前言

利用微壓差傳感器實(shí)現(xiàn)呼吸流量及呼吸率的檢測(cè)。針對(duì)呼吸產(chǎn)生的氣體流速較小的特點(diǎn)，我們選擇了靈敏度較高的差壓傳感器。

在實(shí)際應(yīng)用中，微壓差傳感器的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。通過對(duì)呼吸流量和呼吸率的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，可以幫助醫(yī)療人員及時(shí)了解患者的呼吸情況，為臨床診斷和治療提供重要依據(jù)。同時(shí)，借助先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，傳感器還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和分析，為醫(yī)護(hù)工作提供更多便利和支持。微壓差傳感器在呼吸流量及呼吸率檢測(cè)方面具有重要的應(yīng)用前景，其高靈敏度和準(zhǔn)確性為醫(yī)療設(shè)備的性能提升和醫(yī)療診療水平的提高提供了有力支持。

方案原理

本設(shè)計(jì)是采用孔板流量計(jì)的原理測(cè)量呼吸氣流的流量。孔板流量計(jì)是一種壓差式流量計(jì)，即在流道上安裝一個(gè)節(jié)流元件，利用流體流過節(jié)流孔板時(shí)，節(jié)流孔板前后的差壓來測(cè)定流量，基本原理如下圖所示。根據(jù)孔板流量計(jì)的理論體積流量公式（不計(jì)能量損失）如下，即可計(jì)算出當(dāng)前流量。

安裝示意及實(shí)物展示

將裝有節(jié)流孔板的直管安裝于醫(yī)用呼吸面罩上，然后將差壓傳感器的兩個(gè)引壓氣嘴連接至節(jié)流孔板兩側(cè)的壓力采集孔，節(jié)流板管件的兩個(gè)壓力采集孔間距是按照差壓傳感器氣嘴的間距設(shè)計(jì)的，所以可以直接將傳感器插到管件上，然后通過單片機(jī)的ADC采集實(shí)時(shí)的壓差信號(hào)送至PC。

壓差及流量計(jì)算

4.1節(jié)流孔板前后端壓差計(jì)算

差壓傳感器輸出為電壓信號(hào)，根據(jù)量程（0.05PSI≈344.7Pa）及滿量程電壓（正負(fù)單邊2V）計(jì)算壓差。

壓差（Pa）=（輸出電壓-零點(diǎn)電壓）/單邊滿量程電壓*量程=（輸出電壓-2.5V）/2V*344.7Pa

由于采集電壓為輸出電壓的2/3，所以

壓差（Pa）=（采集電壓*3/2-2.5V）/2V*344.7Pa

4.2流量計(jì)算

流量計(jì)算需要的參數(shù)如下：管道內(nèi)徑（15mm），節(jié)流板孔徑（6mm），流體密度（空氣密度約為1.29Kg/m3），節(jié)流孔板前后壓差（由4.1計(jì)算得出）。

將以上參量代入圖3的公式即可計(jì)算出瞬時(shí)流量。

五．試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)人員佩戴呼吸面罩，將呼吸過程中采集到的壓差信號(hào)送到PC進(jìn)行繪制圖形，數(shù)據(jù)展示如下

通過實(shí)時(shí)壓差信號(hào)即可計(jì)算出當(dāng)前人員的呼吸率，同時(shí)也可計(jì)算出實(shí)時(shí)流量曲線。

小結(jié)

利用孔板流量計(jì)原理，同時(shí)采用差壓傳感器微差壓傳感器可檢測(cè)到實(shí)時(shí)呼吸信號(hào)，通過呼吸信號(hào)又可得出一系列的臨床參數(shù)，包括氣道壓力、呼吸流速、峰流速、潮氣量、分鐘通氣量、呼吸頻率、呼吸比等。