一种空氧混合控制的呼吸机及控制方法技术

一种空氧混合控制的呼吸机及控制方法,其中呼吸机包括：氧气气路、空气气路、氧气空气混合室，氧气、空气气路连接至空气氧气混合室；空气氧气混合室出气口设有出气口压力传感器；氧气气路上设有：氧气流量调节阀、氧气流量传感器和氧气截流件，还设有核心控制器和驱动电路，核心控制器、驱动电路、氧气流量调节阀、氧气流量传感器依次连接形成回路；氧气流量传感器、驱动电路分别能将氧流量、电压反馈给核心控制器，形成一个基于流量、电压反馈的双闭环控制系统；空气气路上设有：风机、空气压力调节阀、空气流量传感器和空气截流件。本发明专利技术采用基于氧气流量和电压的双闭环控制系统实现对氧气阀门的控制，调节速度快、精准度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种空氧混合控制的呼吸机及控制方法，属于呼吸机

技术介绍
在现代临床医学中，呼吸机作为一项能人工替代自主通气功能的有效手段，已普遍用于各种原因所致的呼吸衰竭、大手术期间的麻醉呼吸管理、呼吸支持治疗和急救复苏中，在现代医学领域内占有十分重要的位置。呼吸机是一种能够起到预防和治疗呼吸衰竭，减少并发症，挽救及延长病人生命的至关重要的医疗设备。呼吸机在使用过程中，必须对患者进行机械通气，对于正在接受治疗的患者来说，通气量大小的控制和氧浓度的调节是非常重要的，尤其是对于婴幼儿患者和病危重症患者。因此呼吸机中需要设置空氧混合控制的系统，呼吸机空氧混合控制系统的精准性及灵敏性，是呼吸机性能的重要指标之一，决定着呼吸机性能等级。现有技术中有如下对呼吸机的空氧混合控制装置及控制方法研究的报道：对比文件1：CN104958817A公开了一种呼吸机的空氧混合装置及方法；呼吸机的空氧混合装置，包括喉管，喉管的一端设置有空气进口和喷嘴组件，喉管的另一端设置有出气口，喷嘴组件包括嵌入喉管内的大喷嘴，大喷嘴内设置有小喷嘴，小喷嘴设置有小喷孔，小喷嘴的外壁与大喷嘴的端面处的内壁之间形成环形的大喷孔，小喷嘴可沿其轴向在大喷嘴内移动以调节大喷孔的大小。该对比文件中的呼吸机在工作时，从所述喷嘴组件输入高压氧气，利用高压氧气从所述喷嘴组件喷出时产生的负压，从所述空气进口吸入大气中的空气，并与输入的高压氧气混合；通过移动所述小喷嘴以调节所述大喷孔的大小，当小喷嘴的外壁与大喷嘴的端面处的内壁抵触，即大喷孔的面积为零时，高压氧气从小喷孔喷出；当大喷孔的面积大于小喷孔的面积时，高压氧气从大喷孔喷出；高压氧气与空气混合形成的混合气体从出气口输出。该对比文件解决提供的是一种通过改进空氧混合装置结构来实现对空氧流量的调节和控制的方法，具体是一种通过调节喷孔的大小来实现对流量的调节和控制的方法，其调节和控制的方法不够精准和灵敏。对比文件2：CN101507854B公开了一种带压缩空气的呼吸机空气混合装置，所述装置包括分别通过连通管路与空氧混合器相连的氧气源和压缩空气源，所述氧气源和压缩空气源分别通过依次设置在各自连通管路间的稳压阀、节流阀与空氧混合器相连，在所述的两个节流阀上分别连接有用于控制节流阀两端压差的压差控制装置。对比文件3：CN103071214A公开了一种呼吸机输出氧浓度的控制方法，在呼吸机的输入端，分别设置空气和氧气可控流量比例阀，以及空气和氧气流量传感器；预先设定呼吸机输
出端需要输出的空氧混合气的总流量d，及其中的氧气含量c；根据c和d的值，计算出呼吸机输入端需要输入的空气流量a和氧气流量b，空气流量a＝[(100-c)*d]/79；氧气流量b＝[(c-21)*d]/79；分别调整呼吸机输入端的空气和氧气可控流量比例阀，使其达到计算出的空气流量a和氧气流量b；然后在供气过程中，利用空气和氧气流量传感器和可控流量比例阀构成PID控制系统，反馈调节并控制可控流量比例阀的开合度，使其始终保持通过需要的空气和氧气流量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种空氧混合控制的呼吸机及控制方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：提供一种空氧混合控制的呼吸机，包括：氧气气路、空气气路、氧气空气混合室，所述氧气气路的进气端通过氧气源接口外接高压氧气