一种流量阀的流量控制方法及装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103893881 A (43)申请公布日 2014.07.02 CN 103893881 A (21)申请号 201210581857.8 (22)申请日 2012.12.27 A61M 16/01(2006.01) A61M 16/20(2006.01) (71)申请人 北京谊安医疗系统股份有限公司 地址 100070 北京市丰台区科学城航丰路 4 号 (72)发明人 贺金舟 (74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司 11332 代理人 胡彬 (54) 发明名称 一种流量阀的流量控制方法及装置 (57) 摘要 本发明公开了一种流量阀的流量控制方法及 实现该方。

2、法的装置， 其方法的步骤包括先进行流 量阀标校， 生成流速 - 步进数据表， 将流速 - 步进 数据表中的流速值 vn及与流速值 vn对应的步进 值 fn储存至存储器中， 再依据设定的目标流速值 vtarget查询流速 - 步进数据表， 找出流速 - 步进数 据表中与目标流速值 vtarget绝对差值最小的流速 值 vmin及与流速值 vmin对应的步进值 fmin， 然后以 步进值 fmin驱动步进电机调节针阀的开度， 使得 流经所述针阀的实际流速值 v vmin， 最后采用闭 环控制方式对实际流速值 v 逐次逼近， 使得实际 流速值vvtarget。 本方法能大幅缩短实际流速达 到目标流速。

3、时间， 且在初始阶段即为患者提供合 适的潮气量， 降低了损坏患者肺泡风险。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103893881 A CN 103893881 A 1/2 页 2 1. 一种流量阀的流量控制方法， 其特征在于， 按如下步骤实施 ： S0 ： 麻醉机进入参数设定模式 , 所述麻醉机内的控制单元 （1） 发出标校控制指令对流 量阀组件进行流量阀标校， 生成流速 - 步进数据表 ； S1 ： 所述控制单元 （1） 将所述流。

4、速 - 步进数据表中的流速值 vn及与流速值 vn对应的步 进值 fn储存至存储器中， 所述麻醉机结束所述参数设定模式 ； S2 ： 所述麻醉机进入转速控制模式， 所述控制单元 （1） 依据设定的目标流速值 vtarget查 询流速-步进数据表， 找出流速-步进数据表中与目标流速值vtarget绝对差值最小的流速值 vmin及与流速值 vmin对应的步进值 fmin； S3 ： 所述控制单元以步进值 fmin驱动步进电机 （3） ， 所述步进电机 （3） 调节与之相连的 针阀 （2） 的开度， 使得流经所述针阀 （2） 的实际流速值 v 等于最小流速值 vmin； S4 ： 所述控制单元 （1。

5、） 采用闭环控制方式对实际流速值 v 进行逐次调整， 使得实际流速 值 v 达到目标流速值 vtarget。 2. 根据权利要求 1 所述的流量阀的流量控制方法， 其特征在于， 步骤 S0 至 S1 中， 所述 流量阀标校步骤如下 ： S00 ： 所述控制单元 （1） 驱动所述步进电机 （3） 逐渐增大所述针阀 （2） 的开度， 直至呼吸 n1次流经所述针阀 （2） 的平均流速第一设定阈值 ； S10 ： 所述控制单元 （1） 驱动所述步进电机 （3） 逐渐减少所述针阀 （2） 的开度， 直至呼 吸 n2次流经所述针阀 （2） 的平均流速第二设定阈值时， 所述控制单元 （1） 将步进值 f0 。

6、0 及与步进值 f0对应的流速值 v0储存至存储器中 ； S20: 所述控制单元 （1） 驱动所述步进电机 （3） 从步进值 f0 0 开始， 以 n3步为公差， 逐渐增大所述针阀 （2） 的开度， 所述控制单元 （1） 将所有步进值 fn及与步进值 fn对应的流 速值 vn储存至存储器中， 直至位置电位器 （5） 检测到所述针阀 （2） 已打开至最大开度 ； S30 ： 所述控制单元 （1） 驱动所述步进电机 （3） 逐渐减少所述针阀 （2） 的开度， 直至呼吸 n2次流经所述针阀 （2） 的平均流速第三设定阈值时， 结束所述流量阀标校。 3.根据权利要求1或2所述的流量阀的流量控制方法， 。

