渦輪控制方法、裝置和系統以及麻醉機和呼吸機的製作方法

2023-05-23 23:37:26

專利名稱：渦輪控制方法、裝置和系統以及麻醉機和呼吸機的製作方法
技術領域：
本發明涉及醫療器械領域，具體而言，涉及一種渦輪控制方法、裝置和系統以及麻醉機和呼吸機。
背景技術：
傳統的麻醉機或呼吸機採用高壓氣源做動力源，通過相關的技術實現氣動電控麻醉機或呼吸機，這種方式在工作過程中耗費了大量的高壓氧氣或空氣，造成浪費，同時，在急救或氣源供給不充分的情況下，這種浪費嚴重影響醫療器械的使用，因此，在麻醉機或呼吸機的設計中，節省動力氣源成為非常重要的考慮因素。為解決這一問題，目前的麻醉機或呼吸機均以渦輪提供氣源，採用氣控或大通徑的比例閥對渦輪的流量進行控制，達到控制氣源氣體流速的目的，但是，這種控制方式並不能精確得到麻醉機或呼吸機要求的流速。針對相關技術中渦輪向外提供氣源時，氣體流速的控制精度差的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容
本發明的主要目的在於提供一種渦輪控制方法、裝置和系統以及麻醉機和呼吸機，以解決渦輪向外提供氣源時，氣體流速的控制精度差的問題。為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了 一種渦輪控制方法。根據本發明的渦輪控制方法包括獲取渦輪的氣體流速，其中，氣體流速為渦輪向外提供氣源時的目標流速；採集渦輪的氣道壓力；根據氣體流速與氣道壓力計算渦輪的轉速；以及控制渦輪以該轉速運行。進一步地，渦輪的轉速採用以下公式得到其中，V為氣體流速，P為氣道壓力，k:和k2均為無量綱係數。進一步地，獲取渦輪的氣體流速包括獲取渦輪預存的氣體流速；或採集渦輪實際輸出的氣體流速。為了實現上述目的，根據本發明的另一方面，提供了 一種渦輪控制裝置。根據本發明的渦輪控制裝置包括獲取模塊，用於獲取渦輪的氣體流速，其中，氣體流速為渦輪向外提供氣源時的流速；採集模塊，用於採集渦輪的氣道壓力；計算模塊，用於根據氣體流速與氣道壓力計算渦輪的轉速；以及控制模塊，用於控制渦輪以轉速運行。進一步地，計算模塊採用以下公式進行計算 v = f~K%其中，V為氣體流速，P為氣道壓力，k:和k2均為無量綱係數。進一步地，獲取模塊包括獲取子模塊，用於獲取渦輪預存的氣體流速；以及採集子模塊，用於採集渦輪實際輸出的氣體流速。為了實現上述目的，根據本發明的另一方面，提供了一種渦輪控制系統。根據本發明的渦輪控制系統包括渦輪；控制器，用於控制渦輪向外提供氣源，其中，控制器包括本發明提供的任意一種渦輪控制裝置；以及第一傳感器，與控制器相連接，用於檢測渦輪的氣道壓力。進一步地，根據本發明的渦輪控制系統還包括第二傳感器，與控制器相連接，用於採集渦輪實際輸出的氣體流速。為了實現上述目的，根據本發明的另一方面，提供了一種麻醉機。根據本發明的麻醉機包括本發明提供的任意一種渦輪控制系統。為了實現上述目的，根據本發明的另一方面，提供了 一種呼吸機。根據本發明的呼吸機包括本發明提供的任意一種渦輪控制系統。通過本發明，採用包括以下步驟的渦輪控制方法獲取渦輪的氣體流速，其中，氣體流速為渦輪向外提供氣源時的目標流速；採集渦輪的氣道壓力；根據氣體流速與氣道壓力計算渦輪的轉速；以及控制渦輪以該轉速運行，通過獲取渦輪向外提供氣源時的目標流速以及實時採集渦輪的氣道壓力，計算出以此目標流速提供氣源時渦輪所需的轉速，進而控制渦輪以該轉速運行，解決了渦輪向外提供氣源時，氣體流速的控制精度差的問題，進而能夠按氣體流速的具體需求準確向外提供氣源，達到了渦輪向外提供氣源時，能夠精確控制氣體流速的效果。


