用於氧氣檢測設備的傳感器校正方法
2023-10-17 19:25:49
專利名稱：用於氧氣檢測設備的傳感器校正方法
技術領域：
本發明涉及醫療器械領域，具體而言，涉及一種用於氧氣檢測設備的傳感器校 正方法。
背景技術：
醫療領域經常需要對氧氣含量進行監測的設備，例如呼吸機、麻醉機、氧氣供 應設備等。由於基於電化學原理的氧傳感器具有簡單、可靠、成本低等優勢，所以在對 氧氣含量監測的設備中，常採用其作為信號採集方法。基於電化學原理的氧傳感器測量氧氣含量的原理是，根據檢測氣體中氧含量的 不同，傳感器輸出的相應電壓或電流也不同，從而獲得檢測氣體中氧氣的含量。但由 於電化學原理的氧氣傳感器在使用中會逐漸消耗電極材料，因而輸出特性會逐漸發生變 化，直至失效。因此，使用該種傳感器的設備必須定期校正以保證準確性和有效性；並 且，當傳感器失效更換新的傳感器時，也需要對更換後的傳感器進行校正。現有技術中，基於電化學原理的傳感器校正採用的方法是，定期根據傳感器電 壓或電流的輸出採樣值校正設備的參考點。該方法實際上是在保持系統增益不變的情況 下，重新選擇一定濃度(方便起見，通常取空氣氧含量20.6%)對應的信號採樣值設定為 參考點，從而實現對設備的校正。在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中在固定系統增益的情況下，隨 著傳感器電極材料的消耗，輸出信號會發生衰減，有效的信號範圍變小，導致傳感器校 正精度降低。
發明內容
本發明旨在提供一種用於氧氣監測設備的傳感器校正方法，能夠解決現有技術 中在固定系統增益的情況下，隨著傳感器電極材料的消耗，輸出信號會發生衰減，有效 的信號範圍變小，導致傳感器校正精度降低的問題。在本發明的實施例中，提供了一種用於氧氣檢測設備的傳感器校正方法，包括 以下步驟氧傳感器將檢測到空氣中的氧濃度轉換為電信號；可調增益放大模塊將電信號放大；模數轉換信號識別模塊將可調增益放大模塊放大後的電信號轉換為數位訊號， 並將數位訊號進行單位換算處理；顯示模塊顯示單位換算處理後的數位訊號的數值；預定義空氣中氧濃度對應的第一數值，根據第一數值和顯示模塊顯示的數值對 可調增益放大模塊的增益進行調節。在上述實施例中，通過預 定義空氣中氧濃度對應的第一數值，進而根據第一數 值和顯示模塊顯示的數值對可調增益放大模塊的增益進行調節，使得顯示模塊顯示的數值等於第一數值，從而使氧傳感器的有效信號範圍不變，克服了現有技術中在固定系統 增益的情況下，隨著傳感器電極材料的消耗，輸出信號會發生衰減，有效的信號範圍變 小，導致傳感器校正精度降低的問題。
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，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示出了根據本發明的一個實施例的傳感器校正方法流程圖；圖2示出了根據本發明一個優選實施例的傳感器校正裝置示意圖。
具體實施例方式下面將參考附圖並結合實施例，來詳細說明本發明。圖1示出了根據本發明的一個實施例的傳感器校正方法流程圖，包括以下步 驟S102,氧傳感器將檢測到空氣中的氧濃度轉換為電信號；S104,可調增益放大模塊將電信號放大；S106，模數轉換信號識別模塊將可調增益放大模塊放大後的電信號轉換為數字 信號，並將數位訊號進行單位換算處理；S108，顯示模塊顯示單位換算處理後的數位訊號的數值；S110，預定義空氣中氧濃度對應的第一數值，根據第一數值和顯示模塊顯示的 數值對可調增益放大模塊的增益進行調節。在本實施例中，通過預定義空氣中氧濃度對應的第一數值，進而根據第一數值 和顯示模塊顯示的數值對可調增益放大模塊的增益進行調節，使得顯示模塊顯示的數值 等於第一數值，從而使氧傳感器的有效信號範圍不變，克服了現有技術中在固定系統增 益的情況下，隨著傳感器電極材料的消耗，輸出信號會發生衰減，有效的信號範圍變 小，導致傳感器校正精度降低的問題。