一種便攜式慢性呼吸疾病監測設備校準裝置及方法與流程

本發明涉及電子設備領域，尤其是一種便攜式慢性呼吸疾病監測設備的校準裝置及方法。

背景技術：

目前國內哮喘病、慢性阻塞性肺疾病等慢性呼吸疾病，是一種常見病，主要病變在氣管、支氣管、肺部和胸腔。當前由于國內環境問題日益嚴重，呼吸系統疾病發病率不斷上升。據《中國居民營養與慢性病狀況報告(2015年)》顯示，2015年慢性呼吸系統疾病死亡率為68/10萬，為中國居民第三位慢性病死因。40歲以上人群慢性阻塞性肺病患病率為9.9%。而此前的調查數據也顯示，中國的哮喘患者人數超過3000萬。呼吸系統疾病對健康的危害巨大，但公眾對其知之甚少，疾病控制率也較低。因此便攜式的個人家用的慢性呼吸疾病監測設備具有廣闊的應用前景和迅猛的發展勢頭。

然而，對于此類監測設備，如何確保監測精度，是人們首要關注問題，也是核心的技術難點。而校準方法的可靠性也是實現該類監測設備監測精度可靠的重要保障。目前市面上有美國、瑞典等國家生產的模擬肺系統提供了此類設備的校準方案，但是這些模擬肺系統主要面向醫用，價格昂貴、操作復雜。用于便攜式的慢性呼吸疾病監測設備的校準性價比低。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種結構簡單，且減少成本的一種便攜式慢性呼吸疾病監測儀校準裝置。

本發明另一個目的是：提供一種便攜式慢性呼吸疾病監測設備校準方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是。

一種便攜式慢性呼吸疾病監測設備校準裝置，包括空壓機、減壓閥、通道選擇器、中央控制器和流量控制器組，所述空壓機的輸出端通過減壓閥連接至通道選擇器的輸入端，所述通道選擇器的輸出端與流量控制器組的輸入端連接，所述中央控制器分別與通道選擇器和流量控制器組相連接。

進一步改進的，所述流量控制器組包括第一流量控制器、第二流量控制器、第三流量控制器和第四流量控制器，所述通道選擇器的第一輸出端連接至第一流量控制器的輸入端，所述通道選擇器的第二輸出端連接至第二流量控制器的輸入端，所述通道選擇器的第三輸出端連接至第三流量控制器的輸入端，所述通道選擇器的第四輸出端連接至第四流量控制器的輸入端，所述第一流量控制器、第二流量控制器、第三流量控制器和第四流量控制器均與中央控制器連接。

進一步改進的，所述中央控制器包括單片機電路和信號發生器，所述單片機電路分別與信號發生器、通道選擇器、第一流量控制器、第二流量控制器、第三流量控制器和第四流量控制器相連接。

進一步改進的，所述空壓機采用大功率、大流量輸出的空氣壓縮機，流量輸出范圍為0～800LPM。

進一步改進的，所述第一流量控制器的量程為0～100LPM，所述第二流量控制器的量程為0～200LPM，所述第三流量控制器的量程為0～500LPM，所述第四流量控制器的量程為0～800LPM。

進一步改進的，所述第一流量控制器、第二流量控制器、第三流量控制器和第四流量控制器均采用日本山武CMQ-V系列的流量控制器。

本發明解決其技術問題所采用的另一技術方案是。

利用上述裝置的便攜式慢性呼吸疾病監測設備校準方法，包括建立用于便攜性慢性呼吸疾病監測設備校準的有限狀態機，所述建立的有限狀態機包括系統初始化狀態、通道選擇狀態、流量控制狀態；所述的系統初始化狀態，執行系統上電初始化，默認啟動第一流量控制器，關閉其他通道；所述的通道選擇狀態，執行實時監測流量控制器的實際測量值，當流量滿量程時，執行啟動下一流量控制通道，同時關閉其他通道；所述的流量控制狀態，執行具體流量大小控制，設定步進長度為各流量控制器控制精度的一半，在0～100LPM范圍內，啟動第一流量控制器，氣流以1.25LPM步進遞增輸出，在100～200LPM范圍內，啟動第二流量控制器，氣流以2.5LPM步進遞增輸出，在200～500LPM范圍內，啟動第三流量控制器，氣流以6.25LPM步進遞增輸出，在500～800LPM范圍內，啟動第四流量控制器，氣流以10LPM步進遞增輸出，通過依次采用第一、第二、第三、第四流量控制器完成慢性呼吸疾病監測設備0～800LPM范圍內的氣流校準。