7、其特征在于， 步骤S3及步骤S00 至 S30 中， 所述控制单元 （1） 通过与所述控制单元 （1） 相连电机驱动电路 （6） 驱动所述步进 电机 （3） 调节所述针阀 （2） 的开度。 4.根据权利要求1或2所述的流量阀的流量控制方法， 其特征在于， 步骤S1及步骤S20 中， 所述流速值 vn为呼吸 n2次流经所述针阀 （2） 的平均流速。 5.根据权利要求1或2所述的流量阀的流量控制方法， 其特征在于， 所述流量阀标校在 出厂前、 长途运输后、 每次机器维修后实施。 6.根据权利要求1所述的流量阀的流量控制方法， 其特征在于， 步骤S2中， 所述流速值 vmin的计算公式如下 ： vm。

8、in min|vtarget-vn| 7. 一种用于实现权利要求 1 中方法的流量控制装置， 包括 ： 控制单元 （1） ， 控制与所述控制单元相连接的电机驱动电路、 放大电路及电磁阀驱动电 路 ； 流量传感器 （4） ， 与所述放大电路 （7） 相连， 用于检测流经所述针阀 （2） 的流速值信号 ； 吸气阀及呼气阀 （10） ， 与所述电磁阀驱动电路 （9） 相连， 用于控制呼吸回路中气体的 权 利 要 求 书 CN 103893881 A 2 2/2 页 3 吸入与呼出 ； 流量阀组件， 与所述放大电路 （8） 及电机驱动电路 （6） 相连， 用于调节所述针阀 （2） 的 开度及反馈所述针。

9、阀 （2） 的开度的位置信号。 8. 根据权利要求 7 所述的流量控制装置， 其特征在于， 所述流量阀组件包括 ： 针阀 （2） ， 用于控制呼吸回路的气体流速， 设于呼吸回路上 ； 步进电机 （3） ， 与所述电机驱动电路 （6） 相连， 用于调节所述针阀 （2） 的开度 ； 位置电位器 （5） ， 与所述放大电路 （8） 相连， 用于检测所述针阀 （2） 开度的位置信号。 9. 根据权利要求 7 或 8 所述的流量控制装置， 其特征在于， 所述流量传感器 （4） 与所述 针阀 （2） 处于同一气体通道上， 实时检测流经所述针阀 （2） 的流速值信号。 权 利 要 求 书 CN 103893。

10、881 A 3 1/5 页 4 一种流量阀的流量控制方法及装置 技术领域 0001 本发明涉及流量控制领域， 尤其涉及一种流量阀的流量控制方法及装置。 背景技术 0002 麻醉机是通过机械回路将麻醉药 / 剂送入患者的肺泡， 形成麻醉气体分压的设 备， 麻醉剂弥散血液后， 对中枢神经系统直接发生抑制作用， 从而产生麻醉的效果。呼吸回 路是指麻醉机与患者相连接的联合气路装置， 为患者输入麻醉药混合气体， 输回患者呼出 气体， 实现患者麻醉的同时， 满足患者正常呼吸所需的气体交换。 0003 在呼吸回路流速控制过程中， 通常先设定目标流速， 驱动步进电机调节流量阀开 度， 然后通过与流量阀处于同一。

11、呼吸通道的流量传感器反馈气体的流速值信号， 控制单元 将反馈的实际流速值与目标流速值进行比较， 通过反馈的实际流速值与目标流速值之间的 差值判断流经流量阀的流速是偏大还是偏小， 根据判断结果修正步进电机转向和步进值， 即采用后馈信号构成一个闭环控制， 如采用 PID 控制， 通过多次反馈， 逐次逼近的方式使得 实际流速值与目标流速值一致。 0004 上述流速控制过程中， 由于需要多次反馈， 逐次逼近， 故这种控制方法具有流量阀 的实际流速值达到与目标流速一致流速值的耗时长， 流速控制的初始阶段误差较大， 易出 现供气不足或过量供气等缺陷。 此外， 由于初始阶段难以为患者提供合适的潮气量， 具有。

12、损 坏患者肺泡的风险。 发明内容 0005 为了克服现有流量阀流速控制中达到目标流速的耗时长， 流量控制初始阶段误差 大， 具有损坏患者肺泡风险等缺陷， 本发明所要解决的技术问题在于提出一种流量阀的流 量控制方法及装置， 能大幅缩短达到目标流速时间， 且在初始阶段即为患者提供合适的潮 气量， 降低损坏患者肺泡的风险。 0006 为达此目的， 本发明采用以下技术方案 ： 0007 一种流量阀的流量控制方法， 按如下步骤实施 ： 0008 S0 ： 麻醉机进入参数设定模式 , 所述麻醉机内的控制单元发出标校控制指令对流 量阀组件进行流量阀标校， 生成流速 - 步进数据表 ； 0009 S1 ： 所。