同時，在上述實施例中，當傳感器型號發生變化時，將顯示模塊顯示的數值與 第一數值進行對比，根據對比結果調整放大模塊的增益，使得顯示模塊顯示的數值與第 一數值一致，從而使更換後的傳感器的有效範圍不變，克服了現有技術中傳感器型號發 生變化時，固定系統的增益，使得信號採樣值範圍發生變化，從而造成的校正精度不能 保證的問題。優選地，在上述傳感器校正方法中，顯示模塊顯示的數值為氧濃度值或氧濃度 值對應的電信號值，第一數值為第一氧濃度值或第一電信號值。優選地，在上述傳感器校正方法中，可調增益放大模塊通過兩個等阻值的固定 電阻與氧傳感器差分連接，從氧傳感器獲得採集信號，並將顯示模塊對傳感器的採集信 號的實時監測值與作為校正依據的第一數值進行對比，調整調增益放大模塊的增益，使 顯示模塊顯示的數值與第一數值一致，並利用該增益值對傳感器採集到的信號進行差分 放大。從而，使得傳感器的信號有效範圍在信號處理範圍內，解決了傳感器校正時校正精度會隨著傳感器信號衰減而降低的問題。當傳感器型號發生變化時，仍是將顯示模塊 顯示的數值與第一數值進行對比，根據對比結果調整放大模塊的增益，從而克服了傳感 器型號發生變化時，固定系統的增益，使得信號採樣值範圍發生變化，從而造成的校正 精度不能保證的問題。優選地，在上述傳感器校正方法中，可調增益放大模塊為可調增益放大器。 優選地，在上述傳感器校正方法中，可調增益放大器為可編程增益放大器，通 過預先設定的程序對增益進行調節，而不需要手動進行增益調節，提高調節精度。優選地，在上述傳感器校正方法中，可調增益放大模塊為可調增益放大電路， 其中可調增益放大電路包括放大器和可調電位器，可調電位器連接在放大器的負輸入端 和輸出端之間，可調電位器用於實現可調增益放大模塊中的系統增益調整功能。優選地，在上述傳感器校正方法中，可調電位器為可編程電位器。優選地，在上述傳感器校正方法中，模數轉換信號識別模塊包括模數轉換器和 信號處理單元，用於對可調增益放大模塊放大後模擬信號轉換為數位訊號，並建立數字 信號與氧傳感器的採集信號的對應關係。優選地，在上述傳感器校正方法中，信號處理單元為單片機或DSP。優選地，在上述傳感器校正方法中，DSP為TMS320F2812。優選地，在上述傳感器校正方法中，顯示模塊採用工控主板，用於顯示氧濃度 值或者氧濃度對應的電信號值。圖2示出了根據本發明一個優選實施例的傳感器校正裝置示意圖，如圖2所示， 氧傳感器採樣輸出信號通過線纜將氧傳感器連接到放大器的差分輸入端，其中氧傳感器 型號為SV-03A，放大器輸入信號分別為Vi+、Vi-。採用AD8221對其進行放大，放大 後的信號為Vo，Vo的值為V0 = (VI+-VI+)Rf/R+VI+其中，Rf是增益調節電位器電阻值經放大器放大後的信號Vo經過AD轉換變為數位訊號，採用單片機(MCU)或者 DSP處理，本實施例採用DSP對傳感器輸出信號採樣及進行信號處理，晶片型號為DSP TMS320F2812,經處理後的信號傳輸給顯示單元，採用工控主板對信號進行顯示。校正時，可以預先定義空氣氧含量對應信號值的大小，使氧傳感器暴露在空氣 中數分鐘，使得傳感器採集到穩定的信號。然後進入顯示單元的實時採樣顯示界面，對 空氣氧含量的信號進行實時監測。調節增益調節電位器，使主界面採樣值(氧濃度或監 測電壓)顯示預定義的值後，則增益調節完成。增益調節完成後，使用不同濃度的氧氣 對傳感器進行校正。同時，每次開機時整個系統會進行自檢，自檢的主要依據就是判斷初始狀態電 壓值是否為預先定義空氣氧含量對應的信號值。在圖2的實施例中，若將實施例中的氧傳感器SV-03A更換一個新的型號的氧傳 感器，型號為SV-08A。雖然更換新型號，但氧傳感器校正系統開機自檢判斷的依據還是 原系統預先定義空氣氧含量對應的信號值。