一種主流式減小水汽影響的二氧化碳濃度檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，為一種人呼吸末二氧化碳濃度精確監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在臨床等醫(yī)療監(jiān)測中人呼吸中二氧化碳濃度實(shí)時監(jiān)測越來越受到重視，尤其呼氣 末二氧化碳分壓成為六個基本生命特征。當(dāng)前基于非分光紅外原理的呼吸末二氧化碳濃度 監(jiān)測系統(tǒng)測量主要可分為兩種：直接測量的主流式監(jiān)測和通過抽取呼吸氣體測量的旁流式 監(jiān)測。
[0003] 旁流式監(jiān)測可以對引出氣體除濕、穩(wěn)壓使得測量精度較高，，但由于抽取氣流的延 時使顯示波形有明顯的失真而且設(shè)備比較繁瑣。而主流式監(jiān)測大多可分為熱電堆傳感器監(jiān) 測和熱釋電傳感器監(jiān)測，雖然熱電堆傳感器監(jiān)測可以使電路電源穩(wěn)定，但由于呼吸氣流的 干擾使監(jiān)測結(jié)果誤差較大，而且在長時間連續(xù)監(jiān)測時波形還易出現(xiàn)漂移問題。熱釋電傳感 器出現(xiàn)使得監(jiān)測性能得到極大的提升，其具有感應(yīng)波長范圍寬，響應(yīng)速度快，性能穩(wěn)定等優(yōu) 點(diǎn)，但也存在著輸出信號弱，易受電路噪聲干擾等問題。
[0004] 雖然當(dāng)前主流式二氧化碳監(jiān)測技術(shù)相應(yīng)快，性能穩(wěn)定，但當(dāng)前主流式二氧化碳監(jiān) 測技術(shù)容易受到人呼吸水汽吸收紅外光造成的精度不高的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明創(chuàng)新目的是：克服當(dāng)前主流式二氧化碳監(jiān)測技術(shù)容易受到人呼出氣體中水 汽的影響，提供一種人呼吸末二氧化碳濃度精確監(jiān)測方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種主流式減小水分影響的二氧化碳濃度檢測方法，所采用的紅外光模塊和傳感 器檢測模塊分別置于管道適配器的兩端，三通道熱釋電傳感器一個通道是二氧化碳測量通 道，另一個通道是參考通道，第三個水汽測量通道；在每個通道口處均安裝濾光片，其中二 氧化碳測量通道的濾光片為4.26μm,水汽測量通道的濾光片為1.37μm,參考通道的濾光 片為3. 95μm;控制紅外光模塊周期性亮閃進(jìn)行信號檢測，方法如下：
[0007] 1)在進(jìn)行標(biāo)定時，根據(jù)三個通道采集的數(shù)據(jù)確定各個端口的峰值和谷值；
[0008] 2)提取水汽測量通道電壓的峰峰值和參考通道電壓的峰峰值，對兩者數(shù)據(jù)相減的 波形進(jìn)行標(biāo)定，得到在不同水汽濃度的對應(yīng)的電壓峰峰值；
[0009] 3)提取二氧化碳濃度測量通道電壓的峰峰值和參考通道電壓的峰峰值，對兩者數(shù) 據(jù)相減的波形進(jìn)行標(biāo)定，得到不同二氧化碳濃度含水汽影響下對應(yīng)的電壓峰峰值；
[0010]4)結(jié)合步驟（3)和（4)，根據(jù)朗伯比爾定律，得到不同二氧化碳濃度不含水汽影響 下對應(yīng)的電壓峰峰值的擬合曲線；
[0011] 5)在進(jìn)行實(shí)時測量時，根據(jù)三個通道采集的數(shù)據(jù)確定各個端口的峰值和谷值，根 據(jù)各個端口輸出的波形得到對應(yīng)的二氧化碳的濃度值及此時的水汽濃度。
[0012] 依照非紅外分光原理可知，水汽可吸收一部分紅外光，對二氧化碳吸收紅外光強(qiáng) 度會產(chǎn)生影響，導(dǎo)致二氧化碳濃度測量有偏差。而本發(fā)明可測得每次人呼出水汽的含量，進(jìn) 而根據(jù)以往的標(biāo)的實(shí)驗(yàn)確認(rèn)影響二氧化碳濃度的量，進(jìn)而為當(dāng)前二氧化碳濃度測量進(jìn)行補(bǔ) 償，獲得準(zhǔn)確的二氧化碳濃度值。
【附圖說明】
[0013] 圖1人呼出末C02監(jiān)測模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 本發(fā)明的二氧化碳濃度監(jiān)測方法針對主流式氣體監(jiān)測而提出，下面給出本發(fā)明適 用的監(jiān)測系統(tǒng)組成。
[0015] 該主流式呼吸二氧化碳濃度監(jiān)測系統(tǒng)由上位機(jī)和監(jiān)測模塊組成。上位機(jī)為通用計 算機(jī)或監(jiān)護(hù)儀。監(jiān)測模塊如圖1所示，1表示光源模塊，2表示傳感器模塊，3為透明的玻璃 片，4為氣體通路。其中3和4構(gòu)成管道適配器，可以直接安裝在人呼出氣體官道上。而光 源模塊分立在管道適配器的兩邊。傳感器模塊具有三個通道，在每個通道口處均安裝濾光 片，其中C02通道的濾光片為4. 26μm,水汽通道的濾光片為1. 37μm,參考通道的濾光片 為3. 95μm.其操作過程為：
