呼吸模拟系统及控制方法与流程

文档序号:20359492发布日期:2020-04-10 23:34阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种呼吸模拟系统,包括头模和佩戴在所述头模上的呼吸面罩,其特征在于:还包括电源单元、主控板、触摸屏、运动控制板、驱动器、伺服电机、高速滑台、低摩擦气缸、零位开关、流量传感器、第一压力传感器和差压传感器,所述电源单元为所述主控板、所述触摸屏、所述运动控制板和所述驱动器供电,所述主控板设有用于与外部控制设备连接的同步信号接口,所述主控板分别与所述触摸屏和所述运动控制板通信连接,所述运动控制板的控制输出端与所述驱动器的控制输入端连接,所述驱动器的输出端与所述伺服电机的输入端连接,所述伺服电机的动力输出端与所述高速滑台的动力输入端连接,所述高速滑台的滑块通过连杆与所述低摩擦气缸的活塞杆连接,所述低摩擦气缸的气嘴通过气管与所述呼吸面罩连接,所述零位开关安装于所述高速滑台的末端附近并用于检测所述滑块是否处于零位,所述流量传感器安装于所述低摩擦气缸与所述呼吸面罩之间的气管上,所述第一压力传感器和所述差压传感器分别安装于所述呼吸面罩的接口处并分别用于检测所述呼吸面罩内的口腔气压和呼吸压差,所述零位开关的信号输出端与所述运动控制板的信号输入端连接,所述流量传感器的信号输出端、所述第一压力传感器的信号输出端和所述差压传感器的信号输出端分别与所述主控板的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的呼吸模拟系统,其特征在于:所述呼吸模拟系统还包括第一限位开关和第二限位开关,所述第一限位开关和所述第二限位开关分别安装于所述低摩擦气缸的两端并用于检测所述低摩擦气缸的活塞杆运动极限位置,所述第一限位开关的信号输出端和所述第二限位开关的信号输出端分别与所述运动控制板的信号输入端连接。

3.根据权利要求1所述的呼吸模拟系统,其特征在于:所述第一限位开关和所述第二限位开关均为磁性开关。

4.根据权利要求1所述的呼吸模拟系统,其特征在于:所述呼吸模拟系统还包括急停开关,所述急停开关串联连接于所述驱动器的电源输入端。

5.根据权利要求1所述的呼吸模拟系统,其特征在于:所述呼吸模拟系统还包括四通接头、第二压力传感器和电磁阀,所述四通接头安装于所述低摩擦气缸与所述呼吸面罩之间的气管上,所述第二压力传感器和所述电磁阀分别安装于所述四通接头的另外两个分支管上,所述第二压力传感器的信号输出端分别与所述主控板的信号输入端连接,所述电磁阀的控制输入端与所述主控板的控制输出端连接。

6.根据权利要求1所述的呼吸模拟系统,其特征在于:所述电源单元包括滤波器和ac-dc电源电路,所述滤波器的输入端与交流电源连接,所述滤波器的输出端分别与所述ac-dc电源电路的输入端和所述驱动器的电源输入端连接,所述ac-dc电源电路的输出端分别与所述主控板、所述触摸屏和所述运动控制板的电源输入端连接。

7.根据权利要求1所述的呼吸模拟系统,其特征在于:所述头模上用于与所述呼吸面罩接触的位置表面设有硅胶层。

8.一种如权利要求1-7中任何一项所述的呼吸模拟系统的控制方法,其特征在于:包括以下步骤:

步骤1、通过触摸屏和主控板设定包括但不限于以下参数:呼吸频次、呼吸潮气量、肺通量,设定包括但不限于以下呼吸工作状态:正常呼吸、深呼吸、急促呼吸,设定呼吸速度曲线即模拟呼吸运动的速度曲线;所述呼吸潮气量即单次呼吸的气体总量;

步骤2、当模拟不同人的呼吸时,通过触摸屏选择不同的呼吸频次、呼吸潮气量和肺通量,主控板依据呼吸速度曲线计算好低摩擦气缸的活塞杆运行距离,根据运行距离计算出伺服电机运行的时间并通过运动控制板向伺服电机发送pwm脉冲数信号,主控板根据呼或吸的状态确定伺服电机的旋转方向并以此通过运动控制板控制伺服电机,实现呼吸模拟;

所述步骤2中,设当前速度为v1,下一刻速度为v2,运动微距离为l,则加速度acc的计算公式为:

acc=(v22-v12)/2l

主控板将v1、v2、acc、l的实时数据传输给运动控制板,并设置运动控制板的输出使能状态,实现伺服电机的运动控制,从而实现呼吸模拟。


技术总结
本发明公开了一种呼吸模拟系统,包括头模、呼吸面罩、电源单元、主控板、触摸屏、运动控制板、驱动器、伺服电机、高速滑台、低摩擦气缸、零位开关、流量传感器、第一压力传感器和差压传感器,主控板通过运动控制板控制驱动器,从而控制伺服电机,通过高速滑台带动低摩擦气缸运行产生气体并送至呼吸面罩。本发明公开了一种呼吸模拟系统的控制方法,通过呼吸速度曲线精确控制伺服电机运行。本发明基于数字化运动控制和微机电一体化控制原理,实现在不同状态下的真实模拟呼吸效果,可验证多人同时呼吸时的峰值气量,尤其适合模拟飞行员人体在不同身体状态下呼吸特征,用于测试和验证分子筛氧气系统功能和性能的符合性,方便使用和推广。

技术研发人员:周锐;杜波
受保护的技术使用者:成都康拓兴业科技有限责任公司
技术研发日:2019.12.26
技术公布日:2020.04.10
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