此時，重新調節電位器，使主界面顯示的氧 濃度值或者氧濃度電信號值為預先設定的氧濃度值或者是電信號值，就可以使採樣信號 範圍仍在系統的有效範圍內，從而解決了現有技術中傳感器型號發生變化時，信號的範圍發生變化，導致的校正精度不能保證，需重新修改程序或更換電路板來適應自檢信號 範圍的的問題。在上述實施例中，通過採用將系統輸出值與預定值進行比較，根據比較結果對 系統增益進行調節的方法，解決了同一傳感器信號衰減時，傳感器輸出信號的有效信號 範圍衰減，校正精度降低的問題，實現了使用同一傳感器，在傳感器信號衰減時，校正 精度不會發生損失的效果；此外，採用根據輸出值與預定值進行比較的結果對系統增益 進行調節的方法，解決了現有技術當中，在固定系統增益的情況下，當使用不同型號的 傳感器替換時，信號範圍會有比較大的差異，在對傳感器進行校正時會受到限制。從而 有效的改善了電路的通用性，當傳感器特性變化或更換新型號時，不需要更改設計新電 路，可以現場快速更換。可以使一種電路板通用到不同型號的產品。
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 用的計算方法來實現，它們可以集中在單個的計算方法上，或者分布在多個計算方法所 組成的網絡上，可選地，它們可以用計算方法可執行的程序代碼來實現，從而，可以將 它們存儲在存儲方法中由計算方法來執行，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
1.一種用於氧氣檢測設備的傳感器校正方法，其特徵在於，包括以下步驟氧傳感器將檢測到空氣中的氧濃度轉換為電信號；可調增益放大模塊將所述電信號放大；模數轉換信號識別模塊將所述可調增益放大模塊放大後的所述電信號轉換為數字信 號，並將所述數位訊號進行單位換算處理；顯示模塊顯示所述單位換算處理後的數位訊號的數值；預定義空氣中氧濃度對應的第一數值，根據所述第一數值和所述顯示模塊顯示的所 述數值對所述可調增益放大模塊的增益進行調節。
2.根據權利要求1所述的傳感器校正方法，其特徵在於，所述數值為氧濃度值或氧濃 度值對應的電信號值，所述第一數值為第一氧濃度值或第一電信號值。
3.根據權利要求1所述的傳感器校正方法，其特徵在於，所述可調增益放大模塊通過 兩個等阻值的固定電阻與所述氧傳感器差分連接。
4.根據權利要求1所述的傳感器校正方法，其特徵在於，所述可調增益放大模塊為可 調增益放大器。
5.根據權利要求4所述的傳感器校正方法，其特徵在於，所述可調增益放大器為可編 程增益放大器。
6.根據權利要求1所述的傳感器校正方法，其特徵在於，所述可調增益放大模塊為可 調增益放大電路，其中所述可調增益放大電路包括放大器和可調電位器，所述可調電位器連接在所述放大 器的負輸入端和輸出端之間。
7.根據權利要求6所述的傳感器校正方法，其特徵在於，所述可調電位器為可編程電 位器。
8.根據權利要求1所述的傳感器校正方法，其特徵在於，所述模數轉換信號識別模塊 包括模數轉換器和信號處理單元。
9.根據權利要求8所述的傳感器校正方法，其特徵在於，所述信號處理單元為單片機 或 DSP。
全文摘要
本發明提供了一種用於氧氣檢測設備的傳感器校正方法，包括以下步驟氧傳感器將檢測到空氣中的氧濃度轉換為電信號；可調增益放大模塊將電信號放大；模數轉換信號識別模塊將可調增益放大模塊放大後的電信號轉換為數位訊號，並將數位訊號進行單位換算處理；顯示模塊顯示單位換算處理後的數位訊號的數值；預定義空氣中氧濃度對應的第一電信號，根據第一電信號和顯示模塊顯示的數值對可調增益放大模塊的增益進行調節。本發明克服了現有技術中在固定系統增益的情況下，隨著傳感器電極材料的消耗，輸出信號會發生衰減，有效的信號範圍變小，導致傳感器校正精度降低的問題。
文檔編號G01N27/409GK102012395SQ20091009204
公開日2011年4月13日 申請日期2009年9月7日 優先權日2009年9月7日
發明者張耀東, 楊洪剛 申請人:北京誼安醫療系統股份有限公司