本發(fā)明涉及電子設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種便攜式慢性呼吸疾病監(jiān)測設(shè)備的校準裝置及方法。

背景技術(shù)：

目前國內(nèi)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(dāng)前由于國內(nèi)環(huán)境問題日益嚴重，呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病率不斷上升。據(jù)《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告(2015年)》顯示，2015年慢性呼吸系統(tǒng)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(diào)查數(shù)據(jù)也顯示，中國的哮喘患者人數(shù)超過3000萬。呼吸系統(tǒng)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(jiān)測設(shè)備具有廣闊的應(yīng)用前景和迅猛的發(fā)展勢頭。

然而，對于此類監(jiān)測設(shè)備，如何確保監(jiān)測精度，是人們首要關(guān)注問題，也是核心的技術(shù)難點。而校準方法的可靠性也是實現(xiàn)該類監(jiān)測設(shè)備監(jiān)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(chǎn)的模擬肺系統(tǒng)提供了此類設(shè)備的校準方案，但是這些模擬肺系統(tǒng)主要面向醫(yī)用，價格昂貴、操作復(fù)雜。用于便攜式的慢性呼吸疾病監(jiān)測設(shè)備的校準性價比低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，且減少成本的一種便攜式慢性呼吸疾病監(jiān)測儀校準裝置。

本發(fā)明另一個目的是：提供一種便攜式慢性呼吸疾病監(jiān)測設(shè)備校準方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是。

一種便攜式慢性呼吸疾病監(jiān)測設(shè)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(fā)生器，所述單片機電路分別與信號發(fā)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(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的另一技術(shù)方案是。

利用上述裝置的便攜式慢性呼吸疾病監(jiān)測設(shè)備校準方法，包括建立用于便攜性慢性呼吸疾病監(jiān)測設(shè)備校準的有限狀態(tài)機，所述建立的有限狀態(tài)機包括系統(tǒng)初始化狀態(tài)、通道選擇狀態(tài)、流量控制狀態(tài)；所述的系統(tǒng)初始化狀態(tài)，執(zhí)行系統(tǒng)上電初始化，默認啟動第一流量控制器，關(guān)閉其他通道；所述的通道選擇狀態(tài)，執(zhí)行實時監(jiān)測流量控制器的實際測量值，當(dāng)流量滿量程時，執(zhí)行啟動下一流量控制通道，同時關(guān)閉其他通道；所述的流量控制狀態(tài)，執(zhí)行具體流量大小控制，設(shè)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(nèi)，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(nèi)，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(nèi)，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(nèi)，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(jiān)測設(shè)備0～800LPM范圍內(nèi)的氣流校準。

進一步的，本發(fā)明所述的流量控制狀態(tài)，由單片機電路產(chǎn)生步進信號給信號發(fā)生器，信號發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)控制信號調(diào)節(jié)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(jiān)測設(shè)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(fù)進行上述操作，完成0～800LPM氣流標定，監(jiān)測設(shè)備根據(jù)氣流產(chǎn)生壓差再轉(zhuǎn)換成電壓信號，每一個氣體流量值對應(yīng)一個電壓值。根據(jù)這種一一對應(yīng)關(guān)系進行數(shù)據(jù)擬合處理，建立電壓與氣流函數(shù)關(guān)系模型，該模型即可應(yīng)用于監(jiān)測設(shè)備的校準。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的裝置有益效果是：

本發(fā)明的裝置一種便攜式慢性呼吸疾病檢測儀校準裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，并且成本較低，其通過大功率空壓機產(chǎn)生穩(wěn)定的氣源，然后根據(jù)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(wěn)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(fā)明通過采用分級校準的方式，采用相適應(yīng)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(fā)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(guān)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(guān)系，根據(jù)這種映射關(guān)系，采用積分運算以及相關(guān)數(shù)學(xué)算法可實時監(jiān)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(guān)的參數(shù)。該方法流程簡單，操作靈活，且成本低，性能穩(wěn)定，具有可靠的校準精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種便攜性慢性呼吸疾病監(jiān)測設(shè)備校準裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明一種便攜式慢性呼吸疾病監(jiān)測設(shè)備校準方法工作流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明的具體實施作進一步說明，但本發(fā)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(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)的。

參照圖1，一種便攜性慢性呼吸疾病監(jiān)測設(shè)備校準裝置，包括：

空壓機，用于產(chǎn)生穩(wěn)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(chǎn)生氣流的壓力，將壓力限定在后續(xù)設(shè)備耐壓范圍內(nèi)；

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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(fā)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(jiān)測設(shè)備校準方法，包括：建立用于便攜性慢性呼吸疾病監(jiān)測設(shè)備校準的有限狀態(tài)機，所述建立的有限狀態(tài)機包括系統(tǒng)初始化狀態(tài)、通道選擇狀態(tài)、流量控制狀態(tài)；