13、述控制单元将所述流速-步进数据表中的流速值vn及与流速值vn对应的步 进值 fn储存至存储器中， 所述麻醉机结束所述参数设定模式 ； 0010 S2 ： 所述麻醉机进入转速控制模式， 所述控制单元依据设定的目标流速值vtarget查 询流速-步进数据表， 找出流速-步进数据表中与目标流速值vtarget绝对差值最小的流速值 vmin及与流速值 vmin对应的步进值 fmin； 0011 S3 ： 所述控制单元以步进值 fmin驱动步进电机， 所述步进电机调节与之相连的针 阀的开度， 使得流经所述针阀的实际流速值 v 等于最小流速值 vmin； 0012 S4 ： 所述控制单元采用闭环控制方式对。

14、实际流速值 v 进行逐次调整， 使得实际流 说 明 书 CN 103893881 A 4 2/5 页 5 速值 v 达到目标流速值 vtarget。 0013 进一步的， 步骤 S0 至 S1 中， 所述流量阀标校步骤如下 ： 0014 S00 ： 所述控制单元驱动所述步进电机逐渐增大所述针阀的开度， 直至呼吸n1次流 经所述针阀的平均流速第一设定阈值 ； 0015 S10 ： 所述控制单元驱动所述步进电机逐渐减少所述针阀的开度， 直至呼吸n2次流 经所述针阀的平均流速第二设定阈值时， 所述控制单元将步进值f00及与步进值f0对 应的流速值 v0储存至存储器中 ； 0016 S20: 所述控制。

15、单元驱动所述步进电机从步进值 f0 0 开始， 以 n3步为公差， 逐渐 增大所述针阀的开度， 所述控制单元将所有步进值 fn及与步进值 fn对应的流速值 vn储存 至存储器中， 直至位置电位器检测到所述针阀已打开至最大开度 ； 0017 S30 ： 所述控制单元驱动所述步进电机逐渐减少所述针阀的开度， 直至呼吸n2次流 经所述针阀的平均流速第三设定阈值时， 结束所述流量阀标校。 0018 进一步的， 步骤 S3 及步骤 S00 至 S30 中， 所述控制单元通过与所述控制单元相连 电机驱动电路驱动所述步进电机调节所述针阀的开度。 0019 进一步的， 步骤 S1 及步骤 S20 中， 所述流。

16、速值 vn为呼吸 n2次流经所述针阀的平均 流速。 0020 进一步的， 所述流量阀标校在出厂前、 长途运输后、 每次机器维修后实施。 0021 进一步的， 步骤 S2 中， 所述流速值 vmin的计算公式如下 ： 0022 vmin min|vtarget-vn| 0023 一种用于实现权利要求 1 中方法的流量控制装置， 包括 ： 0024 控制单元， 控制与所述控制单元相连接的电机驱动电路、 放大电路及电磁阀驱动 电路 ； 0025 流量传感器， 与所述放大电路相连， 用于检测流经所述针阀的流速值信号 ； 0026 吸气阀及呼气阀， 与所述电磁阀驱动电路相连， 用于控制呼吸回路中气体的吸。

17、入 与呼出 ； 0027 流量阀组件， 与所述放大电路及电机驱动电路相连， 用于调节所述针阀的开度及 反馈所述针阀的开度的位置信号。 0028 进一步的， 所述流量阀组件包括 ： 0029 针阀， 用于控制呼吸回路的气体流速， 设于呼吸回路上 ； 0030 步进电机， 与所述电机驱动电路相连， 用于调节所述针阀的开度 ； 0031 位置电位器， 与所述放大电路相连， 用于检测所述针阀开度的位置信号。 0032 进一步的， 所述流量传感器与所述针阀处于同一气体通道上， 实时检测流经所述 针阀的流速值信号。 0033 本发明的有益效果为 ： 该方法通过查询流量阀的先期校准过程中生成的流速 - 步 。

18、进数据表， 在流速控制的初始阶段即用较为接近目标流速的步进值调节流量阀开度， 使得 流经流量阀的实际流速接近目标流速， 再通过闭环控制逐次逼近， 使得实际流速快速达到 目标流速， 既能大幅缩短达到目标流速时间， 又能在初始阶段为患者提供合适的潮气量， 降 低损坏患者肺泡的风险。 说 明 书 CN 103893881 A 5 3/5 页 6 附图说明 0034 图 1 是本发明具体实施方式提供的一种流量阀的流量控制方法的流程图 ； 0035 图 2 是本发明具体实施方式提供的一种流量阀的流量控制装置的结构图 ； 0036 图 3 是本发明具体实施方式提供的一种流量阀的流量控制方法中流量阀标校的 。

19、流程图。 0037 图中 ： 0038 1、 控制单元 ； 2、 针阀 ； 3、 步进电机 ； 4、 流量传感器 ； 5、 位置电位器 ； 6、 电机驱动电 路 ； 7、 放大电路 ； 8、 放大电路 ； 9、 电磁阀驱动电路 ； 10、 吸气阀及呼气阀。 具体实施方式 0039 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。 0040 图 1 是本发明具体实施方式提供的一种流量阀的流量控制方法的流程图。 0041 一种流量阀的流量控制方法， 按如下步骤实施 ： 0042 S0 步骤 ： 麻醉机进入参数设定模式 , 麻醉机内的控制单元 1 发出标校控制指令对 流量阀组件进行流量阀。

20、标校， 生成流速 - 步进数据表。其中， 控制单元 1 为单片机， 型号为 ATMEGA128。 0043 S1 步骤 ： 单片机将流速 - 步进数据表中的流速值 vn及与流速值 vn对应的步进值 fn储存至存储器中， 流速值 vn为呼吸四次流经针阀 2 的平均流速， 麻醉机结束所述参数设 定模式。 0044 S2 步骤 ： 所述麻醉机进入转速控制模式， 单片机依据设定的目标流速值 vtarget查 询流速-步进数据表， 找出流速-步进数据表中与目标流速值vtarget绝对差值最小的流速值 vmin及与流速值 vmin对应的步进值 fmin。 0045 其中， 流速值 vmin的计算公式如下 。

21、： 0046 vmin min|vtarget-vn| 0047 S3 步骤 ： 单片机通过与单片机相连的电机驱动电路 6 以步进值 fmin驱动步进电机 3， 步进电机 3 调节与之相连的针阀 2 的开度， 实际流速值 v 等于最小流速值 vmin。 0048 由于目标流速值 vtarget与实际流速值 v 极为接近， 故在流速控制的初始阶段保证 了为患者提供合适的潮气量， 降低损坏患者肺泡的风险。 0049 S4 步骤 ： 采用闭环控制方式对实际流速值 v 进行修正， 经过逐次逼近后， 使得实际 流速值 v 等于目标流速值 vtarget。 0050 由于目标流速值vtarget与实际流速。

22、值v极为接近， 闭环控制方式对实际流速值v逐 次逼近的过程中， 是从目标流速值vtarget的近似流速值vmin变到目标流速值vtarget， 故大幅缩 短实际流速值 v 达到目标流速 vtarget时间。 0051 图 2 是本发明具体实施方式提供的一种流量阀的流量控制装置的结构图。 0052 一种用于实现上述方法的流量控制装置， 包括 ： 0053 单片机， 用于控制与单片机相连接的电机驱动电路 6、 放大电路及电磁阀驱动电路 9。 其中， 电磁阀驱动电路9由驱动芯片A3977SLP等元器件组成， 用于驱动步进电机3旋转。 0054 流量传感器 4， 型号为 SDP1108-W， 与针阀 。

23、2 处于同一气体通道上。流量传感器 4 与放大电路 7 相连， 实时检测流经针阀 2 的流速值信号， 流速值信号经过放大电路 7 放大后 说 明 书 CN 103893881 A 6 4/5 页 7 传送至单片机中。其中， 放大电路 7 中的运算放大器型号为 OPA2277UA。 0055 吸气阀及呼气阀 10， 与所述电磁阀驱动电路 9 相连， 用于控制呼吸回路中气体的 吸入与呼出， 完成吸气和呼气动作。电磁阀驱动电路 9 中包括用于驱动电磁阀的光耦芯片 TLP521 和三极管 2SD2098 等元器件， 吸气阀型号为 SY114-6G， 呼气阀 KX23D-1。 0056 流量阀组件， 与。

