專利名稱：在呼吸器中使用非接觸感測的自動配合檢測和流量校準的制作方法
技術領域：
本發明涉及空氣凈化器，更具體地涉及控制用電空氣凈化呼吸器的氣流的方法。
背景技術：
用電空氣凈化呼吸器(PAPR)已廣為人知，其利用用電機構(例如電池供電的吹風 機)使周圍的空氣通過(一個或多個)空氣凈化元件，其中，(一個或多個)空氣凈化元件 將污染物從周圍空氣中去除。PAPR被設計來在具有其中濃度也滿足一定的安全標準的固體或液體污染物(例 如，灰塵、霧氣等)、氣體和/或蒸汽(例如煙霧)的氣氛中提供呼吸防護。在這種情況下， 所述標準要求濃度不能立即危及生命或健康，并且所述氣氛含有足夠的氧氣以支持生命。用電空氣凈化呼吸器有各種不同的類型。例如，用電空氣凈化呼吸器可以配備有 緊配合面罩或松配合面罩。在這點上，緊配合呼吸器可以配備有蓋住使用者的鼻子和嘴的 半面具或從發際至下巴下面蓋住使用者的面部的全面具。相反，松配合呼吸器包括具有完 全覆蓋使用者的頭部的頭罩或頭盔的面具。不同類型的面罩需要不同量的氣流。例如，緊配合面具的構造使空氣直接被推進 使用者的鼻道(和肺)。這樣，緊配合面具需要較低的氣流而同時仍舊為使用者提供良好的 保護。相反，松配合面具在使用者面部上提供凈化的空氣，凈化的空氣還會冷卻使用者 的頭部。相應地，松配合面具需要更大的氣流。由于PAPR的重要性，因此需要一種更好的 對于使用的面具的類型而校準氣流的方法。
發明內容
本發明一方面提供一種用電空氣凈化呼吸器，包括空氣面具；氣泵；將所述面具連接到所述氣泵的軟管；置于嚙合在所述氣泵的外殼上的軟管的一部分上的磁致動器；和基于來自所述致動器的磁通量而提供由所述泵到所述面具的預定的氣流的控制器。本發明另一方面提供一種用電空氣凈化呼吸器，包括氣泵；將空氣面具連接到氣泵的軟管；置于嚙合在氣泵的外殼上的軟管的一部分上的磁鐵；位于所述外殼內的檢測磁通量的傳感器；和耦合到所述傳感器的、基于檢測到的磁通量而提供由所述泵到所述面具的預定的 氣流的控制器。
本發明再一方面提供一種方法，包括將用電空氣凈化呼吸器的軟管耦合到氣泵；讀取由軟管上的磁鐵耦合到氣泵上的傳感器的磁通量；從所述通量確定氣流。
圖IA-B描述了根據本發明所示實施例的用于PAPR的自動氣流控制系統；圖2描述了可以與圖1的系統配合使用的軟管耦合系統；圖3描述了圖1的系統的控制原理圖；圖4描述了圖3的系統的流程圖；圖5描述了圖2的軟管耦合系統的其它細節；圖6描述了圖2和圖5的傳感器的電壓讀數；和圖7描述了圖2和圖5的傳感器的高斯讀數。
具體實施例方式圖IA-B描述了大體根據本發明的所示實施例的用電空氣凈化呼吸器(PAPR)IO。 圖IA顯示的是具有緊配合面具12的PAPR 10，圖IB顯示的是具有松配合面具14的PAPR 10。圖IA-B還顯示了氣泵16。該氣泵16通常由耦合到渦輪(離心式)吹風機的直流 (dc)電機構成。空氣凈化元件或過濾器耦合到氣泵16的入口。還如圖IA所示，第一個軟管18將緊配合面具12耦合到氣泵16上，第二個軟管20 將松配合面具14耦合到氣泵16上。通常，軟管18、20的每個或者永久性地附接到相應面 具12、14上，或者專門為了這些面具制作(不同的顏色和構造)。圖3是PAPR 10的控制原理圖。在本發明的一個示出實施例中，處理器102可選 地通過開關式電源(SMPQ 104將電機114與電池110連接。