構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖1是根據本發明實施例的麻醉機控制系統的框圖；圖2是根據本發明實施例的渦輪控制系統的框圖；圖3是根據本發明實施例的渦輪控制裝置的框圖；以及圖4根據本發明實施例的渦輪控制方法的流程圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。首先介紹本具體實施方式
提供的麻醉機。圖1是根據本發明實施例的麻醉機控制系統的框圖，如圖1所示，該麻醉機的呼吸模塊所需的氣源由渦輪提供。呼吸模塊、渦輪以及渦輪的控制器和渦輪驅動器形成閉環控制首先，控制器和渦輪驅動器通過控制渦輪的轉速控制渦輪輸出氣體的氣體流速；其次，渦輪以該氣體流速向呼吸模塊提供氣源；最後，呼吸模塊將其所需的氣體流速以及其與渦輪之間的氣道壓力返回控制器和渦輪驅動器，以使控制器和渦輪驅動器輸出控制渦輪的轉速。採用該實施例提供的麻醉機，通過採用渦輪產生氣源，節省了氣源的使用，解決了急救盒賑災等野外環境攜帶氣瓶不方便的問題，並且，在採用渦輪作為產生氣源裝置時，通過控制渦輪的轉速控制渦輪輸出氣體的流速，從而能夠向麻醉機提供準確氣體流速的氣源，提高了麻醉機的輸出精度。其次介紹本具體實施方式
提供的呼吸機。該呼吸機的控制系統與圖1所示的麻醉機的控制系統原理相同，組成類似，具體工作過程不再重複。採用該實施例提供的呼吸機，也通過渦輪產生氣源，節省了氣源使用；並且，通過控制渦輪的轉速控制渦輪輸出氣體的流速，提高了呼吸機的輸出精度。第三介紹渦輪控制系統的具體實施方式
。圖2是根據本發明實施例的渦輪控制系統的框圖，如圖2所示，該渦輪控制系統包括渦輪D ;控制器A，用於控制渦輪向外提供氣源，例如，在圖1所示的實施例中，向麻醉機提供氣源，其中，控制器A包括一種渦輪控制裝置，該渦輪控制裝置用於控制渦輪以一定的轉速運行；以及第一傳感器B，與控制器A相連接，用於檢測渦輪的氣道壓力，該渦輪的氣道壓力用於計算渦輪的轉速。其中，在計算渦輪的轉速時，另一個輸入參數為渦輪所要輸出氣體的氣體流速。在該實施例中，控制器A通過控制渦輪的轉速達到控制渦輪氣體流速的目的，渦輪氣體流速的目標值和第一傳感器B實時檢測的氣道壓力值為渦輪轉速的控制參數，使得渦輪能夠準確的按照要求向外輸出氣體，提高了氣體流速的控制精度。渦輪氣體流速的目標值可以為渦輪控制裝置內部預存的值，也可以為醫務人員臨時根據醫療經驗輸入的值，或者通過如圖2所示的第二傳感器C，實時採集渦輪實際輸出的氣體流速的值，其中，第三種方式用於以下情況在患者使用呼吸機或麻醉劑時，醫務人員根據患者的生命體徵將渦輪提供氣源的氣體流速人工調節到最佳，但是由於氣道壓力等其他實時變化的影響，使得該氣體流速很難保持，因此，需要通過第二傳感器C採集當前渦輪實際輸出的氣體流速的值，與第一傳感器B採集的氣道壓力共同控制渦輪的轉速，以使氣體流速保持在最佳值。第四介紹渦輪中控制裝置的具體實施方式