24、放大电路 8 及电机驱动电路 6 相连， 用于调节针阀 2 的开度及反馈 针阀 2 的开度的位置信号。流量阀组件包括 ： 0057 针阀 2， 用于控制呼吸回路的气体流速， 设于呼吸回路上， 通过旋转动作调节回路 流量的大小。 0058 步进电机 3， 型号为 17HS001， 与电机驱动电路 6 相连， 通过旋转运动带动针阀动 作， 改变针阀 2 的开度。其中， 电机驱动电路 6 中的电机驱动芯片型号为 A3977SLP。 0059 位置电位器 5， 与放大电路 8 相连， 用于检测针阀 2 开度的位置信号。针阀的旋转 带动位置电位器 5 旋转， 从而反馈针阀 2 开度的位置信号， 位置信号。

25、经过放大电路 8 放大 后， 传送至单片机中。其中， 放大电路 8 中的运算放大器型号为 LM358。 0060 具体使用时， 单片机通过电机驱动电路 6 驱动步进电机 3， 控制步进电机 3 转速及 转向， 步进电机 3 旋转时带动针阀 2 动作， 改变针阀 2 的开度， 从而实现单片机对针阀 2 开 度的控制。针阀 2 动作时带动位置电位器 5 动作， 位置电位器 5 反馈针阀 2 开度的位置信 号， 位置信号经过放大电路 8 放大后， 传送至单片机中， 供单片机决策针阀的开度是否达到 最大开度。 流量传感器4与针阀2处于同一气体通道上， 流量传感器实时检测流经针阀2的 流速值信号， 流速。

26、值信号经过放大电路 7 放大后传送至单片机中， 供单片机决策流经针阀 2 的流速值是否达到目标流速值 vtarget。 0061 图 3 是本发明具体实施方式提供的一种流量阀的流量控制方法中流量阀标校的 流程图。 0062 步骤 S0 和 S2 中， 所述流量阀标校步骤如下 ： 0063 S00 步骤 ： 为呼吸回路提供基础流。单片机驱动步进电机 3 逐渐增大针阀 2 的开 度， 直至呼吸n1次流经所述针阀2的平均流速第一设定阀值。 其中n12， 第一设定阀值 为 20L/min， 以保证气体回路中充满气体。若流量传感器 4 检测到呼吸 2 次流经所述针阀 2 的平均流速 20L/min， 则。

27、步进电机 3 旋转 n3步， 增大针阀 2 的开度。其中 n3 100， 由流 量阀的开度变化精度与步进电机 3 步进值的之间关系确定。 0064 S10 ： 步进值归零。单片机驱动步进电机 3 逐渐减少针阀 2 的开度， 直至呼吸 n2次 流经针阀 2 的平均流速第二设定阀值时， 单片机将步进值 f0 0 及与步进值 f0对应的流 速值 v0写入存储器中。其中 n2 4， 第二设定阀值为 1L/min， 由于实际使用中， 流速值难以 达到零点， 故认为平均流速 1L/min 时， 流速值已经达到零点。若流量传感器 4 检测到呼 吸四次流经针阀 2 的平均流速 1L/min 时， 则步进电机 。

28、3 反向旋转， 减少针阀 2 的开度， 随 着流量逐渐变小， 步进电机 3 步进数也越小。 0065 S20: 生成流速 - 步进数据表， 单片机驱动步进电机 3 从步进值 f0 0 开始调节针 阀 2 的开度， 以 n3步为公差逐渐增大， 单片机将所有步进值 fn及与步进值 fn对应的流速值 vn写入存储器中， 直至位置电位器 5 检测到针阀 2 已打开至最大开度。其中， 流速值 vn为 呼吸四次流经所述针阀 2 的平均流速。 0066 S30 ： 关阀。单片机驱动步进电机 3 逐渐减少针阀 2 的开度， 直至呼吸 n2次流经针 说 明 书 CN 103893881 A 7 5/5 页 8 。

29、阀2的平均流速第三设定阀值， 结束流量阀标校。 其中， 第三设定阀值为10L/min， 第三设 阀定值作用类似于阀门的复位， 避免流量阀处于最大开度或者最小开度位置时， 驱动电机 转向错误时， 破坏流量阀。 0067 此外， 流量阀标校在出厂前、 长途运输后、 每次机器维修后实施。 0068 本发明是通过优选实施例进行描述的， 本领域技术人员知悉， 在不脱离本发明的 精神和范围的情况下， 可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此 处所公开的具体实施例的限制， 其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护 的范围。 说 明 书 CN 103893881 A 8 1/3 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 103893881 A 9 2/3 页 10 图 2 说 明 书 附 图 CN 103893881 A 10 3/3 页 11 图 3 说 明 书 附 图 CN 103893881 A 11 。