基于柔性壓力傳感器進(jìn)行壓力反饋控制的電動吸乳器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電動吸乳器，尤其是涉及一種基于柔性壓力傳感器進(jìn)行壓力反饋控制的電動吸乳器。
【背景技術(shù)】
[0002]母乳喂養(yǎng)是一種國際公認(rèn)的健康哺乳方式，而孕期婦女一般都是職業(yè)女性，哺乳時間有限，當(dāng)決定母乳喂養(yǎng)之后便需要借助專業(yè)設(shè)備擠出母乳并儲藏。目前國際知名的吸乳器廠商有美德樂、飛利浦等，它們生產(chǎn)的吸乳器分為電動型與手動型。針對電動吸乳器，均使用開環(huán)控制，在刺激泌乳階段，利用微控制器控制高頻率PWM波，使得真空栗的負(fù)壓變化頻率高，幅度小；在吸乳階段，利用控制器控制低頻率PWM波，使得真空栗的負(fù)壓變化頻率低，幅度大。
[0003]然而電動吸乳器開環(huán)設(shè)計的明顯缺陷是在電壓突變、電機故障或者誤操作按鍵的情況下導(dǎo)致吸乳真空力度的突然變化超出用戶乳房組織承受的壓力，造成用戶乳腺及乳房組織受到傷害；此外部分用戶由于對痛覺不敏感，因在使用吸乳器時，較長期使用不合適的吸乳壓力，也導(dǎo)致乳房的乳腺或乳房組織受傷。
[0004]中國專利CN 103182103 A公布了一種具有負(fù)壓調(diào)節(jié)機構(gòu)的電動吸乳器，其包括機體、機罩、負(fù)壓生成機構(gòu)、負(fù)壓調(diào)節(jié)機構(gòu)和壓力顯示機構(gòu)，以及通過軟管與負(fù)壓生成機構(gòu)相連的吸乳集乳機構(gòu)。負(fù)壓生成機構(gòu)包括步進(jìn)電機和氣缸。負(fù)壓調(diào)節(jié)機構(gòu)包括負(fù)壓調(diào)節(jié)橡皮圈、指令器和接收器，負(fù)壓調(diào)節(jié)橡皮圈活動套裝在氣缸上可徑向轉(zhuǎn)動，指令器的外端固定套裝在負(fù)壓調(diào)節(jié)橡皮圈上可帶動負(fù)壓調(diào)節(jié)橡皮圈轉(zhuǎn)動，接收器嵌套在指令器的內(nèi)與氣缸之間并與氣缸固定連接。通過選用步進(jìn)電機，設(shè)置負(fù)壓調(diào)節(jié)機構(gòu)，能夠生成穩(wěn)定負(fù)壓，通過步進(jìn)電機控制活塞頻率，更加貼近嬰兒吮吸頻率，提高吸乳時的舒適度；壓力顯示機構(gòu)能夠讓使用者更加直觀的調(diào)節(jié)負(fù)壓的大小，但是上述反饋裝置采用步進(jìn)氣缸來調(diào)節(jié)氣缸吸力大小，導(dǎo)致反應(yīng)不夠靈敏，準(zhǔn)確性較差，此外，該專利電動吸乳器結(jié)構(gòu)設(shè)置較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于柔性壓力傳感器進(jìn)行壓力反饋控制的電動吸乳器。
[0006]根據(jù)人體的體表組織受外力產(chǎn)生的形變變化可由胡克定律近似表示的假設(shè)，設(shè)所檢測的體表組織受壓時產(chǎn)生的形變量X = S*h(S為所檢測的體表組織受壓部分的表面積，h為體表組織受壓產(chǎn)生的形變位移)與所產(chǎn)生的形變壓力P之間的關(guān)系可以近似為P = K*X，其中Κ為體表組織的形變系數(shù)，設(shè)Κ。為乳房組織的形變系數(shù)值，該值可以通過實驗測得。因此，在對應(yīng)的形變位移區(qū)間h中，總會對應(yīng)一個形變壓力P，由于乳房組織的體積和形變位移h是有限的，當(dāng)吸乳器施加的壓力P過大，使得K = P/ (S*h)增大到大于乳房組織的形變系數(shù)值K。時便有可能對乳腺造成傷害。
[0007]為了克服現(xiàn)有電動吸乳器開環(huán)設(shè)計可能造成的乳腺傷害，本發(fā)明引入柔性壓力傳感器，通過該柔性壓力傳感器對乳房體表組織所承受的負(fù)壓進(jìn)行實時檢測反饋，并對吸乳器的負(fù)壓實時進(jìn)行閉環(huán)控制，防止開環(huán)控制存在的由于裝置故障或電壓波動造成壓力失控進(jìn)而給乳腺造成傷害的問題，將吸乳器的最大真空負(fù)壓控制在安全的范圍內(nèi)，確保用戶乳腺的安全。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0009]一種基于柔性壓力傳感器進(jìn)行壓力反饋控制的電動吸乳器，包括吸乳護罩、主體、吸氣管、真空栗及控制主機，所述的吸乳護罩與主體連接，所述的主體通過吸氣管與真空栗連接，所述的真空栗設(shè)置在控制主機內(nèi)，所述的主體下端用于連接接收容器，還設(shè)置有壓電薄膜傳感器與反饋單元，所述的壓電薄膜傳感器設(shè)置在吸乳護罩的內(nèi)側(cè)，所述的反饋單元設(shè)置在控制主機內(nèi)部，所述的壓電薄膜傳感器與反饋單元連接，所述的壓電薄膜傳感器檢測乳房體表組織所承受的負(fù)壓，并傳遞給反饋單元，反饋單元根據(jù)反饋信息控制真空栗的吸力大小。