進一步的，本發明所述的流量控制狀態，由單片機電路產生步進信號給信號發生器，信號發生器產生相應控制信號調節流量控制器電磁閥開度，從而流量控制器輸出我們需要的氣流。將此氣流輸送到監測設備校準，分別記錄流量值與電壓值。針對不同流量控制器反復進行上述操作，完成0～800LPM氣流標定，監測設備根據氣流產生壓差再轉換成電壓信號，每一個氣體流量值對應一個電壓值。根據這種一一對應關系進行數據擬合處理，建立電壓與氣流函數關系模型，該模型即可應用于監測設備的校準。

與現有技術相比，本發明的裝置有益效果是：

本發明的裝置一種便攜式慢性呼吸疾病檢測儀校準裝置結構簡單，操作方便，并且成本較低，其通過大功率空壓機產生穩定的氣源，然后根據氣流的大小進行分級，采用通道選擇器在流量控制器組中選擇合適的流量控制器，由流量控制器精確控制并輸出穩定的氣流，氣流大小滿足模擬人體用力呼氣量從最小值到最大值的過程。本發明通過采用分級校準的方式，采用相適應量程的流量控制器對氣流進行測量，從而能有效降低相對誤差，使得校準更為準確、可靠。

本發明采用流量分級控制及測量方法，流量控制器本身具有固有的測量誤差，量程越大誤差就越大，采用分級測量目的在于用小量程來代替大量程，使測量誤差盡可能小，測量值盡可能接近真實值，從而使流量值與電壓值映射關系更為真實可靠。利用所述方法，可以將氣流與電壓建立一一映射關系，根據這種映射關系，采用積分運算以及相關數學算法可實時監測慢性呼吸疾病，例如：哮喘病、慢性阻塞性肺疾病的PEF、FEV1和FEV1%三個與哮喘病病情波動最為相關的參數。該方法流程簡單，操作靈活，且成本低，性能穩定，具有可靠的校準精度。

附圖說明

圖1為本發明一種便攜性慢性呼吸疾病監測設備校準裝置的結構圖；

圖2為本發明一種便攜式慢性呼吸疾病監測設備校準方法工作流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實例對本發明的具體實施作進一步說明，但本發明的實施和保護不限于此，以下若有未特別詳細說明之處，均是本領域技術人員可參照現有技術實現的。

參照圖1，一種便攜性慢性呼吸疾病監測設備校準裝置，包括：

空壓機，用于產生穩定的氣源，模擬人體用力呼氣所需要的氣流；

減壓閥，用于降低空壓機所產生氣流的壓力，將壓力限定在后續設備耐壓范圍內；

通道選擇器，用于控制各個流量控制通道的開閉，選擇合適的通道供校準裝置使用；

中央控制器，用于控制流量控制器的電磁閥開度以及通道選擇器的通道開閉；

第一流量控制器，量程為0～100LPM，精度為±2.5%滿量程（±2.5LPM），用于控制流量值位于100LPM以下的氣流；

第二流量控制器，量程為0～200LPM，精度為±2.5%滿量程（±5LPM），用于控制流量值位于100～200LPM范圍內的氣流；

第三流量控制器，量程為0～500LPM，精度為±2.5%滿量程（±12.5LPM），用于控制流量值位于200～500LPM范圍內的氣流；

第四流量控制器，量程為0～800LPM，精度為±2.5%滿量程（±20LPM），用于控制流量值位于500～800LPM范圍內的氣流。

所述空壓機的輸出端通過減壓閥連接至通道選擇器的輸入端，所述通道選擇器的輸出端與流量控制器組的輸入端連接，所述中央控制器分別與通道選擇器和流量控制器組相連接。

其中，中央控制器由單片機電路以及信號發生器組成，連接流量控制器的控制端和流量信號輸出端，同時連接通道選擇器控制端，形成反饋回路。

參照圖2，一種便攜性慢性呼吸疾病監測設備校準方法，包括：建立用于便攜性慢性呼吸疾病監測設備校準的有限狀態機，所述建立的有限狀態機包括系統初始化狀態、通道選擇狀態、流量控制狀態；