電機114的速度(以及輸送到 面具12、14的空氣體積)由處理器102根據由磁鐵108提供的并且通過磁傳感器106感測 到的磁通量自動確定。圖2A和2B顯示了軟管18、20、磁鐵108和傳感器106的細節。軟管18、20的第一 端沈永久性地連接到面具12、14上，軟管18、20的第二遠端可拆卸地連接到氣泵16上。磁鐵108通過合適的技術(例如，膠、螺絲等)附接到軟管18、20的遠端22的外 表面上。端22的外徑尺寸小于附接在氣泵16殼上的耦合器觀的內徑。當軟管18、20的遠端22插入耦合器28中時，就將磁鐵108帶入傳感器106的范 圍內。在這種情況下，遠端22外表面上的肋可以與耦合器觀內部的凹槽嚙合，這樣，除非 磁鐵108與傳感器106相對齊，否則端22將不能插入耦合器28中。傳感器106可以在許多不同的形式下工作。例如，傳感器106可以是霍耳效應傳 感器，其提供可變電壓輸出，其中該電壓取決于沖擊到傳感器106上的磁通量。另外，傳感 器106可以是磁阻(MR)傳感器、各向異性磁阻(AMR)傳感器或巨磁阻(AMR)傳感器。通常，使用磁鐵108相對于傳感器106的取向和位置來確定由氣泵16至面具12、 14的氣流。例如，圖5顯示了軟管18、20插入耦合器28的情形，其中磁鐵108與傳感器106之間隔開一距離D。這樣，距離D可用作控制耦合到傳感器106并被傳感器106檢測的磁通 量的手段。圖6顯示了傳感器106的電壓輸出(例如，模擬信號或數字信號)與距離D之間的 關系，D為將磁鐵108和傳感器106分開的距離。在第一實施例中，氣流(電機速度)取決 于磁鐵108相對于傳感器106的取向。如圖6所示，如果軟管18、20具有朝北的磁鐵(即 磁鐵108的北極朝向傳感器106)，則傳感器106的電壓輸出從8. 5毫米時的約2. 8伏特至 5毫米時的高的3. 5伏特，而朝南的磁鐵將提供8. 5毫米時的約2. 2伏特和5毫米時的1. 4 伏特的輸出。在此實施例中，如圖IA所示的緊配合面具12可配備有朝向傳感器106的磁 鐵108的南極，并且松配合面具14配備有朝向傳感器106的磁鐵108的北極。在此實施例中，處理器102讀取傳感器的輸出(模擬或數字輸出)，并根據傳感器 電壓確定將被使用的面具12或14的類型。在這種情況下，沿曲線34的電壓表明正在使用 緊配合面具12，而沿曲線32的電壓則表明正在使用松配合面具14。如果處理器102將自動確定在系統10中使用緊配合面具12，則處理器102可以選 擇第一氣流(例如，根據NIOSH要求的中等工作速率的115升/分或高等工作速率的170 升/分)。類似地，如果處理器102確定使用松配合面具14，則處理器102可以選擇第二氣 流(例如，低工作速率的115升/分、中等工作速率的170升/分或高等工作速率的235升 /分)。系統10可以配備第一 0N/0FF開關或可以通過將軟管18、20插入氣泵16來啟動。 類似地，氣泵16可配備第二開關，用于選擇中等工作速率或高工作速率。一旦啟動，系統10就會如圖4所示運行。在這點上，如果電源接通202，則處理器 102可以收集來傳感器106的讀數，以檢測204是否有磁鐵在傳感器106的附近。如果傳感 器的輸出接近中性值(即傳感器輸出對應于零磁通量密度)，表明沒有軟管存在206，然后 處理器102可以讀取216電源關斷按鈕，并使停止218按鈕啟動。否則，處理器102可以通 過包括步驟204、206、216的回路循環。