本發(fā)明涉及流量傳感器，尤其涉及一種制氧機用流量計及實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

1、氧是人體不可缺少的生命元素，是產(chǎn)生機體功能活動所需能量的重要物質(zhì)。氧療保健是利用補給氧氣干預(yù)人體的生理、生化內(nèi)環(huán)境，促進代謝過程的良性循環(huán)，以達到治療疾病、緩解癥狀、促進康復、預(yù)防病變和增進健康的目的。臨床實踐證明，氧療保健以其獨特的治療機理，對臨床各科的急慢性缺血缺氧癥狀和因缺氧引起的繼發(fā)性疾病，具有顯著的療效。醫(yī)用制氧機是一種用于治療呼吸系統(tǒng)疾病的重要醫(yī)療設(shè)備，它能夠?qū)⒖諝庵械难鯕鉂饪s并提供給患者使用，被廣泛應(yīng)用于急救、重癥監(jiān)護、康復護理等領(lǐng)域，對于患者的生命安全和健康狀況起著至關(guān)重要的作用。而醫(yī)用制氧機流量計作為醫(yī)用制氧機的核心部件，其準確性和穩(wěn)定性對于保障患者的治療效果和安全至關(guān)重要。

2、目前市場上大多數(shù)制氧機中，浮子流量計被廣泛應(yīng)用于測量氧氣流量，然而，浮子流量計在醫(yī)用制氧機中也存在一些弊端，①計量不準確，隨供氧氣壓力的變化，流量變化可達30％；②流量顯示不直觀；③只能測量實時流量，不能記錄累積數(shù)量及吸氧時間。這些問題可能會導致氧氣流量的不準確，甚至出現(xiàn)氧氣流量過大或過小的情況，從而影響患者的治療效果和安全。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種精確度高、穩(wěn)定性好、成本低的制氧機用流量計及實現(xiàn)方法。

2、技術(shù)方案：一種制氧機用流量計，包括單片機模塊、電源模塊、adc數(shù)據(jù)采集模塊、氧氣流量傳感器、放大電路和顯示模塊；

3、所述單片機模塊對采集的數(shù)據(jù)進行處理后與顯示模塊進行信息交互；

4、所述電源模塊為所述單片機模塊、放大電路、顯示模塊提供穩(wěn)定電壓，同時為惠斯通電橋提供低電壓；

5、所述adc數(shù)據(jù)采集模塊將放大后的模擬信號轉(zhuǎn)化為單片機模塊能處理的數(shù)字信號；

6、所述氧氣流量傳感器為腔體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)有兩片應(yīng)變片，兩片應(yīng)變片和外部電阻構(gòu)成惠斯通橋式電路；兩應(yīng)變片分別被粘貼在氣體管道前面的支架上，當氧氣從進氣口進入腔體，經(jīng)管道沖擊在兩應(yīng)變片上，兩應(yīng)變片發(fā)生形變，使接入電橋的電阻發(fā)生變化，輸出電壓也隨之變化；

7、所述放大電路將氧氣對應(yīng)變片的壓力引起的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的電壓變化并輸出；

8、所述顯示模塊將單片機模塊處理的測量數(shù)據(jù)和處理結(jié)果直觀地展示出來。

9、進一步，惠斯通橋式電路中，將第一電阻和第二電阻分別換成第一應(yīng)變片和第二應(yīng)變片；且第一應(yīng)變片和第二應(yīng)變片采用同一種應(yīng)變片，阻值一致，安裝方向相反，當?shù)谝粦?yīng)變片和第二應(yīng)變片受到氣流壓力發(fā)生形變時，電阻不斷變化引起輸出電壓不斷變化。

10、進一步，所述兩片應(yīng)變片水平放置，出氣口正對著兩片應(yīng)變片的中間位置；兩應(yīng)變片面對著出氣口時，一片是正面，另一片是反面；且應(yīng)變片與出氣口之間的間隙小于0.5mm，管道的口徑范圍為1.5mm～2.5mm。

11、進一步，還包括藍牙通信模塊，將實時測量的電壓信號傳輸至上位機。

12、上述任一項所述制氧機用流量計的實現(xiàn)方法如：通過應(yīng)變片的電阻應(yīng)變效應(yīng)，利用惠斯通橋電路和放大電路，將氧氣流量轉(zhuǎn)換成電壓信號；同時，引入卡爾曼濾波算法，對電壓數(shù)據(jù)進行處理，消除噪聲；通過mtatlab軟件擬合出電壓-流速多項式方程，并引入自修正算法，將測量的電壓值代入電壓-流速多項式方程，得到氧氣流速，實現(xiàn)不同氧氣流速的測量。