所述的系統初始化狀態，執行系統上電初始化，默認啟動第一流量控制器，關閉其他通道；所述的通道選擇狀態，執行實時監測流量控制器的實際測量值，當流量控制器滿量程時，執行啟動下一流量控制通道，同時關閉其他通道；所述的流量控制狀態，執行具體的流量大小控制，設定步進長度為各流量控制器控制精度的一半，在0～100LPM范圍內，啟動第一流量控制器，氣流以1.25LPM步進遞增輸出，在100～200LPM范圍內，啟動第二流量控制器，氣流以2.5LPM步進遞增輸出，在200～500LPM范圍內，啟動第三流量控制器，氣流以6.25LPM步進遞增輸出，在500～800LPM范圍內,啟動第四流量控制器，氣流以10LPM步進遞增輸出，通過依次采用第一、第二、第三、第四流量控制器完成慢性呼吸疾病監測設備0～800LPM范圍內的氣流校準。

實施例一

參照圖1，本發明的第一實施例：

本實施例的一種便攜性慢性呼吸疾病監測設備校準裝置由空氣壓縮機、減壓閥、通道選擇器、中央控制器、第一流量控制、第二流量控制器、第三流量控制器、第四流量控制器以及慢性呼吸疾病監測設備構成。

其中，空壓機，用于產生穩定的氣源，模擬人體用力呼氣所需要的氣流，氣流輸送到減壓閥。減壓閥，用于降低空壓機所產生氣流的壓力，將壓力限定在后續設備耐壓范圍內。通道選擇器初始化狀態時默認打開第一流量控制器，其他通道全部關閉，由中央控制器控制開閉，形成反饋回路，根據判斷氣流是否超量程，選擇合適的流量控制器供監測設備校準使用。中央控制器，由單片機電路以及信號發生器組成，單片機電路作為中央總控一方面用于設置步進，調節信號發生器的輸出信號大小，另一方面根據流量控制器反饋完成邏輯判斷，控制通道選擇器。第一流量控制器，量程為0～100LPM，精度為±2.5%滿量程（±2.5LPM），用于控制流量值位于100LPM以下的氣流。第二流量控制器，量程為0～200LPM，精度為±2.5%滿量程（±5LPM），用于控制流量值位于100～200LPM范圍內的氣流。第三流量控制器，量程為0～500LPM，精度為±2.5%滿量程（±12.5LPM），用于控制流量值位于200～500LPM范圍內的氣流。第四流量控制器，量程為0～800LPM，精度為±2.5%滿量程（±20LPM），用于控制流量值位于500～800LPM范圍內的氣流。這些控制器組成流量控制器組，分別由中央控制器控制，各流量控制器切換完全自適應，將合適的流量輸出通道連接待校準設備即可建立流量與電壓信號的映射模型，該模型即可用于慢性呼吸疾病監測設備的校準。

