一种受试者呼吸量实时感测与智能调控系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种受试者呼吸量实时感测与智能调控系统及其实现方法，包括：通气阀，在进气口处设有用于监测进气口流量的流量传感器；脉搏传感器用于监测心率；转换器，用于将进气口气体流速和心率监测结果数据进行转换，并通过计算存储器进行适配传输至模拟运算系统；模拟运算系统，用于通过预设的心率‑呼吸量控制模型，对心率数据与呼吸量数据进行拟合运算，并将相关关系赋值到控制芯片；控制芯片，用于根据实时传输的心率值计算得到呼吸量，将呼吸量和实测呼吸量作对比，然后向控制阀发出控制指令。采用本发明专利技术，能够建立人群行为模式的精准估算与自动控制系统和为准确地获得受试人群空气暴露行为模式监测的重要参数提供科学依据。

A real-time sensing and intelligent control system for breathing volume of subjects and its implementation method

The present invention discloses a real-time sensing and intelligent control system of the person's breathing volume and its realization method, including a ventilation valve, a flow sensor used to monitor the flow of the intake port at the inlet; the pulse sensor is used to monitor the heart rate; the converter is used to carry out the data of the flow velocity and heart rate monitoring results of the intake air. An analog operation system, which is used to fit the heart rate data and the respiration data, and assigns the correlation to the control chip, and the control core is used to transmit the heart rate according to the real time value. The breathing volume was calculated, and the breathing volume and the measured breathing volume were compared, and a control instruction was sent to the control valve. This invention can provide a scientific basis for establishing the accurate estimation and automatic control system of the behavior pattern of the crowd and the important parameters for accurately obtaining the monitoring of air exposure behavior patterns of the subjects.

【技术实现步骤摘要】
一种受试者呼吸量实时感测与智能调控系统及其实现方法
本专利技术涉及行为模式呼吸量监测控制技术，尤其涉及一种受试者呼吸量实时感测与智能调控系统及其实现方法。
技术介绍
在行为模式呼吸量监测控制技术中，基于直接测量和模型计算开展空气暴露风险评价均需用到呼吸量，呼吸量已经成为决定评价结果准确性的关键性因子。当前，空气污染已成为影响人体健康的重要因素，环境与健康工作作为一项重要的任务已经在如火如荼的开展。我国现有的人群呼吸量推荐值是依据国外估算模型获取的，由于种族、社会经济条件和生活习惯等差异，导致评价结果不能客观反映我国实际情况，且无法反映呼吸量的动态变化。人在不同运动状态下，呼吸量存在较大差异，但不同运动状态下呼吸量准确测定和精准估算研究开展较少。