源，所述空气气路的进气端通过空气源接口外接空气源；氧气气路、空气气路的出气端都连接至空气氧气混合室；空气氧气混合室连接出气口压力传感器，并连接至患者接口；所述氧气气路上依次设有：氧气流量调节阀、氧气流量传感器和氧气截流件；所述空气气路上依次设有：风机、空气压力调节阀、空气流量传感器和空气截流件；所述氧气气路上还设有核心控制器和驱动电路，核心控制器、驱动电路、氧气流量调节阀、氧气流量传感器依次连接，形成回路；氧气流量传感器、驱动电路分别能将氧流量、电压反馈给核心控制器，形成一个基于流量、电压反馈的双闭环控制系统，实现对氧气流量调节阀的控制。进一步地，所述氧气气路上，氧气流量调节阀之前设有高压氧气压力传感器；所述空气气路上，在风机出口处设有风机出气口压力传感器。进一步地，所述氧气气路上，在氧气源接口处设有高压氧气过滤器；所述空气气路上，在空气源接口处设有空气过滤片。进一步地，所述氧气气路上，在所述氧气流量调节阀之后设有氧气稳流件；所述空气气路上，在所述空气压力调节阀之后设有空气稳流件。进一步地，所述氧气气路上，在氧气流量控制阀与氧气稳流件之间设有氧气降噪装置。优选地，所述高压氧气源的压力范围为0.276MPa～0.7Mpa。上述空氧混合控制的呼吸机的工作原理如下：呼吸机工作时，1、一方面，呼吸机的氧气气路通过氧气源接口外接高压氧气源，高压氧气源压力范围为0.276MPa～0.7MPa，氧气通过氧气源接口在进入高压氧压力传感器之前，可以先通过进入高压氧气过滤器进行杂质滤除；氧气气路上的高压氧压力传感器用于检测氧源压力，当氧源压力过高时，呼吸机发出氧气供应压力过高报警，当氧源压力过低时，呼吸机发出氧气供应压力过低报警；之后进入氧气流量调节阀，氧气气路上的氧气流量调节阀用于调节氧气流量的输出，通过该阀门的调节，输出预期混合气体所需的氧气流量f1；之后，氧气还可以通过氧气气路上的氧气降噪装置，降低高压氧气输出的压力，避免对患者接口处输出的压力造成很大的波动影响；之后，氧气通过氧气气路上的氧气稳流件；之后，氧气再通过氧气气路上的氧气截流件在其前后两端产生压差，同时，氧气流量传感器通过测量在氧气截流件前后端的压差测量实际氧流量，由于在氧气截流件前设置有氧气稳流件，能使氧气气流稳定，从而使氧气截流件能够差生稳定的压差，使氧气流量传感器采集的值更加精确。为了得到目标氧气流量f1的输出，氧气气路上的核心控制器输出一个控制量给驱动电路，驱动电路将信号放大后控制氧气流量调节阀调节氧气流量的输出，氧气流量传感器采集输出的流量值F1并反馈到核心控制器；同时，为了加快氧气流量调节阀的调节速度，能够快速地到达目标值f1，驱动电路的阀门将控制电流转换为电压信号u1并反馈给核心控制器，核心控制器根据预先设定的算法对反馈的输入量F1和u1进行处理，然后输出控制量给驱动电路。实现对氧气流量精准、快速地调节和控制。2、另一方面，呼吸机的空气气路通过空气源接口外接空气源，空气在进入风机之前首先通过空气过滤片，滤除空气中的杂质；经过滤后的空气经过风机加压，再通过设置在风机出气口的风机出气口压力传感器，用于检测风机输出的压力是否正常，当出现压力异常时，呼吸机提供风机故障报警；之后，空气再通过空气气路上的空气压力调节阀，空气压力调节阀可以根据出气口压力传感的反馈值实时调节患者出口处的输出压力；之后，空气在空气气路上的空气截流件前后两端产生压差，同时，空气流量传感器通过测量通过空气截流件前后端的压差测量实际空气流量。为了使空气截流件前后两端能够产生稳定的压差，使空气流量传感器采集的数值更加精准，可以在空气截流件之前设置空气稳流件，使空气气流稳定后进入空气截流件。空气气路的空气与氧气气路的氧气汇集到空气氧气混合室，再通过一个出气口压力传感
器，最后连接至患者接口。呼吸机的出气口压力传感器用于测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空氧混合控制的呼吸机，其特征在于，包括：氧气气路、空气气路、氧气空气混合室，所述氧气气路的进气端通过氧气源接口外接高压氧气源，所述空气气路的进气端通过空气源接口外接空气源；氧气气路、空气气路的出气端都连接至空气氧气混合室；空气氧气混合室连接出气口压力传感器，并连接至患者接口；所述氧气气路上依次设有：氧气流量调节阀、氧气流量传感器和氧气截流件；所述空气气路上依次设有：风机、空气压力调节阀、空气流量传感器和空气截流件；所述氧气气路上还设有核心控制器和驱动电路，核心控制器、驱动电路、氧气流量调节阀、氧气流量传感器依次连接，形成回路；氧气流量传感器、驱动电路分别能将氧流量、电压反馈给核心控制器，形成一个基于流量、电压反馈的双闭环控制系统，实现对氧气流量调节阀的控制。

