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肺活量计和选择电气元件的重要设计简介

时间:2019-03-02   来源:vr赛车电子  编辑:热敏电阻厂家  浏览:
肺活量计测量吸入和呼出的空气的体积和速度,以评估肺功能,并为肺部疾病(如哮喘,肺气肿和囊性纤维化)提供一级诊断测试。
肺活量计有两种基本类型:实验室单元,可以是由经过培训的vr赛车人员操作的台式控制台或柜式机器; 和便携式肺活量计,它们是紧凑型台式机或用于一般练习和家庭使用的手持设备。
实验室肺活量计需要高性能和高精度。台式机必须提供精确的肺活量测量,并能够进行一系列测试,如流量,潮汐肺活量测定和最大自主通气。
体积测量仪等机柜大小的仪器用于进行高级肺功能测试,包括总肺容量,功能残余容量和残余容量。
随着护理点从临床实验室转移到一般实践环境和家庭,便携式肺活量计越来越受欢迎。全科医生越来越多地使用肺活量计为患者建立基线测量并检测潜在的肺部疾病。低成本对于在这些新市场中实现肺活量计的部署非常重要。尺寸和功耗也是关键的设计考虑因素。这些设备必须使用USB和/或电池供电,包括充电功??能,并提供多种连接选项。



肺功能测定
肺活量 计可用于测量多个参数:FVC(用力肺活量):完全吸气后可呼出的空气量。
FEV 1(1秒内用力呼气量):在FVC操作期间第一秒内可以强制呼出的最大空气量。
PEF(呼气峰值流量):在完全吸气时启动的最大强制呼气期间达到的最大流量(或速度)。
根据装置的复杂程度,可以执行额外的参数,例如潮气量,最大自主通气,流量 - 体积环和支气管激发。

血氧饱和度
包含脉冲血氧测定法 - 无创测量动脉血中的氧饱和度 - 可以对哮喘进行诊断测试。这种能力可以为步行测试提供一体化解决方案; 它还使肺活量计非常适合运动医学的健身测试。
肺活量计解决方案

流量传感机制
肺活量计经常使用涡轮传感器进行流量测量。在该拓扑中,旋转叶片响应于受试者产生的气流而旋转。叶片的旋转被计数,因为它们打破光束以确定气流速率和体积。
有时使用差压传感器代替涡轮传感器。这些设计通常被称为呼吸速度,可以高精度地测量低流速。另一个优点是成本:因为它们相对便宜,压力传感器能够实现一次性呼吸暂停。
 
前端
对于基于涡轮的肺活量计,将流量计连接到微控制器的前端相对简单,因为来自光学编码器的信号可以通过施密特触发器轻松管理(图1)。
 
 
图1.涡轮传感器的典型前端。
 
如果使用压力传感器,前端将更加复杂(图2)。在这种情况下,需要信号调节器来补偿传感器输出并消除最终的偏移。然后必须通过模数转换器(ADC)将得到的信号数字化,该模数转换器应具有大约1ksps的采样率和至少12位的分辨率。集成高性能ADC的微??控制器是这些设计的理想选择。
 
 
图2.压力传感器的典型前端。
 
连接
台式肺活量计通常具有打印机和键盘,并且包括用于远程医疗目的的若干通信接口,例如RS-232,USB和蓝牙®。手持式肺活量计通常使用USB进行数据传输和电池充电; 它们还可以包括蓝牙功能。
USB和无线连接选项对于管理肺活量测定数据和监测患者非常重要。当需要远程监控时,它们允许将数据传输到PC以进行存储,分析和转移到医疗保健提供商。
 
电源
台式肺活量计通常由线路供电,但它们通常也包括锂离子(Li +)或镍氢(NiMH)可充电电池。由于热敏打印机的高压要求,它们通常使用6芯电池组。或者,它们可以通过USB供电,在这种情况下,升压转换器用于将5V升压至9V。如图3所示,OR-ing阶段选择LDO的源极,用于生成逻辑的3.3V电压轨和用于血氧测定的5V电压轨(如果包括)。
 
图3.台式肺活量计的电源示例。
 
手持式肺活量计可由纽扣电池或单个可充电Li +电池供电。在3V币形电池的情况下,可以使用低功率升压转换器来产生所需的电压(图4)。对于可充电Li +电池,可以使用带双输入(USB和AC适配器)的电池充电器自动选择最佳电源(图5)。
 

图4.使用币形电池源的手持式肺活量计的电源示例。
 
图5.使用单节Li +可充电电池的手持式肺活量计的电源示例。
 
马克西姆的智能电源选择器™电路通过使用系统未使用的任何输入电源为电池充电,充分利用有限的USB或适配器电源。这种方法具有额外的优点,即允许系统使用深度放电的电池或甚至根本不使用电池。
完善电池管理电路后,电量计用于估算可用容量,而升压和降压转换器则提供2.7V至4.2V输入电源的3.3V和5V输出。
 
显示器/键盘
肺活量计通常采用全彩背光LCD来显示患者信息,肺活量测定参数,肺活量图和系统信息,例如剩余电池寿命。现代单元越来越多地将触摸屏与图形用户界面(GUI)结合使用,以使编程过程更加直观。对用户输入的可见,可听和触觉响应有助于设计人员改善用户体验。Maxim的高级触摸屏控制器提供触觉反馈,触摸处理以减少总线流量,以及用于精确手势识别的自主模式。
 
对于带键盘或键盘的设备,可以通过提供静电放电(ESD)保护的去抖器来管理钥匙开关。集成的ESD保护可以消除对分立保护组件的需求,同时有助于符合IEC 61000-4-2 ESD要求。