩戴时节省电力。具体地，如果没有检测到跨越面罩的压力差，则表明面罩的两侧都处于大气压力下并且面罩没有被佩戴。实际上，不再有封闭或部分封闭的腔室，因此空气腔与大气相通。如果检测到面罩没有被佩戴，则可以关闭风扇。以这种方式，风扇可以被用作传感器，用于检测面罩从被佩戴状态到未被佩戴状态的转变以及从未被佩戴状态到被佩戴状态的转变。面罩可以进一步包括用于使空气腔向外部可控地通风的排气阀。排气阀可以包括被动压力调节的止回阀或被主动驱动的电动可控阀。这可以用于使面罩更舒适。在吸气期间，通过(主动地或被动地)关闭排气阀来防止未经过滤的空气被吸入。在呼气期间，打开排气阀以便排放呼出的空气。控制器可以适用于根据压力监测系统确定呼吸周期，并且根据呼吸周期的阶段来控制可控阀。因此，压力监测提供了一种确定吸气阶段的简单方法，该方法可以随后用于对面罩的通风阀的时间设置进行控制，或者用于确定面罩是否被佩戴并因此是否在使用中。过滤器可以包括空气腔的外壁或者与风扇相连的过滤器构件。根据本专利技术的另一方面的示例提供了一种控制面罩的方法，该面罩包括空气腔、过滤器和风扇，该风扇用于将空气从空气腔外部吸入空气腔中和/或将空气从空气腔内部抽到外部，该方法包括：检测当风扇没有被电驱动时由风扇的旋转引起的感应电流或电压尖峰；并且响应于检测到的感应电流或电压尖峰，启动风扇的电驱动。该方法可以进一步包括，如果检测到面罩没有被佩戴则关闭风扇。例如，该方法可以包括：使用风扇将气体吸入和/或抽出面罩的空气腔；确定风扇的转速；根据风扇的转速导出空气腔内的压力或检测空气腔内的压力变化；并且基于导出的压力或检测到的压力变化来确定面罩是否被佩戴。附图说明将参考附图具体描述本专利技术的示例，其中：图1显示被实现为面罩的一部分的压力监测系统；图2显示压力监测系统的部件的一个示例；图3显示吸气期间和呼气期间的旋转信号；图4显示用于控制通过无刷直流马达的定子中的一个的电流的电路；图5显示检测电路和被施加到图4的电路中的启动电路；图6显示第一面罩操作方法；以及图7显示第二面罩操作方法。具体实施方式本专利技术提供一种辅助呼吸面罩。在一个方面，实现压力监测系统。风扇的转速用于导出压力或检测在联接至风扇的面罩空气腔中的压力变化。这避免了需要单独的压力传感器。跨越面罩的压力用于确定面罩是否被佩戴。在另一方面，风扇马达生成的信号被检测和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面罩，包括：空气腔(18)；过滤器(16)；风扇(20)，所述风扇用于将空气从所述空气腔(18)的外部吸入所述空气腔中和/或将空气从所述空气腔的内部抽到所述空气腔的外部；检测电路(54)，所述检测电路用于检测当所述风扇没有被电驱动时由所述风扇的旋转引起的感应电流或电压尖峰；以及启动电路(Q1)，所述启动电路用于响应于来自所述检测电路的输出启动所述风扇的电驱动。

【技术特征摘要】
2017.05.22 EP 17172128.51.一种面罩，包括：空气腔(18)；过滤器(16)；风扇(20)，所述风扇用于将空气从所述空气腔(18)的外部吸入所述空气腔中和/或将空气从所述空气腔的内部抽到所述空气腔的外部；检测电路(54)，所述检测电路用于检测当所述风扇没有被电驱动时由所述风扇的旋转引起的感应电流或电压尖峰；以及启动电路(Q1)，所述启动电路用于响应于来自所述检测电路的输出启动所述风扇的电驱动。2.根据权利要求1所述的面罩，其特征在于，所述风扇包括马达和风扇叶片装置。3.根据权利要求2所述的面罩，其特征在于，所述马达包括无刷直流马达。4.根据权利要求2或3所述的面罩，其特征在于，所述检测电路连接到所述马达的定子端子(Co1)。5.根据权利要求4所述的面罩，其特征在于，所述检测电路包括高通滤波器(R1，C1)和用于存储由所述电流或电压尖峰产生的电荷的电容器(C2)。6.根据权利要求5所述的面罩，其特征在于，所述启动电路包括晶体管电路(Q1)，当电所述容器上存储的电荷达到阈值时激活所述晶体管电路，从而激活所述马达的驱动。7.根据权利要求6所述的面罩，其特征在于，所述面罩进一步包括关断电路(51)，用于通过使所述电容器放电停止所述风扇的电驱动。8.根据上述权利要求中任一项所述的面罩，进一步包括：用于确定所述风扇的转速的装置(34，36)；以及控制器(30)，所述控制器适用于：根据所述风扇的所述转速导出...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·范德斯勒伊斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL