2、压力、流量、温湿度等传感器在呼吸机系统中的应用

目前,呼吸机是眼下患者最需要的医疗设备,改善呼吸是重要治疗手段。由于病毒感染后,呼吸困难是危重病人的典型症状,而呼吸机能使肺泡在呼气末保持一定压力,增加功能残气量,防止肺泡萎陷,从而改变通气和换气功能,实现对病人进行辅助呼吸治疗的目的。

持续正压通气(CPAP)的呼吸机装置,可强迫空气进入肺部,在整个呼吸周期内人为施加一定程度的气道内正压。如果病人出现呼吸暂停,CPAP呼吸机可根据预设的频率进行必要的机械通气。这就需要呼吸机中设计安装多个传感器,实时、持续、精确地控制气流、压力和湿度,保持患者持续呼吸功能。因此,呼吸设备都会用到气体质量流量、压力、湿度、温度和磁等传感器,监测和控制气流、压力、温湿度等指标,同时支持和保障稳定的电机控制系统运行。

(1)空气流量传感器

主要用于测量进入系统的氧气的流量,以确保充足的空气供应。通过判断患者睡眠时的呼吸节奏,根据呼吸速度快慢,通过进气泵控制,调节通气量大小与速度,使患者呼吸和进气频率保持一致,以提供肺部足够的氧浓度。

(2)压力传感器

在呼吸机运行系统中,检测病患呼吸压力的变化和振动(如打鼾)至关重要。病人呼气期间的二氧化碳水平,也可通过差压传感器进行测量计算。比如,呼吸机通过使用差压传感器可测量2英寸水柱压力差,更好地获取患者二氧化碳输出量,以调节输入压力大小。

具体来说,压力传感器可将气道压力转化为差动信号,并将测量值交给电路MCU准确做出吸气和呼气判断。之后,由MCU发出指令控制进气泵,增大或者减小管道压强。使患者呼吸自然顺畅,且不会产生抵触感。

(3)温、湿度传感器

温、湿度传感器主要用于测量和调节通气管中空气的温湿度,提供舒适的暖湿气流,避免患者因吸入干燥和过高过低温度空气而导致嗓子疼,影响呼吸与睡眠质量。当气流中需要加湿气时,湿度传感器给出相对应的反馈信息,控制器根据数据信息进行湿度精准调节,确保气流的湿度范围。同时,在气流通路中,直接安装分立式热敏电阻,以检测气流温度。或者采用温度探测组件来定位热敏电阻元件在待测介质中的位置,并保护热敏电阻免受损坏。探测组件还能保持热气流直接、均匀地流过热敏电阻,从而准确感应温度。

(4)磁传感器

为使呼吸机电机顺畅运转,呼吸机还会通过风机系统来冷却电机组件。采用磁传感器感知呼吸机中电机运行参数,如霍尔磁元件来支持稳定的电机控制,保持电机平稳运转,以减少由风机系统产生的噪音和振动。