13、進一步，自修正算法的實現(xiàn)如下：流量計組裝完畢之后，通過測量并記錄一次零流量下的輸出電壓值v0，保存在flash中；之后，每次通電初始化，判斷是否首次開機工作：

14、若是首次測量，則通過測量并記錄一次零流量下的輸出電壓值v1，將v1和v0求差值得到修正系數(shù)δv，并將修正系數(shù)δv存入flash；

15、若系統(tǒng)不是首次測量，則自動引入修正系數(shù)δv對測試電壓進行修正，然后再代入電壓-流速多項式方程，得到氧氣流速。

16、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著效果如下：

17、1、本發(fā)明中的流量計采用應(yīng)變片代替浮子流量計，再搭建相應(yīng)的軟硬件平臺，能實現(xiàn)實時直觀地監(jiān)測氧氣瞬時流量大小信息；

18、2、本發(fā)明的實現(xiàn)方法中通過采用自修正程序，解決了由于元器件老化、應(yīng)變片疲勞問題以及不同溫度對流量計產(chǎn)生的溫漂問題，擴展了流量計的使用范圍，并延長了流量計使用壽命。

技術(shù)特征：

1.一種制氧機用流量計，其特征在于，包括單片機模塊、電源模塊、adc數(shù)據(jù)采集模塊、氧氣流量傳感器、放大電路和顯示模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制氧機用流量計，其特征在于，惠斯通橋式電路中，將第一電阻和第二電阻分別換成第一應(yīng)變片(p1)和第二應(yīng)變片(p2)；且第一應(yīng)變片(p1)和第二應(yīng)變片(p2)采用同一種應(yīng)變片，阻值一致，安裝方向相反，當?shù)谝粦?yīng)變片(p1)和第二應(yīng)變片(p2)受到氣流壓力發(fā)生形變時，電阻不斷變化引起輸出電壓不斷變化。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述制氧機用流量計，其特征在于，所述兩片應(yīng)變片水平放置，出氣口正對著兩片應(yīng)變片的中間位置；兩應(yīng)變片面對著出氣口時，一片是正面，另一片是反面；且應(yīng)變片與出氣口之間的間隙小于0.5mm，管道的口徑范圍為1.5mm～2.5mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述制氧機用流量計，其特征在于，還包括藍牙通信模塊，將實時測量的電壓信號傳輸至上位機。

5.如權(quán)利要求1-3任一項所述制氧機用流量計的實現(xiàn)方法，其特征在于，通過應(yīng)變片的電阻應(yīng)變效應(yīng)，利用惠斯通橋電路和放大電路，將氧氣流量轉(zhuǎn)換成電壓信號；同時，引入卡爾曼濾波算法，對電壓數(shù)據(jù)進行處理，消除噪聲；通過mtatlab軟件擬合出電壓-流速多項式方程，并引入自修正算法，將測量的電壓值代入電壓-流速多項式方程，得到氧氣流速，實現(xiàn)不同氧氣流速的測量。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述制氧機用流量計的實現(xiàn)方法，其特征在于，自修正算法的實現(xiàn)如下：流量計組裝完畢之后，通過測量并記錄一次零流量下的輸出電壓值v0，保存在flash中；之后，每次通電初始化，判斷是否首次開機工作：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種制氧機用流量計及實現(xiàn)方法，流量計包括單片機模塊、電源模塊、ADC數(shù)據(jù)采集模塊、氧氣流量傳感器、放大電路和顯示模塊；單片機模塊對采集的數(shù)據(jù)進行處理后與顯示模塊進行信息交互；電源模塊為單片機模塊、放大電路、顯示模塊提供穩(wěn)定電壓，同時為惠斯通電橋提供低電壓；ADC數(shù)據(jù)采集模塊將放大后的模擬信號轉(zhuǎn)化為單片機模塊能處理的數(shù)字信號；氧氣流量傳感器將流量信息轉(zhuǎn)為電壓信號；放大電路將氧氣流量傳感器輸出的微弱電壓值放大。實現(xiàn)方法中引入卡爾曼濾波算法，通過MTATLAB軟件擬合出電壓?流速多項式方程，并引入自修正算法，將測量的電壓值代入得到氧氣流速。本發(fā)明能實現(xiàn)實時直觀地監(jiān)測氧氣瞬時流量信息。

技術(shù)研發(fā)人員：華興正,周航,李汪興,華國環(huán)
受保護的技術(shù)使用者：南京信息工程大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10