。圖3是根據本發明實施例的渦輪控制裝置的框圖，如圖3所示，該渦輪控制裝置包括獲取模塊10，用於獲取渦輪的氣體流速，其中，氣體流速為渦輪向外提供氣源時的目標流速；採集模塊20，用於通過第一傳感器B採集渦輪的氣道壓力；計算模塊30，用於根據氣體流速與氣道壓力計算渦輪的轉速；以及控制模塊40，用於控制渦輪以轉速運行。在該實施例中，通過獲取模塊10和採集模塊20獲得計算渦輪的轉速的輸入參數，通過計算模塊30根據該輸入參數計算得到渦輪的轉速，最後通過控制模塊40控制渦輪以該轉速運行，其中，該轉速跟隨氣道壓力變化，以保證渦輪輸出的氣體的流速一定，因此，採用該實施例提供的渦輪控制裝置控制渦輪，能夠提高渦輪輸出氣體流速的控制精度，從而在採用該渦輪向麻醉機或呼吸機提供氣源時，不僅節省氣源方便戶外使用，而且能夠準確的向麻醉機或呼吸機輸出氣源。為了得到渦輪轉速與氣體流速之間的定量關係，優選地，計算模塊採用以下公式進行計算
_5] v=n其中，V為渦輪轉速，V為氣體流速，P為氣道壓力，k:和k2均為無量綱係數，通過實驗計算得出。具體確定過程如下在給定一個渦輪的轉速V1的情況下，氣體流速V和氣道壓力P為線性關係V = kiP+k2v2，隨著氣道壓力的增大,流速不斷減小。因此給定渦輪轉速V1，每隔50ms採集一次流量和壓力，通過這組數據分析出線性直線的斜率k(k = k:)和截距b(b=k2v2)，按同樣的方法給定另一個渦輪轉速V2，得到另外一組數據並進行分析。通過兩組數據就可以計算出h和k2。優選地，獲取模塊10包括獲取子模塊，用於獲取渦輪預存的氣體流速，可以為渦輪控制裝置內部存儲模塊預存的值，也可以為接收模塊接收的醫務人員臨時根據醫療經驗輸入的值；以及採集子模塊，用於通過第二傳感器C採集當前渦輪實際輸出的氣體流速的值，以使氣體流速保持當前值。最後介紹渦輪的控制方法的具體實施方式
。圖4根據本發明實施例的渦輪控制方法的流程圖，如圖4所示，該方法包括如下的步驟S102至步驟S108 步驟S102 :獲取渦輪的氣體流速，其中，氣體流速為渦輪向外提供氣源時的流速。獲取的渠道包括獲取渦輪內部預存的值，接收醫務人員臨時根據醫療經驗輸入的值，以及採集當前渦輪實際輸出的氣體流速的值。根據實際情況選擇不同的獲取方式。步驟S104 :採集渦輪的氣道壓力。步驟S106 :根據氣體流速與氣道壓力計算渦輪的轉速。該步驟中具體的計算方法可採用如下的公式 v = f~kl%其中，V為氣體流速，P為氣道壓力，k:和k2均為無量綱係數，通過實驗計算得出。具體計算確定過程如上文，此處不再重複描述。步驟S108 :控制渦輪以該轉速運行。在該實施例中，通過前兩個步驟獲得計算渦輪轉速的輸入參數，包括目標氣體流速和氣道壓力，第三個步驟根據該輸入參數計算得到渦輪的轉速，最後控制渦輪以該轉速運行，使得渦輪能夠輸出目標氣體流速，並且在氣道壓力變化時，轉速能夠跟隨其變化，保證輸出的氣體流速穩定，採用該實施例提供的渦輪控制方法控制渦輪，能夠提高渦輪輸出氣體流速的控制精度，從而在採用該渦輪向麻醉機或呼吸機提供氣源時，不僅節省氣源方便戶外使用，而且能夠準確的向麻醉機或呼吸機輸出氣源。從以上的描述中，可以看出，本發明實現了如下技術效果通過獲取渦輪向外提供氣源時的目標流速以及實時採集渦輪的氣道壓力，計算出以此目標流速提供氣源時渦輪所需的轉速，進而控制渦輪以該轉速運行，使得渦輪能夠按氣體流速的具體需求準確向外提供氣源，提高了渦輪氣體流速的控制精度。因此，採用該渦輪向麻醉機或呼吸機提供氣源時，節省了氣源的使用，解決了急救盒賑災等野外環境攜帶氣瓶不方便的問題，同時，麻醉機或呼吸機能夠得到精確流速的氣體。需要說明的是，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執行指令的計算機系統中執行，並且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同於此處的順序執行所示出或描述的步驟。
顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發明的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執行的程序代碼來實現，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執行，或者將它們分別製作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟製作成單個集成電路模塊來實現。這樣，本發明不限制於任何特定的硬體和軟體結合。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種渦輪控制方法，其特徵在於，包括 獲取所述渦輪的氣體流速，其中，所述氣體流速為所述渦輪向外提供氣源時的目標流速； 採集所述渦輪的氣道壓力； 根據所述氣體流速與所述氣道壓力計算所述渦輪的轉速；以及 控制所述渦輪以所述轉速運行。
2.根據權利要求1所述的渦輪控制方法，其特徵在於，所述渦輪的轉速採用以下公式得到
3.根據權利要求1所述的渦輪控制方法，其特徵在於，獲取所述渦輪的氣體流速包括 獲取所述渦輪預存的氣體流速；或 採集所述渦輪實際輸出的氣體流速。
4.一種渦輪控制裝置，其特徵在於，包括 獲取模塊，用於獲取所述渦輪的氣體流速，其中，所述氣體流速為所述渦輪向外提供氣源時的流速； 採集模塊，用於採集所述渦輪的氣道壓力； 計算模塊，用於根據所述氣體流速與所述氣道壓力計算所述渦輪的轉速；以及 控制模塊，用於控制所述渦輪以所述轉速運行。
5.根據權利要求4所述的渦輪控制裝置，其特徵在於，所述計算模塊採用以下公式進行計算
6.根據權利要求4所述的渦輪控制裝置，其特徵在於，所述獲取模塊包括 獲取子模塊，用於獲取所述渦輪預存的氣體流速；以及 採集子模塊，用於採集所述渦輪實際輸出的氣體流速。
7.一種渦輪控制系統，其特徵在於，包括 渦輪； 控制器，用於控制所述渦輪向外提供氣源，其中，所述控制器包括權利要求4至6中任一項所述的渦輪控制裝置；以及 第一傳感器，與所述控制器相連接，用於檢測所述渦輪的氣道壓力。
8.根據權利要求7所述的渦輪控制系統，其特徵在於，還包括 第二傳感器，與所述控制器相連接，用於採集所述渦輪實際輸出的氣體流速。
9.一種麻醉機，其特徵在於，包括權利要求7或8所述的渦輪控制系統。
10.一種呼吸機，其特徵在於，包括權利要求7或8所述的渦輪控制系統。
全文摘要
本發明公開了一種渦輪控制方法、裝置和系統以及麻醉機和呼吸機。該渦輪控制方法包括獲取渦輪的氣體流速，其中，氣體流速為渦輪向外提供氣源時的流速；採集渦輪的氣道壓力；根據氣體流速與氣道壓力計算渦輪的轉速；以及控制渦輪以轉速運行。通過本發明，渦輪在向外提供氣源時，氣體流速的控制精度高。
文檔編號F01D17/00GK103061828SQ20111031734
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月18日 優先權日2011年10月18日
發明者龔家明 申請人:北京誼安醫療系統股份有限公司