【技术特征摘要】
1.一种空氧混合控制的呼吸机，其特征在于，包括：氧气气路、空气气路、氧气空气混合室，所述氧气气路的进气端通过氧气源接口外接高压氧气源，所述空气气路的进气端通过空气源接口外接空气源；氧气气路、空气气路的出气端都连接至空气氧气混合室；空气氧气混合室连接出气口压力传感器，并连接至患者接口；所述氧气气路上依次设有：氧气流量调节阀、氧气流量传感器和氧气截流件；所述空气气路上依次设有：风机、空气压力调节阀、空气流量传感器和空气截流件；所述氧气气路上还设有核心控制器和驱动电路，核心控制器、驱动电路、氧气流量调节阀、氧气流量传感器依次连接，形成回路；氧气流量传感器、驱动电路分别能将氧流量、电压反馈给核心控制器，形成一个基于流量、电压反馈的双闭环控制系统，实现对氧气流量调节阀的控制。2.根据权利要求1所述的一种空氧混合控制的呼吸机，其特征在于，所述氧气气路上，氧气流量调节阀之前设有高压氧气压力传感器；所述空气气路上，在风机出口处设有风机出气口压力传感器。3.根据权利要求1所述的一种空氧混合控制的呼吸机，其特征在于，所述氧气气路上，在氧气源接口处设有高压氧气过滤器；所述空气气路上，在空气源接口处设有空气过滤片。4.根据权利要求1所述的一种空氧混合控制的呼吸机，其特征在于，所述氧气气路上，在所述氧气流量调节阀之后设有氧气稳流件；所述空气气路上，在所述空气压力调节阀之后设有空气稳流件。5.根据权利要求4所述的一种空氧混合控制的呼吸机，其特征在于，所述氧气气路上，在氧气流量控制阀与氧气稳流件之间还设有氧气降噪装置。6.一种空氧混合控制呼吸机的空氧混合控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)首先，在呼吸机氧气气路上依次设置氧气流量调节阀、氧气流量传感器和氧气截流件，高压氧源通过氧气源接口从氧气气路的进气端进入氧气流量调节阀；在呼吸机空气气路上依次设置风机、空气压力调节阀、空气流量传感器和空气截流件，空气源通过空气源接口从空气气路的进气端进入经风机加压后进入空气压力调节阀；在氧气气路、空气气路的出气端设置空气氧气混合室，空气氧气混合室的出气口设置出气口压力传感器；(2)设该呼吸机出气口输出的空氧混合气体的预期压力为P，预期输出的氧气浓度为N，其中N>21％：空气气路上的空气压力调节阀调根据呼吸机出气口的出气口压力传感器的反馈压力实时调节输出压力到达预期压力P值；(3)设空气气路上的空气流量传感器测出此时的空气流量为f2，空气流量f2为通过空气流量传感器采集空气截流件前后端的压差所得，根据公式得到从空气氧气混合室出来的混合气体所需的目标氧气流量为了得到目标氧气流量f1的输出，氧气气路上还设置有与氧气流量调节阀连接的核心控制器及驱动电路，核心控制器输出一个控制量给驱动电路，驱动电路将信号放大后控制氧气流量调节阀调节氧气流量的输出，氧气流量传感器采集输出的实际氧气流量F1反馈到核心控制器，形成流量反馈控制；所述实际氧气流量F1通过氧气流量传感器采集空气截流件前后端的压差所得；同时，为了加快阀门的调节速度，快速地到达目标氧气流量f1，驱动电路的阀门将控制电流转换为电压信号并反馈给核心控制器，形成电压反馈控制，反馈电压为u1；核心控制器对反馈的实际氧气流量F1和反馈电压u1进行处理，然后输出控制量给驱动电路，形成流量、电压反馈双闭环控制；(4)氧气流量调节例阀根据氧气流量传感器测得的氧气流量，实时调节输出的氧气流量到达目标值f1。7.根据权利要求6所述的一种空氧混合控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴征，丁锦，刘炜，徐勤鹏，何超，
申请(专利权)人：湖南明康中锦医疗科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43