一种基于流量反馈式自适应人体呼吸的检测电路的制作方法

本实用新型涉及一种检测电路，具体涉及一种基于流量反馈式自适应人体呼吸的检测电路，不仅适用于呼吸机，还可以适用于制氧机等需要根据流量反馈从而自适应调节的电机系统中。

背景技术：

众所周知，呼吸机的舒适性，取决于机器是否能随着每个人的呼吸频率不同，机器能自适应每个人的呼吸频率，还有一个方面就是在呼气和吸气时对风机的控制，做到快速判定，调节风机转速能适应转换。

目前，传统的呼吸机只是基于压力反馈去调节电机系统，而研究证实，仅仅采用压力反馈判断吸呼转换，对于不同的人来讲，会出现误判断，这是因为每个人的呼吸压力都可能不同，而吸呼压力最大差值为4cmH2O，吸呼是一个动态过程，对于OSA病人来说，气道阻塞时就压力也在这个范围内，而病人这个时候不是吸呼转换，所以就会出现误判定，电机误动作，直接导致病人使用呼吸机不舒服。

因此，为了解决上述问题，提供一种基于流量反馈式自适应人体呼吸的检测电路是本实用新型所要研究的课题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种基于流量反馈式自适应人体呼吸的检测电路，其目的是为了解决现有技术中仅采用压力反馈判断呼吸转换容易发生误判定的问题，并通过合理的检测电路提高判定呼吸转换的准确性。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于流量反馈式自适应人体呼吸的检测电路，包括流量传感器、流量校零电路、第一低通滤波电路、高通滤波电路、反相比例放大电路、第二低通滤波电路、方波转换电路以及单片机；

所述流量传感器的信号的输出端并列输出两路，第一路连接所述流量校零电路的输入端，所述流量校零电路的输出端连接所述第一低通滤波电路的输入端，所述第一低通滤波电路的输出端连接所述单片机的第一模数转换口；

第二路连接所述高通滤波电路的输入端，所述高通滤波电路的输出端连接所述反相比例放大电路的输入端，所述反向比例放大电路的输出端连接所述第二低通滤波电路的输入端，所述第二低通滤波电路的输出端连接所述方波转换电路的输入端，所述方波转换电路的输出端连接所述单片机的第二模数转换口。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述流量传感器由一层流管和一压差传感器构成。

2、上述方案中，所述流量校零电路包括一滤波电容、一第一运放器以及一第二运放器；所述流量传感器的信号输出端输出的第一路经过所述滤波电容，与所述第一运放器的正向输入端连接，所述第一运放器的反向输入端与所述第二运放器的输出端经一电阻连接，第一运放器的反向输入端与第一运放器的输出端经一电容连接，所述第二运放器的正向输入端连接所述单片机的数模转换口，所述第一运放器的输出端连接至所述第一低通滤波电路的输入端。

3、上述方案中，所述第一低通滤波电路包括一第一无源低通滤波器和一由第三运放器构成的第一有源低通滤波器；所述第二运放器的输出端经过所述第一无源低通滤波器连接所述第三运放器的正向输入端，所述第三运放器的反向输入端与输出端并联连接所述单片机的第一模数转换口。

4、上述方案中，所述高通滤波电路包括一高通无源滤波器和一由第四运放器构成的高通有源滤波器，所述流量传感器的信号输出端输出的第二路与第四运放器的正向输入端连接，所述第四运放器的输出端连接至所述反相比例放大电路的输入端。

5、上述方案中，所述反向比例放大电路包括一第五运放器，所述第四运放器的输出端连接所述第五运放器的反向输入端，所述第五运放器的正向输入端经过一电阻接地，所述第五运放器的输出端连接所述第二低通滤波电路的输入端。

6、上述方案中，所述第二低通滤波电路包括由第六运放器构成的第二有源低通滤波器，所述第五运放器的输出端连接所述第六运放器的正向输入端，所述第六运放器的反向输入端连接输出端，所述第六运放器的输出端连接方波转换电路的输入端。

7、上述方案中，所述方波转换电路包括一第二无源低通滤波器和一第七运放器，所述第六运放器的输出端经过所述第二无源低通滤波器连接所述第七运放器的正向输入端，所述第七运放器的反向输入端经过一电阻接地，所述第七运放器的输出端连接所述单片机的第二模数转换口。