本實施例的中央控制器擔任核心的中央總控，完成整個工作流程的自動化控制。

本實施例一種便攜性慢性呼吸疾病監測設備校準裝置的工作原理為：

采用的大功率空氣壓縮機產生穩定的氣源，通過減壓閥進行減壓，根據氣流大小采用通道選擇器選擇合適的流量控制器，流量控制器由控制器精確控制并測量流量的大小，同時實時顯示，氣流滿足模擬人體用力呼氣量從最小值到最大值的過程。在0～800LPM的校準范圍內采用分級校準的方式，采用第一流量控制器：量程0～100LPM、第二流量控制器：量程0～200LPM、第三流量控制器：量程0～500LPM、第四流量控制器：量程0～800LPM量程的四臺流量控制器完成相應氣流的控制與測量，通道選擇采用單片機電路自動控制。由于流量控制器本身固有的測量誤差，四臺流量控制器精度都為±2.5%滿量程，通過采用合適量程測量流量可有效降低相對誤差，設定步進長度為各流量控制器控制精度的一半，具體實現方法：在0～100LPM內使用第一流量控制器，氣流以步進1.25LPM遞增輸出，100～200LPM內使用第二流量控制器，氣流以步進2.5LPM遞增輸出，200～500LPM內使用第三流量控制器，氣流以步進6.25LPM遞增輸出，500～800LPM內使用第四流量控制器，氣流以步進10LPM遞增輸出。經過流量控制器測量的氣流輸送至慢性呼吸疾病監測設備，確定的氣流會產生確定的電壓信號，不同氣流與不同電壓形成一一映射，同時可通過上述校準裝置修改步進，測量更多的氣流量值，激勵監測設備產生更多的電壓信號，基于大量數據分析與處理使氣流與電壓的映射關系更為準確、可靠，這種映射關系即可用于便攜式慢性呼吸疾病監測設備的校準，由監測設備的電壓信號反向映射成已經標定的氣流，如此完成監測設備校準。校準的映射關系通過積分運算以及相關數學算法可實時測量慢性呼吸疾病，例如：哮喘病、慢性阻塞性肺疾病的PEF、FEV1和FEV1%等參數。

實施例二

參照圖2，本發明的第二實施例：

本實施例的一種便攜性慢性呼吸疾病監測設備校準方法的有限狀態機包括：系統初始化狀態、通道選擇狀態、流量控制狀態。

參照圖2，本發明工作流程如下：

(1)開機，系統自動初始化，默認開啟第一流量控制器，其他通道關閉；

(2)系統初始化完成后，第一流量控制器開始工作，中央控制器產生1.25LPM的步進信號輸送到第一流量控制器，同時將穩定的氣流輸送到待校準監測設備，記錄流量值與監測設備產生的電壓信號，建立一一映射關系；

(3)中央控制器內的邏輯電路實時判斷第一流量控制器內的氣流是否超量程，如果沒有超量程則繼續執行按設定步進遞增輸出氣流，如果超量程，此時中央控制器選擇打開第二流量控制器,同時關閉第一流量控制器，氣流經由第二流量控制器進行精確控制；

(4)選定第二流量控制器后，中央控制器產生2.5LPM步進的控制信號，將穩定的氣流輸送到待校準監測設備，記錄流量值與待校準設備電壓信號，建立一一映射關系，同時實時監控該控制器內氣流是否超量程，一旦超量程，中央控制器關閉第二流量控制器,同時打開第三流量控制器；

(5)選定第三流量控制器后，中央控制器產生6.25LPM步進的控制信號，將穩定的氣流輸送到待校準監測設備，記錄流量值與待校準設備電壓信號，建立一一映射關系，同時實時監控該控制器內氣流是否超量程，一旦超量程，中央控制器關閉第三流量控制器,同時打開第四流量控制器；

(6)選定第四流量控制器后，中央控制器產生10LPM步進的控制信號，將穩定的氣流輸送到待校準設備，記錄流量值與待校準設備電壓信號，建立一一映射關系;

(7)完成第（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）步，將0～800LPM內所有標定的數值整理分析，建立準確的映射關系模型，用于便攜式慢性呼吸疾病監測設備校準。

本實施例的校準方法的工作原理如下：

a)系統初始化狀態:執行系統上電初始化，默認開啟第一流量控制器，關閉其他通道；

b)通道選擇狀態：執行實時監測流量控制器的實際測量值，當流量控制器滿量程時，執行啟動下一量程流量控制通道，同時關閉其他通道；

c)流量控制狀態：執行具體流量大小控制，設定步進長度為各流量控制器控制精度的一半，在0～100LPM范圍內，啟動第一流量控制器，氣流以1.25LPM步進遞增輸出，在100～200LPM范圍內，啟動第二流量控制器,氣流以2.5LPM步進遞增輸出，在200～500LPM范圍內，啟動第三流量控制器, 氣流以6.25LPM步進遞增輸出，在500～800LPM范圍內，啟動第四流量控制器, 氣流以10LPM步進遞增輸出，通過依次采用第一、第二、第三、第四流量控制器完成慢性呼吸疾病監測設備0～800LPM范圍內的氣流校準。

以上是對本發明的較佳實施進行了具體說明，但本發明創造并不限于所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。