所述的系統(tǒng)初始化狀態(tài)，執(zhí)行系統(tǒng)上電初始化，默認啟動第一流量控制器，關(guān)閉其他通道；所述的通道選擇狀態(tài)，執(zhí)行實時監(jiān)測流量控制器的實際測量值，當(dāng)流量控制器滿量程時，執(zhí)行啟動下一流量控制通道，同時關(guān)閉其他通道；所述的流量控制狀態(tài)，執(zhí)行具體的流量大小控制，設(shè)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(nèi)，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(nèi)，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(nèi)，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(nèi),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(jiān)測設(shè)備0～800LPM范圍內(nèi)的氣流校準。

實施例一

參照圖1，本發(fā)明的第一實施例：

本實施例的一種便攜性慢性呼吸疾病監(jiān)測設(shè)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(jiān)測設(shè)備構(gòu)成。

其中，空壓機，用于產(chǎn)生穩(wěn)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(chǎn)生氣流的壓力，將壓力限定在后續(xù)設(shè)備耐壓范圍內(nèi)。通道選擇器初始化狀態(tài)時默認打開第一流量控制器，其他通道全部關(guān)閉，由中央控制器控制開閉，形成反饋回路，根據(jù)判斷氣流是否超量程，選擇合適的流量控制器供監(jiān)測設(shè)備校準使用。中央控制器，由單片機電路以及信號發(fā)生器組成，單片機電路作為中央總控一方面用于設(shè)置步進，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出信號大小，另一方面根據(jù)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(yīng)，將合適的流量輸出通道連接待校準設(shè)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(jiān)測設(shè)備的校準。

本實施例的中央控制器擔(dān)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(jiān)測設(shè)備校準裝置的工作原理為：

采用的大功率空氣壓縮機產(chǎn)生穩(wěn)定的氣源，通過減壓閥進行減壓，根據(jù)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(nèi)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(yīng)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(shè)定步進長度為各流量控制器控制精度的一半，具體實現(xiàn)方法：在0～100LPM內(nèi)使用第一流量控制器，氣流以步進1.25LPM遞增輸出，100～200LPM內(nèi)使用第二流量控制器，氣流以步進2.5LPM遞增輸出，200～500LPM內(nèi)使用第三流量控制器，氣流以步進6.25LPM遞增輸出，500～800LPM內(nèi)使用第四流量控制器，氣流以步進10LPM遞增輸出。經(jīng)過流量控制器測量的氣流輸送至慢性呼吸疾病監(jiān)測設(shè)備，確定的氣流會產(chǎn)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(jiān)測設(shè)備產(chǎn)生更多的電壓信號，基于大量數(shù)據(jù)分析與處理使氣流與電壓的映射關(guān)系更為準確、可靠，這種映射關(guān)系即可用于便攜式慢性呼吸疾病監(jiān)測設(shè)備的校準，由監(jiān)測設(shè)備的電壓信號反向映射成已經(jīng)標定的氣流，如此完成監(jiān)測設(shè)備校準。校準的映射關(guān)系通過積分運算以及相關(guān)數(shù)學(xué)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(shù)。

實施例二

參照圖2，本發(fā)明的第二實施例：

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

參照圖2，本發(fā)明工作流程如下：

(1)開機，系統(tǒng)自動初始化，默認開啟第一流量控制器，其他通道關(guān)閉；

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

(3)中央控制器內(nèi)的邏輯電路實時判斷第一流量控制器內(nèi)的氣流是否超量程，如果沒有超量程則繼續(xù)執(zhí)行按設(shè)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(guān)閉第一流量控制器，氣流經(jīng)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(chǎn)生2.5LPM步進的控制信號，將穩(wěn)定的氣流輸送到待校準監(jiān)測設(shè)備，記錄流量值與待校準設(shè)備電壓信號，建立一一映射關(guān)系，同時實時監(jiān)控該控制器內(nèi)氣流是否超量程，一旦超量程，中央控制器關(guān)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(chǎn)生6.25LPM步進的控制信號，將穩(wěn)定的氣流輸送到待校準監(jiān)測設(shè)備，記錄流量值與待校準設(shè)備電壓信號，建立一一映射關(guān)系，同時實時監(jiān)控該控制器內(nèi)氣流是否超量程，一旦超量程，中央控制器關(guān)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(chǎn)生10LPM步進的控制信號，將穩(wěn)定的氣流輸送到待校準設(shè)備，記錄流量值與待校準設(shè)備電壓信號，建立一一映射關(guān)系;

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

本實施例的校準方法的工作原理如下：

a)系統(tǒng)初始化狀態(tài):執(zhí)行系統(tǒng)上電初始化，默認開啟第一流量控制器，關(guān)閉其他通道；

b)通道選擇狀態(tài)：執(zhí)行實時監(jiān)測流量控制器的實際測量值，當(dāng)流量控制器滿量程時，執(zhí)行啟動下一量程流量控制通道，同時關(guān)閉其他通道；

c)流量控制狀態(tài)：執(zhí)行具體流量大小控制，設(shè)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(nèi)，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(nèi)，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(nèi)，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(nèi)，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(jiān)測設(shè)備0～800LPM范圍內(nèi)的氣流校準。

以上是對本發(fā)明的較佳實施進行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)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(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。