8、上述方案中，所述的检测电路主要用于人体呼吸的检测（例如呼吸机中的检测），并将检测到的结果发送给单片机，单片机再根据检测结果来控制双层异动式风机，从而适应使用者的实际需求。

本实用新型效果如下：本实用新型相对于现有技术，根据计数器计算到的有效信号（即脉冲个数）从而判断患者在呼吸时是否存在堵滞，并将检测到的结果反馈给控制器，从而控制风机转动，实现准确的判断以满足患者需求。并且所检测人体的信号更多，不只是从人体呼吸的单纯角度去判定人体呼吸是否有问题，还有打鼾和气道振动方面去判定，然后馈给单片机，单片机对风机给出的压力和流量再进行控制，以达到自适应人体吸呼转换的准确判定，风机方面采用比传统风机更快速响应的加减法运算风机，能加强人体配带呼吸机的舒适性，这种方式和风机的设计理念相比传统的压力控制方式和单扇叶的风机相比，具有明显的进步性。

附图说明

附图1为本实用新型实施例中将压差转换成流量的示意图；

附图2为本实用新型实施例中的检测电路图。

以上附图中，1、流量校零电路；2、第一低通滤波电路；3、高通滤波电路；4、反相比例放大电路；5、第二低通滤波电路；6、方波转换电路；7、层流管；8、压差传感器；9、风机。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：一种基于流量反馈式自适应人体呼吸的检测电路

参见附图1-2所示，包括流量传感器、流量校零电路1、第一低通滤波电路2、高通滤波电路3、反相比例放大电路4、第二低通滤波电路5、方波转换电路6以及单片机。

所述流量传感器采用HSC-RR型号，其信号的输出端并列输出两路，第一路连接所述流量校零电路1的输入端，所述流量校零电路1的输出端连接所述第一低通滤波电路2的输入端，所述第一低通滤波电路2的输出端连接所述单片机的第一模数转换口ADC6。

第二路连接所述高通滤波电路3的输入端，所述高通滤波电路3的输出端连接所述反相比例放大电路4的输入端，所述反向比例放大电路4的输出端连接所述第二低通滤波电路5的输入端，所述第二低通滤波电路5的输出端连接所述方波转换电路6的输入端，所述方波转换电路6的输出端连接所述单片机的第二模数转换口ADC5。

其中，参见附图1，所述流量传感器由一层流管7和一压差传感器8构成，流量=F1-F2/风阻。

参见附图2，所述流量校零电路1包括一滤波电容C91、一第一运放器U1以及一第二运放器U2。所述流量传感器的信号输出端输出的第一路经过所述滤波电容C91，与所述第一运放器U1的正向输入端连接，所述第一运放器U1的反向输入端与所述第二运放器U2的输出端经一电阻R89连接，第一运放器U1的反向输入端与第一运放器U1的输出端经一电容C78连接，所述第二运放器U2的正向输入端连接所述单片机的数模转换口DAC，其中ADC信号用于单片机校零，所述第一运放器U1的输出端连接至所述第一低通滤波电路2的输入端。本实施例中，所述流量校零电路1，就是在正常风机9不动做时产生的流量进行清零操作，这一步可以让后续流量控制在0点上进行比较好的线性化。第一运放器U1将采集到的流量信号减去校零的部分，再进行比例放大，电容C78滤掉干扰作用。

所述第一低通滤波电路2包括一第一无源低通滤波器和一由第三运放器U3构成的第一有源低通滤波器。其中，第一无源低通滤波器由电阻R90和电容C62构成。所述第二运放器U2的输出端经过所述第一无源低通滤波器连接所述第三运放器U3的正向输入端，所述第三运放器U3的反向输入端与输出端并联连接所述单片机的第一模数转换口ADC6。本实施例中，第一低通滤波电路2过滤掉20HZ以上的频率段的数值，让电路真正能检测出人体呼吸的流量值，使得后续单片机收到反馈值后做出准确的判定，去驱动电机良好的工作。