或者，處理器102可以經由一些最小的電壓讀數檢測204磁鐵108在傳感器106 的附近。如此，處理器可以讀取208來自傳感器106的通量密度。根據通量密度，處理器102可以前進以檢測210朝向傳感器106的磁鐵108的極。 處理器102可以借助于包含曲線32、34的讀數的查閱表118來執行此步驟。在這點上，處 理器102可以使用比較器來比較通量讀數和曲線32和曲線34中的值。或者，如果傳感器 106是霍爾傳感器，那么磁鐵108的極性可以通過傳感器106輸出的極性確定。在讀數與南 極或北極匹配后，處理器102可以檢索212、214電機速度(氣流速度)，并向SMPS 104發出 指令(包括確定的電機速度)。SMPS 104將接收指令并使電機114在需要的速度下工作。需要指出的是，在這種情況下查閱表118中的電機速度是與檢測到的磁鐵108相 匹配的。例如，如果南極標識緊配合面具12，則查閱表118內的電機速度值可能已經針對所 涉及的緊配合面具12的具體類型或使用的特定面具12來通過實驗確定。類似地，如果北 極標識松配合面具14，則查閱表118內的電機速度值可以通過類似的方法針對松配合面具 14而被確定。在另一個實施例中，可以用所述距離D和磁鐵108的取向來限定沿圖6的橢圓形 30的可能的位置軌跡。在這種情況下，沿著橢圓30的每個位置可以與查閱表118上相應的氣流匹配。在此實施例中，處理器102首先會確定磁鐵108是否在傳感器106的附近204。如 果是，處理器會首先讀取208通量密度的大小。根據該通量密度，處理器102將確定或檢測 210朝向傳感器106的磁鐵108的極。一旦極確定，處理器102可以利用比較器116和查閱表118來確定合適的氣流 212、214。在此情形下，查閱表118可以包括兩個表，包括對于朝南極的一個和朝北極的一 個，其中每個讀取通量值對應于具體的預先設定的氣流速度。在另一個實施例中，磁鐵與傳感器106之間的距離D被使用來獨自確定氣流。在 這種情況下，改變距離D以限定任意數量的氣流速度。例如，圖7顯示了單位為高斯的傳感 器讀數與距離之間的關系。另外，磁場強度(高斯為單位)可以通過改變磁鐵108的類型 和強度而改變。如上，處理器102可以首先根據傳感器的輸出(模擬/數字)確定朝向傳感器106 的磁鐵108的極210。或者，用于緊配合和松配合面具12、14的氣流可以直接根據如圖4所 示的高斯讀數來確定。在此情況下，氣流可以通過合適地選擇距離D(如圖4所示)或者根 據磁鐵108的強度進行選擇。如上，高斯讀數可以由處理器102檢索，并且檢索到的高斯讀 數可以在比較器116和查閱表118中使用以使用高斯讀數來檢索對應于所述高斯讀數的氣 流而從查閱表118確定合適的氣流。系統10相對于傳統的PAI3R提供許多優勢。例如，不再需要為配合使用不同的面 具12、14而購買不同的氣泵16。這相比于傳統技術節省了費用，因為對所需氣流的自動檢 測考慮了 PAPR的標準化和使用可互換的面具12、14。此外，裝置10會更安全。通常，認為手動/人為干涉校準或調整PAI^R的氣流要求 是危險的。在要求權利的本發明中，不熟練的使用者可以簡單地檢索對他們來說最舒適的 面具12或14，而不需要考慮面具12、14或要與面具12、14配合使用的特定的氣泵16。為了闡述本發明制造和使用的方式，上文描述了自動氣流控制系統的具體實施 例。應當理解的是，對本發明實施的其他變形、修改以及本發明的不同方面對本領域技術人 員來說是顯而易見的，并且本發明并不限于上述具體的實施方式。因此，意圖于覆蓋本發明 以及落入本文公開并要求權利的基礎原理的真實精神和范圍內的任何核全部修改、變型或 等價方式。
