[发明专利]基于双差压传感器测量人体呼吸力学参数的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及人体呼吸流量以及相关的呼吸力学参数的测量，尤其涉及利用节流式差压流量计测量人体呼吸力学相关参数的装置和方法。

背景技术

肺量计是便携式肺功能仪的核心组成部分，其关键部件是气体流量传感器。目前常用的肺量计根据传感器类型主要分为差压式、热线式和涡流旋转式。热线式肺量计易损耗、受环境影响大等缺点。涡流旋转式肺量计在低流速、小口径情况下应用受到限制。节流差压式肺量计由于其结构简单、牢固、易于复制，使用期限长，价格低廉，目前仍被广泛使用。

节流差压式肺量计是基于质量守恒定律和能量守恒定律。当被测量的气体流经管道内的节流件时，流速在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件产生压差，气体流速越大，压差越大，根据质量守恒定律和能量守恒定律（伯努力方程）得到对于同一气体，流速与压差存在如下关系：

(流速)²= C*ΔP

其中，ΔP是差压传感器测量的一对取压孔的压降，对于每个唯一流量传感器几何形状来说，C是唯一的。

美国胸科协会建议的肺功能仪测量呼吸流速范围为0～14L/s，且分辨率能达到30mL/s以下。结合流速与压降ΔP关系可知，若只选择一个差压传感器测量ΔP，该差压传感器不但需要很宽的量程，而且需要很低分辨率，这样的差压传感器造价是很昂贵的。另外，传统的节流式差压肺量计还存在压力损失大，量程比窄等缺点。

发明内容

本发明目的是提供一种低成本、测量精度高可用于测量人体呼吸力学参数的装置和方法，以解决现有节流式差压流量计测量窄、压力损失大以及高精度流量计成本高的问题。

本发明采用的技术方案是：

    一种基于双差压传感器测量人体呼吸力学参数的装置，包括呈管状的节流装置、两个差压传感器、两个放大电路、两个滤波电路、微处理器、存储模块、显示模块、控制模块以及电源模块。呈管状的节流装置包括有管体，管体的内壁中置有一个开有数个孔的孔板，管体外壳和内壁之间有两对对称的取压孔，每对取压孔分别位于孔板的两侧，且两对取压孔相对孔板对称。每对取压孔连接一个双向差压传感器，其中第一差压传感器为大量差压传感器，主要测量高流速气体，第二差压传感器为小量程差压传感器，可测量低流速气体，第二差压传感器的过压能力大于第一差压传感器的量程。第一差压传感器输出信号经放大电路、二阶滤波电路最后连接微处理器模拟输入口；第二差压传感器输出信号经放大电路、二阶滤波电路最后连接微处理器模拟输入端；微处理器还连接有控制模块、存储模块、显示模块。微处理器根据两个差压传感器采集的差压值判定有效采集值，处理器还可以将采集的数据保存到存储模块，也可以将处理后的结果通过显示模块展示出来。

为了克服传统孔板永久压力损失大，涡流带来噪声大以及量程比窄等缺点，本发明的气体流量计的孔板采用的是多孔的方式，且两对取压孔构成的平面垂直平分孔板所在平面。另外，孔板两侧的管径是一致的，避免由于双向测量而导致灵敏度存在差异的问题。

一种基于权利要求1所述装置的测量人体呼吸力学参数的方法，在呼吸过程中，第一差压传感器、第二差压传感器同步采集，微处理器固化程序自动判断在特定时刻以哪一支传感器的输出作为有效采集信号，详细步骤如下：

（1）设备上电开机，系统初始化，微处理器处理此时经过放大、滤波之后的两个差压传感器的输出信号，将A/D转换结果ADC₁₀、ADC₂₀作为两个差压传感器各自的零点；

（2）控制模块向微处理器发送采集命令，人体呼吸检测开始；第一差压传感器和第二差压差压传感器的输出信号经过放大电路、滤波电路连接到微处理器模拟输入端，经A/D转换后分别得到ADC₁、ADC₂；