所述高通滤波电路3包括一高通无源滤波器和一由第四运放器U4构成的高通有源滤波器，所述高通无源滤波器由一电容C67和电阻R106构成，所述流量传感器的信号输出端输出的第二路与第四运放器U4的正向输入端连接，所述第四运放器U4的输出端连接至所述反相比例放大电路4的输入端。本实施例中，高通滤波电路3过滤掉20HZ以下频率段的数值，把人体呼吸的流量值滤掉，这块电路主要是检测OSA病人声带的振动（打鼾）和气道振动产生的流量，用于判定呼吸机是否应当加压以达到治疗效果。

所述反向比例放大电路4包括一第五运放器U5，所述第四运放器U4的输出端连接所述第五运放器U4的反向输入端，所述第五运放器U5的正向输入端经过一电阻R108接地，所述第五运放器U5的输出端连接所述第二低通滤波电路5的输入端。本实施例中，反相比例放大电路4用于放大高通滤波后信号。

所述第二低通滤波电路5包括由第六运放器U6构成的第二有源低通滤波器，所述第五运放器U5的输出端连接所述第六运放器U6的正向输入端，所述第六运放器U6的反向输入端连接输出端，所述第六运放器U6的输出端连接方波转换电路6的输入端。本实施例中，第二低通滤波电路5，低于200Hz以下频率通过，第一低通滤波电路2和第二低通滤波电路5合起来是一个带通滤波电路，主要是通过20-200Hz信号，用于检测打鼾和起道振动。

所述方波转换电路6包括一第二无源低通滤波器和一第七运放器U7，其中，第二无源低通滤波器由一个电阻R105和一电容C73构成。所述第六运放器U6的输出端经过所述第二无源低通滤波器连接所述第七运放器U7的正向输入端，所述第七运放器U7的反向输入端经过一电阻R97接地，所述第七运放器U7的输出端连接所述单片机的第二模数转换口ADC5。本实施例中，由第二低通滤波电路5输出的信号为一个连续的模拟的信号，类似于正弦波的信号，在给单片机做采集时不好确认是否为有效信号，这一部分是把模拟信号直接转换为单片机能捕捉的方波脉冲信号，只要用计数器就可以得出有多少个有效信号（即脉冲个数），也可以大大减少软件的工作量。根据计数器计算到的有效信号（即脉冲个数）从而判断患者在呼吸时是否存在堵滞，从而将检测到的结果反馈给控制器，从而控制风机9转动，以满足患者需求。本实施例中，风机9采用双层异动式风机。

其中，所有运放器均采用Ti的高精度运放OPA4376，能对人体呼吸产生的微弱信号进行放大，微功耗，低噪声，轨对轨输入输出的的放大器，非常适合人体信号的采集放大。

本实施例中，介绍一下流量反馈的控制电路工作方式：第一步是通过压差传感器8去检测层流管7中两个不同点之间的压力差值，层流管7是经过精心设计的，有一个比较固定的气阻，这样就可以使流量值得到比较好的线性化值。

压差传感器8这个时候会输出一个值，我们称之为流量值，这个时候的流量值是全范围的，有空气本身的流量，还有很多杂讯的流量，这个时候我们就要取我们所需要的频率，就是人体正常呼吸的频率12-20次/分钟，我们做高通电路，将20HZ以上的频率段全部过滤掉。这个频段可以把所有人呼吸频率包括在内，包括OSA病人。下一步是放大信号供单片机做AD采集用，在采集到信号后还要对流量信号进行校零处理。

一般OSA病人都伴有打呼声，我们还要做声带振动的采集，以确定能定的压力是否可以冲开阻塞气道，让人体感觉舒适，这也是流量采集反馈中的重要组成部分。

本实用新型根据计数器计算到的有效信号（即脉冲个数）从而判断患者在呼吸时是否存在堵滞，并将检测到的结果反馈给控制器，从而控制风机转动，实现准确的判断以满足患者需求。并且所检测人体的信号更多，不只是从人体呼吸的单纯角度去判定人体呼吸是否有问题，还有打鼾和气道振动方面去判定，然后馈给单片机，单片机对风机给出的压力和流量再进行控制，以达到自适应人体吸呼转换的准确判定，风机方面采用比传统风机更快速响应的加减法运算风机，能加强人体配带呼吸机的舒适性，这种方式和风机的设计理念相比传统的压力方式和单扇叶的风机相比，具有明显的进步性。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。