權利要求
1.一種用電空氣凈化呼吸器，包括空氣面具； 氣泵；將所述面具連接到所述氣泵的軟管；置于嚙合在所述氣泵的外殼上的軟管的一部分上的磁致動器；和基于來自所述致動器的磁通量而提供由所述泵到所述面具的預定的氣流的控制器。
2.如權利要求1所述的呼吸器，其進一步包括耦合于所述控制器的磁通量檢測器。
3.如權利要求2所述的呼吸器，其進一步包括所述控制器在所述通量檢測器檢測到磁 致動器的南極時選擇第一預定氣流并且在檢測到磁致動器的北極時選擇第二預定氣流。
4.如權利要求3所述的呼吸器，其進一步包括在所述控制器內的測量所述磁致動器的 磁通量的通量測量處理器。
5.如權利要求4所述的呼吸器，其進一步包括查閱表，其將測量到的磁通量與預定的 氣流速率相關聯。
6.如權利要求5所述的呼吸器，其進一步包括比較器，其比較測量到的磁通量與查閱 表中的一套通量值并選擇與測量到的通量值基本匹配的氣流。
7.一種用電空氣凈化呼吸器，包括 氣泵；將空氣面具連接到氣泵的軟管； 置于嚙合在氣泵的外殼上的軟管的一部分上的磁鐵； 位于所述外殼內的檢測磁通量的傳感器；和耦合到所述傳感器的、基于檢測到的磁通量而提供由所述泵到所述面具的預定的氣流 的控制器。
8.如權利要求7所述的呼吸器，其中所述的傳感器進一步包括霍爾效應傳感器。
9.如權利要求7所述的呼吸器，其中所述的傳感器進一步包括磁阻傳感器。
10.如權利要求7所述的呼吸器，其中所述的傳感器進一步包括各向異性磁阻傳感器。
11.如權利要求7所述的呼吸器，其中所述的傳感器進一步包括巨磁阻傳感器。
12.如權利要求7所述的呼吸器，其進一步包括查閱表，用于從測量到的通量確定氣流。
13.如權利要求12所述的呼吸器，其中所述的查閱表進一步包括對于磁鐵的北極的第 一套讀數和對于磁鐵的南極的第二套讀數。
14.如權利要求12所述的呼吸器，其進一步包括比較器，其比較通量讀數與查閱表中 的條目。
15.如權利要求7所述的呼吸器，其進一步包括開關模式電源，所述電源控制氣泵的速度。
16.如權利要求7所述的呼吸器，其進一步包括電池。
17.一種方法，包括將用電空氣凈化呼吸器的軟管耦合到氣泵； 讀取由軟管上的磁鐵耦合到氣泵上的傳感器的磁通量； 從所述通量確定氣流。
18.如權利要求17所述的方法，其進一步包括識別朝向傳感器的磁鐵的極。
19.如權利要求17所述的方法，其進一步包括匹配通量讀數與查閱表內的氣流。
20.如權利要求19所述的方法，其進一步包括基于匹配的讀數設定氣泵的電機速度。
全文摘要
本發明涉及在呼吸器中使用非接觸感測的自動配合檢測和流量校準。一種用于操作用電空氣凈化呼吸器的方法和裝置。該裝置包括空氣面具、氣泵，將面具連接到氣泵的軟管、置于嚙合氣泵的外殼的軟管的一部分上的磁致動器和基于來自所述致動器的磁通量而提供由泵到面具的預定的氣流的控制器。
文檔編號A61M16/00GK102058923SQ201010610800
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月15日 優先權日2009年11月16日
發明者N·H·易卜拉欣, P·K·帕拉查拉, S·G·帕蒂爾 申請人:霍尼韋爾國際公司