[0016] (1)上電自檢，在無管道無氣流通過時，打開電源，檢查傳感器三個通道波形是否 正常。
[0017] (2)在波形正常情況下管道通氣流，此時在傳感器三個通道會產(chǎn)生波形，等待波形 穩(wěn)定啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換，將波形數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)采用滑動濾波的 方法確定各端口的峰值和谷值。
[0018] (3)首先處理模塊發(fā)出方波信號控制光源模塊間歇性亮閃，在通入一定量的C02 濃度時，在傳感器模塊三組通道就會輸出三組正弦信號，對三個通道的正弦信號各進(jìn)行峰 峰值進(jìn)行采樣，采樣連續(xù)的16組峰峰值信號。
[0019] (4)對C02測量端采集到的峰峰值信號排序，去掉最小3組數(shù)據(jù)和最大的3組數(shù)據(jù) 共6組數(shù)據(jù)，對剩下的10組數(shù)據(jù)取平均的到最后的平均值D。。
[0020] (5)對水汽測量端采集到的峰峰值信號排序，去掉最小3組數(shù)據(jù)和最大的3組數(shù)據(jù) 共6組數(shù)據(jù)，對剩下的10組數(shù)據(jù)取平均的到最后的平均值Dh。
[0021] (6)對參考端采集到的峰峰值信號排序，去掉最小3組數(shù)據(jù)和最大的3組數(shù)據(jù)共6 組數(shù)據(jù)，對剩下的10組數(shù)據(jù)取平均的到最后的平均值D"f。
[0022] (7)根據(jù)朗伯比爾定律可知，排除水汽影響后的C02的濃度Cc(]2有
，同理可知，水汽的濃度CH2。有
[0023] (8)通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)可求得常數(shù)a，b，c，d的值，可畫出擬合曲線，根據(jù)擬合曲線可知 由傳感器輸出的波形可對應(yīng)C02的濃度值及此時的水汽濃度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種主流式減小水分影響的二氧化碳濃度檢測方法，所采用的紅外光模塊和傳感 器檢測模塊分別置于管道適配器的兩端，三通道熱釋電傳感器一個通道是二氧化碳測量通 道，另一個通道是參考通道，第三個水汽測量通道；在每個通道口處均安裝濾光片，其中二 氧化碳測量通道的濾光片為4.26 ym,水汽測量通道的濾光片為1.37 ym,參考通道的濾光 片為3. 95 ym ;控制紅外光模塊周期性亮閃進(jìn)行信號檢測，方法如下： 1) 在進(jìn)行標(biāo)定時，根據(jù)三個通道采集的數(shù)據(jù)確定各個端口的峰值和谷值； 2) 提取水汽測量通道電壓的峰峰值和參考通道電壓的峰峰值，對兩者數(shù)據(jù)相減的波形 進(jìn)行標(biāo)定，得到在不同水汽濃度的對應(yīng)的電壓峰峰值； 3) 提取二氧化碳濃度測量通道電壓的峰峰值和參考通道電壓的峰峰值，對兩者數(shù)據(jù)相 減的波形進(jìn)行標(biāo)定，得到不同二氧化碳濃度含水汽影響下對應(yīng)的電壓峰峰值； 4) 結(jié)合步驟（3)和（4)，根據(jù)朗伯比爾定律，得到不同二氧化碳濃度不含水汽影響下對 應(yīng)的電壓峰峰值的擬合曲線； 5) 在進(jìn)行實(shí)時測量時，根據(jù)三個通道采集的數(shù)據(jù)確定各個端口的峰值和谷值，根據(jù)各 個端口輸出的波形得到對應(yīng)的二氧化碳的濃度值及此時的水汽濃度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種主流式減小水分影響的二氧化碳濃度檢測方法，其采用的三通道熱釋電傳感器一個通道是二氧化碳測量通道，另一個通道是參考通道，第三個水汽測量通道，包括：根據(jù)三個通道采集的數(shù)據(jù)確定各個端口的峰值和谷值；提取水汽測量通道電壓的峰峰值和參考通道電壓的峰峰值，對兩者數(shù)據(jù)相減的波形進(jìn)行標(biāo)定，得到在不同水汽濃度的對應(yīng)的電壓峰峰值；提取二氧化碳濃度測量通道電壓的峰峰值和參考通道電壓的峰峰值，對兩者數(shù)據(jù)相減的波形進(jìn)行標(biāo)定，得到不同二氧化碳濃度含水汽影響下對應(yīng)的電壓峰峰值；得到不同二氧化碳濃度不含水汽影響下對應(yīng)的電壓峰峰值的擬合曲線；進(jìn)行實(shí)時測量。本發(fā)明可以提高二氧化碳測量的精度。
【IPC分類】G01N21/35
【公開號】CN105241835
【申請?zhí)枴緾N201510569424
【發(fā)明人】楊嘉琛, 周建雄, 陳波波, 范大勇
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月8日