[0010]所述的反饋單元包括電荷放大器、低通濾波器、比例放大器及微控制器，所述的壓電薄膜傳感器兩個電極通過導(dǎo)線依次與電荷放大器、低通濾波器、比例放大器及微控制器連接，所述的微控制器還與真空栗連接，所述的真空栗產(chǎn)生負(fù)壓，壓電薄膜傳感器檢測乳房體表組織所承受的負(fù)壓，并產(chǎn)生電壓輸出，電信號順序傳輸給電荷放大器、低通濾波器、比例放大器及微控制器，電荷放大器對信號進(jìn)行放大，由于吸乳操作的頻率接近1HZ，因此采用低通濾波器對信號進(jìn)行低通濾波，然后比例放大器對信號進(jìn)行比例放大后，輸送給微控制器，微控制器對信號進(jìn)行非線性標(biāo)定校正后，將真空栗產(chǎn)生的負(fù)壓與壓電薄膜傳感器輸出的電壓對應(yīng)成比例關(guān)系，根據(jù)壓電薄膜傳感器輸出的電壓即可判斷真空栗產(chǎn)生的負(fù)壓是否超過閾值，據(jù)此動態(tài)調(diào)節(jié)輸出電壓占空比，從而自動調(diào)節(jié)真空栗產(chǎn)生的負(fù)壓大小。在吸乳過程中，微控制器實時監(jiān)控乳房與吸乳護罩之間的壓力變化，當(dāng)壓力過大時，微控制器降低占空比，動態(tài)減小真空栗的真空吸力，使其不會超過乳房承受壓力的最大閾值。
[0011]其中導(dǎo)線與吸氣管綁定在一起。
[0012]1)乳房承受壓力動態(tài)模型的在線辨識:
[0013]所述的微控制器內(nèi)裝有相應(yīng)的乳房受壓變化動態(tài)數(shù)學(xué)模型，即P(u) (k)=Σ a;P (u) (k~i) + Σbsu (k_j)，
[0014]其中u為微控制器給出的控制電壓信號，量綱為伏特，k為采樣時間，單位為毫秒，P為乳房承受的壓力，量綱為帕斯卡，P可由柔性壓力傳感器實時測得，Σ表示求和運算，&1和bj為加權(quán)系數(shù)，i和j分別是加權(quán)系數(shù)a b j的序號指標(biāo)。
[0015]在開始吸乳時，由微控制器控制真空栗發(fā)出一組隨機試探控制電壓，使得乳房承受隨機變化的負(fù)壓壓力，其峰值壓力p/p。，PD即經(jīng)過大量統(tǒng)計試驗獲得的使乳房產(chǎn)生形變的安全壓力的平均值，根據(jù)這組測得的壓力和控制電壓，微控制器采用遞推最小二乘法辨識出動態(tài)數(shù)學(xué)模型中的加權(quán)系數(shù)ajp b jo
[0016]2)乳房吸乳負(fù)壓給定曲線的自動生成
[0017]所述的微控制器內(nèi)裝有多種吸乳負(fù)壓變化的波形模式，包括正弦波、變幅正弦波、變頻正弦波、變頻和變幅正弦波，用戶根據(jù)匕壓力上限的約束，可選擇任一種波形模式，P D即經(jīng)過大量統(tǒng)計試驗獲得的使乳房產(chǎn)生形變的安全壓力的平均值，微控制器根據(jù)客戶選擇的波形模式而生成吸乳負(fù)壓變化給定曲線，并控制真空栗按照吸乳負(fù)壓變化給定曲線提供負(fù)壓。
[0018]3)自動吸乳負(fù)壓反饋控制
[0019]所述的微控制器根據(jù)壓電薄膜傳感器實時測量到的乳房承受壓力P與吸乳負(fù)壓變化給定曲線不同時刻的給定負(fù)壓匕，按下式實時計算出微控制器的輸出電壓值u (k)，其中α >0，α為調(diào)節(jié)控制穩(wěn)定度的系數(shù):
[0020]u(k) = (P r (k+1) - Σ a;P (u) (k_i+l) + Σ j 矣山# (k-j+1)) t^/(bA α )
[0021]其中u為微控制器給出的控制電壓信號，量綱為伏特，k為采樣時間，單位為毫秒，P為乳房承受的壓力，量綱為帕斯卡，Σ表示求和運算，&1和b ,為加權(quán)系數(shù)，i和j分別是加權(quán)系數(shù)ajP b j的序號指標(biāo)。
[0022]4)特殊情況和故障自動處理
[0023]在吸乳時，微控制器實時監(jiān)控乳房與吸乳護罩之間的壓力變化，當(dāng)壓力過大時，即P>P?；騊 = P。時，微控制器會降低PWM波的占空比，動態(tài)減小真