目前行为模式呼吸量监测控制技术主要存在如下不足：1)呼吸量监测主要用于医学中病患的呼吸量检测及供氧方面，仪器设备较大，监测一段时间内的结果，但不能够实时监测，也不可用于大人群动态行为模式监测；2)在行为模式呼吸量监测控制方面，现在主要采用的是间接测量法，主要包括能量测定法，心率监测、热量测定、加速度计测量法等，监测后需要人为计算，不能实现实时及呼吸量的动态估算；3)现有常用的根据人体能量代谢参数值计算的呼吸量为估算值，存在不能够反应实际呼吸量的缺点。4)现有的行为模式呼吸量监测控制方面重点在于监测一段时间内的心率与呼吸量的关系，并未涉及到实时的心率与呼吸量的反向控制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种受试者呼吸量实时感测与智能调控系统及其实现方法，旨在建立一种面向我国人群行为模式的精准估算与自动控制系统，和准确地获得受试人群空气暴露行为模式监测的重要参数提供科学依据。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种受试者呼吸量实时感测与智能调控系统，包括通气阀，还包括脉搏传感器、流量传感器、控制芯片、计算存储器、模拟运算系统、转换器和控制阀；其中：通气阀包括单向的进气口和单向的出气口；所述进气口处设有用于监测进气口流量的流量传感器；脉搏传感器用于心率监测；转换器，用于将进气口流速和心率监测结果数据通过进行转换，并通过计算存储器进行适配，然后传输至模拟运算系统；模拟运算系统，用于通过预设的心率-呼吸量控制模型，对心率数据与呼吸量数据进行拟合运算，并将相关关系赋值到控制芯片；控制芯片，用于根据实时传输的心率值计算得到呼吸量，将呼吸量和实测呼吸量作对比，然后向控制阀发出控制指令。其中，所述通气阀的进气口处还设有能够调节进气口阀门开孔大小的进气口阀门控制器。所述脉搏传感器为采用光电容积法的脉搏传感器。所述流量传感器为采用基于MEMS技术核心芯片级热膜式微小流量检测流量传感器。所述转换器为单片机。一种受试者呼吸量实时感测与智能调控系统的实现方法，包括如下步骤：A、使用脉搏传感器测量受试者的心率，利用通气阀和流量传感器3进行呼吸量测量，以及对心率和呼吸量数据进行转换的步骤；B、对脉搏传感器的数据经转换器后得到的结果和对流量传感器的流量检测数据经转换器后的结果进行计算和存储的步骤；C.将计算存储器中的数据传输至模拟运算系统，对心率数据与呼吸量数据进行拟合运算的步骤；D.在控制芯片中，将上述的模拟计算关系结果传送至控制芯片程序，并在控制芯片程序中写入判断逻辑以判断模拟运算结果与呼吸量的实际检测结果是否一致；E.利用控制阀的进气口阀门控制器接收控制芯片发送的控制指令，调节进气口阀门的大小。其中，步骤C具体包括：在模拟运算系统中，将计算存储器中数据传输至模拟运算系统中，将心率数据与呼吸量数据进行拟合运算，包括一次线性拟合、二次拟合、多次拟合、指数拟合；经过上述拟合计算后，分别对各拟合结果的拟合优度进行检验，对拟合采用拟合优度最好的心率与呼吸量的关系，将其传输至控制芯片中运行的程序，由该程序对心率-呼吸量的关系做出反馈。步骤D具体包括：判断是否一致的过程为：(预测值-实测值)/实测值≤±20％；当判断结果为一致时，系统正常运行，不发出改变通气阀入口大小的指令。步骤D进一步包括：当判断结果不一致时，控制芯片在向控制阀发出需要调整进气口大小的指令时，通过控制芯片将重新调整通气阀进气口大小的参数赋值，发送给模拟运算系统进行重新运算控制参数指令的步骤。步骤E进一步包括：在需要改变通气阀的大小时，通过控制阀发出改变通气阀进气口大小的指令的步骤；具体为：当通气阀进气口流速改变超过正常范围±20％，则进气口阀门增加或减少一片叶轮。本专利技术受试者呼吸量实时感测与智能调控系统及其实现方法，相较于现有技术具有如下有益效果：1)本专利技术的系统能够通过实时监测，实现基于脉搏传感器心率与呼吸量关系的呼吸量实时感知测量，提高了监测结果的时效性；2)本专利技术采用的模拟计算系统支持采用不同算法，能够减少耗时，可以实时得到不同行为模式状态下心率与呼吸量的关系，高效而及时；3)本专利技术采用反向控制机制能够实现基于心率与呼吸量关系修正与外置面罩进气量阀门控制的呼吸量智能调控，可配合不同的运动状态调节控制范围，改进了单一静态控制的缺陷，可以得到更好的心率与呼吸量的动态关系，进一步提高了监测结果的准确性；4)本专利技术的呼吸量实时感测与智能调控系统及其实现方法，为行为模式呼吸量研究提供了更加便捷的监测方法。附图说明图1为本专利技术实施例受试者呼吸量实时感测与智能调控系统的原理示意图；图2为采用图1所示受试者呼吸量实时感测与智能调控系统的通气阀及脉搏传感器的面罩结构示意图；图3a、图3b、图3c分别为图2所示通气阀的正面、剖面和进气口阀门示意图；图4为图1所示使用脉搏传感器2测量受试者的心率的过程示意图；图5为图1所示对脉搏传感器2的数据经转换器9后得到的结果和对流量传感器3的流量检测数据经转换器9后的结果进行存储的过程示意图；图6为图1将计算存储器6中的数据传输至模拟运算系统7，对心率数据与呼吸量数据进行拟合运算的过程示意图；图7为图1所示将模拟计算关系结果传送至控制芯片程序，并在控制芯片程序中写入判断逻辑以判断模拟运算结果与呼吸量的实际检测结果的过程示意图。具体实施方式下面结合附图及本专利技术的实施例对本专利技术受试者呼吸量实时感测与智能调控系统及其实现方法作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例受试者呼吸量实时感测与智能调控系统的原理示意图。如图1所示，该受试者呼吸量实时感知测量与智能调控系统，包括呼吸量自控供应子系统。其中：所述的呼吸量自控供应子系统，主要包括通气阀1、脉搏传感器2、流量传感器3、控制芯片4、计算存储器6、模拟运算系统7、转换器9和控制阀11。所述流量传感器3为气流流量传感器，优选微型的流量传感器。较佳地，该受试者呼吸量实时感知测量与智能调控系统，还可以包括数据传输系统5(图未示出)，数据传输系统5优选实时无线传输模块和后台服务器(参考图5)。图2为采用图1所示受试者呼吸量实时感测与智能调控系统的通气阀及脉搏传感器的面罩结构示意图；图3a、图3b、图3c分别为图2所示通气阀的正面、剖面和进气口阀门示意图。如图2所示，脉搏传感器2用于进行心率监测。如图3a、图3b、图3c所示，当受试者戴上设有所述呼吸量实时感测与智能调控系统的面罩在呼吸时，吸入的空气从通气阀1的进气口101进入，入口为单向阀；呼出的空气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种受试者呼吸量实时感测与智能调控系统，包括通气阀；其特征在于，还包括脉搏传感器、流量传感器、控制芯片、计算存储器、模拟运算系统、转换器和控制阀；其中：通气阀包括单向的进气口和单向的出气口；所述进气口处设有用于监测进气口流量的流量传感器；脉搏传感器用于监测心率；转换器，用于将进气口流速和心率监测结果数据通过进行转换，并通过计算存储器进行适配，然后传输至模拟运算系统；模拟运算系统，用于通过预设的心率‑呼吸量控制模型，对心率数据与呼吸量数据进行拟合运算，并将相关关系赋值到控制芯片；控制芯片，用于根据实时传输的心率值计算得到呼吸量，将呼吸量和实测呼吸量作对比，然后向控制阀发出控制指令。

【技术特征摘要】
1.一种受试者呼吸量实时感测与智能调控系统，包括通气阀；其特征在于，还包括脉搏传感器、流量传感器、控制芯片、计算存储器、模拟运算系统、转换器和控制阀；其中：通气阀包括单向的进气口和单向的出气口；所述进气口处设有用于监测进气口流量的流量传感器；脉搏传感器用于监测心率；转换器，用于将进气口流速和心率监测结果数据通过进行转换，并通过计算存储器进行适配，然后传输至模拟运算系统；模拟运算系统，用于通过预设的心率-呼吸量控制模型，对心率数据与呼吸量数据进行拟合运算，并将相关关系赋值到控制芯片；控制芯片，用于根据实时传输的心率值计算得到呼吸量，将呼吸量和实测呼吸量作对比，然后向控制阀发出控制指令。2.根据权利要求1所述的受试者呼吸量实时感测与智能调控系统，其特征在于，所述通气阀的进气口处还设有能够调节进气口阀门开孔大小的进气口阀门控制器。3.根据权利要求1所述的受试者呼吸量实时感测与智能调控系统，其特征在于，所述脉搏传感器为采用光电容积法的脉搏传感器。4.根据权利要求1所述的受试者呼吸量实时感测与智能调控系统，其特征在于，所述流量传感器为采用基于MEMS技术核心芯片级热膜式微小流量检测流量传感器。5.根据权利要求1所述的受试者呼吸量实时感测与智能调控系统，其特征在于，所述转换器为单片机。6.一种受试者呼吸量实时感测与智能调控系统的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：A、使用脉搏传感器测量受试者的心率，利用通气阀和流量传感器3进行呼吸量测量，以及对心率和呼吸量数据进行转换的步骤；B、对脉搏传感器的数据经转换器后得到的结果和对流量传感器的流量检测数据经转换器后的结果进行计算和存储的步骤；C.将计算存储器中的数据传输至模拟运算系...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵秀阁，王丹璐，邹滨，杨立新，王剑锋，段小丽，魏永杰，张金良，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11